موقع Ruipu Tech الرسمي

في الإلكترونيات الحديثة، تُعد خسائر التبديل من أكثر العوامل تأثيرًا على كفاءة النظام. مع زيادة ترددات التبديل في محولات السيارات الكهربائية، والمحركات الصناعية، وأنظمة الطاقة المتجددة، يجب على المهندسين تقييم خسائر وسلوك تبديل MOSFET بدقة.

مع اعتماد تقنية كربيد السيليكون،
MOSFET كربيد السيليكون
يقلل بشكل كبير من خسائر التبديل مقارنة بأجهزة السيليكون التقليدية. ومع ذلك، يظل حساب خسائر تبديل MOSFET بدقة من دليل البيانات أمرًا بالغ الأهمية للتصميم الحراري الصحيح واختيار المكونات.

تشرح هذه المقالة:

• كيفية إجراء حساب خسائر تبديل MOSFET
  

• كيفية تقدير خسائر طاقة MOSFET في الأنظمة الفعلية
  

• كيف تقلل تقنية SiC من خسائر التبديل
  

• مثل شركة Ruilin لأشباه الموصلات
  RL800N1200A2mΩ SiC
  كيف تعمل هذه الوحدات عالية الأداء على تحسين كفاءة العاكس
  

ما هي خسائر التبديل في SiC؟

تحدث خسائر التبديل خلال الفترة الانتقالية بين حالتي التشغيل والإيقاف لأجهزة أشباه الموصلات الكهربائية.

عند تبديل MOSFET، يتواجد الجهد والتيار معًا لفترة قصيرة. يؤدي هذا التداخل إلى تبديد الطاقة.

يمكن التعبير عن خسائر التبديل على النحو التالي:

P
s
w
=
21V
DS
我
d
(t
r
+
t
f
)f
s
w

منها:

• V
  DS
  = جهد مصدر التصريف
  

• 我
  d
  = تيار التصريف
  

• t
  r
  = وقت الارتفاع
  

• t
  f
  = وقت الانخفاض
  

• f
  s
  w
   = تردد التبديل
  

تشكل هذه المعادلة أساس حساب فقدان طاقة MOSFET الذي يستخدمه المهندسون عند تصميم مرحلة القدرة.

حساب فقدان طاقة MOSFET

يتكون الفقد الكلي لـ MOSFET من مكونين رئيسيين.

فقدان التوصيل

P
ثابت
=
我
2R
DS
(تشغيل
)

يعتمد هذا الفقد على:

• تيار الجهاز
  

• مقاومة التوصيل
  

فقدان التبديل
يزداد فقدان التبديل مع العوامل التالية:

• تردد التبديل
  

• مستوى الجهد
  

• سرعة التبديل
  

لذلك، يجب أن يأخذ حساب فقدان طاقة MOSFET في الاعتبار كلاً من فقدان التوصيل وفقدان التبديل.

بسبب خصائص المواد،
MOSFET كربيد السيليكون
يقلل بشكل كبير من كلا النوعين من الفقدان.

حساب فقدان التبديل لـ MOSFET من دليل البيانات

عادةً ما يستخدم المهندسون معلمات دليل البيانات لحساب فقدان التبديل لـ MOSFET.

يوفر دليل البيانات عادةً:

• طاقة التشغيل
  E
  o
  n
  

• طاقة الإيقاف
  E
  o
  ff
  

يمكن تقدير إجمالي خسائر التبديل على النحو التالي:

P
s
w
=
(E
تشغيل
+
E
o
ff
)f
s
w

تُستخدم هذه الطريقة بشكل شائع عند تقييم أجهزة من شركات مصنعة مثل Infineon.

على سبيل المثال، توصي العديد من الملاحظات التطبيقية من Infineون حول حساب خسائر التبديل في MOSFET باستخدام قيم طاقة التبديل تحت ظروف اختبار محددة.

ومع ذلك، يجب على المهندسين أيضًا مراعاة:

• المقاومة الفعلية للبوابة
  

• محاثة النظام
  

• درجة حرارة التشغيل
  

قد تؤثر هذه العوامل بشكل كبير على خسائر التبديل الفعلية.

فهم خسائر التبديل في MOSFETs SiC، نحو تبديل بلا خسائر تقريبًا

تهدف تقنية MOSFETs SiC إلى تقليل خسائر التبديل إلى سلوك تبديل بلا خسائر تقريبًا.

مقارنة بأجهزة IGBT السيليكونية التقليدية،
MOSFET كربيد السيليكون
توفر:

• سرعة تبديل أسرع
  

• سعة خرج أقل
  

• خسائر استرداد عكسي أقل
  

بسبب هذه الخصائص، قد تكون خسائر التبديل في SiC أقل بكثير من أجهزة السيليكون التقليدية.

في التطبيقات عالية التردد مثل محولات السيارات الكهربائية، يمكن أن يؤدي تقليل خسائر التبديل إلى تحسين كفاءة النظام بعدة نقاط مئوية.

يسمح هذا أيضًا بـ:

• مشتت حراري أصغر
  

• كثافة طاقة أعلى
  

• تردد التبديل الأعلى
  

مثال: ريلين
وحدة كربيد السيليكون RL800N1200A
تحليل خسائر التبديل للوحدة

لتوضيح تأثير تقنية SiC، نأخذ في الاعتبار وحدة طاقة SiC عالية التيار مثل RL800N1200A.

الخصائص النموذجية:

• قدرة تيار 800 أمبير
  

• جهد مقنن 1200 فولت
  

• مقاومة منخفضة جدًا Rds(on) تبلغ 2mΩ
  

• خصائص تبديل محسّنة
  

مقاومة التوصيل المنخفضة تقلل بشكل كبير من خسائر التوصيل:

P
ثابت
=
我
2R
DS
(تشغيل
)

على سبيل المثال، عند مستويات التيار العالية، تقليل المقاومة من 4mΩ إلى 2mΩ يمكن أن يقلل من خسائر التوصيل بنسبة 50% تقريبًا.

بالإضافة إلى ذلك، تعمل بنية البوابة المحسنة والحث الطفيلي المنخفض على تحسين أداء التبديل وتقليل خسائر التبديل في SiC.

هذه الخصائص تجعل وحدات SiC عالية الطاقة مثالية لـ:

• عاكسات الجر في السيارات الكهربائية
  

• محولات الطاقة الصناعية
  

• أنظمة الطاقة المتجددة
  

اعتبارات التصميم لتقليل خسائر MOSFET

يجب على مهندسي تصميم محولات الطاقة عالية الكفاءة النظر في استراتيجيات متعددة لتقليل خسائر MOSFET.

اختيار أجهزة ذات مقاومة توصيل منخفضة (Rds(on))
مقاومة التوصيل المنخفضة تقلل بشكل كبير من خسائر التوصيل.

تحسين تصميم مشغل البوابة
مقاومة البوابة المناسبة تزيد من سرعة التبديل وتقلل الخسائر.

تقليل الحث الطفيلي
تصميم الوحدات ولوحات الدوائر المطبوعة المحسن يقلل من ارتفاع الجهد وطاقة التبديل.

استخدام وحدات SiC المتقدمة
توفر وحدات SiC عالية الأداء خصائص تبديل وأداء حراري أفضل.

الاستنتاج

حساب دقيق لفقدان التبديل في MOSFET ضروري لتصميم أنظمة إلكترونيات طاقة فعالة.

من خلال فهم:

• حساب فقدان طاقة MOSFET
  

• حساب فقدان التبديل من دليل البيانات
  

• مزايا تقنية SiC MOSFET
  

يمكن للمهندسين تحسين كفاءة وموثوقية الأنظمة بشكل كبير.

مثل ريلين
RL800N1200A2mΩ
تُظهر وحدات SiC الحديثة كيف يمكن لتقنية أشباه الموصلات المتقدمة تقليل خسائر التبديل وتحقيق أنظمة عاكسة عالية الطاقة وعالية الكفاءة.

مع التطور المستمر في إلكترونيات الطاقة، سيلعب تحسين خسائر التبديل في SiC دورًا حاسمًا في أنظمة الجيل القادم للسيارات الكهربائية والطاقة المتجددة والتطبيقات الصناعية.

الأسئلة الشائعة: خسائر التبديل في SiC

كيفية حساب خسائر التبديل في MOSFET؟
يمكن حساب خسائر التبديل باستخدام قيم طاقة التبديل Eon و Eoff المقدمة في ورقة البيانات.

P
s
w
=
(E
تشغيل
+
E
o
ff
)f
s
w

حيث يحدد تردد التبديل إجمالي فقدان الطاقة.

لماذا تكون خسائر التبديل في MOSFET كربيد السيليكون أقل؟
بالمقارنة مع أجهزة السيليكون، تتميز أجهزة MOSFET كربيد السيليكون (SiC) بسعة أقل وخصائص تبديل أسرع، مما يقلل بشكل كبير من طاقة التبديل.

ما الذي يسبب فقدان التبديل في MOSFET؟
يحدث فقدان التبديل خلال الفترة الانتقالية بين حالتي التشغيل والإيقاف، حيث يتداخل الجهد والتيار لفترة قصيرة.

كيف يمكن تقليل فقدان طاقة MOSFET؟
يمكن تقليل فقدان الطاقة من خلال:

• اختيار أجهزة ذات مقاومة توصيل منخفضة (Rds(on))
  

• تحسين دائرة مشغل البوابة
  

• تقليل الحث الطفيلي
  

• استخدام وحدات SiC عالية الكفاءة