淺析肖特基二極管在電源管理中的應(yīng)用

1、淺析肖特基二極管在電源管理中的應(yīng)用任何非同步直流直流轉(zhuǎn)換器都需要一個(gè)所謂的續(xù)流二極管。為了優(yōu)化方案的整體效率，通常傾向于選擇低正向電壓的肖特基管。很多設(shè)計(jì)都采用一個(gè)轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)(網(wǎng)絡(luò))工具推薦的二極管。這并非總是二極管的最優(yōu)選擇。更何況，如果設(shè)計(jì)工具不考慮熱性能和漏電流之間的動態(tài)變化，則極有可能發(fā)生實(shí)際性能有別于設(shè)計(jì)工具的分析或模擬出的結(jié)果。本文將探討一些在選擇正確的二極管時(shí)應(yīng)仔細(xì)考慮的典型參數(shù)，以及如何應(yīng)用這些參數(shù)來快速確定選型的正確與

2、否。檢查損耗檢查損耗圖1給出了非同步直流直流降壓轉(zhuǎn)換器的基本框圖。D1是所需的肖特基管。左側(cè)是開關(guān)S1閉合時(shí)(時(shí)間為T1)的電流情況，右側(cè)是開關(guān)S1打開時(shí)(時(shí)間為T2)的電流情況。圖1：非同步直流直流降壓轉(zhuǎn)換器基本框圖。當(dāng)時(shí)間為T2時(shí)，輸出電流(Iout)流經(jīng)D1。所產(chǎn)生的損耗與D1的正向電壓(Vfw)和輸出電流直接相關(guān)。PT2等于IoutVfw。顯然，我們希望盡可能降低以控制損耗，減少發(fā)熱。T1期間，D1處于阻斷狀態(tài)。唯一的電流是反向

3、電流。此電流相對較弱，并且主要由阻斷電壓或輸入電壓Vin決定。T1階段二極管產(chǎn)生的功耗，稱為PT1，大致等于IrVin。對于任何肖特基二極管，在設(shè)計(jì)時(shí)都存在一個(gè)取舍。即此設(shè)備要么針對低Vf進(jìn)行優(yōu)化，要么針對低Ir進(jìn)行優(yōu)化。因此，如果選擇低Vf，則Ir就較高，反之亦然。在實(shí)際應(yīng)用設(shè)計(jì)時(shí)，重要的是不僅要觀察Vf或Ir的值，還要分析它們在實(shí)際操作中會產(chǎn)生什么結(jié)果。Vf和Ir都會隨溫度變化而改變。當(dāng)溫度升高，Vf會降低，在二極管升溫的同時(shí)降低了

4、熱擴(kuò)散。但非常不幸的是，Ir會隨著二極管溫度升高而增加。所以，二極管溫度越高，漏電流就越多，內(nèi)部功耗就越多，這樣就使得二極管溫度更高，從而再次增加漏電流，如此循環(huán)。如果堅(jiān)持采用基本的非同步直流直流轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)案例，不妨做一個(gè)基本分析以確定二極管內(nèi)部功耗和由此導(dǎo)致的設(shè)備溫度。直流直流轉(zhuǎn)換器的運(yùn)行占空比與電壓輸入輸出的比值直接相關(guān)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，

5、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

6、比12V到5V的轉(zhuǎn)換器更能加重二極管的負(fù)擔(dān)。熱逃逸熱逃逸以上討論的隨溫度升高而增加的效應(yīng)會帶來一個(gè)普遍問題，叫作熱逃逸。升高的溫度會導(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。目前常見的做法是對功耗設(shè)計(jì)進(jìn)行模擬運(yùn)行?？梢允褂脴?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。