開(kāi)關(guān)電源控制器結(jié)溫的計(jì)算分析詳解-KIA MOS管

設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)電源時(shí)，各種參數(shù)的計(jì)算以及控制器和無(wú)源器件的選取是工作的重點(diǎn)，其中，控制器的結(jié)溫是需要重點(diǎn)關(guān)注的參數(shù)之一，因?yàn)檫^(guò)高的結(jié)溫除了會(huì)帶來(lái)安全隱患外，還會(huì)影響開(kāi)關(guān)電源的效率。

功率損耗分析法

這種方法是借助計(jì)算開(kāi)關(guān)電源控制器的功率損耗來(lái)實(shí)現(xiàn)。

例如，開(kāi)關(guān)電源控制器的功率損耗主要有其內(nèi)部 Top MOSFET 和 Bottom MOSFET 的傳導(dǎo)損耗和開(kāi)關(guān)損耗，以及控制器的其他部分的損耗組成。

前文案例，Buck 變換器的電路參數(shù)如表 1 所示。

表 1 Buck 變換器的電路參數(shù)

計(jì)算 LT8650S 上消耗的功率為（此功率未包含 LT8650S 上的其他損耗，例如反饋回路，PWM 產(chǎn)生等，所以計(jì)算的功率略微偏小）：

圖 1 LT8650S 上消耗的功率

查看 LT8650S 的 datasheet，其熱阻如圖 2 所示。

圖 2 LT8650S 的熱阻參數(shù)

進(jìn)一步計(jì)算 LT8650S 在上述條件下的結(jié)溫為：

Tj = 23 * 0.489934 + 25℃ = 36.2℃

其中，環(huán)境溫度為 25℃。

由于僅計(jì)算 LT8650S 內(nèi)部的 MOSFET 的功率損耗，所以計(jì)算出來(lái)的控制器結(jié)溫略微偏小。

效率分析法

這種方法是借助開(kāi)關(guān)電源控制器 datasheet 中給定的效率曲線，在既定的輸入輸出條件下，計(jì)算整個(gè)開(kāi)關(guān)電源的功率損耗，再減去無(wú)源器件的損耗（電感的傳導(dǎo)損耗和磁芯損耗，電容的傳導(dǎo)損耗等），從而得到開(kāi)關(guān)電源控制器的功率損耗，再進(jìn)一步計(jì)算出來(lái)結(jié)溫。

例如，LT8650S 的輸出 5V 的情況下的效率曲線如圖 4 所示。

圖 4 LT8650S 的效率曲線

并以“94.6% Efficiency at 2A, 5VOUT from 12VIN at 2MHz;”為例計(jì)算。

整個(gè) Buck 變換器的功率損耗為：

P = (1 – 94.6%)*(5*2)/94.6% = 0.57W

減去無(wú)源器件的功率損耗：

P = 0.57 – Pcond_LC = 0.57 – 0.020266 W= 0.549734W

進(jìn)一步計(jì)算出 LT8650S 的結(jié)溫為：

Tj = 23 *  0.549734  + 25℃ = 37.6℃  

這種方法計(jì)算出來(lái)的 LT8650S 的結(jié)溫相對(duì)比較準(zhǔn)確。

仿真分析法

這種方法是借助仿真工具，直接仿真出上述條件下的開(kāi)關(guān)電源控制器的功率損耗，再計(jì)算出結(jié)溫。

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