Synchroner Abwärtswandler – MOSFET-Auswahl

Ich bin relativ neu im Design von DC/DC-Wandlern und habe einige Schwierigkeiten mit der Auswahl der schaltenden MOSFETs für mein Design. Um ganz ehrlich zu sein, versuche ich herauszufinden, ob der bereits ausgewählte MOSFET (DMN3010LSS von DIODES Inc. und als zweite Quelle der SM4832NSK von sinopower) von einem anderen Designer in Ordnung ist oder ob ich ihn ersetzen muss.

Die Spezifikationen sind:

  • Vin = 12 V
  • Vout = 1V
  • Iout = 12A
  • PWM-Controller: MIC2102
  • Schaltfrequenz: 437kHz
  • Induktorwert zwischen 1,5 uH und 3,3 uH (die letzten beiden sind Designoptionen)

Mein größtes Problem im Moment ist, wie man den maximalen Strom berechnet, der durch den Transistor fließt, und die maximale Verlustleistung. Natürlich habe ich das Datenblatt des Controllers studiert, aber ich habe das Gefühl, dass irgendwie einige Informationen fehlen.

Bezüglich der MOSFET-Verlustleistung habe ich bisher verstanden, dass sie aus zwei Teilen besteht, der Leitleistung und der Schaltverlustleistung. Der Leitwert für die High-Side ist gegeben durch:

P C Ö N D ,   H S = ICH Ö u T 2   ×   R D S Ö N ,   M A X   ×   ( v Ö u T v ich N )

und für die Low-Side durch:

P C Ö N D ,   L S = ICH Ö u T 2   ×   R D S Ö N ,   M A X   ×   ( 1   −   v Ö u T v ich N )

Ist das korrekt? Das MIC2102-Datenblatt ist in diesem Punkt ziemlich beschissen: Ich nehme an, Eq.9 ist unvollständig; der Duty Cycle fehlt komplett!

Dann sind die Schaltverluste für die Low-Side vernachlässigbar und zu vernachlässigen, wie fast jeder sagt.

Bei den Schaltverlusten des High-Side-MOSFET habe ich versucht, mich an die Angaben im Datenblatt des MIC2102 zu halten, war aber völlig verwirrt. Offensichtlich muss man Gleichung 12 verwenden, wo die Schaltübergangszeit durch Gleichung 11 gegeben ist (sie sagen, dass sie angenommen haben, dass die Ein- und Ausschaltzeiten gleich sind, was ich nirgendwo anders gefunden habe, aber trotzdem ). Wenn wir Gleichung 11 folgen sollen, was ist der Unterschied zwischen Vin und VHSD? Nach meinem Verständnis sind sie völlig gleich! Irgendeine Idee?

Angenommen, wir berechnen schließlich die gesamten Leistungsverluste, wie wähle ich einen geeigneten MOSFET aus?

Ein weiteres Thema ist dann: Wie sieht es bei der Auswahl des MOSFETs mit dem IDS-Strom aus? Wie wählt man den maximalen IDS-Strom, den der MOSFET aufnehmen kann?

Sie erwähnen nicht die von Ihnen gewählte / verwendete Schaltfrequenz und den Induktivitätswert. Damit kann man den Strom noch beeinflussen. Da Sie ein sehr hohes Vin / Vout-Verhältnis (12/1) haben, gehe ich davon aus, dass Ihr Arbeitszyklus ziemlich niedrig ist, was bedeutet, dass der LS-Schalter die meiste Zeit eingeschaltet ist, sodass er den größten Teil der Verluste bestimmen würde. Kopieren Sie nicht immer "was alle sagen", es sei denn, Sie verstehen es , es trifft möglicherweise nicht auf Ihre Situation zu! Ich denke, das ist hier der Fall, da Ihr DuCy niedrig sein wird. Im Allgemeinen würde ich mich an die MOSFETs halten, die im Datenblatt des MIC2102 vorgeschlagen werden.
@FakeMoustache Danke für den Tipp, aber die Sache ist, dass ich noch nicht ganz verstehe, wie der Konverter funktioniert! Wie gesagt, ich bin neu auf diesem Gebiet. Sie stimmen also zu, dass zumindest in diesem Fall die Schaltverluste für den Low-Side-Transistor minimal sind. Was meinst du damit, dass man durch die Induktivität und die Schaltfrequenz den Strom beeinflussen kann? Du meinst offensichtlich den Spitze-zu-Spitze-Strom, oder? Aber warum erwähnst du es?
stimme zu ... die Schaltverluste werden für den Low-Side-Transistor minimal sein Lesen Sie sorgfältig, da dies das Gegenteil von dem ist, was ich geschrieben habe. Sie suchen nach einfachen Annahmen, die Sie treffen können. Nun, das ist nie eine gute Idee, es sei denn, Sie können erklären , warum das eine gute Annahme wäre. Ich sagte, da der DuCy in Ihrem Fall niedrig sein wird, werden die Schaltverluste auf der niedrigen Seite im Vergleich zur hohen Seite dominant sein. Low DuCy bedeutet, dass LS die meiste Zeit eingeschaltet ist, HS viel weniger.
Ja, ich meine den Spitze-Spitze-Strom. Eine Induktivität mit kleinem Wert lädt sich schneller auf, ein hoher Strom wird in kurzer Zeit erreicht, daher muss die Schaltfrequenz höher sein, die Schalter sind nur für kurze Zeit eingeschaltet. Eine Induktivität mit großem Wert ergibt das Gegenteil. Ich schlage vor, dass Sie ein Buch über DCDC-Wandler lesen, da dieser Chip viele Auswahlmöglichkeiten bietet. Entscheidungen, die Sie treffen müssen, und Sie müssen auch wissen, warum Sie eine bestimmte Wahl getroffen haben. Es gibt einfachere DCDC-Wandler, den von Ihnen ausgewählten Chip würde ich einem Anfänger nicht empfehlen.
Tut mir leid, dass ich es nicht von Anfang an richtig verstanden habe. Aber ich verstehe es immer noch nicht. Du sagst, der LS wird die meiste Zeit eingeschaltet sein. Warum bedeutet das, dass die Schaltverluste dominieren werden? Das impliziert eigentlich, dass die Leitungsverluste dominant sein werden, oder? Und genau das sage ich auch. Übrigens, dieser Controller wurde von jemand anderem verwendet und ich versuche nur, ihn an mehr Ausgangsstrom anzupassen. Welche würden Sie stattdessen empfehlen?
Sie müssen die Theorie hinter DCDC-Wandlern wirklich besser verstehen. Schaltverluste hängen von der Schaltfrequenz ab . Höhere Frequenz bedeutet höhere Verluste. Die Leitungsverluste des Low-Side-Schalters sind dominant, da er die meiste Zeit leitet. Ob die Schalt- oder Leitungsverluste dominant sind, können Sie noch nicht feststellen, da Sie noch keine Schaltfrequenz gewählt haben. Ich werde dir keinen anderen Chip empfehlen, es gibt einfach zu viele.
Für einen Abwärtswandler im kontinuierlichen Leitungsmodus ist Vout = D x Vin, wenn ein Nullverlust angenommen wird. Daher D = Vout/Vin. Das Tastverhältnis als Faktor fehlt in den Leitungsverlustgleichungen nicht. Der Verlust- oder Wirkungsgradfaktor fehlt, aber das wird bei der Verlustleistungsberechnung nicht selten vernachlässigt.
Es sieht so aus, als wären Vin und VHSD gleich. Die Berechnung der MOSFET-Verlustleistung ist nicht sehr genau, also folgen Sie einfach den App-Hinweisen. Die Wahl eines MOSFET ist ein Kompromiss zwischen Leitungsverlust und Schaltverlust (das Reduzieren des einen erhöht tendenziell das andere). Typischerweise liegt der optimale Punkt dort, wo der Schaltverlust im gleichen Bereich wie der Leitungsverlust liegt (innerhalb des Pools guter aktueller MOSFETs). Dies wird Sie auch bei IDS leiten, da ein zu niedriger IDS-MOSFET normalerweise zu einem proportional hohen Leitungsverlust führen würde und umgekehrt.
Ich versuche nur, es an mehr Ausgangsstrom anzupassen. Dann sollten Sie gut überlegen , ob die Auswahl verschiedener MOSFETs tatsächlich hilft. Es gibt Situationen, in denen die MOSFETs nicht der limitierende Faktor sind! Zum Beispiel, wenn die Spule gesättigt ist. Die blinde Verwendung größerer MOSFETs liefert möglicherweise nicht das gewünschte Ergebnis. Ein weiterer Grund, warum Sie die Theorie hinter DCDC-Wandlern studieren müssen. Sie sind nicht wie Linearregler, bei denen ein größerer Ausgangstransistor die Stromkapazität erhöhen kann.

Antworten (1)

Ich weiß was du durchmachst. Ich weiß nur genug, um gefährlich zu sein.

Was ich tun würde, ist die TI-Workbench zu verwenden. Ich würde ein Teil finden, das zu In Out und Amps passt. Welches Teil spielte keine Rolle, denn sobald ich auf die Schaltfläche „Zurück“ geklickt hatte, wählte ich „Compare All Part Type“ und es wird eine Liste mit verschiedenen Designs basierend auf verschiedenen Parametern angezeigt.

Dann würde ich mir im ausgewählten Design den von ihnen erstellten Schaltplan ansehen. Wie bei Ihnen, 12Vin 1V Out @ 1 Ampere. Das ist der Schaltplan:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein


Mit einem Blick auf diesen Bildschirm kann ich sofort das Design erkennen

  • 94 % Wirkungsgrad
  • $10,23 Stückliste
  • 100 khz Schaltfreq.
  • IC Tj 37,8°C
  • M1Tj 41,1°C
  • M2Tj 45,5°C
  • Vaus PP 0,012 V

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Dann würde ich mit den verschiedenen "erweiterten Optionen", Effizienz, Schaltfrequenz spielen und sehen, welche Werte sich im neuen Schaltplan geändert haben.

Wenn es darauf ankommt, habe ich keine Ahnung, warum sie sich für 25-V- und 30-V-MOSFETS mit 100 Ampere entschieden haben

Also gehe ich in die Stückliste und klicke auf das Teil, um im Datenblatt nach Hinweisen zu suchen. Klicken Sie dann auf „Anderes Teil auswählen“ und Sie können ein anderes Teil auswählen, aber nur Geräte, die mit den aktuellen Parametern und dem aktuellen Design funktionieren. Hier erfahren Sie, welche Merkmale die Aufnahme in die Auswahlliste einschränken.

Ich würde auch eine thermische Simulation durchführen. Es würde zeigen, wo alle Ineffizienzen in der "Verlustleistung" lägen.

Für dieses Design Cin 0,02 W, Cout 4,32 mW, IC 0,11 W, L1 0,12 W, M1 0,22 W

Jedenfalls fand ich es eine interessante Art zu lernen und dachte, es könnte dir auch helfen.

Synchroner Abwärtswandler – MOSFET-Auswahl
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