肖特基二極管在電源管理中的應(yīng)用分析

圖2表示的是分析結(jié)果。此例中的計(jì)算使用了PMEG3050BEP(優(yōu)化為低Ir)和PMEG3050EP(優(yōu)化為低Vf)二極管。輸出電流范圍為1~3A。這里比較了低Vf型和低Ir型二極管的溫度。初始溫度假定為25℃。圖中同時(shí)給出了Ta(第一次傳遞溫度計(jì)算)和Tb(第二次傳遞)。左側(cè)是5V輸出的直流/直流轉(zhuǎn)換器的結(jié)果，右側(cè)是18V輸出的直流/直流轉(zhuǎn)換器(兩者的輸入電壓都是24V)。計(jì)算時(shí)假定Rtja采用基本的200K/W，然后根據(jù)占空比進(jìn)行調(diào)節(jié)。肖特基二極管的數(shù)據(jù)表給出了瞬時(shí)熱效應(yīng)曲線，允許設(shè)計(jì)者根據(jù)具體的脈沖占空比(短暫脈沖電流的熱效應(yīng)要優(yōu)于連續(xù)電流)決定實(shí)際的熱阻。請(qǐng)注意，任何應(yīng)用中的二極管總熱阻取決于很多因素，布局是其中較為重要的一個(gè)。

圖2：兩個(gè)直流/直流轉(zhuǎn)換器的分析結(jié)果。

在圖2中可以發(fā)現(xiàn)，在上述兩種情況中，在第二次溫度傳遞Tb時(shí)，低Vf的二極管開(kāi)始變熱。其中的原理是，在電流一定的情況下，二極管因在T2時(shí)產(chǎn)生損耗而變熱。隨著二極管溫度升高，漏電流If增加，正向電壓Vf減少。然而，增加的速度遠(yuǎn)高于減少的速度。其結(jié)果就是二極管內(nèi)的總功耗增加較快。在較高的輸出電流下PT2也較高，使得PT1增加較快，所以在高電流下斜率較為陡峭。

同樣，從中也能看到輸入輸出電壓比的效果。左側(cè)顯示的是5V輸出、低占空比直流/直流轉(zhuǎn)換器。占空比較低意味著T2較長(zhǎng)，PT2就更多。因此，較多的初始熱量導(dǎo)致Ir增加更快，PT1更高。最終結(jié)果就是隨著輸出電流增加，二極管溫度迅速上升。在較高的電流下，可以看到事實(shí)上溫度已超出了指定范圍之外。右側(cè)顯示較高的18V輸出電壓導(dǎo)致更高的占空比，從而抑制了PT2。二極管內(nèi)較少的發(fā)熱量意味著Ir增加較少，因此，PT1和總體溫度也都增加較少。

可以得出結(jié)論，占空比越高(或者說(shuō)輸出電壓和輸入電壓越接近)，二極管的熱效應(yīng)就越佳。例如，如果如前述計(jì)算，12V到2.5V的轉(zhuǎn)換器要比12V到5V的轉(zhuǎn)換器更能加重二極管的負(fù)擔(dān)。

熱逃逸

以上討論的隨溫度升高而增加的效應(yīng)會(huì)帶來(lái)一個(gè)普遍問(wèn)題，叫作熱逃逸。升高的溫度會(huì)導(dǎo)致溫度進(jìn)一步升高，直到部件損壞。因此，強(qiáng)烈建議在所有設(shè)計(jì)中徹底檢查此現(xiàn)象。

目前常見(jiàn)的做法是對(duì)功耗設(shè)計(jì)進(jìn)行模擬運(yùn)行。可以使用標(biāo)準(zhǔn)的模擬工具，也可使用網(wǎng)上常用的模擬工具。仔細(xì)檢查熱效應(yīng)是非常必要的。對(duì)于打算使用的二極管，極有可能所使用的工具并未采用正確的熱模型，或者其熱參數(shù)(很可能和布局相關(guān))與設(shè)計(jì)不相符合。很顯然，并非每個(gè)二極管都一模一樣，因而絕對(duì)不贊同在模擬設(shè)計(jì)時(shí)使用“相似”的二極管，然后假定它們的熱效應(yīng)(以及潛在的電效應(yīng))也相似。雖然并非總是可行，但在此仍然建議始終制作原型并驗(yàn)證其正確效應(yīng)。