A legjobb elektromos eszköz kiválasztása a villamos elektronikus áramkörök tervezéséhez a
Technológia és piaci trendek a teljesítményelektronikában.
A korszerűbb tápegységek jobb teljesítménye kompaktabb és magasabb frekvenciájú kapcsoló tápegységeket tesz lehetővé. Úgy tűnik, hogy a megjelenő új eszközök, például a MOSFET vagy a GaN FET szupertranzisztor hamarosan felváltják a hagyományos eszközöket, mint például a szilikon MOSFET vagy az IGBT. Magasabb frekvenciákon működő kapcsoló tápegységeket fejlesztettek ki, amelyek néhány száz kHz-től több mint 1 MHz-ig terjednek, és ezeknek az innovatív energiaforrásoknak a segítségével elérhetők.
A nagyfrekvenciás működés csökkenti az áramkörök költségeit azáltal, hogy csökkenti a mágneses alkatrész méretét. Ez viszont kisebb és könnyebb áramköri kialakításokat eredményez. A nagyfrekvenciás kapcsolás azonban megnöveli az elektromos eszköz veszteségét. A kapcsoló tápegység fő áramvesztesége a félvezető tápegységekkel kapcsolatos veszteség. Ezért az elektromos áramkörök tervezésénél elengedhetetlen az optimális kis fogyasztású eszközök kiválasztása.
Az energiaellátó készülék optimális kiválasztásához szükséges értékelés.
A megfelelő elektromos eszköz kiválasztásához az elektromos áramkörhöz számos paraméter alapos kiértékelése szükséges. A blokkoló feszültség, a szivárgási áram és a termikus jellemzők fontos tényezők a megbízhatóság szempontjából. A telítettségi feszültség, a küszöbfeszültség, a transzvezetőképesség és a csúcsáram a teljesítmény szempontjából fontos. Az áramveszteség minimalizálása elengedhetetlen a hatékony elektromos áramkör átfogó kialakításához.
Az áramellátó eszköz veszteségei főleg három elemre oszthatók: gerjesztésveszteség, amely az erőmű működtetésekor keletkezik; kapcsolási veszteség, amely az eszköz be- vagy kikapcsolásakor keletkezik; és a vezetés elvesztése, amely a készülék bekapcsolt állapotában keletkezik (1. ábra). 10 kHz alatti kapcsolási frekvenciákon a vezetőképesség vesztesége domináns. A gerjesztés elvesztése és a kapcsolás elvesztése válik dominánssá a kapcsolási frekvencia növekedésével (2. ábra). Az energiaveszteség minden típusa kiszámítható az eszközre jellemző paraméterekkel.
A gerjesztés vesztesége kiszámítható a kapu töltéséből (Qg). A kapcsolási veszteség kiszámítható a kapu ellenállása (Rg) és a készülék parazita kapacitása (vagy a kapu terhelés jellemzői) alapján, míg a vezetési veszteség az ellenállásból (Ron) számítható. Ezért következik, hogy az energiaveszteség kiértékeléséhez olyan tesztberendezésre van szükség, amely jellemzi ezeket a paramétereket. Az eszköz parazita kapacitásait bemeneti kapacitásra (Ciss), kimeneti kapacitásra (Coss) és fordított átviteli kapacitásra (Crss) osztjuk.
Az olyan hatékony eszköz kiválasztása, amely jó egyensúlyt mutat Ron ellenállása és a készülék parazita kapacitása között, az az első lépés a hatékony elektromos áramkör tervezésében. A kaputöltést az energiaeszköz teljes aktiválásához szükséges töltés teljes összegének definiálják. Paraméternek is tekinthető, amely az eszköz bemeneti kapacitásának nemlineáris jellemzőit ábrázolja (Ciss = Cgs + Cgd). A Ron ellenállása és az eszköz parazita kapacitása egyaránt fontos a nagy FOM-os (érdemjegy) kisfrekvenciás kapcsolóberendezéseknél, amelyet Qg és Ron szorzataként számolnak.
Mi az ajtó betöltése?
A kaputöltés az elektromos eszköz bekapcsolásához szükséges teljes összeg. Más szavakkal, az áram időintegrációja áramlik a kapu terminálra, amikor az eszköz bekapcsolt állapotba kerül. A gerjesztés veszteségét ezután kiszámítják a kapu terhelésének, a kapu feszültségének és a frekvenciának a szorzataként.
Amint a 4. ábra mutatja, a kapu terhelési jellemzői folyamatos görbeként vannak ábrázolva, amely három, különböző lejtésű szegmensből áll.
Ha a kapu áramát (Ig) állandó értéken tartjuk, a kapu töltése Ig és idő (t) szorzata. Ezután a kapufeszültség (Vgs) mintavételezésének mérésével elvégezzük a Qg görbét. A Qg görbe első szegmense a Vgs növekedését jelenti, ahol a Ciss_off-ot Ig terheli, miközben az eszköz ki van kapcsolva. Vgs = (1/Ciss_off) * Qg. Mivel a Cgs általában sokkal nagyobb, mint a Crss, megközelítőleg Vgs = (1/Cgs) * Qg értékkel közelíthető. Ennek a szegmensnek a kaputöltését Qgs-nek hívják. Amikor a Vgs a küszöbfeszültség (Vth) fölé emelkedik, a lefolyó (vagy kollektor) áram elkezd áramlani. A Vgs ebben a szegmensben addig nő, amíg a lefolyó áram el nem éri az Id-Vgs jellemzők névleges áramát. A második lapos lejtésű szakaszban, amelyben az eszköz be- és bekapcsol, teljesen bekapcsol, a Vgs nem növekszik, mert az összes áram Ig Crss felé áramlik. Az 5. ábra egy tranzisztor kapacitási jellemzőit, az 5. ábra (d) pedig a Crss feszültségfüggését mutatja. A Crss változásai két különböző területre oszthatók:
Ha> Vgs, akkor a Crss növekszik, miközben csökken. A Qgd1 töltésnövekedés mértéke:
A Qgd1 tükörterhelésnek nevezzük.
A Vgs> Vgd állapotban a Crss jelentősen megnő a csatorna miatt, amely a kapu alatt képződik a készülék bekapcsolása miatt. A Qgd2 töltésének növekedése: