中心議題：

• 選擇正確的二極管時應仔細考慮的典型參數
• 肖特基二極管的選型

解決方案：

• 檢查直流/直流轉換器的損耗
• 檢查直流/直流轉換器的熱逃逸現象

任何非同步直流/直(zhi)流(liu)轉(zhuan)換(huan)器(qi)都(dou)需(xu)要(yao)一(yi)個(ge)所(suo)謂(wei)的(de)續(xu)流(liu)二(er)極(ji)管(guan)。為(wei)了(le)優(you)化(hua)方(fang)案(an)的(de)整(zheng)體(ti)效(xiao)率(lv)
，通(tong)常(chang)傾(qing)向(xiang)於(yu)選(xuan)擇(ze)低(di)正(zheng)向(xiang)電(dian)壓(ya)的(de)肖(xiao)特(te)基(ji)管(guan)。很(hen)多(duo)設(she)計(ji)都(dou)采(cai)用(yong)一(yi)個(ge)轉(zhuan)換(huan)器(qi)設(she)計(ji)（網絡）gongjutuijiandeerjiguan。zhebingfeizongshierjiguandezuiyouxuanze。genghekuang，ruguoshejigongjubukaolvrexingnengheloudianliuzhijiandedongtaibianhua，zejiyoukenengfashengshijixingnengyoubieyushejigongjudefenxihuomonichudejieguo。benwenjiangtantaoyixiezaixuanzezhengquedeerjiguanshiyingzaixikaolvdedianxingcanshu
，yijiruheyingyongzhexiecanshulaikuaisuquedingxuanxingdezhengqueyufou。

檢查損耗

圖1給出了非同步直流/直流降壓轉換器的基本框圖。D1是所需的肖特基管。左側是開關S1閉合時（時間為T1）的電流情況

，右側是開關S1打開時（時間為T2）的電流情況。

圖1：非同步直流/直流降壓轉換器基本框圖。

當時間為T2時，輸出電流（Iout）流經D1。所產生的損耗與D1的正向電壓（Vfw）和輸出電流直接相關。PT2等於Iout*Vfw。顯然，我們希望盡可能降低以控製損耗，減少發熱。

T1期間，D1處於阻斷狀態。唯一的電流是反向電流。此電流相對較弱
，並且主要由阻斷電壓或輸入電壓Vin決定。T1階段二極管產生的功耗，稱為PT1，大致等於Ir*Vin。

對於任何肖特基二極管
，在設計時都存在一個取舍。即此設備要麼針對低Vf進行優化
，要麼針對低Ir進行優化。因此
，如果選擇低Vf，則Ir就較高，反之亦然。在實際應用設計時，重要的是不僅要觀察Vf或Ir的值，還要分析它們在實際操作中會產生什麼結果。Vf和Ir都會隨溫度變化而改變。當溫度升高
，Vf會降低，在二極管升溫的同時降低了熱擴散。但非常不幸的是，Ir會hui隨sui著zhe二er極ji管guan溫wen度du升sheng高gao而er增zeng加jia。所suo以yi，二er極ji管guan溫wen度du越yue高gao
，漏lou電dian流liu就jiu越yue多duo
，內nei部bu功gong耗hao就jiu越yue多duo
，這zhe樣yang就jiu使shi得de二er極ji管guan溫wen度du更geng高gao，從cong而er再zai次ci增zeng加jia漏lou電dian流liu，如ru此ci循xun環huan。

如果堅持采用基本的非同步直流/直流轉換器的設計案例
，不妨做一個基本分析以確定二極管內部功耗和由此導致的設備溫度。直流/直流轉換器的運行占空比與電壓輸入輸出的比值直接相關（DC=Vout/Vin）。電壓輸入和輸出的比值越低，T2的時間就越長

，PT2對整個二極管的功耗影響也就越大。反之亦然，T1越長（或和的比值越高），PT2對總功耗的影響就越小，PT1的作用就越大。

以兩個直流/直流轉換器為例
，兩個都是24V輸入電壓，但其中一個是18V輸出電壓而另一個是5V。使用Vin和Vout的比值計算得到占空比，並且使用數據表中的Vf和Ir值計算出二極管內總功率的損失。然後根據總功耗計算出由此導致的二極管溫度，並查找在此溫度下的Vf和Ir實際數值。最後根據新的二極管溫度重新算出內部功耗。這個迭代過程可以重複多次以提高精確度
，但如果隻想大致表明Vf和Ir的不同取舍所產生的影響，單次迭代就足夠了。

設備溫度可使用描述熱性質的基本熱方程計算，和用於描述電壓，電流
，電阻的計算並無不同。一旦知道了設備的內部功耗（Ptot）
，就可以用它乘以結點到環境的熱阻（Rtja），計算出設備結點處的溫度變化。把它加上環境溫度
，就得到了該設備在此功耗和環境溫度下的最終結點溫度。
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圖2表示的是分析結果。此例中的計算使用了PMEG3050BEP（優化為低Ir）和PMEG3050EP（優化為低Vf）二極管。輸出電流範圍為1~3A。這裏比較了低Vf型和低Ir型二極管的溫度。初始溫度假定為25℃。圖中同時給出了Ta（第一次傳遞溫度計算）和Tb（第二次傳遞）。左側是5V輸出的直流/直流轉換器的結果

，右側是18V輸出的直流/直流轉換器（兩者的輸入電壓都是24V）。計算時假定Rtja采用基本的200K/W
，然後根據占空比進行調節。肖特基二極管的數據表給出了瞬時熱效應曲線，允許設計者根據具體的脈衝占空比（短暫脈衝電流的熱效應要優於連續電流）決定實際的熱阻。請注意，任何應用中的二極管總熱阻取決於很多因素，布局是其中較為重要的一個。

圖2：兩個直流/直流轉換器的分析結果

在圖2中可以發現，在上述兩種情況中，在第二次溫度傳遞Tb時
，低Vf的二極管開始變熱。其中的原理是


，在電流一定的情況下，二極管因在T2時產生損耗而變熱。隨著二極管溫度升高

，漏電流If增加，正向電壓Vf減少。然而，增加的速度遠高於減少的速度。其結果就是二極管內的總功耗增加較快。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。左側顯示的是5V輸出
、低占空比直流/直流轉換器。占空比較低意味著T2較長，PT2就更多。因此
，較多的初始熱量導致Ir增加更快，PT1更(geng)高(gao)。最(zui)終(zhong)結(jie)果(guo)就(jiu)是(shi)隨(sui)著(zhe)輸(shu)出(chu)電(dian)流(liu)增(zeng)加(jia)，二(er)極(ji)管(guan)溫(wen)度(du)迅(xun)速(su)上(shang)升(sheng)。在(zai)較(jiao)高(gao)的(de)電(dian)流(liu)下(xia)，可(ke)以(yi)看(kan)到(dao)事(shi)實(shi)上(shang)溫(wen)度(du)已(yi)超(chao)出(chu)了(le)指(zhi)定(ding)範(fan)圍(wei)之(zhi)外(wai)。右(you)側(ce)顯(xian)示(shi)較(jiao)高(gao)的(de)18V輸出電壓導致更高的占空比，從而抑製了PT2。二極管內較少的發熱量意味著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），二極管的熱效應就越佳。例如，如果如前述計算，12V到2.5V的轉換器要比12V到5V的轉換器更能加重二極管的負擔。

熱逃逸

以(yi)上(shang)討(tao)論(lun)的(de)隨(sui)溫(wen)度(du)升(sheng)高(gao)而(er)增(zeng)加(jia)的(de)效(xiao)應(ying)會(hui)帶(dai)來(lai)一(yi)個(ge)普(pu)遍(bian)問(wen)題(ti)
，叫(jiao)作(zuo)熱(re)逃(tao)逸(yi)。升(sheng)高(gao)的(de)溫(wen)度(du)會(hui)導(dao)致(zhi)溫(wen)度(du)進(jin)一(yi)步(bu)升(sheng)高(gao)，直(zhi)到(dao)部(bu)件(jian)損(sun)壞(huai)。因(yin)此(ci)


，強(qiang)烈(lie)建(jian)議(yi)在(zai)所(suo)有(you)設(she)計(ji)中(zhong)徹(che)底(di)檢(jian)查(zha)此(ci)現(xian)象(xiang)。

目(mu)前(qian)常(chang)見(jian)的(de)做(zuo)法(fa)是(shi)對(dui)功(gong)耗(hao)設(she)計(ji)進(jin)行(xing)模(mo)擬(ni)運(yun)行(xing)。可(ke)以(yi)使(shi)用(yong)標(biao)準(zhun)的(de)模(mo)擬(ni)工(gong)具(ju)
，也(ye)可(ke)使(shi)用(yong)網(wang)上(shang)常(chang)用(yong)的(de)模(mo)擬(ni)工(gong)具(ju)。仔(zai)細(xi)檢(jian)查(zha)熱(re)效(xiao)應(ying)是(shi)非(fei)常(chang)必(bi)要(yao)的(de)。對(dui)於(yu)打(da)算(suan)使(shi)用(yong)的(de)二(er)極(ji)管(guan)，極(ji)有(you)可(ke)能(neng)所(suo)使(shi)用(yong)的(de)工(gong)具(ju)並(bing)未(wei)采(cai)用(yong)正(zheng)確(que)的(de)熱(re)模(mo)型(xing)，或(huo)者(zhe)其(qi)熱(re)參(can)數(shu)（很可能和布局相關）與設計不相符合。很顯然，並非每個二極管都一模一樣，因而絕對不讚同在模擬設計時使用“相似”的二極管，然後假定它們的熱效應（以及潛在的電效應）也相似。雖然並非總是可行，但在此仍然建議始終製作原型並驗證其正確效應。