האתגר הגדל של אובדן גבוה-היציבות

בעוד אלקטרוניקה כוח לדחוף לעבר תדרי מעבר גבוהים יותר כדי לכווץ מגנטים ולשפר את התגובה הטרנסנדנטלית, החלפת הפסדים הופכת למחסום הדומיננטי ליעילות.בכל פעם שעובר חצי מוליכים למחצה מעבר בין המדינה לבין המדינה, מרווח קצר קיים במהלך שבו שני המתחים על פני המכשיר וזרם דרכו נמצאים בו זמנית לא אפס.זה חפיפה זו מתפזרת אנרגיה כמו חום, צמצום יעילות המערכת וניהול תרמי גבוה.

המאזניים גבוהות: עודף הפסדים לא רק יעילות נמוכה יותר, אלא גם לכפות את השימוש של כיור חום גדול יותר, מדגימים את החיים של רכיב, ואפילו יכול לגרום לכישלון קטסטרופלי באמצעות ריצות תרמיות. למרבה המזל, עשרות שנים של מחקר והנדסה מעשית יצרו ערכת כלים חזקה של טכניקות, מכונן שער מעודן עיצוב להפסדים קלים עד כדי נפיחות ומוליכים למחצה רחבים.

הבנת הפיזיקה של אובדן המעבר

על הפסדים

[ה] כאשר מתג מצווה לפנות, הנהג השער מאשים את הקלט של האזור ברמת מילר, מתח הקוד הניקוז נופל בעוד זרם הניקוז עולה.החפיפה של המתח והזרם במהלך המרווח הזה יוצרת דופק אנרגיה למחזור.לעבור באופן מתמטי, להזיז את האנרגיה (EFLT:0onFLT:1) הוא חלק בלתי נפרד של vLT:2phir: 3Dirdr(Fir) אבל ל-FIRD) ל-IFIRD) להפחתה של מעבר ל-D5 (FLT5 (EpLT)

הפסדים

בדומה, אובדן של תפנית מתרחש כאשר מתג נפתח.הזרם חייב לנוע מהערוץ אל הפלט קפיצות, ואת מתח הקוד הניקוז עולה בעוד הנוכחי עדיין זורם.מחסני אנרגיה בניכויים parasitic (במיוחד מן הפריסה ואיגרות חוב חוט) מייצר טבעת ופירוק נוסף. מכשירים מודרניים רבים לשלב מנגנוני אחסון המטען (כמו גוף מ"מ"מ"ק"ט) אשר במיוחד מסובכים את התצורה של אובדן גוף הפוך, במיוחד.

אובדן של Capacitance

(ב) כל מחזור (התחילה) של ה-[[המאה ה-1]], [[1924]], [[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]], [[1924]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]] [[[[1924]]]]

אובדן התאוששות הפוכה

בגשר מכושף קשה, הגוף מתפתל של התנהגות מ-MoafET המשלימה בזמן מת.כאשר מתג ראשוני מופעל, הגוף diode חייב להתאושש, גורם לספיק הנוכחי ההפוך המוסיף גם הפסד הפוך וגם לירות-באמצעות סיכון.זה אחד המניעים העיקריים לשימוש ב- Schotky diodes במקביל, סינכרוני עם הגוף המהיר או גדס (ג'וואוס) ללא הפרעה מהירה.

אסטרטגיה 1: אופטימיזציה של קשיח מעברים

לפני אימוץ רכה מורכבת מכושפת להתנצלות, מהנדסים צריכים קודם להבטיח כי מעברים קשים מעופפים הם יעילים ככל האפשר.הטכניקות הבאות מטפלות בסיבות השורש של הפסדים חפיפים מבלי לשנות באופן יסודי את הטופולוגיה המרירה.

עיצוב נהג שער

הנהג השער חייב לספק מספיק שיא הנוכחי כדי לגבות במהירות ולשחרר את הקלט קיבולנס.נהג בעל שם גבוה (למשל, 4 A עד 10 שיא) מקטין את משך הרמה של מילר. השתמש בלולאה דלת-הסרה: לשמור על הנהג קרוב פיזית לטרנסטור, למזער את החדירה בשער, ולהשתמש במקור ייעודי של Kelvin עבור GaN או CIRST (R) נמוך יותר מלמטה) עם עלות מסחר (R) בנקודת מסחר קטנה יותר) עם מעט יותר (R) עם עלות נמוכה יותר איטיות (R) נמוך יותר (R) נמוך יותר (R.

אופטימוס מת - Time Tuning

בחצי-גשר וממירים ב-bridge מלאים, זמן מת חייב להיות ארוך מספיק כדי למנוע יריה דרך קצרה מספיק כדי להימנע מהתנהלות בינונית של הגוף. Tuning Dead Time בדיוק – לעתים קרובות באמצעות לוח הזמנים של מיקרו-בקר או גנרטור מסור במשרה מתה - יכול לשחזר כמה נקודות יעילות.

סנובבר מעגלי

[ה]ההתערות הפרדוקסיות הן ביטוי ל[[המאה ה-20]], [[1924]]]], [[1924]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]] [[[[1924]]]]]] [[[[1924]]]]]]]] [[[[1924]]]]]] [[[[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[[[1924]]]]]] [[[[1924]]]]]]]]]] [[[[[[[[1924]]

אסטרטגיה 2: Soft Switching - Zero Voltage and Zero Current

טכניקות מכופות רך מבטלות את החפיפה של מתח וזרם במהלך המעבר, ובכך להשיג באופן אידיאלי אפס הפסד לאירוע מעבר. שתי שיטות עיקריות שולטות: Zero Voltage Switching (ZVS) ו- Zero Current Switching (ZCS).

Zero Voltage Switching (ZVS)

בזוס, מתג מופעל כאשר מתח הקוד הניקוז שלו כבר אפס (או קרוב מאוד) זה מושג על ידי שימוש טנק resonant של הממיר כדי לשחרר את הפלט לפני הפעלת מתג.ה ZVS העליוןology הקלאסי הוא הגשר המלא בעל המעצורים של שלב, אבל רבים ממירים חוזרים (C, CLLC, LCC) לספק ZVS ראשוני מספיק עבור מתגי ה-reducation הראשי הוא חייב בקפידה את העיצוב המלא.

Zero Current Switching (ZCS)

ZCS מכבה את מתג כאשר הזרם דרך זה הוא אפס.זה מבטל הפסדים של תפנית והוא יתרון במיוחד עבור IGBTs ומכשירים דו קוטביים הסובלים מזרמים זנב. ZCS הוא לעתים קרובות בשילוב עם ZVS בממירים חד-משמעיים.ה מתג מופעל עם ZVS ו כבוי עם ZCS, השגת אובדן נמוך מאוד.

שכנוע וקוויסי-נסונסרב להתנצל

ממירים חוזרים (series resonant, המקביל resonant, LLC) להשתמש טנק resonant לעצב את הנוכחי ואת מתח גלפורות כגון כי מתגים תמיד להפעיל על אפס מתח או לכבות ב אפס הנוכחי.ה LLC להמיר הפך את תקן דה Facto עבור גבוה ⁇ , יעילות גבוהה מבודד DC-DC המרה ההמרה (למשל, שרת כוח, המטען, המטען, ZVS).

אסטרטגיה 3: שיטות מתקדמות של שער ובקרת

קיבולת Multi-Level Gate Drive

במקום מתח קבוע בשער, נהגים מתקדמים משתמשים ברמות מתח מרובות - לדוגמה, דופק ראשוני גבוה כדי לשפר את מהירות התפנית, ואז מתח אחזקה נמוך יותר להפחית את ההשפעה של מילר ולמזער את CigdFLT:0gdFLT:1 (1) זמן טעינה כמה מעגלים משולבים מציעים פרופילים הנעה שער עבור שניהם-on והפך-off-off, המאפשר מהנדסים לייעל את המסחר בין הפסד בזמן אמתי בזמן אמתי בזמן.

שער פתוח

כדי למנוע תורות כוזבות שנגרמו על ידי הספייק הנוכחי של מילר (המוגן במעברים גבוהים), מעגל clamp פעיל מחזיק את השער נמוך במהלך הרמה מילר.זה מאפשר להפוך מהר יותר ללא סיכון ירי באמצעות קלפי Active clamping יכול להפחית את החלפת ההפסדים על ידי 10-20% בתצורת הגשר.

Dead-Time Optimization with Feedback

על ידי חישה את מתח המעבר מיד לפני התפנית, בקר יכול להתאים זמן מת דינמי.אם מתג node אינו מגיע אפס (או מתח נמוך מספיק), הזמן המת הוא מורחב; אם הוא מגיע אפס מוקדם, הזמן המת הוא קיצור. גישה הסתגלות זו מבטיחה ZVS נשמרת על פני עומס וריאציות טמפרטורה, מצמצם גם הפסדים ותפקוד של הגוף.

אסטרטגיה 4: בחירה משלימה - סיC וגאון

הבחירה של מכשיר מוליכים למחצה יש השפעה גדולה על החלפת הפסדים. סיליקון מסורתי MOSFET ו IGBTs הם עכשיו משלימים (ויותר ויותר הוחלף) על ידי חומרים פסגה רחבה.

Silicon Carbide (SiC) MOSFET

(ב) ,SiC MOSFET מציעים נתונים נמוכים מאוד:0DS (on)FLT:1 × CIRFLT:2ossssFLT 3; מאפשר מעבר מהיר עם הפסדים מינימליים של יבולים מינימליים של תפוקה (SiCliance) שלהם מאפשר הפעלה בתבניות גבוהות יותר של הגוף SiC CC מכפלת יותר מסיליקון, כמעט ביטול של חומרים גמישים (S) ו-iFrecoveriFrecovered to turntcovered) ל-iFlastic).

גליום ניליד (GaN) HEMTs

(ג'ן ה- HEMTs מסוגלים לעבור בתדרים רב-מינגהרץ עם הפסדים נמוכים מאוד.אין להם דיאודי גוף – במקום זאת, התנהגות הפוכה מתרחשת דרך הערוץ, שיש לו ירידה מתח נמוך יותר וללא התאוששות הפוכה.אתגר המרכזי הוא חוסר יכולת רבת-עוצמה נגד סיאם חזקה וצורך באריזות נמוכות מאוד (למשל, GaNPower, EPCs-D) יש להימנע ממתח רחב יותר (Digty) להשוואה הדוקה-DFDigty) ל-NFDigty.

המונחים:

חבילות מסורתיות to-247 יש הצצה גבוהה (~10 nH) כי החמיר את הצלצול ומגבלות מעבר מהירות. חבילות על פני השטח כמו D2PAK, LFPAK, ו- GaN-LGA באופן דרמטי להפחית את הניכויים הטפיליים.חלק מהמודולים של סי סי סי סי סי-C משתמשים כעת בציון "מקור לבווין" כדי להפריד את שער הכניסה מהמסלול הנוכחי, נוסף, הפחתת ביצועים משותפים ושיפור ביצועים משותפים.

אסטרטגיה 5: PCB Layout and Parasitic Reduction

אפילו המכשיר הטוב ביותר וכונן השער יבצעו גרוע אם הפריסה הפיזית מוסיפה מחנכים פרציטיים מופרזים וכנפיים. בתדרים של מעבר גבוה, כל ננו-סנסרי משנה.

צמצום כוח

לולאה מעבר (input capacitor, מתג צד גבוה, מתג נמוך בצד, וחזרה ל-Facitor) חייב להיות חזק ככל האפשר. השתמש נמוך-ESL SMD capacitors (למשל, X7R או C0G ב 0805 או 1206 חבילות) להציב קרוב ככל האפשר להחלפת Node. A 4-layer עם מטוס פנימי מסור ושכבה אחת עבור לולאה פנימית מאוד (I) כדי להפחית את התדרים עמוק יותר גבוה מאוד.

שער הילוך

לולאה של שער (ההפקה של מנוע, התנגדות שער, מקור השער, ושיבה) חייבת להיות קצרה ונפרדת מהלאה כוח.חיבור קלווין ייעודי למקור (או פולטטר) מונע את המגמות הנוכחיות המהירות של לולאת הכוח מגורם להפחתה מעבר לנתיב הקוד, אשר עלול לגרום להחלפתן.

מקום ישיבה

יש להציב את ה-RC ישירות מעבר להחלפה (דראין למקור) עם אורך מינימלי של עקבות. השתמש 0805 או 0603 רכיבים כדי להפחית את ESL. עבור לחות גבוהה, אחד nF capacitor בסדרה עם 2 ⁇ התנגדות עובד לעתים קרובות טוב. לבדוק יעילות עם oscilloscope גבוה ובדיקה שונה.

אסטרטגיה 6: ניהול ומדכאות

צמצום ההפסדים הוא חסר תועלת אם החום לא ניתן להסיר. יתר על כן, מדידה מדויקת של החלפת הפסדים נדרשת כדי לאמת שיפורים עיצוב.

ממשק חם ו-Hick Sinks

בחר רכיבים עם ⁇ FLT נמוך:0 JCFLT:1 ולהשתמש בחומרי ממשק תרמי באיכות גבוהה (TIM) עם מוליכות תרמית טובה (>3 W/mK) עבור הרבה מאוד גבוה, להשתמש בתאי Vapor או קירור נוזלי.זכור כי החלפת הפסדים אינם מחולקים אפילו באופן שווה - לעתים קרובות את המעבר הגבוה בחצי-גשר חם בשל עודף של מעבר הפוך נוסף בין מסלולי לחץ תרמי.

החלפת אובדן

(ב) ,Ucilloscope (>500 MHz) עם ניכויים נמוכים (למשל, SDN-414-10) או קואקסיאלי הנוכחי התנגדות צפייה נוכחית לתצוגה מדויקת (DPT) הוא השיטה ללכידת EFLT:0onFLT:1 ו- EFiralischedal: D-Fish) בדיקה כפולה של אנרגיה (D2skd) היא שיטה ללכידת ân-p-pish) של LTdial) ו-D2skdial-D.

מחקר: העלאת 1 MHz Boost Converter

כדי להמחיש את ההשפעה המעשית של אסטרטגיות אלה, לשקול 1 MHz, 48 V ל 200 V מומירר נבנה במקור עם מעבורת סיליקון FET (IRFP4227) ונהג שער חזק (MCP1407), המערכת רץ 89% יעילות ודרשה מתג אווירי גדול שהושג גם על ידי החלפת מ"מ"ק עם SiCFology (MCP1407), תוך צמצום קצבה של 2.5%) ל- Nubction חום אחד מ- 2.

כיוונים עתידיים ב- Ultra-High-Frequency Operation

בעוד שהחלפת תדרים דוחקים אל עשרות מגה-הרץ (ליישומים כמו כוח אלחוטי וחיפוש אחר המעטפה המבוסס על GaN), שיטות אובדן מסורתיות למינימום להגיע לגבולות.

  • (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) [ה]:0] ממירים מעופפים: [ה] ב':1' על ידי חלוקת מתח על פני רמות מרובות, הממירים האלה להפחית את התנופה המתח להחלפת אירוע, הורדת האנרגיה שאבדה ב- CFLT:2osssFLT:3 ואת הלחץ dv /dt.
  • (FLT:0) נהגים ו- Power Stages:FearLT:1 אינטגרציה מונוליטית של שלב כוח GaN ונהג שבב יחיד (למשל, eGaN ICs של EPC) מבטלת את הטפילים בין נהג להחלפה, המאפשר מעבר 30 MHz עם אובדן נמוך.

מסקנה

צמצום ההפסדים בתדרים גבוהים אינו תיקון חד-טכני – זה דורש גישה הנדסית הוליסטית המשתרעת על ידי בחירת המכשיר, עיצוב כונן השער, פריסת PCB, שליטה במשרה מתה, ולעתים קרובות אימוץ של מכושף רך להתנצלות. על ידי הבנת המקורות הפיזיים של ספין-און, כוונון- off-off, פלטהיפויפטנס, והפסדים לאחור, מהנדסים יכולים באופן שיטתי כל רכיב של סיליקון-או-או-אוף, כמו סיליקון-או-או-או-או-אוף, כמו סיליקון-או-או-או-או-או-או-או-האפקטים, כמו סיליקון-או-או-האפקטים, אפילו, כמו סיליקון-או-או-אופטיים, יכולות להמשיך להיות סיליקון-אופטיים-או-או-או-או-או-או-אופטיים-או-אופטיים, כמו מוליכים-מחדש, כמו סיליקון-או-מחדש, יכולות להמשיך להיות סיליקון-או-או-או-אופנים, כמו סיליקון-או-אופנים, כמו סיליקון-אופנים, כמו סיליקון-אופנים, יכולות-אופנים, כמו סיליקון