功率开关管功耗的计算

功率开关管功耗的计算

1) 开关管导通时的功耗测试

开通时间Ton(uS) 4.955 (时间测量以电压波形为基准)

开通时电流的最小值Ion-min(A) 0.222

开通时电流的最大值Ion-max(A) 0.644

规格书上的导通电阻Ron-resistance(homn) 3

2) 开关管由开通到关断的功耗测试

由开通到关断的时间Toff-rise(nS) 100 (测量电压波形的上升时间,单位ns)

由开通到关断电压的最大值V off-max(V) 288

由开通到关断电流的最大值Ioff-max(A) 0.637

3) 开关管由关断到导通时的功耗测试

由关断到导通的时间Ton-fall(nS) 47 (测量电压波形的下降时间,单位ns)

由关断到导通电压的最大值V on-max(V) 198

由关断到导通电流的最大值Ion-max(A) 0.491

4) 周期时间的测量

开关周期时间Tperiod(uS) 11.6762

开关管的开关损耗Pswitch(W) 0.327087666

开关管的导通损耗Pon-resistance(W) 0.477385448

开关管的总功耗Ploss(W) 0.804473114

5) 温度降额的计算

结点到表面的热阻Rjc(℃/W) 10

开关管的最高工作温度Tmax-spec(℃) 150

高温测得的开关管表面温度Tmax(℃) 81.8 89.8

开关管的实际温度降额(％) 59.9

计算公式:

Ploss=Pswitch+Pon-resistance

Pswitch=(1/6*V off-max*Ioff-max*Toff-rise+1/6*V on-max*Ion-max*Ton-fall)/Tperiod

Pon-resistance=(0.5*(Ion-min+Ion-max))^2*Ton/Tperiod

降额(％)=(Tmax+Rjc*Ploss)/Tmax-spec*100％

3842电路的保护---个人经验（原创）

3842电路的保护

用UC3842做的开关电源的典型电路见图1。过载和短路保护，一般是通过在开关管的源极串一个电阻（R4），把电流信号送到3842的第3脚来实现保护。当电源过载时，3842保护动作，使占空比减小，输出电压降低，3842的供电电压Vaux也跟着降低，当低到3842不能工作时，整个电路关闭，

然后靠R1、R2开始下一次启动过程。这被称为“打嗝”式（hiccup）保护。在这种保护状态下，电源只工作几个开关周期，然后进入很长时间（几百ms到几s）的启动过程，平均功率很低，即使长时间输出短路也不会导致电源的损坏。由于漏感等原因，有的开关电源在每个开关周期有很大的开关尖峰，即使在占空比很小时，辅助电压Vaux也不能降到足够低，所以一般在辅助电源的整流二极管上串一个电阻（R3），它和C1形成RC滤波，滤掉开通瞬间的尖峰。仔细调整这个电阻的数值，一般都可以达到满意的保护。使用这个电路，必须注意选取比较低的辅助电压Vaux，对3842一般为13～15V，使电路容易保护。

图1是使用最广泛的电路，然而它的保护电路仍有几个问题：1. 在批量生产时，由于元器件的差异，总会有一些电源不能很好保护，这时需要个别调整R3的数值，给生产造成麻烦；

2. 在输出电压较低时，如

3.3V、5V，由于输出电流大，过载时输出电压下降不大，也很难调整R3到一个理想的数值；

3. 在正激应用时，辅助电压Vaux虽然也跟随输出变化，但跟输入电压HV的关系更大，也很难调整R3到一个理想的数值。

这时如果采用辅助电路来实现保护关断，会达到更好的效果。辅助关断电路的实现原理：在过载或短路时，输出电压降低，电压反馈的光耦不再导通，辅助关断电路当检测到光耦不再导通时，延迟一段时间就动作，关闭电源。图2、3、4是常见的电路。图2采取拉低第1脚的方法关闭电源。图3采用断开振荡回路的方法。图4采取抬高第2脚，进而使第1脚降低的方法。在这3个电路里R3电阻即使不要，仍能很好保护。注意电路中C4的作用，电源正常启动，光耦是不通的，因此靠C4来使保护电路延迟一段时间动作。在过载或短路保护时，它也起延时保护的左右。在灯泡、马达等启动电流大的场合，C4的取值也要大一点。

DC/DC变换器的PWM控制技术

转载人：Power App发布时间：2003年10月20日

内容:DC/DC变换器广泛应用于便携装置（如笔记本计算机、蜂窝电话、寻呼机、PDA等）中。它有两种类型，即线性变换器和开关变换器。开关变换器因具有效率高、灵活的正负极性和升降压方式的特点，而备受人们的青睐。

开关稳压器利用无源磁性元件和电容电路元件的能量存储特性，从输入电压源获取分离的能量，暂时地把能量以磁场形式存储在电感器中，或以电场形式存储在电容器中，然后将能量转换到负载，实现DC/DC变换。

实现能量从源到负载的变换需要复杂的控制技术。现在，大多数采用PWM（脉冲宽度调制）技术。从输入电源提取的能量随脉宽变化，在一固定周期内保持平均能量转换。PWM的占空因数（δ）是“on”时间（ton，从电源提取能量的时间）与总开关周期（T）之比。对于开关稳压器，其稳定的输出电压正比于PWM占空因数，而且控制环路利用“大信号”占空因数做为对电源开关的控制信号。

开关频率和储能元件

DC/DC变换器中，功率开关和储能元件的物理尺寸直接受工作频率影响。磁性元件所耦合的功率是：P（L）=1/2（LI2f）。随着频率的提高，为保持恒定的功率所要求的电感相应地减小。由于电感与磁性材料的面积和线匝数有关，所以可以减小电感器的物理尺寸。

电容元件所耦合的功率是：P(c)=1/2(CV2f)，所以储能电容器可实现类似的尺寸减小。元件尺寸的减小对于电源设计人员和系统设计人员来说都是非常重要的，可使得开关电源占用较小的体积和印刷电路板面积。

开关变换器拓扑结构

开关变换器的拓扑结构系指能用于转换、控制和调节输入电压的功率开关元件和储能元件的不同配置。很多不同的开关稳压器拓扑结构可分为两种基本类型：非隔离型（在工作期间输入源和输出负载共用一个共同的电流通路）和隔离型（能量转换是用一个相互耦合磁性元件（变压

器）来实现的，而且从源到负载的耦合是借助于磁通而不是共同的电器）。变换器拓扑结构是根据系统造价、性能指标和输入线/输出负载特性诸因素选定的。

非隔离开关变换器

有四种基本非隔离开关稳压器拓扑结构用于DC/DC变换器。

1. 降压变换器

降压变换器将一输入电压变换成一较低的稳定输出电压。输出电压（V out）和输入电压（Vin）的关系为：

V out/Vin=δ（占空因数）Vin>V out

2. 升压变换器

升压变换器将一输入电压变换成一较高的稳定输出电压。输出电压和输入电压的关系为：

V out/Vin=1/（1-δ）Vin

3. 逆向变换器

逆向变换器将一输入电压变换成一较低反相输出电压。输出电压与输入电压的关系为：

V out/Vin=-δ/（1-δ）Vin>|V out|

4.Cuk变换器

Cuk(“丘克”)变换器将一输入电压变换成一稳定反相较低值或较高值输出电压（电压值取决于占空因数）。输出电压输入电压的关系为：

V out/Vin=-δ/（1-δ）|Vin|>|V out|，δ<0.5|Vin|<|V out|，δ>0.5

隔离开关变换器

有很多隔离开关变换器拓扑结构，但其中三种比较通用，它们是：逆向变换器、正向变换器、推挽变换器。在这些电路中，从输入电源到负载的能量转换是通过一个变压器或其他磁通耦合磁性元件实现的。

1. 逆向隔离变换器

逆向隔离变换器将一输入电压变换成一稳定的取决于变压器匝数比的较低值或较高值输出电压。输出电压与输入电压的关系式为：

V out/Vin=（1/N）（δ/（1-δ））Vin>V out或Vin 式中N为变压器匝数比。

2. 正向隔离变换器

正向隔离变换器将一输入电压变换成一稳定的取决于变压器匝数比的较低值或较高值输出电压。输出电压和输入电压关系为：

V out/Vin=（1/N）δVin>V out或Vin

3. 推挽隔离变换器

推挽隔离变换器将一输入电压变换成一稳定较低值输出电压。它们的关系为：

V out/Vin=（2/N）δVin>V out

PWM控制技术

控制开关DC/DC变换器的反馈回路和稳压特性有两种方法：电压模式控制和电流模式控制。在电压模式控制中，变换器的占空因数正比于实

际输出电压与理想输出电压之间的误差差值；在电流模式控制中，占空因数正比于额定输出电压与变换器控制电流函数之间的误差差值。控制电流可以是非隔离拓扑结构中的开关电流或隔离拓扑结构中的变压器初级电流。

电压模式控制只响应（调节变换器的占空因数）输出（负载）电压的变化。这意味着变换器为了响应负载电流或输入线电压的变化，它必须“等待”负载电压（负载调整）的相应变化。这种等待/延迟会影响变换器的稳压特性，通常“等待”是一个或多个开关周期。负载或输入电压扰动会产生相应（尽管不一定成比例）的输出电压干扰。

在此电路中，A1是环路误差放大器，A2是PWM比较器，A3是输出驱动器（与功率开关的接口）。斜波振荡器提供输出电压VOSC，VOSC 在变换器开关周期ts期间从OV到某最大值（对应于最大占空因数）呈线性斜波。误差放大器对精密温度补偿基准（VREF）和变换器输出电压分量V out（R2/（R1+R2））之间的差值进行比较。A1的输出VE正比于基准电压和V out之间的差值。假若输出电压为零，则A1的输出为其最大值，此最大值与振荡器输出斜波最大值相同。当在PWM比较器A2的输入存在这种条件时，则A2的输出电压在变换器整个开关周期中保持在最大值。所以，当V out为最小值时，占空因数是在其最大值。

假若实际的输出电压超过V out的调整范围，则A1的输出将为（或接近）零。在这种条件下，A2的输出在整个开关周期期间将保持在其最小值。输出电压和变换器占空因数之间的反比关系（即输出电压太低会产生最大占空因数，输出电压太高会产生最小占空因数）为变换器的控制

环路提供稳定的反馈机构。

假若能有一种机械使PWM控制可以在单个变换周期内响应负载电流的变化，则“等待”问题和与电压模式控制有关的相应负载调整补偿可以消除。用电流模式控制做到这点是可能的。

电流模式控制把变换器分成两条控制环路——电流控制通过内部控制环路而电压控制通过外部控制环路。其结果在逐个开关脉冲上不仅仅可以响应负载电压的变化而且也可响应电流的变化。

上图示出一个典型的电流模式PWM控制电路。在此电路中，A1是电压环路误差放大器，A2是PWM比较器，A3是输出驱动器（与功率开关的接口）。振荡器以开关频率fs提供窄同步脉冲。它把PWM锁存（G1）的输出（Q）置于逻辑高态并表示另一变换周期的开始。

和电压模式控制的情况一样，误差放大器A1对精密温度补偿基准（VREF）和变换器输出电压分量V out（R2/（R1+R2））之间的差值进行比较。A1的输出正比于基准电压和V out之间的差值。

假若输出电压为零，则A1输出是它的最大值。假若输出电压超过V out 的调整范围，则A1输出将为（或接近）零。所以，当变换器输出正在调整时A1的输出处在最大和最小值之间的某一平均值（V A）。此值对PWM 比较器A2是反相输入，实质上它变成电流反馈信号的基准。

注意，假若在A2的-输入上电压大于其+输入上的电压，则A2的输出电压是在其最小值（逻辑低态）。假若电阻器Rs感测到开关或初级电流，则呈现在A2+输入端的电压Vs为IsRs，Vs电压正比于开关电流。当Vs

值达到V A值时，A2输出将转换到它的最大值（逻辑高态）并复位PWM 锁存G1，使G1的输出转换到逻辑低态。这种作用确定整个开关周期期间的时间，在此期间G1的输出是高态并确定变换器的占空因数。

电流模式控制和电压模式控制一样在输出电压与占空因数之间具有相同的反比关系。而且电流模式还具有如下的特点：外（电压）控制环路设置阈值，而在阈值内内（电流）环路调整开关或初级电路中的峰值电流。由于输出电流正比于开关或初级电流，所以在逐个脉冲上控制输出电流，从而电流模式控制具有比电压模式控制更优越的电源电压和负载调整特性