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ZHCSTS9C December 2024 – October 2026 TPS4HC120-Q1

PRODUCTION DATA

断开电感负载时，电感电抗会导致输出电压趋于负值。过高的负电压会导致功率 FET 损坏。为了保护功率 FET，器件在漏极和源极之间实现了内部钳位功能，即 V_DS(clamp)。

方程式 3.

V_{DS(clamp)} = V_{VS} - V_{OUT}

在消磁期间 (t_decay)，功率 FET 导通以进行电感能量耗散。总能量在高侧开关中耗散。总能量包括电源的能量 (E_(VS)) 和负载的能量 (E_(load))。如果电阻与电感串联，则部分负载能量会在电阻中耗散。

方程式 4.

E_{(H S S)} = E_{(V S)} + E_{(l o a d)} = E_{(V S)} + E_{(L)} - E_{(R)}

当电感负载关断时，E_(HSS) 会在器件上引起高热应力。功率耗散的上限取决于器件的固有容量、环境温度和电路板耗散。

图 7-12 漏源钳位结构

图 7-13 电感负载关断图

从高侧开关的角度来看，E_(HSS) 等于消磁期间的积分值。

方程式 5.

\begin{array}{l} E_{(H S S)} = \int_{0}^{t_{(d e c a y)}} V_{D S (c l a m p)} \times I_{O U T} (t) d t \\ t_{(d e c a y)} = \frac{L}{R} \times ln [\frac{R \times I_{O U T (m a x)} + | V_{O U T} |}{| V_{O U T} |}] \\ E_{(H S S)} = L \times \frac{V_{V S} + | V_{O U T} |}{R^{2}} \times [R \times I_{O U T (m a x)} - | V_{O U T} | ln (\frac{R \times I_{O U T (m a x)} + | V_{O U T} |}{| V_{O U T} |})] \end{array}

当 R 大概等于 0 时，E_(HSD) 可简单地表示为：

方程式 6.

E_{(HSS)} = \frac{1}{2} \times L \times I_{OUT (max)}^{2} \frac{V_{VS} + | V_{OUT} |}{| V_{OUT} |}

在关断感性负载后，V_DS(clamp) 电压在从工作状态切换到待机状态的过渡期间变化约 1V。该钳位电压的变化不会对器件的长期可靠性造成任何风险。

对于 PWM 控制的电感负载，建议添加如图 7-14所示的外部续流电路，以保护器件免受重复性功率应力的影响。TVS 用于实现快速衰减。

图 7-14 通过外部电路提供保护