開關電源鉗位保護電路及散熱器的設計

　　說明：

　　（1）定義R DS（ON） =U D（ON） /I DS（ON） 。

　?。?）圖2是以TOP249Y為參考，此時k=1.00.

　?。?）求漏-源極導通電流時應乘以k，求漏-源極通態(tài)電阻時應除以k.

　　（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.

　?。?）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?。ㄖ挥袔装俸镣撸?，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。

　　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，致使后者的數值偏低些。

　?。?）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。