Технологии / Техническое руководство
Заряд затвора и мощность драйвера: определите модель питания
Силовому прибору, управляемому напряжением, может требоваться многократный перенос заряда на управляющий электрод. Мощность питания драйвера затвора связана с этим путём переноса заряда. Она отличается от потерь проводимости и переключения в основном силовом тракте и не может быть сведена к одному универсальному значению ёмкости затвора.
Заряд, размах напряжения управления и частота повторения относятся к одной явно заданной модели.
Определите, какая энергия поступает в цепь питания драйвера, прежде чем решать, где она накапливается или рассеивается.
01 / Величина заряда
Qg относится к определённому переходу и определённым условиям работы.
Заряд затвора — это количество электрического заряда, связанное с изменением состояния затвора при заданных условиях работы прибора и схемы.
Заряд затвора — это количество электрического заряда, связанное с изменением состояния затвора при заданных условиях для прибора и схемы. Он измеряется в кулонах. Это не ёмкость в фарадах, хотя для линейного конденсатора с постоянной ёмкостью при заданном изменении напряжения выполнялось бы соотношение Q = CV.
Ёмкости реального полупроводникового прибора, связанные с затвором, могут зависеть от напряжения и взаимодействовать с переходным процессом на стоке. Поэтому одно значение заряда нельзя считать универсальной постоянной для любого перепада напряжения или режима силовой цепи. Руководство по связи через ёмкость Миллера отдельно рассматривает это взаимодействие.
02 / Модель питания
Задайте однополярный цикл заряда без рекуперации энергии.
Рассмотрим упрощённый случай с фиксированным положительным напряжением питания драйвера Vdrive, зарядкой затвора от опорного потенциала до этого напряжения в каждом цикле и разрядкой обратно до опорного потенциала без рекуперации энергии.
Рассмотрим упрощённую модель с постоянным положительным напряжением питания драйвера Vdrive, затвором, который в каждом цикле заряжается от своего опорного потенциала до этого напряжения, и разрядом обратно до опорного потенциала без возврата энергии. Предположим, что при каждом полном переходе заряда из этого источника потребляется заряд Qg при неизменных условиях работы.
Электрическая энергия, потребляемая при этом изменении заряда, составляет Ecycle = VdriveQg. При частоте повторения frep динамическая мощность, потребляемая от источника питания, составляет Pdynamic ≈ VdriveQgfrep. Расчёт в эталонном проекте TI использует эту зависимость между зарядом, напряжением и частотой и отдельно учитывает остальное потребление от источника питания. Это выражение не является полной универсальной моделью драйвера затвора.
03 / Арифметический пример
Явно указывайте единицы заряда и порядок подсчёта циклов.
В качестве гипотетического примера примем Qg = 20 nC, Vdrive = 5 V и frep = 1,000 cycles/s в указанной модели питания.
В качестве гипотетического примера примем Qg = 20 nC, Vdrive = 5 V и frep = 1,000 cycles/s в указанной модели питания. Энергия, потребляемая за цикл, составляет 100 nJ, а средняя динамическая мощность — 0.0001 W, или 0.1 mW. Эти вымышленные величины иллюстрируют только арифметический расчет.
В этом выражении полный цикл заряда и разряда учитывается один раз, а не автоматически умножается на два из-за наличия двух фронтов. При другой схеме питания подсчёт переходов может отличаться. Ни одно из этих принятых значений не является напряжением управления, частотой переключения, номинальным зарядом или настройкой контроллера MARSTON.
04 / Куда поступает энергия
Не вся энергия питания превращается в тепло в микросхеме драйвера.
Для гипотетической идеальной ёмкости затвора C с постоянным значением, заряжаемой от нуля через цепь с потерями от источника с фиксированным напряжением V, источник отдаёт энергию CV².
Для гипотетической идеальной ёмкости затвора C с постоянным значением, заряжаемой с нуля через путь с потерями от источника с фиксированным напряжением V, источник отдаёт энергию CV². Половина запасается в виде энергии поля, а половина рассеивается при зарядке. При последующей разрядке без рекуперации запасённая половина рассеивается.
Этот знакомый пример с конденсатором объясняет, почему энергия, полученная от источника питания за полный цикл, отличается от максимальной запасённой энергии. В реальной цепи затвора тепло может распределяться между выходными каскадами драйвера, внешним сопротивлением и цепями, связанными с прибором. Поэтому динамическая мощность, потребляемая от источника питания, не равна автоматически мощности, рассеиваемой самой микросхемой драйвера.
05 / Другие составляющие
Потери в основном ключе имеют другую границу учёта.
Потребление в состоянии покоя, утечки, схемы гальванической развязки и потери при преобразовании питания могут увеличивать суммарное энергопотребление драйвера.
Потребление в состоянии покоя, утечки, схемы гальванической развязки и потери при преобразовании питания могут увеличивать энергозатраты драйвера. Двуполярные перепады, неполные переключения или драйверы с рекуперацией энергии требуют собственных соотношений для заряда и энергии, получаемой от источника питания. Одно слагаемое VdriveQg не определяет эти составляющие или схемные решения.
Коммутационные потери основного силового прибора, в свою очередь, относятся к энергии, связанной с напряжением и током его силовой цепи во время переключений. руководство по коммутационным потерям объясняет эту границу. Потребляемая драйвером затвора мощность и потери в основной силовой цепи могут влиять друг на друга, но одну величину нельзя просто подменять другой.
06 / Область применения продукта
Модель заряда не раскрывает реализацию преобразователя.
Для полезной интерпретации сохраняйте условия построения зарядной характеристики, опорный потенциал питания, определение учитываемого цикла, частоту повторения и включенные в расчет пути потребления энергии.
Для содержательной интерпретации необходимо учитывать условия получения зарядной характеристики, опорный потенциал питания, цикл, принимаемый в расчёте, частоту повторения и учтённые пути потребления энергии. Сравнение значений заряда, полученных в разных условиях, может скрывать различия в реальных переключениях. Упрощённая модель помогает объяснить пропорциональность, а не выбрать прибор или рабочую частоту.
Здесь не подтверждены ни тип силового полупроводникового прибора, ни схема драйвера затвора, ни напряжение питания, ни значение Qg для оборудования MARSTON. Это руководство не содержит указаний по сопротивлению затвора, настройке временных параметров или подключению. Оно объясняет учёт энергии, не утверждая, какая технология коммутации реализована и какой результат по КПД достигнут.
Связанные технические руководства: Основы снабберных цепей: энергия переходных процессов, пиковое напряжение и демпфирование · Тангенс угла диэлектрических потерь: фаза, частота и эквивалентные модели · Подавление дребезга сигнала: устойчивость состояния, дискретизация и время событий.
Общие сведения: Texas Instruments: Требуемая мощность драйвера затвора. Эти источники объясняют отраслевые понятия; они рассматриваются отдельно от применимой документации MARSTON на продукцию и проект.
Ключевые понятия и условия.
Рассматривайте каждую величину с её отсчётом, единицами и условиями. Общая зависимость не устанавливает значение для конкретной модели.
| Понятие / величина | Смысл / связь | Условия / пределы |
|---|---|---|
| Заряд затвора | Qg в C | Указанные условия перехода и эксплуатации. |
| Питание драйвера | Vdrive в V. | Однополярная модель с фиксированным положительным напряжением и без рекуперации энергии. |
| Энергия на цикл | VdriveQg в J | Заряд, однократно получаемый от указанного источника питания. |
| Динамическая мощность питания | VdriveQgfrep в W | Повторяющиеся идентичные полные циклы. |
| Распределение тепла | Драйвер и другие пути | Мощность питания не сводится к мощности, рассеиваемой микросхемой драйвера. |
Инженерные вопросы.
Является ли заряд затвора ёмкостью?
Нет. Заряд измеряется в кулонах; емкость связывает изменение заряда с напряжением в рамках заданной модели.
Следует ли всегда умножать приведённую формулу мощности на два?
Нет. Это уже учитывает один полный цикл зарядки и разрядки, согласно заявленной модели.
Рассеивается ли вся мощность управления затвором внутри микросхемы драйвера?
Нет. Энергия может рассеиваться по нескольким путям.
Учитывает ли формула мощность, потребляемую от источника питания в состоянии покоя?
Нет. Дополнительные составляющие потребления требуют отдельного учёта.
Можно ли считать ту же формулу применимой к драйверу с рекуперацией энергии?
Нет. Для описания его обмена энергией с источником питания нужна соответствующая модель.
Являются ли 5 V и 1,000 cycles/s указаниями для изделия?
Нет. Это гипотетические значения для проверки единиц и арифметических операций.
Технический запрос
Обсудите технический вопрос.
Силовой прибор, управляемый напряжением, может требовать многократного переноса заряда на управляющем электроде. Для инженерного обсуждения укажите модель и соответствующие эксплуатационные или проектные сведения.