Có hai loại tổn thất trong MOSFET. Một là tổn thất dẫn điện và một là tổn thất chuyển mạch.Tổn thất chuyển mạch không dễ như tính toán tổn thất dẫn điện. Có nhiều thông số cần xem xét. Bạn cần hiểu các thông số này để chọn đúng giá trị. Tuy nhiên, bạn không cần phải là chuyên gia về điện tử công suất nữa vì tôi sẽ hướng dẫn bạn cách tính tổn thất chuyển mạch MOSFET.
Tổn thất chuyển mạch MOSFET là một vấn đề phức tạp. Tổn thất chuyển mạch là yếu tố góp phần làm tiêu tán công suất tổng thể trong mạch chuyển mạch liên tục như SMPS, bộ chuyển đổi DC-DC, bộ sạc và bộ biến tần, v.v. Tổn thất chuyển mạch không xảy ra ở trạng thái tĩnh như khi MOSFET đang dẫn điện. Đó là tổn thất liên quan trong quá trình bật và tắt MOSFET. Các kỹ thuật của kỹ sư thiết kế sẽ khác nhau. Trong bài viết này, tôi xin chia sẻ với các bạn kỹ thuật tôi đã sử dụng để tính toán tổn thất chuyển mạch MOSFET.
Những điều cần cân nhắc khi tính toán tổn thất chuyển mạch MOSFET
Cách tính toán tổn thất chuyển mạch MOSFET do điện tích cổng
Năng lượng cần thiết để sạc tụ điện cổng được đưa ra dưới đây
Năng lượng cũng có thể được thể hiện như
Việc cân bằng cả hai phương trình sẽ mang lại
Điện tích của tụ điện có thể được biểu thị như sau
Điện tích, Q = C x V
Điện dung C
C = Điện tích, Q / V
Sau đó thay thế C vào các phương trình cân bằng ở trên để đưa ra tổn thất cực G suất điện tích cổng
Ở đó:
Qtotal là tổng điện tích cổng được chỉ định trong bảng dữ liệu MOSFET
V là V GS (điện áp cực G tới cực S) được áp dụng
Fsw là tần số chuyển mạch
Bảng dưới đây là cách IRFR320TRPBF-BE3 (MOSFET từ Vishay) datasheet chỉ định tổng điện tích cực G (total gate charge). Vishay cung cấp các tùy chọn tuyệt vời cho MOSFET phù hợp với thiết kế của bạn. Truy cập trang web https://www.vishay.com/ .
Đối với trường hợp tổng thất công suất lớn nhất, hãy cân nhắc sử dụng giá trị tối đa. Đối với giá trị điển hình TYP, hãy sử dụng giá trị điển hình TYP. Tuy nhiên, đôi khi bảng dữ liệu chỉ cho biết giá trị tối đa.
Tổn thất điện tích cực G là một hàm của điện áp (V GS ) và tần số chuyển mạch (Fsw). Điều này có nghĩa là V GS được áp dụng không thể bị phóng đại vì nó sẽ dẫn đến tổn thất cực G cao hơn.
Tương tự như vậy, tần số chuyển mạch phải được lựa chọn sao cho tổn thất cực G không quá lớn đến mức gây nguy hiểm cho hiệu quả của hệ thống và tình trạng của MOSFET.
Cách tính toán tổn thất chuyển mạch MOSFET do điện dung đầu ra
C OSS sẽ sạc ngay khi MOSFET tắt. Năng lượng cần thiết trong thời gian này sẽ gây tổn thất. Năng lượng của tụ điện được đưa ra trong phương trình dưới đây
Năng lượng cũng có thể được thể hiện như
Năng lượng = Công suất / Fsw
Cả hai phương trình khi cân bằng sẽ cho kết quả
Sắp xếp lại phương trình sẽ cho kết quả
Ở đó:
C OSS là điện dung đầu ra được chỉ định trong bảng dữ liệu MOSFET
V là điện áp từ cực máng đến cực nguồn (V DS)
Fsw là tần số chuyển mạch
Tổn thất công suất tối đa do điện dung đầu ra là tối đa tại giá trị cực đại của điện áp cực máng đến cực nguồn. Việc lựa chọn tần số chuyển mạch cũng là một mối quan tâm để giảm thiểu tổn thất chuyển mạch này.
Bảng dữ liệu MOSFET IRFR320TRPBF-BE3 chỉ rõ C OSS như bảng bên dưới.
Tổn thất chuyển mạch do thời gian tăng và giảm
Điều cuối cùng cần xem xét về cách tính toán tổn thất chuyển mạch MOSFET mà tôi muốn chia sẻ là do thời gian tăng và thời gian giảm. Đối với một số người, điều này tương tự như tổn thất C OSS do đó không cần phải xem xét riêng. Trong các thiết kế của mình, tôi vẫn coi đây là nguồn riêng biệt của tổn thất chuyển mạch.
Dưới đây là phương trình của tổn thất chuyển mạch này.
Ở đó:
trise là thời gian tăng được chỉ định trong bảng dữ liệu MOSFET
tfall là thời gian rơi được chỉ định trong bảng dữ liệu MOSFET
Irms là dòng điện rms qua DS của MOSFET. Đây là giá trị trên mạch cụ thể.
V là điện áp từ cực máng đến cực nguồn
Fsw là tần số chuyển mạch
Dưới đây là thông số kỹ thuật về thời gian tăng và giảm của mẫu MOSFET.
Tổng tổn thất chuyển mạch là tổng của tất cả các tổn thất riêng lẻ. Nếu bảng dữ liệu cung cấp các giá trị điển hình của từng tham số cần thiết, hãy sử dụng nó nếu mục tiêu của bạn là để có được giá trị tổn thất chuyển mạch điển hình. Mặt khác, nếu mục tiêu là để có được tổn thất chuyển mạch tối đa, các tham số tối đa trong bảng dữ liệu sẽ được chọn.
Tóm tắt cách tính toán tổn thất chuyển mạch MOSFET
Tôi hy vọng bài viết này có thể cung cấp hiểu biết sâu sắc và hướng dẫn khi bạn bắt đầu thiết kế của riêng mình. Tóm tắt ở đây những điểm chính cần xem xét về cách tính tổn thất chuyển mạch MOSFET.
1. tổn thất khi chuyển mạch xảy ra trong thời gian MOSFET chuyển sang trạng thái bật hoặc tắt.
2. Tổn thất chuyển mạch phụ thuộc vào tần số chuyển mạch.
3. Tổn thất cực G là do tổng điện tích cực F. Nó phụ thuộc vào V GS ngoài tần số chuyển mạch.
4. Tổn thất điện dung đầu ra là do C OSS . Tổn thất C OSS tối đa sẽ xảy ra ở điện áp cực đại từ cực D đến cực S.
5. Tổng tổn thất chuyển mạch của MOSFET là tổng của tổng tổn thất điện tích cực G, tổn thất C OSS và tổn thất do thời gian tăng và giảm.
6. Các thông số cần thiết về cách tính toán tổn thất chuyển mạch MOSFET là tổng điện tích cực G, C OSS , thời gian tăng và giảm được chỉ định trong bảng dữ liệu theo đặc điểm động.
