Įtampa kontroliuojamas jungimas: pagrindinis MOSFET privalumas efektyviam energijos valdymui

MOSFET (metalo oksido puslaidininkų lauko poveikio tranzistorių) efektyvumas yra didesnis už tradicinių jungiklių, nes jie veikia įtampos reguliariai, todėl nereikia nuolatinės srovės. Tai leidžia tiksliai ir efektyviai reguliuoti galią, sumažinant energijos nuostolius.

Valdymo įtaisas: nulinė srovė ir tiksli V _Gs - Moduliuota laidumo sistema

Įjungus įtampą į vartų terminalo, sukuriamas elektros laukas, kuris kontroliuoja laidumo ir šaltinio laidumą. Šis įtampa varomas mechanizmas suteikia pagrindines privalumus:

• Stacinis energijos suvartojimas beveik nulinis prie vartų, skirtingai nei BJT, veikiami srovės
• Tiesinė V _Gs -į-I _D santykiuose tiksliam srovės valdymui
• Supaprastinta variklio grandinė , sumažinant sistemos sudėtingumą ir papildomus išlaidas

Ši architektūra užtikrina daugiau nei 95 % efektyvumą energijos konvertavimo etapuose, pašalinant nuostolius dėl pastovios valdymo srovės. Projektuotojai naudoja šį tikslumą adaptacinei apkrovos valdymui pramonės ir vartotojų aplikacijose.

Sriegio režimo dominavimas galios MOSFET projektavime ir sistemos integracijoje

Sriegio režimo MOSFET tranzistoriai dominuoja šiuolaikinėse galios sistemose dėl jų numatyto išjungimo elgsenos nuliniam vartų įtampai. Šis būdingas saugumas neleidžia nenorimai laidumui paleidžiant arba gedimo sąlygomis. Pagrindiniai integracijos pranašumai apima:

• Tiesioginę suderinamumą su mikrovaldikliais pagrįstais tvarkyklėmis
• Natūralų elektrinį atskyrimą tarp valdymo ir galios grandinių
• Mastelis nuo milivatų nešiojamųjų įrenginių iki daugiau nei kilovatų pramoninių sistemų

Nebuvimas paruošties būsenos srovės daro šiuos įrenginius idealiais energijos jautrioms aplikacijoms, tokioms kaip akumuliatorių valdymas ir atsinaujinančios energijos inversijos. Jų įtampai valdoma veikla taip pat supaprastina lygiagrečias konfigūracijas didesnei galiai tvarkyti be sudėtingų srovės skirstymo tinklų.

Žemas R _DS(on) ir minimalūs laidumo nuostoliai: pagrindinis MOSFET efektyvumo padidėjimas

Nuo milioomų iki megavatų: R mastelio poveikis _DS(on) Poveikis skirtingoms apkrovos sąlygoms

Pagrindinės galios nuostoliai MOSFET sistemose atsiranda dėl laidumo nuostolių, kurie iš esmės nulemti to I kvadratu R formulės, apie kurią visi kalba. Maži sumažėjimai junginyje esančio varžos, arba RDS(on), iš tikrųjų daro didelį poveikį bendrai sistemos efektyvumui. Šiuolaikiniai silicio MOSFET prietaisai gali pasiekti mažiau nei 2 miliohmo varžą, kas yra labai svarbu aukštos srovės taikymuose, artėjančiuose prie 100 amperų. Pavyzdžiui, sumažinus varžą tik vienu miliohmu, priklausomai nuo vietinių elektros kainų, metinis energijos taupymas gali sudaryti apie 18 JAV dolerių. Lygiagatinės vartų technologija taip pat tapo žaidimo keitėja. Šios konstrukcijos išlaiko stabilų našumą net tada, kai temperatūra kyla link 175 laipsnių Celsijaus, o varžos pokyčiai lieka žemiau 30 %. Toks šiluminis stabilumas lemia skirtumą realiomis sąlygomis, kai temperatūros svyravimai neišvengiami.

• Daugiau nei 95 % efektyvumas 48 V serverių maitinimo šaltiniuose
• 40 % mažesni šilumos skleidėjai variklių valdymuose
• 15 % ilgesnis baterijos tarnavimo laikas nešiojamuose įrankiuose

Plačios juostos tarpinės pranašumas: SiC MOSFET tranzistoriai sukelia daugiau nei 50 % mažesnius laidumo nuostolius esant virš 400 V

Kalbant apie aukštos įtampos taikymą, silicio karbido MOSFET tikrai yra geresni nei tradiciniai silicio variantai. Pri 400 V įtampos viršijant, šie SiC įrenginiai paprastai turi maždaug pusę iki dviejų trečdalių mažiau pasipriešinimo vienetui ploto, be to, jie veikia patikimai net tada, kai temperatūra siekia 200 laipsnių Celsijaus, ką įprastas silicio tiesiog negali valdyti. Privalumai irgi įspūdingi. Elektros transporto priemonių inverteriai, veikiantys 800 voltų, turi efektyvumą, kuris yra beveik 98 proc. O saulės jėgainės? Ponemon tyrimas, atliktas 2023 metais, parodė, kad fotovoltaikos konvertorai, naudojanti SiC technologiją, sumažina energijos nuostolius apie 1,5 procentinio punkto, o tai sudaro maždaug 740 tūkst. dolerių, sutaupytų kasmet 10 megawattų įrenginyje. Kitas didelis privalumas yra tas, kad SiC MOSFET nesusiduria su tų erzinančių atgavimo nuostolių perjungimo operacijas, todėl jie ypač verti didesnėms elektros sistemoms, kuriose svarbu kiekvienas efektyvumo taškas.

Didelio dažnio jungtis ir maži jungimo nuostoliai: leidžia kompaktišką, aukšto dažnio energijos keitimą

Nanosekundės t _įJUNGTA /t_išjungtas ir Q _g Optimalizavimas >1 MHz DC/DC keitikliams

Šių dienų MOSFET technologija gali perjungti mažiau nei per 100 nanosekundžių, leidžiant DC/DC keitikliams efektyviai veikti dažnių diapazone, gerokai viršijančiame 1 MHz. Kas tai padarė įmanomu? Vartelio krūvis (Qg) žymiai sumažėjo. Kai reikia mažiau krūvio, norint tranzistorių perkelti iš įjungtos būsenos į išjungtą, šiems pereinamiesiems reiškiniams sunaudojama daug mažiau energijos. Šis Qg sumažėjimas reiškia, kad tvarkyklės visuma sunaudoja mažiau energijos ir perjungimas vyksta kur kas greičiau. Perjungimo nuostoliai sumažėja apie 40 %, palyginti su senesniais dizainais, sukurtas vos prieš keletą metų. Dėl to inžinieriai dabar gali kurti sistemas, kuriose magnetiniai komponentai užima apie 60 % mažiau vietos. Tai atveria galimybes mažesniems, bet galingesniems įrenginiams be našumo aukojimo. Net tokiais nepaprastai aukštais daugelio megahercų greičiais, dauguma šiuolaikinių keitiklių vis dar palaiko efektyvumą aukščiau 95 %, kas būtų buvę neįmanoma naudojant ankstesnios kartos komponentus.

Sumažinta EMI ir terminė apkrova dėl kontroliuojamo dV/dt bei minkšto perjungimo suderinamumo

Kai įtampos pokyčiai vyksta kontroliuojamais greičiais (dV/dt), jis sumažina tuos erzinamus aukštos dažnio harmonikus, kurie sukuria elektromagnetines trukdys arba EMI. Pavyzdžiui, MOSFET, ypač tie, kurie veikia švelniais jungimo metodais, kaip ZVS. Šie komponentai iš esmės sustabdo srovės ir įtampos pertrauką, kai daiktai keičiasi būsenomis, o tai reiškia, kad energijos bevargščių sistemų šiluma mažėja. Kalbama apie 30% mažesnę šiluminę įtampą. Sujungdami šį metodą su rezonancinių grandinių projektais, staiga mums reikia mažesnių šildymo lavonų, tačiau išlaikydami EMI lygį, kuris turėtų būti pagal pramonės specifikacijas. Koks buvo rezultatas? Patikimesnė įranga, nereikalingas sparčio mažinimas.

Tikros MOSFET galios valdymo programos: SMPS, variklių varikliai ir baterijų valdymas

Sinkroninis reginimas jungiklio režimo maitinimo įrenginiuose: diodų pakeitimas MOSFET, siekiant padidinti 30~50% efektyvumą

Keitimo režimo maitinimo šaltiniai remiasi MOSFET, kad atliktų tai, kas vadinama sinchroniška korekcija, vietoj įprastų diodų. Šie komponentai turi labai mažą pasipriešinimą, kai jie veda srovę, kas sumažina tuos erzinamus laidumo nuostolius, kuriuos mes visi nekenčiame. Be to, jų gebėjimas greitai keistis būsenomis reiškia, kad jie gali gerai sinchronizuoti su transformatoriaus veikimo ciklu. Tai panaikina tą erzinamą fiksuoto įtampos kritimo problemą, kurią sukelia tradiciniai diodai. Koks buvo rezultatas? Bendrai pagaminta mažiau šilumos ir efektyvumo pagerėjimas kažkur tarp 30% ir galbūt net 50% kai kuriais atvejais. Gamintojai tai mėgsta, nes tai leidžia jiems kurti daug mažesnius galios konverterus, kurie taip pat veikia vėsiau. Mes matome, kad tokių modelių yra visur, nuo serverių duomenų centrų iki įrangos, naudojamos telekomunikacijų tinkluose, kur erdvė yra svarbi.

H tilto variklio valdymas ir PCM pagrindu naudojama baterijos apsauga naudojant dvišakius MOSFET jungimus

H tiltai, pagrįsti MOSFET, paprastai naudojami variklio varikliams, nes leidžia srovės tekėti abiem kryptimis, o tai suteikia inžinieriams geresnę kontrolę greičio ir sukimo momento parametrų atžvilgiu. Daug elektros transporto priemonių gamintojų pasitiki H tilto grandinėmis, kuriomis valdomas impulso ploto moduliojimas, kad efektyviai valdytų variklio veikimą. Baterijų valdymo sistemose apsauginiai grandinės moduliai dažnai yra sujungti su MOSFET technologija, kad būtų užkirstas kelias pavojingoms perkrovimo situacijoms ir būtų užkirstas kelias per dideliam iškrovimui, kuris gali sugadinti ląsteles. Šie tranzistorių konfigūracija, sukurta iš vienos pusės į kitą, leidžia daug sklandžiau pereiti prie įkrovimo ir iškrovimo. Ši sistema, palyginti su tradicinėmis mechaninėmis relės sistemomis, sumažina energijos nuostolius maždaug perpus. Dėl to ličio jonų akumuliatorių laikysenos ilgesnė ir jie veiktų saugiau įvairiose sąlygomis.

Dažniausiai paskyrančių klausimų skyrius

Koks pagrindinis MOSFET naudojimo maitinimo valdymo privalumas?

MOSFET naudoja įtampos valdomą veikimą, kuris panaikina nuolatinės vartų srovės poreikį ir leidžia tiksliai ir efektyviai reguliuoti galią su minimaliais energijos nuostoliais.

Kuo pagerinimo režimo MOSFET skiriasi nuo kitų tipų?

Išplėstinio režimo MOSFET yra išjungtos pagal nutylėjimą, kai vartai yra nuliniai, todėl užtikrina saugią saugumą, užkertant kelią nenumatytam laidinimui paleidimo ar gedimo sąlygomis.

Kodėl SiC MOSFET yra naudingi aukštos įtampos įrenginiuose?

SiC MOSFET turi daugiau nei 50% mažesnį laidumo nuostolius virš 400 V, ir jie veikia patikimai iki 200 laipsnių Celsijaus temperatūroje, skirtingai nei tradiciniai silicio MOSFET.

Kas yra sinchroniškas taisymas ir kaip jis pagerina efektyvumą?

Sinchroniškasis atstatymas apima MOSFET naudojimą vietoj diodų jungiklio režimo maitinimo šaltiniuose, kad sumažėtų laidumo nuostoliai, o tai pagerintų efektyvumą 30-50%.