dissipação de energia durante a ativação e desativação
Você pode pensar que o transistor que fica mais quente durante essas transições tem algo a ver com as tensões internas, as correntes e as capacitâncias do transistor.
Na prática, desde que você ligue ou desligue um interruptor com a rapidez suficiente, os detalhes internos do interruptor são irrelevantes. Se você puxar a chave completamente para fora do circuito, as outras coisas no circuito inevitavelmente terão alguma capacitância parasita C entre os dois nós em que a chave liga e desliga. Quando você insere um interruptor de qualquer tipo nesse circuito, com o interruptor desligado, essa capacitância carrega até certa tensão V, armazenando CV ^ 2/2 watts de energia.
Não importa que tipo de interruptor seja, quando você liga, todos os CV ^ 2/2 watts de energia são dissipados nesse interruptor. (Se ele mudar muito lentamente, talvez mais energia seja dissipada nesse interruptor).
Para calcular a energia dissipada no seu comutador mosfet, encontre a capacitância externa total C à qual ele está conectado (provavelmente o parasita) e a tensão V que os terminais do comutador carregam antes que o comutador seja ligado. A energia dissipada em qualquer tipo de interruptor é
a cada ativação.
A energia dissipada nas resistências que controlam o portão, seu FET é
Onde
- V = oscilação da tensão do portão (a partir da sua descrição, é 5 V)
- Q_g = a quantidade de carga que você pressiona através do pino do portão para ligar ou desligar o transistor (na folha de dados do FET, são cerca de 10 nC a 5 V)
A mesma energia E_gate é dissipada durante a ativação e novamente durante a desativação.
Parte dessa energia E_gate é dissipada no transistor e parte é dissipada no chip do driver FET - eu costumo usar uma análise pessimista que assume que toda essa energia é dissipada no transistor e também toda essa energia é dissipada no driver FET.
Se o seu interruptor desligar o suficiente rapidamente, a energia dissipada durante o desligamento é normalmente insignificante em comparação com a energia dissipada durante o acionamento. Você poderia colocar um limite de pior caso (para cargas altamente indutivas) de
- E_turn_off = IVt (pior caso)
Onde
- I é a corrente através do interruptor imediatamente antes de desligar,
- V é a tensão no interruptor logo após o desligamento e
- t é o tempo de comutação de ligado para desligado.
Então a energia dissipada no feto é
Onde
- P_switching = (E_turn_on + E_turn_off + 2 E_gate) * switching_frequency
- switching_frequency é o número de vezes por segundo em que você alterna o ciclo
- P_on = IRd = a energia dissipada enquanto o interruptor está ligado
- I é a corrente média quando o interruptor está ligado,
- R é a resistência no estado do FET, e
- d é a fração do tempo em que a chave está ligada (use d = 0,999 para estimativas do pior caso).
Muitas pontes H aproveitam o diodo do corpo (geralmente indesejável) como um diodo de retorno para capturar a corrente de retorno indutivo. Se você fizer isso (em vez de usar diodos externos Schottky), também precisará adicionar a potência dissipada nesse diodo.