Wenn ich einen Sinus-Wechselrichter herstellen möchte, bei dem die Ausgangs-Wechselspannung niedriger ist als die Eingangs-Gleichstrom-Eingangsspannung, wie kann ich dann erkennen, dass die Verwendung der Pulsweitenmodulation effizienter ist als die Verwendung eines Transistors als Verstärker, wenn ich einen habe? sinusförmiges Gate-Ansteuersignal bei der gewünschten Frequenz?
Ich habe gehört, dass Transistoren im Allgemeinen effizient arbeiten, wenn sie "ein" oder "aus" sind, aber nicht in einem Zwischenbereich. Mein Eindruck ist, dass dies sowohl für BJTs als auch für FETs gilt, aber ich bin mir nicht sicher. Diese Faustregel stimmt mit anderen Dingen überein, die ich gelernt habe, wie der Tatsache, dass integrierte CMOS-Schaltungen tendenziell weniger Strom verbrauchen als gleichwertige TTL-Chips, und auch der Tatsache, dass Schaltnetzteile effizient und beliebt sind. Ich habe diese Idee noch nie wirklich in Frage gestellt (dass das Schalten eines MOSFET mit einem bestimmten Arbeitszyklus effizienter ist als die Verwendung als Verstärker). Ich habe ungefähr eine Stunde damit verbracht, es früher zu überprüfen, und habe es nicht geschafft, es durchzustehen.
Was ich bisher gemacht habe: Zunächst habe ich mich entschieden, mich auf MOSFETs zu konzentrieren. Zweitens habe ich mich als Beispiel für einen bestimmten n-Kanal-MOSFET entschieden, einen Toshiba K3767 , da ich ein LD7550 -basiertes Schaltnetzteil habe, das einen K3767 als Leistungstransistor verwendet. Drittens sagt mir ein bisschen Internetlesen, dass die beiden Hauptverluste Schaltverluste und Leitungsverluste sein werden. Ich denke, ich könnte zwei Berechnungen durchführen, eine, bei der ich mit einer Rechteckwelle bei einer hohen Frequenz wie 65 kHz schalte, wie im LD7550-Datenblatt beschrieben, und ein anderes Szenario, bei dem ich den K3767 mit einer Sinuswelle bei einer niedrigen Frequenz wie 60 antreibe Hertz.
Bin ich hier auf dem richtigen Weg? Gibt es eine wirklich offensichtliche Antwort, wie I 2 R- Verluste enorm sein werden, wenn ich den MOSFET als Verstärker mit einer Sinuswelle am Gate verwende?
Wie kann ich zeigen, dass es effizienter ist, einen Transistor bei einem bestimmten Arbeitszyklus schnell zwischen Ein und Aus zu schalten, als ihn als Verstärker zu betreiben, um die gleiche durchschnittliche Leistung zu erzielen?
Die im Transistor verbrauchte Leistung ist P = IV, wobei I der Strom durch den Transistor und V die Spannung über dem Transistor ist.
Wenn der Transistor vollständig eingeschaltet ist, ist V klein und daher ist P klein.
Wenn der Transistor vollständig ausgeschaltet ist, ist I sehr klein und daher ist P sehr klein
Wenn der Transistor teilweise eingeschaltet ist, sind sowohl V als auch I signifikant und daher ist P viel größer.
Beachten Sie jedoch, dass Sie die richtige Art von Filter benötigen, um ein PWM-basiertes System effizient zu machen. Sie möchten keine Widerstände in Ihrem Filter, da diese Strom verschwenden, sodass Sie normalerweise einen LC-Filter verwenden würden. Sie müssen auch sicherstellen, dass, wenn der Transistor ausgeschaltet ist, die Induktivität einen Pfad zum Entladen hat, entweder durch eine Diode oder einen zweiten Transistor.
Ein Transistor ist nur ein variabler Widerstand. (Daher kommt der Name tatsächlich.) Was Sie tun, wenn Sie es einschalten, haben Sie es entweder vollständig an oder vollständig aus, daher sehr niedriger Widerstand oder sehr hoher Widerstand.
Wenn Sie Ihren Transistor mit einem Lastwiderstand laden, sagen wir R1 = 1 kOhm, bilden Sie im Wesentlichen zwei Vorwiderstände (einer davon ist der Transistor, der als variabler Widerstand angesehen werden kann). Sie können versuchen, die Leistung für beide Fälle (sehr niedriger Widerstand und sehr hoher Widerstand) zu berechnen und werden dann feststellen, dass die Leistung in beiden Fällen sehr niedrig sein wird.
Einige Beispiele: (Rtrans = der Transistorwiderstand, Vin = 5 V = Eingangsspannung)
Rtrans = 1 Ohm
Derselbe Strom fließt durch beide Widerstände und daher wird in R1 im Vergleich zu Rtrans etwa 1000-mal mehr Leistung verbraucht.
Rtrans = 1 MOhm
Aufgrund des hohen Gesamtwiderstands in beiden Widerständen fließt durch keinen von ihnen fast kein Strom, und daher verbrauchen sie nicht viel Leistung.
Wenn der Widerstand jedoch etwas dazwischen liegt, wie in einem Verstärker, sagen wir Rtrans = 1 kOhm. Dann sind sowohl R1 als auch Rtrans gleich groß und verbrauchen daher gleiche Energiemengen. Von der Spannungsquelle sind nur 2 kOhm zu sehen, sodass 6,25 mW im Transistor verbraucht werden, verglichen mit fast nichts in den anderen beiden Fällen.
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Michael Kärcher
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