Kuchlanish bilan boshqariladigan kalitlash: Samarali quvvatni boshqarish uchun asosiy MOSFET afzalligi

MOSFETlar (Metal-oksid yarimo'tkazgich maydon effekti tranzistorlari) uzluksiz darvoza toki talab qilinmaydigan kuchlanish orqali boshqarilish hisobiga an'anaviy kalitlarni oshib ketadi. Bu kam energiya yo'qotish bilan aniq, samarali quvvatni tartibga solish imkonini beradi.

Darvoza orqali boshqarilish: Nol darvoza toki va aniq V _GS -Modullashgan o'tkazuvchanlik

Darvoza terminaliga kuchlanish berish drain va manba o'rtasidagi elektr maydon hosil qiladi, bu esa o'tkazuvchanlikni nazorat qiladi. Ushbu kuchlanishga asoslangan mexanizm quyidagi asosiy afzalliklarni taqdim etadi:

• Statik quvvat iste'moli nolga yaqin zaydalik boshqariladigan BJTlardan farqli o'laroq, darvozada
• Chiziqli V _GS -dan I _D munosabati aniq tokni boshqarish uchun
• Soddalashtirilgan boshqaruv sxemasi , tizim murakkabligi va qo'shimcha xarajatlarni kamaytirish

Ushbu arxitektura doimiy boshqaruv oqimidan kelib chiqadigan yo'qotishlarni olib tashlash orqali quvvatni o'zgartirish bosqichlarida 95% dan yuqori samaradorlikni ta'minlaydi. Dizaynerlar sanoat va iste'mol mahsulotlaridagi moslashuvchan yukni boshqarish uchun ushbu aniqni qo'llaydilar.

Kuchaytiruvchi rejimli kuchlanish MOSFET dizayni va tizim integratsiyasida ustunlik

Nolinchi daraxt kuchlanishida o'z-o'zidan o'chish xususiyatiga ega bo'lganligi sababli, zamonaviy quvvat tizimlarida kuchaytiruvchi rejimdagi MOSFETlar hukmronlik qiladi. Bu tabiiy xavfsizlik tizim ishga tushayotganda yoki nosozlik sodir bo'lganda istehzolik o'tkazuvchanlikni oldini oladi. Asosiy integratsiya afzalliklari quyidagilardan iborat:

• Mikrokontroller asosidagi drayverlar bilan bevosita mos kelishi
• Boshqaruv va quvvat zanjirlari orasidagi tabiiy elektr izolyatsiyasi
• Millivattli kiyiladigan qurilmalardan ko'p kilovattni talab qiladigan sanoat tizimlarigacha moslashtirilishi

Standbay tokining mavjud emasligi ushbu qurilmalarni batareya boshqaruvi va yangilanuvchi energiya invertorlari kabi energiya talab qiladigan sohalarda g'oya uydirma qiladi. Ularning kuchlanish orqali boshqarilishi yana murakkab tok taqsimlash tarmoqlarini talab qilmagan holda, yuqori quvvatli parallel konfiguratsiyalarni soddalashtiradi.

Past R _DS(on) va minimal o'tkazuvchanlik yo'qotishlari: MOSFET samaradorligi oshirish kaliti

Milliohmldan megavatlargacha: R ni kengaytirish _DS(on) Turli yuklamalar sharoitidagi ta'siri

MOSFET tizimlaridagi asosiy quvvat yo'qotish o'tkazuvchanlik yo'qotishlaridan kelib chiqadi, asosan hamma gapiradigan I kvadrat R formulasi bilan boshqariladi. O'zgarmas tokdagi qarshilik, ya'ni RDS(on) ning kichik pasayishi umumiy tizim samaradorligiga katta ta'sir qiladi. Zamonaviy kremniyli MOSFET lar 2 milliomga yetishi mumkin, bu 100 amper atrofida bo'lgan yuqori tok ilovalarida ayniqsa muhim. Masalan, shunchaki bitta milliomga kamaytirish mahalliy elektr energiyasi stavkalari bog'liq ravishda yiliga taxminan 18 AQSH dollari miqdorida energiya tejash imkonini beradi. Trenjli teshik texnologiyasi ham katta o'zgarishlarga olib keldi. Ushbu dizaynlar harorat 175 gradus Celsiyga yaqinlashganda ham ishlash samaradorligini doimiy saqlaydi va qarshilikdagi o'zgarish 30% dan kam bo'ladi. Shunday issiqlik barqarorligi harorat tebranishlari noyob bo'ladigan haqiqiy dunyo sharoitida juda muhim farq hosil qiladi.

• 48V server quvvat manbalarida 95% dan ortiq samaradorlik
• elektr dvigatellarda 40% kichikroq sovutgich bloklari
• portativ asboblar uchun 15% uzunroq batareya xizmat muddati

Keng bandli bandli moslama afzalligi: SiC MOSFETlari 400 V dan yuqori boʻlgan oʻtkazuvchanlik yoʻqotishlarini >50% ga kamaytiradi

Yuqori kuchlanish sohalarida, silitsiy karbidli MOSFET-lar an'anaviy silitsiy asosidagi yechimlarga qaraganda ancha yaxshiroq natija ko'rsatadi. 400V dan yuqori kuchlanishlar uchun bu SiC qurilmalarning har bir yuzlik birligidagi qarshiligi odatda ikki baravar kamroq yoki uchdan ikki baravar kamroq bo'ladi, shuningdek, ular muntazam silitsiy bunaqa ishlata olmaydigan 200 gradus Celsiygacha bo'lgan haroratlarda ham ishonchli ishlaydi. Foydalari ham ajoyib. 800 volt bilan ishlaydigan elektr avtomobillar inverterlarida samaradorlik deyarli 98% ga yetmoqda. Quyosh elektrotarmoqlari uchun esa, Ponemon tomonidan 2023-yilda o'tkazilgan tadqiqot shuni ko'rsatdiki, SiC texnologiyasidan foydalangan fotovoltaik konvertorlar energiya yo'qotishni mutlaqo taxminan 1,5 foizga kamaytiradi, ya'ni o'n megavatt quvvatdagi o'rnatmada yiliga taxminan yetti yuz qirq ming AQSH dolloriga teng tejash hosil qiladi. Yana bir katta afzallik shundaki, SiC MOSFET-lar o'chirish jarayonida noqulay teskari tiklanish yo'qotishlariga duch kelmaydi, bu esa har bir samaradorlik nuqtasi muhim bo'lgan katta quvvatli tizimlar uchun ularni maxsus qimmatbop qiladi.

Yuqori tezlikdagi kalitlash va past kalitlanish yo'qotishlari: Zich, yuqori chastotali quvvatni o'zgartirish imkonini beradi

Nanosekund t _{включено} /t_o'chirilgan va Q _g >1 MHz DC/DC konvertorlari uchun optimallashtirish

Zamonaviy MOSFET texnologiyasi 100 nanosekunddan kam vaqt ichida ishga tusha oladi, bu esa DC/DC o'zgartirgichlarga 1 MHz dan yuqori chastotalarda yaxshi ishlash imkonini beradi. Buni nima ta'minlaydi? Darvoza zaryadi (Qg) sezilarli darajada pasaygan. Tranzistorni o'chirish yoki yoqish uchun kamroq zaryad talab qilinsa, shu o'tishlar uchun energiya ham kamroq sarflanadi. Qg ning kamayishi boshqaruvchi qurilmalarning umumiy quvvat iste'molini kamaytirishiga olib keladi va kalitlanish jarayoni ancha tezlashadi. Bir necha yil avvalgi eski dizaynlarga qaraganda, kalitlanishdagi yo'qotishlar taxminan 40% ga tushadi. Shu tufayli muhandislar endi magnit komponentlarning hajmi taxminan 60% kam bo'ladigan tizimlarni loyihalashtirishlari mumkin. Bu qurilmalarni kichikroq, lekin kuchliroq qilish imkonini beradi, buni amalga oshirishda ishlash xususiyatlari buzilmaydi. Hatto bir necha megagertzdagi juda yuqori tezliklarda ham, zamonaviy aksariyat konvertorlar samaradorligini 95% dan yuqori saqlab turishlari mumkin, bu esa oldingi avlod komponentlari bilan iloji bo'lmagan narsa edi.

Kutilayotgan dV/dt va yumshoq kalitlash mosligi orqali EMI va issiqlik kuchlanishining kamaytirilishi

Kuchlanish o'zgarishlari nazorat ostida tezlikda (dV/dt) sodir bo'lganda, elektromagnit to'qnashuv yoki EMI yaratadigan yuqori chastotali garmoniklarni kamaytiradi. Masalan, ZVS kabi yumshoq kalitlash usullaridan foydalangan holda ishlaydigan MOSFETlarni olaylik. Ushbu komponentlar o'tkazgich holatga o'tish paytida tok va kuchlanishning ustma-ust tushishini deyarli to'xtatadi, natijada quvvatni ko'p iste'mol qiladigan tizimlarda issiqlik kamroq hosil bo'ladi. Taxminan 30% past issiqlik ta'siri haqida gap ketmoqda. Bu yondashuvni rezonansli elektr zanjirlar bilan birlashtirsak, sanoat standartlariga mos keladigan EMI darajasini saqlab, bir vaqtning o'zida sovutgichlarni kichikroq qilishimiz mumkin. Natija? Kalitlanish tezligini sekinlashtirmasdan ham ishonchliroq uskunalar.

Haqiqiy dunyoda MOSFET quvvatini boshqarish sohalari: SMPS, dvigatellar boshqaruvi va batareya boshqaruv tizimi

Kalitlanadigan rejimli quvvat manbalarida sinxron to'g'rilash: 30–50% samaradorlikni oshirish uchun diodlarni MOSFETlar bilan almashtirish

Kalit rejimli quvvat manbailari oddiygina diodlardan foydalanish o'rniga sinxron to'g'rilashni amalga oshirish uchun MOSFETlarga tayanadi. Ular tok o'tkazayotganda juda past qarshilikka ega bo'lib, bu esa barchamiz noga'yo bo'lgan tok o'tkazish yo'qotishlarini kamaytiradi. Shuningdek, ularning tez o'z holatini o'zgartirish qobiliyati transformator ishlash tsikliga mukammal moslashish imkonini beradi. Bu esa an'anaviy diodlarda uchraydigan doimiy kuchlanish tushish muammosini bartaraf etadi. Yakuniy natija? Umuman olganda issiqlik kamroq chiqadi va ba'zi hollarda 30% dan hatto 50% gacha samaradorlik oshadi. Ishlab chiqaruvchilar buni xohlaydi, chunki bu ularga ham kichikroq, ham sovuqroq ishlaydigan quvvat konvertorlarini loyihalash imkonini beradi. Biz hozirda ma'lumotlar markazlaridagi serverlardan boshlab telekommunikatsiya tarmoqlarida foydalaniladigan, joy ahamiyat kasb etadigan uskunalargacha hamma joyda bunday dizaynlarni ko'ramiz.

Ikki tomonlama MOSFET kalitlanishdan foydalangan holda H-korpusli dvigatel boshqaruvi va PCM asosidagi batareyani himoya qilish

MOSFET asosidagi H-köpralar tezlik va moment parametrlari ustidan yaxshiroq nazorat o'rnatish imkonini beradigan elektr dvigatellarini boshqarish sohasida keng qo'llaniladi. Ko'plab elektr transport vositalari ishlab chiqaruvchilari dvigatel ishini samarali boshqarish uchun impulslar kengligi modulyatsiyasi (PWM) orqali boshqariladigan H-köprü sxemalariga tayanadi. Batareyka boshqaruv tizimlariga kelganda, xavfli ortiqcha zaryadlanish hodisalarini to'xtatish hamda elementlarga zarar yetkazishi mumkin bo'lgan ortiqcha razryadlanishdan himoya qilish uchun ko'pincha MOSFET texnologiyasi himoya sxema modullariga integratsiya qilingan. Ushbu tranzistorlarning bir-biriga qarama-qarshi ulanish usuli zaryadlash va razryadlash o'rtasidagi o'tishni ancha silliq qiladi. Bu ulanish an'anaviy mexanik rele tizimlariga nisbatan quvvat yo'qotishlarni taxminan yarmiga kamaytiradi. Natijada, litiy-ion batareya bloklari turli sharoitlarda uzoqroq xizmat qiladi va xavfsizroq ishlaydi.

Savollar boʻlimi

Quvvatni boshqarishda MOSFETlardan foydalanishning asosiy afzalligi nima?

MOSFETlar kuchlanish bilan boshqariladigan operatsiyalardan foydalanadi, bu esa uzluksiz darvoza tokiga ehtiyojni bartaraf etadi va minimal energiya yo'qotish bilan aniq va samarali quvvatni tartibga solish imkonini beradi.

Yaxshilash rejimidagi MOSFETlar boshqa turlardan qanday farq qiladi?

Yaxshilash rejimidagi MOSFETlar nol darvoza og'ishida odatda o'chirilgan holda bo'ladi va ishga tushirish yoki nosozlik sharoitida tasodifiy o'tkazishni oldini olib, shu bilan o'ziga xos xavfsizlikni ta'minlaydi.

Yuqori kuchlanishli ilovalarda SiC MOSFETlarning afzalligi nima?

SiC MOSFETlar 400V dan yuqoriroq bo'lganda o'tkazuvchanlik yo'qotishini 50% dan ortiq kamaytiradi va oddiy kremniy MOSFETlardan farqli o'laroq 200 gradusgacha bo'lgan haroratlarda ishonchli ishlaydi.

Sinxron to'g'rilash nima va u samaradorlikni qanday oshiradi?

Sinхron to'g'rilash — o'tkazuvchanlik yo'qotishini kamaytirish uchun kalit rejimli quvvat manbalarida diodlar o'rniga MOSFETlardan foydalanishni o'z ichiga oladi va bu samaradorlikni 30-50% ga oshiradi.