圖1：非同步直流/直流降壓轉換器基本框圖。

當時間為T2時，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。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。

對于任何肖特基二極管，在設計時都存在一個取舍。即此設備要么針對低Vf進行優(yōu)化，要么針對低Ir進行優(yōu)化。因此，如果選擇低Vf，則Ir就較高，反之亦然。在實際應用設計時，重要的是不僅要觀察Vf或Ir的值，還要分析它們在實際操作中會產(chǎn)生什么結果。Vf和Ir都會隨溫度變化而改變。當溫度升高，Vf會降低，在二極管升溫的同時降低了熱擴散。但非常不幸的是，Ir會隨著二極管溫度升高而增加。所以，二極管溫度越高，漏電流就越多，內(nèi)部功耗就越多，這樣就使得二極管溫度更高，從而再次增加漏電流，如此循環(huán)。

2、實驗結果的剖析

如果堅持采用基本的非同步直流/直流轉換器的設計案例，不妨做一個基本分析以確定二極管內(nèi)部功耗和由此導致的設備溫度。直流/直流轉換器的運行占空比與電壓輸入輸出的比值直接相關（DC=Vout/Vin）。電壓輸入和輸出的比值越低，T2的時間就越長，PT2對整個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對總功耗的影響就越小，PT1的作用就越大。

以兩個直流/直流轉換器為例，兩個都是24V輸入電壓，但其中一個是18V輸出電壓而另一個是5V。使用Vin和Vout的比值計算得到占空比，并且使用數(shù)據(jù)表中的Vf和Ir值計算出二極管內(nèi)總功率的損失。然后根據(jù)總功耗計算出由此導致的二極管溫度，并查找在此溫度下的Vf和Ir實際數(shù)值。最后根據(jù)新的二極管溫度重新算出內(nèi)部功耗。這個迭代過程可以重復多次以提高精確度，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。

設備溫度可使用描述熱性質的基本熱方程計算，和用于描述電壓，電流，電阻的計算并無不同。一旦知道了設備的內(nèi)部功耗（Ptot），就可以用它乘以結點到環(huán)境的熱阻（Rtja），計算出設備結點處的溫度變化。把它加上環(huán)境溫度，就得到了該設備在此功耗和環(huán)境溫度下的最終結點溫度。

圖2表示的是分析結果。此例中的計算使用了PMEG3050BEP（優(yōu)化為低Ir）和PMEG3050E（優(yōu)化為低Vf）二極管。輸出電流范圍為1~3A。這里比較了低Vf型和低Ir型二極管的溫度。初始溫度假定為25℃。圖中同時給出了Ta（第一次傳遞溫度計算）和Tb（第二次傳遞）。左側是5V輸出的直流/直流轉換器的結果，右側是18V輸出的直流/直流轉換器（兩者的輸入電壓都是24V）。計算時假定Rtja采用基本的200K/W，然后根據(jù)占空比進行調節(jié)。肖特基二極管的數(shù)據(jù)表給出了瞬時熱效應曲線，允許設計者根據(jù)具體的脈沖占空比（短暫脈沖電流的熱效應要優(yōu)于連續(xù)電流）決定實際的熱阻。請注意，任何應用中的二極管總熱阻取決于很多因素，布局是其中較為重要的一個。

圖2：兩個直流/直流轉換器的分析結果。

在圖2中可以發(fā)現(xiàn)，在上述兩種情況中，在第二次溫度傳遞Tb時，低Vf的二極管開始變熱。其中的原理是，在電流一定的情況下，二極管因在T2時產(chǎn)生損耗而變熱。隨著二極管溫度升高，漏電流If增加，正向電壓Vf減少。然而，增加的速度遠高于減少的速度。其結果就是二極管內(nèi)的總功耗增加較快。在較高的輸出電流下PT2也較高，使得PT1增加較快，所以在高電流下斜率較為陡峭。

同樣，從中也能看到輸入輸出電壓比的效果。左側顯示的是5V輸出、低占空比直流/直流轉換器。占空比較低意味著T2較長，PT2就更多。因此，較多的初始熱量導致Ir增加更快，PT1更高。最終結果就是隨著輸出電流增加，二極管溫度迅速上升。在較高的電流下，可以看到事實上溫度已超出了指定范圍之外。右側顯示較高的18V輸出電壓導致更高的占空比，從而抑制了PT2。二極管內(nèi)較少的發(fā)熱量意味著Ir增加較少，因此，PT1和總體溫度也都增加較少。

3、結論

占空比越高（或者說輸出電壓和輸入電壓越接近），二極管的熱效應就越佳。例如，如果如前述計算，12V到2.5V的轉換器要比12V到5V的轉換器更能加重二極管的負擔。