. : New eShop! - Mobilní verze - Pandatron.cz - Pandatron.sk - Diskuzní fórum - Zakázkový vývoj : .
 
Power tipy XXXI - Poměr vnitřních odporů v synchronním regulátoru

Power tipy XXXI - Poměr vnitřních odporů v synchronním regulátoru

V dalším pokračování našeho seriálu Power Tipů se zaměříme na rozptyl energie u synchronních snižujících převodníků a jeho součinnost s odporem tranzistorů typu MOSFET. Získané výsledky nám později pomohou při výběru vhodných typů výkonových tranzistorů.

V dalším pokračování našeho seriálu Power Tipů se zaměříme na rozptyl energie u synchronních snižujících převodníků a jeho součinnost s odporem tranzistorů typu MOSFET. Získané výsledky nám později pomohou při výběru vhodných typů výkonových tranzistorů.

Při návrhu napájecího zdroje máme k dispozici obvykle základní charakteristiky, určující především výkon, rozsah vstupního napětí a požadované výstupní napětí. Z těchto hodnot musíme zvolit vhodný spínací prvek – nejčastěji tranzistor typu FET. V dalších krocích pak můžeme být omezeni i maximální výrobní cenou zařízení (která zahrnuje i cenu tranzistoru), rozměry či pouzdrem tranzistoru, stejně jako doporučeními od výrobce řídicího obvodu. V zásadě je však možné říct, že první dvě podmínky určují typ a především celkovou plochu čipu tranzistoru a další podmínky nám pouze pomáhají optimalizovat výběr tranzistoru v souvislosti s provozní účinností a mechanickým omezením.


Obr. 1: Ztráty ve vedení jsou funkcí poměru odporu FETu a doby jeho sepnutí

V první řadě si musíme uvědomit, že odpor tranzistoru FET v sepnutém stavu je nepřímo úměrný ploše jeho čipu. Pokud se tak zaměříme na plochu tranzistoru, snadno zjistíme, že jeho odpor v sepnutém stavu bude tím menší, čím větší tranzistor zvolíme a naopak tím větší, čím zvolíme menší tranzistor, potažmo jeho čip. Zároveň také musíme zohlednit procentuelní poměr času, při kterém je tranzistoru sepnut a naopak rozepnut, s čímž také souvisí konverzní poměr Vout/Vin, který je v prvním řádě odpovědný za úroveň plnění, tzv. střídu (D - duty factor). V praxi je tento poměr rozdělen do obou tranzistorů napájecího zdroje, takže například FET-H (na Vdd) je sepnut po dobu D a FET-L (na GND) je sepnut zbývající procentní dobu (1 - D).

Na obr. 1 je uvedena typická závislost převodních ztrát na střídě daného FET, který je na ose X zakreslen pro FET-H a jednotlivé křivky představují poměr velikosti čipů. Je zřejmé, že poměr je vhodné volit optimálně mezi oběma spínači, kdy je celková ztráta ve vedení minimální. Při malém poměru je výrazněji zatěžován tranzistor FET-H a naopak, při velké hodnotě poměru je více zatěžován tranzistor FET-L. Tento poměr je pro nás důležitý především při optimalizaci DC/DC regulátoru, převádějícího například 12 V na 1,2 V (při střídě signálu cca. 10 procent). Pokud výstupní napětí zvýšíme na 3,6 V, zvýší se i spínací ztráty o 30 procent, nebo dokonce až o 80 procent v případě, kdy výstupní napětí zvýšíme na 6 V.

V neposlední řadě stojí za zmínku také skutečnost, že všechny křivky grafu na obr. 1 procházejí jediným bodem na 50 procentech. Důvodem je skutečnost, že oba spínače FET mají v tomto bodě stejný odpor v sepnutém stavu.


Obr. 2: Křivka optimálního poměru plochy a konverzního poměru
Poznámka: Poměr odporu je nepřímo úměrný poměru plochy čipů

Z obr. 1 může rovněž vyčíst, že celkově nejvyšší ztráty vedením jsou při poměru 50 procent. Nicméně za pomocí výpočtů můžeme dále snížit ztráty i pod tuto hodnotu. V příloze pod článkem je uveden matematický postup výpočtu optimalizace a výsledek je uveden na obr. 2. Při nízkém poměru střídy je výrazněji zatěžován čip tranzistoru FET-H, který by v tom případě měl být zvolen s větší plochou. Totéž platí i opačně, kdy při vysokém poměru střídy budicího signálu je výrazně zatěžován naopak tranzistor FET-L.

Uvedené výpočty jsou však pouze jednoduchým pohledem na poměrně rozsáhlou problematiku a neuvažují další ovlivňující faktory, jako je například rozdílný specifický odpor mezi oběma tranzistory, vliv na spínací frekvenci nebo další náklady a odpor, spojené s pouzdrem daného čipu. Nicméně i tak můžeme získat poměrně dobrý přehled o poměru odporů v jednotlivých tranzistorech a jejich výběru.

V dalším pokračování seriálu Power Tipů budeme diskutovat o požadavcích na rozptylovou indukčnost v regulátorech typu SEPIC.
Pro více informací o tomto a dalších dílech seriálu navštivte adresu: www.ti.com/power-ca.

Příloha: Odvození obr. 2

Základní definice:

Poměr plnění:

Specifický odpor tranzistoru MOSFET (Ohm*plocha):

Celková plocha: A

Plocha tranzistoru FET - H:

Odpor tranzistoru FET - H:

Odpor tranzistoru FET - L:

Celkový odpor:

Řešení pro celkové ztráty vedení (bylo použito pro obr. 1):

Odvození ?:

Definice celkové plochy čipů k FET – H jako . (Jedná se o poměr převrácené hodnoty odporu) Vychází z definice předchozí rovnice pro hodnotu nula a její odvození.

Po několika dalších stranách výpočtů získáme:

Výsledky výpočtů jsou uvedeny na obr. 2.

Autor: Robert Kollman, Texas Instruments







GooglePlus1 FaceBook Twitter del.icio.us DiGG Google StumbleUpon Google Buzz Email RSS PDF Tisk
Příbuzné články:
Power tipy I - Výběr správné pracovní frekvence spínaného zdroje
Power tipy II - Jak omezit vliv rušení zdroje
Power tipy III - Tlumení vstupního filtru - Díl 1 z 2
Power tipy IV - Tlumení vstupního filtru - Díl 2 z 2
Power tipy V - Záporné napětí ze snižujícího regulátoru
Power tipy VI - Správné měření napájecího zdroje
Power tipy VII - Efektivní napájení výkonových LED
Power tipy VIII - Omezení EMI technikou rozprostřeného spektra
Power tipy IX - Odhad nárůstu teploty výkonových součástek
Power tipy X - Přechodová odezva napájecího zdroje
Power tipy XI - Řešení ztrát v obvodu napájení
Power tipy XII - Maximalizování účinnosti napájecího zdroje
Power tipy XIII - Omezte ztráty v jádře indukčnosti
Power tipy XIV - Zdroj topologie SEPIC zajišťuje vyšší účinnost
Power tipy XV - Levný a výkonný budič LED
Power tipy XVI - Tlumení propustného měniče
Power tipy XVII - Komutační obvod u Flyback regulátoru
Power tipy XVIII - Jednoduché zlepšení stability regulátoru
Power tipy XIX - Snadné získání více záporných napětí
Power tipy XX - Parazitní rezonance v napájecím zdroji
Power tipy XXI - Hlídejte RMS proud kondenzátorů
Power tipy XXII - Vyhněte se častým problémům s chybovým zesilovačem
Power tipy XXIII - Zlepšení regulační odezvy zdroje - část 1
Power tipy XXIV - Převod paralelní impedance na sériovou
Power tipy XXV - Zlepšení regulační odezvy zdroje - část 2
Power tipy XXVI - Přenos vysokofrekvenční energie vodičem
Power tipy XXVII - Paralelní řazení napájecích zdrojů
Power tipy XXIIX - Krátkodobé zvýšení teploty v obvodech MOSFET - část 1
Power tipy XXIX - Krátkodobé zvýšení teploty v obvodech MOSFET - část 2
Power tipy XXX - Síťový zdroj s obyčejným obvodem
Power tipy XXXI - Poměr vnitřních odporů v synchronním regulátoru
Power tipy XXXII - Pozor na proudy v regulátorech SEPIC – část 1
Power tipy XXXIII - Pozor na proudy v regulátorech SEPIC – část 2
Power tipy XXXIV - Jednoduchý izolovaný napájecí zdroj
Power tipy XXXV - Omezení parazitní kapacity v transformátorech

Komentáře:
Název příspěvku: Vaše jméno: host
                 
  Zakázat formátování [Zakáže kódování a nahrazování smajlíky.]
Připojit soubory
reklama:
M66 QUECTEL
Quad-Band GSM/GPRS SMD modul s Bluetooth a rozměry 15,8 x 17,7 mm.
Skladem od 289 Kč

Informace uvedené v článcích jsou platné v době jejich vydání a samotné články jsou určeny pouze jako zdroj informací. Autor článku ani správce webu nenesou žádnou zodpovědnost za případné újmy na majetku a zdraví. Názvy společností a výrobků, loga a další multimediální materiál mohou být ochrannými známkami příslušných společností.
RSS kanály: | |
+420 723 846 377
info@pandatron.cz
Všechna práva vyhrazena | mobilní verze | © Copyright 2000 - 2016 ISSN 1803-6007