Ztráty výkonu u spínačů
ideální spínač je znázorněn na obrázku 1. Ztráta energie generovaná ve spínači je součinem proudu přes spínač a napětí přes spínač. Když je spínač vypnutý, není přes něj proud (i když je přes něj napětí VS). A proto nedochází k rozptylu energie. Když je spínač zapnutý, prochází proudem (VS / RL), ale nedochází k poklesu napětí, takže opět nedochází ke ztrátě energie. Předpokládáme také, že pro ideální spínač je doba vzestupu a pádu proudu nulová. To znamená, že ideální přepínač se okamžitě změní ze stavu vypnuto do stavu zapnuto (a naopak). Ztráta energie během spínání je tedy nulová.
na Rozdíl od ideálního spínače, skutečný přepínač, jako je bipolárního tranzistoru, má dva hlavní zdroje energie ztráta: ztráta vedení a spínací ztráty.
ztráta vedení
když je tranzistor na obrázku 2(a)vypnutý, nese svodový proud (lLEAK). Ztráta energie spojená se svodovým proudem je poff = VS x ILEAK . Protože je však svodový proud poměrně malý a s napětím se významně nemění, je obvykle zanedbáván a ztráta výkonu tranzistoru je tedy v podstatě nulová. Když je tranzistor zapnutý, jako na obrázku 2 (b), má na něm malý pokles napětí. Toto napětí se nazývá saturační napětí (vce (SAT)). Ztráta výkonu tranzistoru nebo ztráta vedení v důsledku saturačního napětí je:
PON = VCE(SAT) x IC
, Kde
IC = (VS – VCE(SAT)) / RL≈ VS / RL
Rovnice 1 dává sílu ztráty v důsledku vedení, pokud je přepínač zůstane na neurčito. Pro ovládání napájení pro danou aplikaci se však spínač pravidelně zapíná a vypíná. Proto, abychom zjistili ztrátu napětí, musíme zvážit pracovní cyklus:
PON(avg) = VCE(SAT) x Ic x (ION / T) = VCE(SAT) x IC x d
Podobně
POFF(avg) = VS x ILEAK x tOFF / T
Tady, střída d je definována jako procentuální podíl z cyklu, ve kterém je přepínač v poloze zapnuto:
d = t / (t x tOFF ) = tON / T
Spínací Ztráty
kromě vedení ztráty, skutečné spínač se spínací ztráty, protože nelze změnit ze stavu on do stavu off (nebo naopak) okamžitě. Skutečný přepínač trvá konečný čas tSW (ON) zapnout a konečný čas tSW (OFF)vypnout. Tyto časy nejen zavádějí rozptyl energie, ale také omezují nejvyšší možnou spínací frekvenci. Přechodové časy tSW (ON) a tSW (OFF) pro skutečné přepínače nejsou obvykle stejné, přičemž tSW (ON) je obecně větší. V této diskusi však předpokládáme, že tSW (ON) se rovná tSW (OFF). Obrázek 3. Zobrazuje spínací průběhy pro (a) napětí přes spínač a (b) proud přes něj. Když je spínač vypnutý, napětí přes něj se rovná zdrojovému napětí. Během zapnutí, které trvá konečný čas, napětí přes spínač klesá na nulu. Současně se proud přes spínač zvyšuje z nuly na IC. Tranzistor má proud skrz něj a napětí přes něj během spínací doby; proto má ztrátu energie.
energie, rozptýlená v tranzistoru při přepínání interval, vynásobíme okamžitá hodnota IC a odpovídající hodnoty VCE. křivka okamžitého výkonu je znázorněna na obrázku 3 (c). energie rozptýlená ve spínači se rovná ploše pod průběhem výkonu. Všimněte si, že maximální výkon je rozptýlen, když proud i napětí procházejí jejich středovými hodnotami. Proto je maximální ztráta výkonu při přepnutí ze stavu vypnuto do stavu zapnuto:
PSW ON (max) = 0,5 VCE (max) x 0.5 IC (max)
je zajímavé poznamenat, že křivka výkonu vypadá v podstatě jako rektifikovaná sinusová vlna. Průměrná hodnota této křivky,
PSW(avg) = 0.637 x PSW(max)
= 0.637 x 0,5 VCE(MAX.) x 0,5 IC(MAX.)
= 0.167 VCE(max) x IC(max)
Nebo
PSW(avg) = 1/6 VCE(max) x IC(max)
ztráta energie (výkon x čas) při zapnutí bude PSW(avg) x tSW(NA)
WSW NA = 1/6 VCE(max) x IC(max) x tSW(NA) (joulů)
podobné analýzy dává energetické ztráty během odbočku jako
WSW OFF = 1/6 VCE(max) x IC(max) x tSW(NA) (joulů)
celkové energetické ztráty v jednom cyklu v důsledku přechodu je dána
JZ = JZ + WSW OFF + 1/6 VCE(max) x IC(max.) x
průměrný ztrátový výkon ve spínači bude
PSW = WSW/T = WSW x f
PSW = 1/6 VCE(max) x IC (max) x x f
kde T je spínací perioda a f je frekvence opakování pulsu(frekvence spínání). Všimněte si, že
T = t + tSW(NA) + tOFF + tSW(VYPNUTO)
Pokud necháme
tSW(NA) = tSW(NA) tSW(Z) = tSW
PSW = 1/6 VCE(max) x IC(max) x (2 tSW) x f
celková ztráta energie v je přepínač
PT = PON(avg) + POFF(avg) + PSW
≈ PON(avg) + PSW
= d x VCE(sat) x IC 1/3 VCE x(max) x IC(max.) x tSW x f
Dioda
Hlavní Hodnocení pro Diody
Dioda Obvod Analýzy
Napětí Proud Charakteristika Diody
Tvorba vyčerpání vrstva Dioda
Tunelu Dioda
