功率器件最恶劣电压电流应力分析-1
硬件工程师笔记 2023-03-16

宽输入变换器设计时,需要考虑不同器件所要承受的最恶劣应力,以此选型器件;器件强度和它所受的应力进行匹配且留有余量(如应力/强度<0.8)。当然,选型功率器件除了前面所说的应力外,还有纹波啦等等。


这是保证变换器可靠性的必要条件,商业环境下为什么需要格外关注可靠性呢?精通开关电源作者给出了最有说服力的解释,成本!一个“十倍经验法则”:当电路板卡级别检测出一个失效需要花1块钱,那么系统级、产品整机测试发现一个失效就需要花费10块钱维修,如果到现场才发现失效,那么就需要花费100块钱维修;以此类推。实际上,成本增加远不止十倍!因此,关注可靠性是最省钱的途径。


功率变换器的主要应力,可分为电压应力和电流应力电压应力不仅重要而且最容易计算。功率半导体的电压即使只是在瞬间超过其标称的额定最大值,器件也是立即损坏;元件的最低、最差强度一般是得到供应商的保证的,所以要特别关注不能超过额定最大值。与之相对应,电流额定值通常不是当务之急,因为其本质——但不总是——一般是热能,变换相对缓慢。


这个例外是电感的电流应力,当通过电感的电流超过它的饱和电流Isat时,电感感值会迅速下降。详细可见图1、磁性材料的滞回曲线,可以看到,当电流过大后,磁性材料自身的磁场达到饱和,所以它的磁通量变化量为零,所以电感感值也就没有了。以boost拓扑为例,开关管Ton时,电感感值为零也就是没有了限流能力,此时输入电源是被开关管短路掉的!mos管自身会承受巨大的电流应力。一个数例,假如Rds_on为0.1Ω,boost输入电压为10V,短路mos管后,它的峰值电流达到了100A!非常危险!

图1

另外,对于电感饱和电流Isat,宽输入变换器时,不同拓扑对应的最恶劣条件是不一样的。Boost(见图2)是Vin_min为最恶劣条件,因为Pin=Pout,Pout不变,所以输入电压越小输入电流越大;或者可以这么理解,boost的占空比D=Vo-Vi/Vo,Vo是固定的,也就是说,Vi变小时,D是变大的,所以开关管导通的时间变长了,即电感充电时间变长,所以电感上的电流峰值就大了。

Buck-boost也是Vin时候为选型电感的最恶劣条件,它的占空比D=Vo/(Vo+Vi),仍然可以看出,Vo固定,Vi减小时D是增大的,即开关管导通时间变长,电感充电时间变长了。

Buck是Vin_max为最恶劣条件,Ton时,电感两端电压为Vin-Vout,所以Vin越大,加在电感两端的电压也就越大,电感电流上升的就越高(△I=V*dt/L)。这是需要特别关注的电流应力的例子。

图2

我们看下其他器件需要关注的电压应力和电流应力。电压应力:所有元件总是需要特别关心的是峰值电压,过高的电压能导致半导体结(瞬时)雪崩击穿和快速恢复。电流应力:Ipk峰值电流(对应上面电感的Isat)、平均电流Iavg(二极管)、有效值电流Irms(mos管等)。


先从比较直观的电压应力开始。详细参见图3、4、5.

图3

图4

图5


以上都是比较直观的电压应力。


声明: 本文转载自其它媒体或授权刊载,目的在于信息传递,并不代表本站赞同其观点和对其真实性负责,如有新闻稿件和图片作品的内容、版权以及其它问题的,请联系我们及时删除。(联系我们,邮箱:evan.li@aspencore.com )
0
评论
  • 【7.24 深圳】2025国际AI+IoT生态发展大会/2025全球 MCU及嵌入式技术论坛


  • 相关技术文库
  • 元器件
  • 电阻
  • 电容
  • 电感
  • 想要了解检测技术?变压器局放检测不妨认识一下

    检测技术给我们带来了很多好处,而对于检测,自动化等专业的朋友或多或少有所了解。往期文章中,小编对CCD检测、电阻检测等均有所阐述。为增进大家对检测技术的认识,本文将介绍变压器局放检测技术。如果你对检测具...

    07-10
  • 电解电容如何检测?这些检测技巧教给你

    在往期文章中,小编对检测相关技术的讨论还是挺多的,譬如光敏电阻检测、机器视觉检测、电缆电器性能检测等等。但是,针对不同的应用对象,其检测技术往往有所不同。为帮助大家掌握更多的检测技术,本文就电解电容...

    07-10
  • 大牛带你看检测技术,电容器检测技术分析

    检测技术是各大行业都不可缺少的技术,检测的应用,能帮助发现系统、设备存在的一些隐性故障。通过检测,我们能够确保系统、设备的稳定性。为增进大家对检测的了解,本文将介绍电容器的一些检测技巧。如果你对检测...

    07-10
  • 一看就懂!动画讲解LC振荡器的工作原理

    电感器是由电线线圈组成的设备,包裹在磁性材料上...

    07-09
  • 滤波器有哪些分类?这些滤波器使用注意事项你都知道吗?

    滤波器的使用,使得特定频率的信号能够被过滤掉。在上篇滤波器文章中,小编对滤波器的主要参数有所阐述。为增进大家对滤波器的认识,本文将对滤波器的主要分类,以及滤波器的使用注意事项予以介绍。如果你对滤波器...

    07-09
  • ups电源有何注意事项?大佬教你如何维修ups电源

    ups电源是生活中的常用电源类型之一,对于ups电源,很多朋友其实都有所了解。为增进大家对ups电源的认识,本文将基于两点介绍ups电源:1.ups电源使用注意事项,2.ups电源维修技巧。如果你对ups电源具有兴趣,不妨继...

    07-09
  • 光耦使用经验贴,大佬传授光耦实用技巧

    光耦,也就是光耦合器,在电路中应用广泛。上篇文章中,小编介绍了光耦的技术参数,但这只是理论部分。如果想要掌握光耦的应用,还需自己动手尝试。为增进大家对光耦的认识,本文将介绍光耦的实用技巧。如果你对光...

    07-08
  • 如何维护逆变器?看看哪些因素将影响逆变器寿命

    逆变器无疑是工业应用中常用的转换器之一了,对于逆变器,我们或多或少具备一定的了解。为增进大家对逆变器的了解,本文将对影响逆变器寿命的因素予以介绍。如果你对逆变器相关内容具有兴趣,不妨同小编一起继续往...

    07-07
  • 射频电路仿真

    信息时代的到来极大地改变了人类社会的生产、生活、工作和学习方式。射频功率放大器不仅在通讯系统中得到广泛应用,还逐渐被应用于其他领域内。本文为一种新型射频导热治疗仪所设计的大功率射频放大器电路,满足工...

    07-04
  • dht11温湿度传感器工作原理

    DHT11为 4 针单排引脚封装,如下图,采用单线制串行接口,只需加适当的上拉电阻,信号传输距离可达20米以上,使其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选则。 二.传感器参数 1.DHT11电气参数如下: 型号 测量...

    07-04
  • 绝对压力变送器的工作原理是什么?绝对压力变送器选型事项介绍

    压力变送器作为测量仪器,是工业中最常用的传感器之一。上篇文章中,小编对压力变送器的种类有所阐述。为增进大家对压力变送器的认识,本文将对绝对压力变送器、绝对压力变送器的原理以及选型予以介绍。如果你对压...

    07-03
下载排行榜
更多
评测报告
更多
广告