انتخاب بهترین ماسفت قدرت در طراحی مبدل های DC به DC
از مهم ترین بخش های طراحی مبدل های DC به DC انتخاب ماسفت قدرت مناسب است. با وجود تنوع ماسفت ها و تولید کننده های مختلف ممکن است انتخاب ماسفت کار ساده ای نباشد، در این شرایط محاسبه تلفات ماسفت به کمک شما خواهد آمد تا با انتخاب بهترین ماسفت قدرت ، مبدل DC به DC با بالاترین راندمان طراحی کنید.
در این مقاله انواع تلفات ماسفت معرفی می گردد، سپس به کمک برنامه کاربردی "محاسبه و مقایسه گر تلفات ماسفت" نحوه ی انتخاب بهترین ماسفت قدرت در مبدل های DC به DC آموزش داده می شود.
1.معرفی انواع تلفات ماسفت در مبدل های DC به DC
1.1. تلفات هدایت (PConduction)
این نوع تلفات در زمان روشن بودن ماسفت و عبور جریان از آن رخ می‌دهد. مقدار مقاوت داخلی بین پایه های درین و سورس و مقدار جریان عبوری از ماسفت در میزان این نوع از تلفات دخالت دارند و مطابق فرمول زیر محاسبه می شود:
Pconduction = Rds*Ids*Ids
2.1. تلفات خاموشی (P dt)
در طول خاموش شدن، ماسفت به صورت آنی از وضعیت کاملاً روشن به کاملاً خاموش نمی‌رود، بلکه مدتی زمان می‌برد تا جریان از ماسفت کاهش پیدا کند و به صفر برسد. این زمان تأخیر در خاموشی باعث می‌شود که همزمان با کاهش جریان، همچنان ولتاژ روی ماسفت وجود داشته باشد. در نتیجه، در این مدت، توان تلف می‌شود که به آن تلفات خاموشی می‌گویند. مقدار جریان عبوری از ماسفت ، فرکانس سوئیچینگ ، ولتاژ قابل تحمل بین پایه های سورس و درین در ماسفت نوع N (در ماسفت های نوع P ولتاژ قابل تحمل بین پایه های درین و سورس) ، زمان تأخیر روشن شدن و زمان تاخیر خاموش شدن ماسفت در میزان این نوع از تلفات دخالت دارند و مطابق فرمول زیر محاسبه می شود:
Pdt = 2*Vsd*Ids*F*(td-on+td-off)
3.1. تلفات راه اندازی گیت (P gate)
به تلفات انرژی مربوط به شارژ و دشارژ خازن گیت اشاره دارد. هنگامی که ماسفت در حال روشن یا خاموش شدن است، گیت به عنوان یک خازن رفتار می‌کند و باید برای سوئیچ زنی به صورت پیوسته شارژ و دشارژ شود. این فرآیند به انرژی نیاز دارد که به آن تلفات گیت می‌گویند. مقادیر فرکانس سوئیچینگ، ظرفیت ورودی ماسفت (خازن بین گیت و سورس) و ولتاژ ولتاژ گیت در میزان این نوع از تلفات دخالت دارند و مطابق فرمول زیر محاسبه می شود:
Pgate = Vgate * F * Qg
4.1. تلفات بازیابی معکوس (P rr)
در حین خاموش شدن ماسفت، جریان بازیابی معکوس از دیود موازی داخلی ماسفت قدرت عبور می کند، این جریان تا زمانی که دیود به طور کامل خاموش شود ادامه پیدا می‌کند. در این حالت، به دلیل وجود جریان بازیابی معکوس و ولتاژ روی ماسفت، مقداری تلفات انرژی رخ می‌دهد که به آن تلفات بازیابی معکوس می‌گویند.
این نوع تلفات معمولاً به دلیل بازیابی معکوس دیود است و بیشتر درمدارهایی مانند مبدلهای DC به DC و اینورترها که در آن‌ها سوئیچینگ‌های سریع و مکرر داریم، اهمیت پیدا می‌کند. مقادیر فرکانس سوئیچینگ ، ولتاژ بین پایه های درین سورس در ماسفت های نوع N (در ماسفت های نوع P ولتاژ قابل تحمل بین پایه های سورس ودرین) و بار بازیابی معکوس ماسفت قدرت در میزان این نوع از تلفات دخالت دارند و مطابق فرمول زیر محاسبه می شود:
Prr = Vds * F * Qrr
5.1. تلفات سوییچ زنی (P sw)
این تلفات زمانی رخ می‌دهند که ماسفت در حال انتقال از حالت قطع (خاموش) به حالت اشباع (روشن) یا برعکس است. در این لحظات، به دلیل وجود همزمان ولتاژ و جریان غیر صفر، تلفات انرژی اتفاق می‌افتد. مقادیر فرکانس سوئیچینگ ، ولتاژ بین پایه های درین سورس در ماسفت های نوع N (در ماسفت های نوع P ولتاژ قابل تحمل بین پایه های سورس ودرین) ، جریان عبوری از ماسفت، زمان بالا آمدن (Rise Time) و زمان پایین آمدن (Fall Time) در میزان این نوع از تلفات دخالت دارند و مطابق فرمول زیر محاسبه می شود:
Psw = 0.5 * Vds * Ids * F * (tr+tf)
6.1. تلفات کل (P Total)
تلفات کل معادل مجموع تلفات هدایت ، تلفات خاموشی ، تلفات راه اندازی گیت ، تلفات بازیابی معکوس و تلفات سوییچ زنی است.
در مبدلهای DC به DC ماسفت قدرت ای بهترین عملکرد را دارد که مقدار تلفات کل کمتری داشته باشد.
2. معرفی برنامه "محاسبه و مقایسه گر تلفات ماسفت"
از طریق لینک برنامه را دانلود کرده ، سپس فایل دانلود شده را از زیپ خارج کرده ، وارد پوشه mosfet_dissipation_calculatour_output شده و برنامه mosfet_dissipation_calculatour.exe را اجرا کنید.
1.2. تکمیل مشخصات مبدل DC به DC
پس از اجرای برنامه مشخصات مبدل DC به DC شامل ولتاژی که دوسر پایه درین و سورس بر حسب ولت(Drain-Source Voltage) ، جریان عبوری ازپایه های درین و سورس ماسفت بر حسب آمپر (Mosfet Current) ، فرکانس سوییچ زنی بر حسب کیلو هرتز (Frequency) و ولتاژ اعمالی بر پایه گیت بر حسب ولت (Gate Drive Voltage) را در کادرهای مربوط به آن ها وارد کرده. پس از تکمیل تمامی کادر ها کلید ADD New Mosfet فعال می شود و با انتخاب آن می توان اطلاعات ماسفت مورد نظر را یادداشت کرد.
2.2. تکمیل مشخصات ماسفت قدرت
پس از انتخاب کلید ADD New Mosfet کادراطلاعات ماسفت نمایش داده می شود. که درکادر نمایش داده شده می توان اطلاعات ماسفت قدرت انتخابی شامل نام و مشخصاتی که در دیتاشیت ماسفت قدرت انتخاب شده آمده را وارد کرد و پس از انتخاب گزینه ی SAVE محاسبات تلفات ماسفت قدرت انجام شده و در جدول نمایش داده خواهد شد.
3.2. مقایسه ، ویرایش و حذف ماسفت ها
پس از وارد کردن اطلاعات ماسفت های قدرت ، تلفات هر یک محاسبه شده و در جدول نمایش داده می شود.
ماسفتی که دارای کمترین مقدار تلفات کل است در جدول با رنگ سبز مشخص می شود.
با انتخاب ردیف هر ماسفتی که انجام تغییرات در آن را داریم ، کلید های Delete و Edit فعال می شوند که با انتخاب آن ها می توان اظلاعات ماسفت مربوطه را ویرایش و یا حذف کرد.
4.2. ذخیره و ایجاد پروژه ی جدید
کادرهای مشخصات مبدل DC به DC بعد از اضافه کردن اطلاعات یک ماسفت قدرت به منظور امکان مقایسه غیر فعال می شوند. جهت تغییر این اطلاعات نیاز به ایجاد یک پروژه ی جدید وجود دارد، کلید New project به منظور ایجاد یک پروژه جدید است.
جهت ذخیره اطلاعات ماسفت ها با انتخاب کلید Save ، می توان پروژه فعال را در محل انتخابی به فرمت اکسل ذخیره کرد.
