Virranhäviöt kytkimissä

ihanteellinen kytkin on esitetty kuvassa 1. Kytkimessä syntyvä tehohäviö on kytkimen läpi kulkevan virran ja Kytkimen poikki kulkevan jännitteen tuote. Kun kytkin on pois päältä, sen läpi ei ole virtaa (vaikka sen poikki on jännite VS). Ja siksi, ei ole tehohäviöitä. Kun kytkin on päällä, sillä on virta (VS / RL) sen läpi, mutta sen poikki ei ole jännitehäviötä, joten taas ei ole tehohäviötä. Oletamme myös, että ihanteelliselle kytkimelle virran nousu-ja laskuaika on nolla. Toisin sanoen ihanteellinen kytkin muuttuu pois päältä-tilasta päälle-tilaan (ja päinvastoin) välittömästi. Virranhäviö vaihdon aikana on siis nolla.

toisin kuin ihanteellinen kytkin, todellinen kytkin, kuten kaksisuuntainen junction transistori, on kaksi merkittävää virtalähdettä: johtuminen menetys ja kytkentähäviö.

Johtumishäviö

kun Kuvan 2(a) transistori on pois päältä, siinä on vuotovirta (lLEAK). Vuotovirtaan liittyvä tehohäviö on POFF = VS x ILEAK . Koska vuotovirta on kuitenkin melko pieni eikä vaihtele merkittävästi jännitteellä, se yleensä laiminlyödään ja siten transistorin tehohäviö on periaatteessa nolla. Kun transistori on päällä, kuten kuvassa 2 (b), sillä on pieni jännitehäviö sen poikki. Tätä jännitettä kutsutaan kyllästysjännitteeksi (VCE (SAT)). Transistorin kylläisyysjännitteestä johtuva tehohäviö tai johtumishäviö on:

PON = VCE(SAT) x IC

missä

IC = (VS – VCE(SAT)) / RL≈ VS / RL

yhtälö 1 antaa johtumisesta johtuvan tehohäviön, jos kytkin pysyy päällä loputtomasti. Tietyn sovelluksen tehon ohjaamiseksi kytkin kuitenkin kytketään päälle ja pois päältä määräajoin. Siksi jännitteen tehohäviön löytämiseksi on harkittava toimintasykliä:

PON(avg) = VCE(SAT) x Ic x (ION / T) = VCE(SAT) x IC x D

vastaavasti

POFF(avg) = VS x ILEAK x tOFF / T

tässä toimintasykli d määritellään sen syklin prosenttiosuutena, jossa kytkin on päällä:

d = ton / (ton x Toff ) = ton / t

Kytkentähäviö

johtumishäviön lisäksi reaalikytkimellä on kytkentähäviöitä, koska se ei voi muuttua on-tilasta off-tilaan (tai päinvastoin) välittömästi. Todellinen kytkin kestää rajallinen aika tSW(ON)päälle ja rajallinen aika tSW (OFF)sammuttaa. Nämä ajat paitsi käyttöön tehohäviö, mutta myös rajoittaa korkein Kytkentätaajuus mahdollista. Siirtoajat tSW(on) ja tSW(OFF)todellisille kytkimille eivät yleensä ole yhtä suuret, tSW(ON) on yleensä suurempi. Kuitenkin, tässä keskustelussa oletamme, että tSW(ON) on yhtä kuin tSW (OFF). Kuva 3. Näyttää kytkentäaaltomuodot (a) jännitteelle Kytkimen poikki ja (b) virralle sen läpi. Kun kytkin on pois päältä, jännite sen yli on yhtä suuri kuin lähdejännite. Kytkemisen aikana, joka vie rajallisen ajan, jännite Kytkimen poikki laskee nollaan. Samalla kytkimen läpi kulkeva virta kasvaa nollasta IC: ksi. Transistorissa on virta sen läpi ja jännite sen poikki kytkentäajan aikana; siksi sillä on tehohäviö.

löytääksemme transistorissa virrankulutuksen vaihtovälin aikana, kerromme IC: n hetkellisen arvon ja VCE: n vastaavan arvon. hetkellinen tehokäyrä esitetään kuvassa 3 (c). kytkimessä Haihtuva energia on yhtä suuri kuin teho-aaltomuodon alla oleva alue. Huomaa, että maksimiteho haihtuu, kun sekä virta että jännite kulkevat niiden keskipiste-arvojen läpi. Siksi suurin tehohäviö kytkettäessä pois päältä-tilasta päälle-tilaan on:

PSW ON (max) = 0,5 VCE(max) x 0.5 IC (max)

on mielenkiintoista huomata, että tehokäyrä näyttää lähinnä oikaistulta siniaallolta. Tämän aaltomuodon keskiarvo on

PSW ON(avg) = 0, 637 x PSW ON (max)

= 0, 637 x 0, 5 VCE (MAX) x 0, 5 IC (MAX))

= 0.167 VCE(max) x IC(max)

tai

PSW ON(AVG) = 1/6 VCE(max) x IC(max)

energiahäviö (teho x aika) päälle kytkemisen aikana on PSW ON(avg) x tSW(on)

WSW on = 1/6 VCE(max) x IC(max) x TSW(on) (joules)

samanlainen analyysi antaa energiahäviön sammumisen aikana, sillä

WSW off = 1/6 VCE(Max) X IC(Max) x TSW(on) (joules)

kytkemisestä johtuva KOKONAISENERGIAHÄVIÖ yhden syklin aikana ON

WSW = WSW on + WSW off + 1/6 VCE(Max) x IC(Max) x

keskimääräinen tehohäviö kytkimessä on

PSW = WSW/t = WSW x f

PSW = 1/6 VCE(max) x IC(max) x x f

missä T on kytkentäjakso ja f on pulssin toistotaajuus (Kytkentätaajuus). Huomaa, että

T = tON + tSW(on) + tOFF + tSW(OFF)

jos annamme

tSW(on) = tSW(on) tSW(OFF) = tSW

sitten

PSW = 1/6 VCE(max) x IC(max) x (2 tSW) x F

kytkimen kokonaistehon menetys on

pt = pon(AVG) + poff(AVG) + PSW

≈ pon(AVG) + PSW

= d x VCE(SAT) x IC 1/3 x VCE(Max) X IC(Max) X TSW x f

diodi

diodien pääasialliset luokitukset

diodipiirianalyysi

diodille ominainen Jännitevirta

diodille ominainen poistokerroksen muodostuminen

tunneli Diodi