Vermogensverliezen in Schakelaars

een ideale schakelaar is weergegeven in Figuur 1. Het stroomverlies dat in de schakelaar wordt gegenereerd, is het product van de stroom door de schakelaar en de spanning over de schakelaar. Wanneer de schakelaar is uitgeschakeld, is er geen stroom door het (hoewel er een spanning VS over het). En daarom is er geen stroomdissipatie. Wanneer de schakelaar is ingeschakeld, heeft het een stroom (VS / RL) er doorheen, maar er is geen spanningsval over het, dus weer is er geen stroomverlies. We gaan er ook van uit dat Voor een ideale schakelaar de stijging en daling van de stroom nul is. Dat wil zeggen, de ideale schakelaar verandert onmiddellijk van de UIT-toestand naar de aan-toestand (en vice versa). Het stroomverlies tijdens het schakelen is dus nul.

in tegenstelling tot een ideale schakelaar, heeft een werkelijke schakelaar, zoals een bipolaire junction transistor, twee belangrijke bronnen van stroomverlies: geleidingsverlies en schakelverlies.

geleidingsverlies

wanneer de transistor in Figuur 2(a) uitgeschakeld is, draagt deze een lekstroom (lLEAK). Het stroomverlies geassocieerd met lekstroom is POFF = VS x ILEAK . Omdat de lekstroom echter vrij klein is en niet significant varieert met de spanning, wordt deze meestal verwaarloosd en is het vermogensverlies van de transistor in wezen nul. Wanneer de transistor is ingeschakeld, zoals in Figuur 2 (b), heeft deze een kleine spanningsval. Deze spanning wordt de verzadigingsspanning (VCE(SAT)) genoemd. De vermogensdissipatie of het geleidingsverlies van de transistor als gevolg van de verzadigingsspanning is:

PON = VCE (SAT) x IC

waarbij

IC = (VS – VCE (SAT)) / RL≈ VS / RL

vergelijking 1 geeft het vermogensverlies als gevolg van geleiding als de schakelaar voor onbepaalde tijd blijft branden. Om de stroom voor een bepaalde toepassing te regelen, wordt de schakelaar echter periodiek in-en uitgeschakeld. Daarom moeten we de duty cycle overwegen om het spanningsverlies te vinden:

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

Ook

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

Hier de duty cycle d is gedefinieerd als het percentage van de cyclus waarin de schakelaar is op:

d = tON / (tON x tOFF ) = tON / T

Schakelen Verlies

naast de verwarmingszones, een echte schakelaar schakelen verliezen, omdat het niet wijzigen van de op de staat om de uit-stand (of vice versa) onmiddellijk. Een echte schakelaar heeft een eindige tijd tSW (aan)nodig om aan te zetten en een eindige tijd tSW(uit) om uit te schakelen. Deze tijden introduceren niet alleen machtsdissipatie maar beperken ook de hoogst mogelijke schakelfrequentie. De transitie tijden tSW (aan)en tSW(uit) voor echte schakelaars zijn meestal niet gelijk, met tSW(aan) over het algemeen groter. In deze discussie gaan we er echter van uit dat tSW(ON) gelijk is aan tSW(OFF). Figuur 3. Toont schakelgolfvormen voor (A) de spanning over de schakelaar en (b) de stroom er doorheen. Wanneer de schakelaar is uitgeschakeld, is de spanning over het gelijk aan de bronspanning. Tijdens het inschakelen, wat een eindige tijd in beslag neemt, neemt de spanning over de schakelaar af naar nul. Tegelijkertijd neemt de stroom door de schakelaar toe van nul naar IC. De transistor heeft een stroom door het en een spanning over het tijdens de schakeltijd; daarom heeft het een stroomverlies.

om het in een transistor tijdens het schakelinterval gedissipeerde vermogen te vinden, vermenigvuldigen we de momentane waarde van IC en de overeenkomstige waarde van VCE. de momentane vermogenscurve is weergegeven in Figuur 3 (c). de energie die in de schakelaar wordt afgevoerd is gelijk aan het gebied onder de machtsgolfvorm. Merk op dat het maximale vermogen wordt afgevoerd wanneer zowel de stroom als de spanning door hun middelpuntwaarden gaan. Daarom is het maximale vermogensverlies bij het overschakelen van de UIT-toestand naar de aan-toestand:

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

het is interessant op te merken dat de vermogenscurve in wezen lijkt op een gelijkgerichte sinusgolf. De gemiddelde waarde van deze golfvorm is

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)

Of

PSW OP(avg) = 1/6 VCE(max) x IC(max)

Het verlies van energie (kracht x tijd) tijdens de beurt worden PSW OP(avg) x tSW(ON)

W OP = 1/6 VCE(max) x IC(max) x tSW(OP) (joules)

Een vergelijkbare analyse geeft het energie verlies tijdens afslag als

W UIT = 1/6 VCE(max) x IC(max) x tSW(OP) (joule)

De totale energie verlies in een cyclus door te schakelen wordt gegeven door

W = W OP + W UIT + 1/6 VCE(max) x IC(max) x

De gemiddelde vermogensdissipatie in de schakelaar

PSW = W/T = WSW x f

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

waarbij T de omschakelingsperiode is en f de pulsherhalingssnelheid (frequentie van het schakelen). Merk op dat

T = tON + tSW(OP) + uit + tSW(OFF)

Als we de

tSW(OP) = tSW(OP) tSW(UIT) = tSW

dan

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

Het totale vermogensverlies in de schakelaar

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

Diode

Principal Beoordelingen voor Diodes

Diode-Circuit Analyse

Voltage van de Huidige Karakteristiek van de Diode

Vorming van uitputting laag in Diode

Tunnel Diode