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开关电源钳位保护电路及散热器的设计要点

作者:时间:2012-06-06来源:网络收藏

(4)k值所代表的就是TOPSwitch-GX系列中不同型号芯片的通态电阻比值,它也是极限电流比值。例如TOP249Y的R DS(ON) =2.15Ω(典型值),TOP250Y的R DS(ON) =1.85Ω(典型值),2.15Ω/1.85Ω=1.162,而对TOP250Y而言,比例系数k=1.17,二者基本相符。TOP249Y、TOP250Y的I LIMIT分别为5.40A、6.30A(典型值),6.30A/5.40A=1.167≈1.17.

(5)在相同的输出功率下I DS(ON)可视为恒定值,而芯片的功耗随所选TOPSwitch-GX型号的增大而减小,随型号的减小而增大。因此选择较大的型号TOP250Y,其功耗要比TOP249Y更低。

当MOSFET关断时漏极功耗P D与漏-源极关断电压U DS(OFF)的归一化曲线如图3所示。

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图3 当MOSFET关断时漏极功耗PD与漏-源极关断电压UDS(OFF)的归一化曲线

说明:因MOSFET在关断损耗时的很小(只有几百毫瓦),故一般可忽略不计。

要求:选择TO-220-7C封装的TOP249Y型单片集成70W(19V、3.6A)通用。已知TOP249Y的极限结温为150℃,最高工作结温T JM=125℃,最高环境温度T AM=40℃。试确定铝的参数。

方法:考虑到最不利的情况,芯片结温T J可按100℃计算。从TOP249Y的数据手册中查到它在T J=100℃时的R DS(ON) =2.15Ω(典型值),极限电流I LIMIT=5.40A(典型值)。由于芯片总是降额使用的,实际可取I DS(ON) =0.8I LIMIT=4.32A.考虑到I DS(ON)在一个开关周期内是近似按照线性规律从零增加到最大值的(参见图2),因此应对其取平均值,即:

分析与结论:

(1)选用TOP250Y可输出更大的功率。若与TOP249Y输出同样的70W功率,因

不变,仅R DS (ON )减小了,故:

这表明,在同样的输出功率下,TOP250Y的损耗更小。

(2)利用特性曲线可验证设计结果。从图2中的虚线(T J=100℃)上查出

=2.16A时所对应的U DS(ON) =4.5V.若根据U DS(ON)值计算,则:

比前面算出的10.0W略低一点。这是由于该特性曲线呈非线性的缘故,致使后者的数值偏低些。

(3)若考虑到还有关断损耗,从图3中可查出P D=510mW=0.51W(U DS(OFF) =600V)。假定占空比为50%,在计算平均功耗时应将关断损耗除以2.因此

=9.72W+0.51W/2=9.975W,该结果就与10.0W非常接近。

3 结束语

设计漏极钳位的主要任务包括选择、元器件选择和参数计算。其关键技术是首先根据一次侧漏感上存储的能量E L0,来推算出钳位电路所吸收的能量E Q,进而计算出钳位电容和钳位电阻的参数值。本文所介绍的设计方法是根据芯片厂家提供的数据手册及原始图表,通过计算芯片的平均功耗来完成设计的。但需注意,在相同的输出功率下(即I DS(ON)不变),选择输出功率较大的开关电源芯片可降低功耗,提高电源效率。

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