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任何非同步直流/直流轉(zhuǎn)換器都需要一個(gè)所謂的肖特基二極管。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二極管。很多設(shè)計(jì)都采用一個(gè)轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)(網(wǎng)絡(luò))工具推薦的肖特基二極管。這并非總是肖特基二極管的最優(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(dòng)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。立深鑫將帶您一起探討一些在選擇正確的肖特基二極管時(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否。
1、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是所需的肖特基二極管。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。
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Iout*Vfw。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)。唯一的電流是反向電流。此電流相對(duì)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Ir*Vin。
對(duì)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(duì)低Vf進(jìn)行優(yōu)化，要么針對(duì)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?cè)趯?shí)際操作中會(huì)產(chǎn)生什么結(jié)果。Vf和Ir都會(huì)隨溫度變化而改變。當(dāng)溫度升高，Vf會(huì)降低，在肖特基二極管升溫的同時(shí)降低了熱擴(kuò)散。但非常不幸的是，Ir會(huì)隨著肖特基二極管溫度升高而增加。所以，肖特基二極管溫度越高，漏電流就越多，內(nèi)部功耗就越多，這樣就使得肖特基二極管溫度更高，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)基本分析以確定肖特基二極管內(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)(DC=Vout/Vin)。電壓輸入和輸出的比值越低，T2的時(shí)間就越長，PT2對(duì)整個(gè)肖特基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(duì)總功耗的影響就越小，PT1的作用就越大。
以兩個(gè)直流/直流轉(zhuǎn)換器為例，兩個(gè)都是24V輸入電壓，但其中一個(gè)是18V輸出電壓而另一個(gè)是5V。使用Vin和Vout的比值計(jì)算得到占空比，并且使用數(shù)據(jù)表中的Vf和Ir值計(jì)算出二極管內(nèi)總功率的損失。然后根據(jù)總功耗計(jì)算出由此導(dǎo)致的肖特基二極管溫度，并查找在此溫度下的Vf和Ir實(shí)際數(shù)值。最后根據(jù)新的肖特基二極管溫度重新算出內(nèi)部功耗。這個(gè)迭代過程可以重復(fù)多次以提高精確度，但如果只想大致表明Vf和Ir的不同取舍所產(chǎn)生的影響，單次迭代就足夠了。
設(shè)備溫度可使用描述熱性質(zhì)的基本熱方程計(jì)算，和用于描述電壓，電流，電阻的計(jì)算并無不同。一旦知道了設(shè)備的內(nèi)部功耗(Ptot)，就可以用它乘以結(jié)點(diǎn)到環(huán)境的熱阻(Rtja)，計(jì)算出設(shè)備結(jié)點(diǎn)處的溫度變化。把它加上環(huán)境溫度，就得到了該設(shè)備在此功耗和環(huán)境溫度下的最終結(jié)點(diǎn)溫度。
