- 肖特基二極管的規(guī)格
- 實用的設(shè)計推斷
- 熱行為如何影響肖特基二極管的規(guī)格
任何非同步 DC/DC 轉(zhuǎn)換器均需要續(xù)流二極管。肖特基二極管就經(jīng)常被用于實現(xiàn)此功能，因為它有較低正向電壓，可實現(xiàn)低功耗和高效率。 事實上，設(shè)計師經(jīng)常會使用設(shè)計工具來幫助選擇二極管。
不幸的是，設(shè)計工具并不總是會考慮到熱行為與泄漏行為之間的相關(guān)性。 這就意味著實際性能可能會與設(shè)計工具分析或仿真所預(yù)測的結(jié)果不同。
圖 1 顯示非同步 DC/DC 降壓轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)框圖。 在T2 期間，輸出電流 (Iout) 流過肖特基二極管 D1。 產(chǎn)生的損耗與D1的正向電壓 (Vf)和 Iout直接相關(guān)。 T2 (PT2)的功率損耗等于 Iout*Vf。 顯然，Vf需要盡可能地低，以限制損耗，并最大限度地減少熱量的產(chǎn)生。
在 T1 期間，D1 處于關(guān)斷狀態(tài)；唯一流過的電流是反向電流 (Ir)。 此電流相對較低，而且主要由輸入電壓(Vin) 決定。 二極管 (PT1)的功率損耗粗略可用下式計算：Ir*Vin。
設(shè)計工程師面臨的挑戰(zhàn)是對每個肖特基二極管在低Vf或者低Ir之間進行最優(yōu)化，但是兩者都做到最優(yōu)是不可能的，在選擇要使用的哪種型號的肖特基二極管時，必須要知道Vf和Ir會隨著溫度的變化而變化，當(dāng)溫度升高時，Vf會降低，因此，二極管變熱時，其實際上的功耗會減少。然而不幸的是，當(dāng)二極管溫度升高時，Ir 通常會增大，所以二極管溫度越高，漏電流和內(nèi)部功耗就會越大。因此，同樣二極管的溫度會變得更高，它的漏電流會進一步增大，這樣就形成了惡性循環(huán)。
對兩個24V 輸入DC/DC 轉(zhuǎn)換器的示例進行比較，可說明這些影響。 一個具有 18V 輸出，另一個具有 5V。 使用NXP肖特基二極管針對低Ir進行優(yōu)化的PMEG3050BEP和針對低Vf進行優(yōu)化的 PMEG3050EP。 圖 2是輸出電流從1A增大至3A時每個二極管工作溫度的比較。一般來說，結(jié)溫計算首先是通過總功耗(Ptot)乘以總的熱阻 (Rthj-a)，得到器件結(jié)點的溫度增加量，然后在加上環(huán)境溫度。在示例中，最初是使用在環(huán)境溫度 25°C條件下的Vf和Ir的數(shù)據(jù)值來計算肖特基二極管的功率損耗。然而，接下來必須使用計算出來的更高溫度時的Vf和Ir的值來重新計算。連續(xù)迭代生成才能得到更加準(zhǔn)確的結(jié)果。從插圖說明來看，第二個迭代遍
數(shù)提供了足夠的精度。第一個迭代遍數(shù)溫度計算(Ta)和第二個迭代遍數(shù)溫度計算(Tb)如圖2示。
圖 2 顯示，在第二個迭代遍數(shù)溫度(Tb)時,低Vf 的二極管開始升溫。隨著溫度升高，漏電流(Ir)增大，并且正向電壓(Vf)下降。然而，Ir的增大速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(Vf)下降的速度。結(jié)果，二極管總的功耗明顯增加。 在較高輸出電流時，PT2會更高，PT1增長速度更快，因此增長斜率更加陡峭。
圖 2 還清楚地顯示輸入輸出電壓比。左圖顯示低占空比5 V輸出的D C / D C 轉(zhuǎn)換器。在較低的占空比時，T2的時間較長，功耗也較高。這反過來使二極管更熱，使得Ir增加地更大，因此PT1變得更高?？偟慕Y(jié)果是：在輸出電流增加時，二極管的溫度會很快地升高。在電流較高時，溫度實際上已經(jīng)超過了二極管規(guī)定的工作范圍。在圖 2 的右側(cè)，較高的輸出電壓18V時，它的占空比也比較高，這使得PT2損耗保持在可控制范圍內(nèi)。二極管上產(chǎn)生的熱量較少，使得Ir增加的幅度較小，因此，PT1會更少，并且整體溫度升高幅度較小。
通常，占空比越高，即輸出電壓越接近輸入電壓，二極管的熱行為就會更加有效。例如，將12V輸入降壓到2.5V輸出，對二極管的應(yīng)力要求會高于將12V 輸入降壓到5V 輸出對二極管的應(yīng)力要求。
實用的設(shè)計推斷
運行軟件模擬進行功率設(shè)計是常見做法。這篇文章表明，仔細(xì)檢查器件的熱性能是十分有必要的。但是始終有可能存在以下情況：仿真工具沒有對你要使用的二極管使用正確的熱模型進行分析或者是受布局強烈影響的熱參數(shù)在給定的設(shè)計值時與實際參數(shù)不相符。
此外，這篇文章表明，不同的二極管具有不同的熱行為,因此設(shè)計師不應(yīng)該模擬表面上相似的二極管進行設(shè)計，并認(rèn)為其熱行為將會相似。所以，我們建議建立原型，而且是被實驗測試所證實的，而不是只依靠模擬仿真。
