開關電源鉗位保護電路及散熱器的設計要點

(4)k值所代表的就是TOPSwitch-GX系列中不同型號芯片的通態(tài)電阻比值，它也是極限電流比值。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,而對TOP250Y而言，比例系數(shù)k=1.17,二者基本相符。TOP249Y、TOP250Y的I LIMIT分別為5.40A、6.30A(典型值)，6.30A/5.40A=1.167≈1.17.

(5)在相同的輸出功率下I DS(ON)可視為恒定值，而芯片的功耗隨所選TOPSwitch-GX型號的增大而減小，隨型號的減小而增大。因此選擇較大的型號TOP250Y,其功耗要比TOP249Y更低。

當MOSFET關斷時漏極功耗P D與漏-源極關斷電壓U DS(OFF)的歸一化曲線如圖3所示。

圖3 當MOSFET關斷時漏極功耗PD與漏-源極關斷電壓UDS(OFF)的歸一化曲線

說明：因MOSFET在關斷損耗時的很小(只有幾百毫瓦)，故一般可忽略不計。

設計要求：選擇TO-220-7C封裝的TOP249Y型單片開關電源集成電路，設計70W(19V、3.6A)通用開關電源。已知TOP249Y的極限結溫為150℃，最高工作結溫T JM=125℃，最高環(huán)境溫度T AM=40℃。試確定鋁散熱器的參數(shù)。

設計方法：考慮到最不利的情況，芯片結溫T J可按100℃計算。從TOP249Y的數(shù)據手冊中查到它在T J=100℃時的R DS(ON) =2.15Ω(典型值)，極限電流I LIMIT=5.40A(典型值)。由于芯片總是降額使用的，實際可取I DS(ON) =0.8I LIMIT=4.32A.考慮到I DS(ON)在一個開關周期內是近似按照線性規(guī)律從零增加到最大值的(參見圖2)，因此應對其取平均值，即：

分析與結論：

(1)選用TOP250Y可輸出更大的功率。若與TOP249Y輸出同樣的70W功率，因

不變，僅R DS (ON )減小了，故：

這表明，在同樣的輸出功率下，TOP250Y的損耗更小。

(2)利用特性曲線可驗證設計結果。從圖2中的虛線(T J=100℃)上查出

=2.16A時所對應的U DS(ON) =4.5V.若根據U DS(ON)值計算，則：

比前面算出的10.0W略低一點。這是由于該特性曲線呈非線性的緣故，致使后者的數(shù)值偏低些。

(3)若考慮到還有關斷損耗，從圖3中可查出P D=510mW=0.51W(U DS(OFF) =600V)。假定占空比為50%,在計算平均功耗時應將關斷損耗除以2.因此

=9.72W+0.51W/2=9.975W,該結果就與10.0W非常接近。

3 結束語

設計漏極鉗位保護電路的主要任務包括電路選擇、元器件選擇和參數(shù)計算。其關鍵技術是首先根據一次側漏感上存儲的能量E L0,來推算出鉗位電路所吸收的能量E Q,進而計算出鉗位電容和鉗位電阻的參數(shù)值。本文所介紹的散熱器設計方法是根據開關電源芯片廠家提供的數(shù)據手冊及原始圖表，通過計算芯片的平均功耗來完成設計的。但需注意，在相同的輸出功率下(即I DS(ON)不變)，選擇輸出功率較大的開關電源芯片可降低功耗，提高電源效率。