功率开关管功耗的计算.pdf

功率开关管在电力电子系统中扮演着至关重要的角色，它们在电路中负责能量的开关转换。计算功率开关管的功耗对于设计高效、可靠的电源至关重要。以下是对标题和描述中涉及知识点的详细解释： 1. **开关管导通时的功耗**： - 开关管在导通期间，其内部的导通电阻Ron会产生功率损耗，计算公式为Pon-resistance = (Ion-min + Ion-max)^2 * Ton / Tperiod，其中Ion-min和Ion-max分别是开通时电流的最小值和最大值，Ton是开通时间，Tperiod是开关周期时间。 - 示例中的导通电阻Ron为32毫欧，电流范围从0.222A到0.644A，根据公式计算出导通损耗。 2. **开关管由开通到关断的功耗**： - 开关管在由开通到关断的过程中，由于电压和电流的变化会产生开关损耗Pswitch，计算公式为Pswitch = (1/6 * Voff-max * Ioff-max * Toff-rise + 1/6 * Von-max * Ion-max * Ton-fall) / Tperiod，其中Voff-max和Ioff-max分别为关断时电压的最大值和电流的最大值，Toff-rise是关断上升时间，Von-max和Ion-max是关断到导通电压和电流的最大值，Ton-fall是关断到导通的下降时间。 3. **开关管由关断到导通的功耗**： - 类似于关断到导通的过程，这里也有开关损耗，但计算方法与开通到关断的损耗相同。 4. **周期时间的测量**： - 开关周期时间Tperiod是开关管从完全导通到完全截止然后再恢复导通所需的时间，它是计算开关损耗和导通损耗的基础。 5. **温度降额的计算**： - 功耗会导致开关管发热，其结点到表面的热阻Rjc影响了温度分布。当开关管工作温度Tmax超过最高工作温度Tmax-spec时，需要进行温度降额，以确保器件的可靠性和寿命。 - 温度降额百分比计算公式为降额(％) = (Tmax + Rjc * Ploss) / Tmax-spec * 100％，其中Ploss是总功耗，包括开关损耗和导通损耗。 6. **电路保护**： - 在开关电源设计中，通常使用像UC3842这样的集成控制器进行保护。例如，过载和短路保护可以通过在开关管源极串联电阻并将电流信号送入控制器的第3脚来实现。 - 当电源过载时，UC3842会减少占空比，降低输出电压，同时降低辅助电源电压，使得电路进入“打嗝”式保护状态，避免长期高功率运行导致损坏。 - 辅助电源的RC滤波器（如R3和C1）用于消除开关尖峰，改善保护性能。 - 对于不同的应用场景，可能需要调整保护电路以适应元器件差异、输出电压水平或输入电压的影响，例如采用辅助电路进行保护关断。 7. **PWM控制技术**： - 在DC/DC变换器中，PWM（脉宽调制）技术用于控制开关元件的占空比，以调节输出电压。高效率和灵活性使得开关变换器在便携设备中广泛应用。 这些知识点涵盖了功率开关管功耗计算的基本原理以及在实际电路保护中的应用，对于理解和设计高效电源系统具有重要意义。在设计过程中，还需要考虑元器件参数的容差、热设计和电磁兼容性等因素，以确保系统的稳定性和可靠性。