pomoc s výpočtom tranzistoru mosfet

[iginoiii]

Dobrý deň dnes opäť, poprosil by som Vás, či by ste mi skontrolovali výpočet.V tom svojom meniči pre solár(a neskôr veterníka), som plánoval použiť tieto tranzistory PSMN2R6-40YS
www.nxp.com/documents/data_sheet/PSMN2R6-40YS.pdf
budič IR2101s:
www.irf.com/product-info/datasheets/data/ir2101.pdf

Ale teraz po troch hodinách hľadania som našiel konečne vzorový výpočet:
frekvencia: 125kHz
šírka PWM: bude sa meniť, ale pre jednoduchosť 50%(doba zopnutia 4mikrosekundy )
náboj na gate:
QGD gate-drain charge 14nC
QG(tot) total gate charge 63nC (tu neviem ktorý mám voliť, radšej volím vyššiu hodnotu)
prúd budiča IR2101 pri 15V napájaní: 0.2A
otvárací a zatvárací čas: Q = Time x current
time=Q/current=63e-9 / 0.2=315e-9s (0.315mikrosekundy)

pomer medzi časom kým sa otvorí tranzistor a zopnutým stavom
0.315mikros / 4mikros = 0.07875
a teda stratový výkon pri otváraní/zatváraní= 0.07875*40W=3.15W
strata pri zopnutom stave:
odpor tranzistoru=0.002Ohm
strata = square(prúd)*odpor tranzistoru= v podstate nič =0.018W
spolu strata = 3.17W

Záver: strata je skoro 8 percent, to považujem za veľa. Takže som vybral tranzistor síce s nízkym Ron, ale potrebuje väčší budiaci prúd. Takže napríklad zmena za budič IRS21844, ktorý pri 15V zvládne na výstupe 2A, to jest 10 krát viac, by som dosiahol desatinovú stratu(0.33W).

Vďaka za pozretie, a okomentovanie. Stále je možné, že mám vo výpočte aj principiálne chyby, je to taká zlátanina českého a anglického výpočtu , ale hlavne tá angličtina odborná v elektrike mi ešte robí problémy. Plus či som dobre zvolil to Q. S pozdravom, mosfet i

[PavelFF]

Odbornice se zatím neozývá, tak si dovolím pár laických poznámek, ať se rozproudí debata.
Vůbec jsem nezkoumal výpočty, ani nevím jaké je zapojení, ale tak mě napadá, že když ztráty v sepnutém stavu jsou "v podstate nic", tak co by sis pomohl tranzistorem s menším Ron?
Většinu ztrát ti tvoří spínací ztráty, a ty jsou mj. přímo úměrné kmitočtu spínání. Takže bys třeba mohl zkusit snížit frekvenci. A/nebo naopak použít "menší" a rychlejší tranzistor, který má sice větší odpor, ale zase se líp spíná a vypíná.

A když se ti podaří u nějakého svého výrobku dosáhnout účinnost 92%, tak buď naopak spokojený.

[PavelFF]

Odbornice se zatím neozývá, tak si dovolím pár laických poznámek, ať se rozproudí debata.
Vůbec jsem nezkoumal výpočty, ani nevím jaké je zapojení, ale tak mě napadá, že když ztráty v sepnutém stavu jsou "v podstate nic", tak co by sis pomohl tranzistorem s menším Ron?
Většinu ztrát ti tvoří spínací ztráty, a ty jsou mj. přímo úměrné kmitočtu spínání. Takže bys třeba mohl zkusit snížit frekvenci. A/nebo naopak použít "menší" a rychlejší tranzistor, který má sice větší odpor, ale zase se líp spíná a vypíná.

A když se ti podaří u nějakého svého výrobku dosáhnout účinnost 92%, tak buď naopak spokojený.

[procesor]

Statické straty počítaš iba pre Id=3A?

[iginoiii]

ah, prepáčte, som zabudol uviesť P=40W, I=max 3A. Ja viem, že tie tranzistory sú ako ísť raketoplánom na dovolenku do chorvátska , ale či už dám za tranzistor euro, alebo dve, ma zas tak netrápi pri 3 kusoch.

2pavelff: do nižších frekvencií ísť moc nechcem, pretože toto zapojenie bude predohra pre väčšie, a tam by som rád túto frekvenciu +-. A tá účinnosť, to je strata len na JEDNOM tranzistore, budú tam tri, plus napájanie procesora, budiča tranzistorov, odpor cievky, takže by som tým dostal účinnosť niekde k 75 percent a to už je málo.

[Andrea]

No když chceš letět do Chorvatska raketoplánem, tak holt musíš počítat s pár milionama za palivo.

[AmarokCZ]

Můj názor na věc je následující:
IR2101 se chová jako zdroj napětí s určitým vnitřním odporem, takže nemůžeš počítat s tím, že by stále dodával proud 0.2A. Navíc mezi budičem a GATE je zvykem dávat odpor... (tady asi nebude, ale když není schéma, tak těžko říct)
Ztrátový výkon nemůžeš počítat jako "0.07875*40W=3.15W" protože z počátku napětí na GATE klesá rychle (do doby než na drain začne růst napětí), pak zase klesá pomalu a 40W na něm taky nebude po celou dobu zavírání.
Navíc tranzistor je podle mě nevhodně zvolen (vzhledem k IR2101), protože má obrovskou kapacitu (skoro 4nF), lepší by byl třeba IRFZ24 nebo IRFZ44.
Pokud trváš na IR2101, tak by to chtělo hledat kompromis mezi Ciss a Rds.

[procesor]

Podľa ceny sa nerozhoduj, silnejší nie je vždy lepší.
Tranzistor nesmie byť predimenzovaný (Idmax,Udsm), inak účinnosť ide dole.

[iginoiii]

[iginoiii]

procesor: presne ako píšete, zas som sa niečo naučil, vyberať tranzistory len podľa nízkeho Rdson a to mám doma už 6 IRLS4030, za 4 evri jeden... Nevadí, za 25 eur ako tak pochopiť parametre N tranzistorov nie je zas tak moc

ale snáď ostatné tranzistory v tej výkonovej rade budú na tom podobne.
už len ten výpočet prosím prosím

[Zaky]

Ahoj,
určitě jsou tu povolanější, ale zkusím uvést můj pohled na věc. Spínací ztráty nepočítej, ale odbastli měnič tak, aby byly co nejmenší, pak podle nich teprve nadimenzuj chladič, bude-li potřeba. Spínací ztráty totiž značně závisí na tom, co budeš tím tranzistorem spínat, předpokládám, že nějakou indukčnost. Indukčnost to chce vhodně zatlumit sériovým R (jednotky Ohm) a C (stovky pF až jednotky nF). Jinak se ti bude tranzistor o poznání pomaleji zavírat (kapacita Cdg je prevít...). Malý odpor (alespoň první jednotky Ohm) mezi budič a gate je zpravidla nutný, budiče práci přímo do kapacity gate nemají rády, osciloskopem je to vidět. Paradoxně může pomoci i malý C mezi gate a zem, ač to vypadá divně, zvětšuje se tím kapacita Cgs, tak je to kondenzátorový dělič s Cdg a tranzistor se tak daleko lépe zavírá. Zvol si tranzistor s rozumnou rezervou Ud, Id s preferencí nižší kapacity Cgs a dobrý budič k tomu, pozornost zaslouží i ostatní prvky měniče. Pokud to budeš bastlit na univerzál, tak pozor na topologii. Kdyžtak upni schéma.
Michal

[Zaky]

Ahoj,
určitě jsou tu povolanější, ale zkusím uvést můj pohled na věc. Spínací ztráty nepočítej, ale odbastli měnič tak, aby byly co nejmenší, pak podle nich teprve nadimenzuj chladič, bude-li potřeba. Spínací ztráty totiž značně závisí na tom, co budeš tím tranzistorem spínat, předpokládám, že nějakou indukčnost. Indukčnost to chce vhodně zatlumit sériovým R (jednotky Ohm) a C (stovky pF až jednotky nF). Jinak se ti bude tranzistor o poznání pomaleji zavírat (kapacita Cdg je prevít...). Malý odpor (alespoň první jednotky Ohm) mezi budič a gate je zpravidla nutný, budiče práci přímo do kapacity gate nemají rády, osciloskopem je to vidět. Paradoxně může pomoci i malý C mezi gate a zem, ač to vypadá divně, zvětšuje se tím kapacita Cgs, tak je to kondenzátorový dělič s Cdg a tranzistor se tak daleko lépe zavírá. Zvol si tranzistor s rozumnou rezervou Ud, Id s preferencí nižší kapacity Cgs a dobrý budič k tomu, pozornost zaslouží i ostatní prvky měniče. Pokud to budeš bastlit na univerzál, tak pozor na topologii. Kdyžtak upni schéma.
Michal

[procesor]

Výpočet nie je jednoduchý. Závisí od veľa vecí.

Približne straty ako súčet... itegrálov u(t)*i(t) v časoch tr/tf pričom u(t) je lineárna funcia od 0 do Uf a naopak pri otváraní.

Pri indukčnej záťaži, a použitím oneskoreného zapínania druhého spínača, prúd i(t) sa prakticky nemení v čase spínania a rozpínania. i(t)=Im, alebo i(t)=0.
Ak sa spína skôr ako sa vyžiari energia cievky, dochádza ešte ku stratám v anti-paralelných diódach. Keď sa otvorí horný tranzistor dolná dióda je nejaký čas otvorená a spínačom preletí skratový prúd do uzavretia diódy.

U jedného tranzistoru sú pri takom spínaní straty pri zatváraní, u druhého sa dá otvárať bez strát. V druhej fáze sú straty iba v dolnom pri zatváraní, horný sa otvorí bez straty. Samozrejme toto platí pri dobre nastavenom oneskorení (deat time) nielen z pohľadu oneskorenia spínania a rozpínania tranzistorov, ale najmä z pohľadu priebehu napätia v spoločnom bode tranzistorov. Na to treba ale inú elektroniku na ovládanie dead time-u.

[AmarokCZ]

iginoiii: jediný způsob jak poměrně rychle dostat výsledky docela dobře odpovídající realitě je simulace, ručním výpočtem toho hodně zanedbáváš.

[iginoiii]

vďaka za reakcie, všetko čítam a rozmýšľam. A teda ktorý údaj je pre straty pri dynamike dôležitejší? Q, alebo C(som myslel že budú ekvivalentné, niečo na spôsob kapacity vodiča C=Q/fi. Jasne že nečakám zrovna tento vzorec, ale niečo obdobné, ale ako kukám datasheety, tak sa úplne rôzne menia kapacity aj Q)? pretože čo píšete Zaky: s preferencí nižší kapacity Cgs

tak zrovna ten údaj v datasheetoch neni, je mi jasné že to bude len ekvivalent toho čo tam je, ale ktoré tým prosím myslíte?

kapacitu:
Ciss,Coss,Crss?? resp. nejaká ich kombinácia?

Takže určite tam dám silnejší budič, a možno pojdem aj nižšie s frekvenciou, uvidím.

ps. inak samozrejme schéma je, vo vlákne "Řešení problémů s různými konstrukcemi->step down, vysoké prúdy" , to je také moje vlákno kde sa neelektrikár motá step down meničmi . A už mám nakreslenú dosku, len mi nedal ten IR2101, tak som otvoril toto vlákno, čomu som rád, lebo zas som sa dozvedel niečo.

[Zaky]

Tím Cgs myslím input capacitance Ciss, omlouvám se za trápení terminologie...
Michal

[Zaky]

Tím Cgs myslím input capacitance Ciss, omlouvám se za trápení terminologie...
Michal

[AmarokCZ]

Přesně jsou ty kapacity téměř vždy objasněny v datasheetech, např. tady na straně 3, Figure5 (poznámka nahoře v rohu).
Jestli je důležitější Q nebo C? ... Já jsem s Q nikdy nepočítal a nenarazil jsem zatím na problém.