Расчёт параметров полевого транзистора для двухтактной схемы преобразователя

Расчёт параметров полевого транзистора. Для расчёта параметров полевого транзистора (MOSFET) для двухтактной схемы преобразователя с заданными условиями, рассмотрим основные аспекты:

1. Расчёт параметров полевого транзистора. Исходные данные

  • Частота преобразования: f = 100 кГц
  • Магнитопровод: EI3026 с материалом TP4A
  • Индуктивность плеча: L = 0.2 мГн
  • Входное напряжение (AC): 85 — 265 В
  • Диапазон выпрямленного напряжения: VDC = 120 — 375 В (с учётом сглаживания и небольшого запаса).

2. Расчёт параметров полевого транзистора. Расчёт основных параметров

2.1. Максимальное напряжение на транзисторе

В двухтактной схеме максимальное напряжение на каждом транзисторе будет приблизительно равно удвоенному входному напряжению:

VDS(max) = 2 × VDC(max) = 2 × 375 = 750 В.

С учётом запаса (25–30%), выбираем транзистор с номинальным напряжением:

VDS ≥ 950 В.

2.2. Ток через транзистор

Энергия, запасённая в индуктивности за полупериод, определяется как:

W = ½ × L × Ipeak2.

Для расчёта используем отношение входной мощности и частоты переключения.

Допустим, мощность нагрузки составляет Pload = 200 Вт, а КПД системы η = 0.85:

Pin = Pload / η = 200 / 0.85 ≈ 235 Вт.

Средний ток на входе:

Iin(avg) = Pin / VDC(min) = 235 / 120 ≈ 1.96 А.

Максимальный ток через каждый транзистор: С учётом запасов и пульсаций принимаем пиковый ток:

Ipeak ≈ 3.5 А.

2.3. Мощность рассеяния

Мощность рассеяния MOSFET определяется потерями на переключение и проводимость:

PMOSFET = Pcond + Pswitch.

Оценка проводимых потерь:

Pcond = IRMS2 × RDS(on).

При IRMS ≈ 2.5 А и RDS(on) = 1.0 Ом:

Pcond ≈ 2.52 × 1 = 6.25 Вт.

С учётом переключений и запасов тепловыделение MOSFET может составлять 8–10 Вт. Необходимо обеспечить хорошее охлаждение.

3. Рекомендации по выбору MOSFET

С учётом расчётов выбираем транзисторы с такими параметрами:

  • Максимальное напряжение: VDS ≥ 950 В.
  • Максимальный ток стока: ID ≥ 3.5 — 4.0 А.
  • Сопротивление канала RDS(on): ≤ 1 Ом.
  • Максимальная мощность рассеяния: PD ≥ 10 Вт.
  • Тип корпуса: TO-247 или аналогичный для хорошего теплоотвода.

4. Примеры подходящих MOSFET

  • STW9NK100Z (STMicroelectronics): VDS = 1000 В, ID = 9 А, RDS(on) = 1 Ом.
  • IPP60R199CP (Infineon): VDS = 950 В, ID = 20 А, RDS(on) = 0.19 Ом.
  • FCPF11N60 (ON Semiconductor): VDS = 600 В, ID = 11 А, RDS(on) = 0.35 Ом (подходит при снижении максимального напряжения).

Если потребуется уточнить нагрузку или особенности расчёта, измените входные данные!