開(kāi)關(guān)電源鉗位保護(hù)電路及散熱器的設(shè)計(jì)

　　說(shuō)明：

　　（1）定義R DS（ON） =U D（ON） /I DS（ON） 。

　　（2）圖2是以TOP249Y為參考，此時(shí)k=1.00.

　　（3）求漏-源極導(dǎo)通電流時(shí)應(yīng)乘以k，求漏-源極通態(tài)電阻時(shí)應(yīng)除以k.

　　（4）k值所代表的就是TOPSwitch-GX系列中不同型號(hào)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(duì)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(hào)的增大而減小，隨型號(hào)的減小而增大。因此選擇較大的型號(hào)TOP250Y，其功耗要比TOP249Y更低。

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

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

　　說(shuō)明：因MOSFET在關(guān)斷損耗時(shí)的很小（只有幾百毫瓦），故一般可忽略不計(jì)。

　　設(shè)計(jì)要求：選擇TO-220-7C封裝的TOP249Y型單片開(kāi)關(guān)電源集成電路，設(shè)計(jì)70W（19V、3.6A）通用開(kāi)關(guān)電源。已知TOP249Y的極限結(jié)溫為150℃，最高工作結(jié)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(shè)計(jì)方法：考慮到最不利的情況，芯片結(jié)溫T J可按100℃計(jì)算。從TOP249Y的數(shù)據(jù)手冊(cè)中查到它在T J=100℃時(shí)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(shí)際可取I DS（ON） =0.8I LIMIT=4.32A.考慮到I DS（ON）在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)是近似按照線性規(guī)律從零增加到最大值的（參見(jiàn)圖2），因此應(yīng)對(duì)其取平均值，即：

　　分析與結(jié)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(yàn)證設(shè)計(jì)結(jié)果。從圖2中的虛線（T J=100℃）上查出=2.16A時(shí)所對(duì)應(yīng)的U DS（ON） =4.5V.若根據(jù)U DS（ON）值計(jì)算，則：

　　比前面算出的10.0W略低一點(diǎn)。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(guān)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(jì)算平均功耗時(shí)應(yīng)將關(guān)斷損耗除以2.因此=9.72W+0.51W/2=9.975W，該結(jié)果就與10.0W非常接近。

　　3 結(jié)束語(yǔ)

　　設(shè)計(jì)漏極鉗位保護(hù)電路的主要任務(wù)包括電路選擇、元器件選擇和參數(shù)計(jì)算。其關(guān)鍵技術(shù)是首先根據(jù)一次側(cè)漏感上存儲(chǔ)的能量E L0，來(lái)推算出鉗位電路所吸收的能量E Q，進(jìn)而計(jì)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(shè)計(jì)方法是根據(jù)開(kāi)關(guān)電源芯片廠家提供的數(shù)據(jù)手冊(cè)及原始圖表，通過(guò)計(jì)算芯片的平均功耗來(lái)完成設(shè)計(jì)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(kāi)關(guān)電源芯片可降低功耗，提高電源效率。