Если я хочу сделать синусоидальный инвертор, в котором выходное переменное напряжение ниже входного входного постоянного напряжения, как я могу понять, что использование широтно-импульсной модуляции будет более эффективным, чем простое использование транзистора в качестве усилителя, если у меня есть синусоидальный управляющий сигнал затвора на желаемой частоте?
Я слышал, что транзисторы обычно работают эффективно во включенном или выключенном состоянии, но не в промежуточном режиме. У меня сложилось впечатление, что это верно как для BJT, так и для FET, но я не уверен. Это эмпирическое правило согласуется с другими вещами, которые я узнал, такими как тот факт, что интегральные схемы CMOS, как правило, имеют меньшую мощность, чем эквивалентные микросхемы TTL, а также тот факт, что импульсные источники питания эффективны и популярны. Я никогда раньше не оспаривал эту идею (что переключение полевого МОП-транзистора с заданным рабочим циклом более эффективно, чем использование его в качестве усилителя). Я потратил около часа, пытаясь проверить это ранее, и не смог пройти через это.
Что я сделал до сих пор: Во-первых, я решил сосредоточиться на МОП-транзисторах. Во-вторых, в качестве примера я решил рассмотреть конкретный n-канальный MOSFET, Toshiba K3767 , потому что у меня есть импульсный источник питания на базе LD7550 , в котором в качестве силового транзистора используется K3767. В-третьих, немного чтения в Интернете говорит мне, что две основные потери будут потерями переключения и потерями проводимости. Так что, я думаю, я мог бы сделать два расчета: один, где я переключаюсь с прямоугольной волной на высокой частоте, например, 65 кГц, как описано в техническом описании LD7550, и другой сценарий, где я управляю K3767 синусоидой на низкой частоте, например 60 кГц. Гц.
Я на правильном пути здесь? Есть ли действительно очевидный ответ, например, потери I 2 R будут огромными, если я использую MOSFET в качестве усилителя с синусоидой на затворе?
Как я могу показать, что быстрое включение и выключение транзистора с заданным рабочим циклом более эффективно, чем использование его в качестве усилителя для достижения того же среднего выходного сигнала?
Мощность, рассеиваемая на транзисторе, равна P=IV, где I — ток через транзистор, а V — напряжение на транзисторе.
Когда транзистор полностью открыт, V мало, и поэтому P мало.
Когда транзистор полностью закрыт, I очень мал и, следовательно, P очень мал.
Когда транзистор частично открыт, значения V и I значительны, поэтому P намного больше.
Однако обратите внимание, что для повышения эффективности системы на основе ШИМ вам нужен правильный тип фильтра, вам не нужны резисторы в вашем фильтре, потому что они тратят энергию, поэтому вы обычно используете LC-фильтр. Вы также должны убедиться, что, когда транзистор выключен, катушка индуктивности имеет путь к разряду либо через диод, либо через второй транзистор.
Транзистор - это просто переменный резистор. (На самом деле, отсюда и происходит его название.) Что вы делаете, когда включаете его, он либо полностью включен, либо полностью выключен, следовательно, очень низкое сопротивление или очень высокое сопротивление.
Если вы нагрузите свой транзистор нагрузочным резистором, скажем, R1 = 1 кОм, вы, по сути, сформируете два последовательных резистора (один из них будет транзистором, который можно рассматривать как переменное сопротивление). Вы можете попытаться рассчитать мощность через него для обоих случаев (очень низкое сопротивление и очень высокое сопротивление) и тогда поймете, что в обоих случаях мощность будет очень низкой.
Некоторые примеры: (Rtrans = сопротивление транзистора, Vin = 5 В = входное напряжение)
Rтранс = 1 Ом
Один и тот же ток будет проходить через оба сопротивления и, следовательно, примерно в 1000 раз больше мощности будет рассеиваться на R1 по сравнению с Rtrans.
Rтранс = 1 МОм
Из-за высокого общего сопротивления обоих резисторов почти никакой ток не будет проходить через любой из них, и, следовательно, они не будут рассеивать большую мощность.
Однако, если сопротивление какое-то промежуточное, как в усилителе, скажем, Rtrans = 1 кОм. Тогда и R1, и Rtrans будут иметь одинаковую величину и, следовательно, рассеивать одинаковое количество энергии. От источника напряжения будет видно только 2 кОм, поэтому на транзисторе будет рассеиваться 6,25 мВт по сравнению с почти нулевым в двух других случаях.
пользователь_1818839
Дуглас Б. Стейпл
Майкл Керчер
Дуглас Б. Стейпл