Technologia / Poradnik techniczny
Ładunek bramki i moc sterownika: określ model zasilania
Element mocy sterowany napięciem może wymagać wielokrotnego przenoszenia ładunku na jego elektrodzie sterującej. Moc zasilania układu sterowania bramką dotyczy tej ścieżki przenoszenia ładunku. Jest odrębna od strat przewodzenia i przełączania w głównym torze mocy i nie można jej sprowadzić do jednej uniwersalnej wartości pojemności bramki.
Ładunek, zakres zmian napięcia sterującego i częstotliwość powtarzania należą do jednego zadeklarowanego modelu.
Ustal, jaka energia trafia do zasilania napędu, zanim zdecydujesz, gdzie jest magazynowana lub rozpraszana.
01 / Ilość ładunku
Qg odnosi się do określonego przejścia i warunku pracy.
Ładunek bramki to ilość ładunku związana ze zmianą stanu bramki w określonych warunkach elementu i obwodu.
Ładunek bramki to ilość ładunku związana ze zmianą stanu bramki w określonych warunkach elementu i obwodu. Jego jednostką jest kulomb. Nie jest to pojemność wyrażana w faradach, choć liniowy kondensator o stałej pojemności spełniałby zależność Q = CV dla określonej zmiany napięcia.
Pojemności związane z bramką rzeczywistego elementu półprzewodnikowego mogą zależeć od napięcia i oddziaływać ze zmianą napięcia drenu podczas przełączania. Dlatego jednej wartości ładunku nie można traktować jako uniwersalnej stałej dla każdego zakresu zmian napięcia lub warunków w torze mocy. Przewodnik po sprzężeniu Millera omawia tę interakcję oddzielnie.
02 / Model zasilania
Określ jednobiegunowy cykl ładowania bez odzysku energii.
Rozważmy uproszczone, stałe dodatnie napięcie zasilania sterownika Vdrive, bramkę ładowaną w każdym cyklu od potencjału odniesienia do tego napięcia oraz rozładowywanie z powrotem do potencjału odniesienia bez odzysku energii.
Rozważ uproszczony model ze stałym dodatnim napięciem zasilania sterownika Vdrive, bramką ładowaną w każdym cyklu od potencjału odniesienia do tego napięcia oraz rozładowywaną z powrotem do potencjału odniesienia bez odzysku energii. Załóż, że podczas każdego pełnego przejścia ładowania z tego zasilania pobierany jest ładunek Qg, przy niezmienionych warunkach pracy.
Energia elektryczna pobrana podczas tej zmiany ładunku wynosi Ecycle = VdriveQg. Przy częstotliwości powtarzania frep dynamiczna moc pobierana z zasilania wynosi Pdynamic ≈ VdriveQgfrep. Obliczenia w projekcie referencyjnym TI wykorzystują tę zależność między ładunkiem, napięciem i częstotliwością oraz osobno uwzględniają pozostały pobór mocy z zasilania. Wyrażenie to nie jest kompletnym, uniwersalnym modelem sterownika bramki.
03 / Przykład arytmetyczny
Jawnie określ jednostki ładunku i sposób zliczania cykli.
Przyjmijmy hipotetycznie Qg = 20 nC, Vdrive = 5 V i frep = 1,000 cycles/s w podanym modelu zasilania.
Hipotetycznie przyjmijmy Qg = 20 nC, Vdrive = 5 V i frep = 1,000 cycles/s w podanym modelu zasilania. Energia pobierana na cykl wynosi 100 nJ, a średnia moc dynamiczna wynosi 0.0001 W, czyli 0.1 mW. Te wymyślone wielkości ilustrują wyłącznie obliczenia arytmetyczne.
Pełny cykl ładowania i rozładowania jest w tym wyrażeniu liczony raz, zamiast automatycznie mnożyć przez dwa ze względu na jego dwa zbocza. Liczenie przejść przy innym układzie zasilania może wyglądać inaczej. Żadna z tych założonych wartości nie jest napięciem sterowania, częstotliwością przełączania, znamionową wartością ładunku ani ustawieniem sterownika MARSTON.
04 / Dokąd trafia energia
Nie cała energia zasilania zamienia się w ciepło w układzie scalonym sterownika.
Dla hipotetycznej idealnej pojemności bramki C o stałej wartości, ładowanej od zera przez ścieżkę ze stratami ze źródła o stałym napięciu V, źródło dostarcza energię CV².
W przypadku hipotetycznej stałej idealnej pojemności bramki C, ładowanej od zera przez tor stratny ze źródła o stałym napięciu V, źródło dostarcza CV². Połowa tej energii zostaje zmagazynowana w polu, a połowa jest rozpraszana podczas ładowania. Późniejsze rozładowanie bez odzysku energii rozprasza zmagazynowaną połowę.
Ten znany przykład z kondensatorem wyjaśnia, dlaczego energia pobrana z zasilania w pełnym cyklu różni się od maksymalnej energii zgromadzonej. Rzeczywisty obwód bramki może rozdzielać wydzielanie ciepła między stopnie wyjściowe sterownika, rezystancję zewnętrzną i tory związane z elementem półprzewodnikowym. Dynamiczna moc pobierana z zasilania nie jest więc automatycznie mocą strat samego układu scalonego sterownika.
05 / Inne składowe
Straty w głównym łączniku mają inny zakres bilansowania.
Pobór spoczynkowy, prądy upływu, obwody izolacji i straty przetwarzania zasilania mogą zwiększać zużycie energii przez układ sterowania bramką.
Pobór energii w stanie spoczynku, prądy upływu, obwody izolacji i straty przetwarzania zasilania mogą zwiększać bilans energii układu sterowania bramką. Dwubiegunowe zmiany napięcia, niepełne przełączenia lub układy sterowania z odzyskiem energii wymagają odrębnych zależności dotyczących ładunku i energii pobieranej z zasilania. Sam składnik VdriveQg nie określa tych udziałów ani rozwiązań.
Straty przełączania głównego elementu dotyczą natomiast energii związanej z napięciem i prądem obwodu głównego podczas przełączeń. Poradnik dotyczący strat związanych z przełączaniem. wyjaśnia tę granicę. Zapotrzebowanie sterownika bramki i straty w głównym torze mogą na siebie oddziaływać, ale nie można po prostu zastępować jednego drugim.
06 / Zakres produktu
Model ładunku nie ujawnia sposobu realizacji przekształtnika.
Użyteczna interpretacja uwzględnia warunki krzywej ładunku, odniesienie zasilania, definicję zliczanego cyklu, częstotliwość powtarzania i uwzględnione ścieżki poboru energii.
Użyteczna interpretacja zachowuje warunki wyznaczenia krzywej ładunku, odniesienie zasilania, definicję zliczanego cyklu, częstotliwość powtarzania i uwzględnione ścieżki poboru energii. Porównywanie wartości ładunku dla odmiennych warunków może ukrywać różnice w rzeczywistych przełączeniach. Uproszczony model pomaga wyjaśnić proporcjonalność, a nie wskazać urządzenie lub częstotliwość pracy.
Nie potwierdzono tu typu elementu energoelektronicznego, obwodu sterownika bramki, napięcia zasilania ani wartości Qg dla urządzeń MARSTON. Ten przewodnik nie podaje rezystancji bramki, regulacji czasowych ani instrukcji połączeń. Wyjaśnia bilansowanie energii bez twierdzeń o zastosowanej technologii przełączania lub uzyskanej sprawności.
Powiązane poradniki techniczne: Podstawy układów tłumiących: energia stanów przejściowych, napięcie szczytowe i tłumienie · Tangens kąta strat dielektrycznych: faza, częstotliwość i modele zastępcze · Eliminacja drgań sygnału: trwałość stanu, próbkowanie i czas występowania zdarzeń.
Informacje ogólne: Texas Instruments: Zapotrzebowanie sterownika bramki na moc. Źródła wyjaśniają koncepcje branżowe; są odrębne od właściwych dokumentów produktów i projektów MARSTON.
Kluczowe pojęcia i warunki.
Odczytuj każdą wielkość wraz z odniesieniem, jednostkami i podanymi warunkami. Ogólna zależność nie ustala wartości właściwej modelowi.
| Pojęcie / wielkość | Znaczenie / zależność | Warunki / ograniczenia |
|---|---|---|
| Ładunek bramki | Qg w C | Określone warunki przełączania i pracy. |
| Zasilanie sterownika bramki | Vdrive w V. | Model jednobiegunowy ze stałym dodatnim napięciem, bez odzysku energii. |
| Energia na cykl. | VdriveQg w J | Ładunek pobrany jednokrotnie ze wskazanego źródła zasilania. |
| Dynamiczna moc zasilania | VdriveQgfrep w W | Powtarzające się identyczne, kompletne cykle. |
| Rozdzielenie ciepła | Sterownik a pozostałe tory | Moc pobierana z zasilania nie ogranicza się do mocy traconej w układzie scalonym sterownika. |
Pytania techniczne.
Czy ładunek bramki jest pojemnością?
Nie. Ładunek wyraża się w kulombach; pojemność wiąże zmianę ładunku z napięciem w ramach określonego modelu.
Czy przedstawiony wzór na moc należy zawsze mnożyć przez dwa?
Nie. Zgodnie z zadeklarowanym modelem uwzględnia to już jeden pełny, powtarzający się cykl ładowania i rozładowania.
Czy cała moc sterowania jest rozpraszana wewnątrz układu scalonego sterownika?
Nie. Energia może być rozpraszana kilkoma drogami.
Czy wzór uwzględnia moc pobieraną z zasilania w stanie spoczynku?
Nie. Dodatkowe składniki zużycia energii wymagają oddzielnego uwzględnienia.
Czy można przyjąć ten sam wzór dla układu sterowania z odzyskiem energii?
Nie. Do opisania wymiany energii z zasilaniem potrzebny jest odpowiedni model.
Czy 5 V i 1,000 cycles/s stanowią instrukcje dotyczące produktu?
Nie. Są to hipotetyczne wartości, używane do sprawdzania jednostek i arytmetyki.
Zapytanie techniczne
Omów zagadnienie techniczne.
Element mocy sterowany napięciem może wymagać wielokrotnego przenoszenia ładunku na swojej elektrodzie sterującej. Podaj model oraz mające zastosowanie informacje eksploatacyjne lub projektowe do dyskusji technicznej.