Làm sao tính công suất của MOSFET?

[dinhchithanh]

Mình dùng con IRF540 để làm phần tử chuyển mạch nhưng ko biết tính công suất của nó ntn? Ai bít ko?

[phamthaihoa]

Mình dùng con IRF540 để làm phần tử chuyển mạch nhưng ko biết tính công suất của nó ntn? Ai bít ko?

Bạn nói rõ xem là công suất gì ? Công suất tối đa, công suất tổn hao ... ?

Nếu công suất tổn hao thì mình nhớ không nhầm là:

P = 1/2.Uds^2. Rdson.f

Uds là điện áp giữa hai cực D và S của FET.
Rdson nó là điện trở giữa cực D và S ở trạng thái on. bạn tra trong datasheet.
f là tần số đóng cắt.

[namqn]

Đối với MOSFET thì có 2 loại tổn hao chủ yếu: tổn hao dẫn và tổn hao chuyển mạch.

Tổn hao dẫn: do dòng điện chạy qua Rdson hữu hạn, có giá trị bằng trung bình trong một chu kỳ chuyển mạch của (Rdson*Ids^2), chỉ xét phần dạng sóng dòng điện khi MOSFET dẫn. Thành phần này không tỷ lệ với tần số.

Tổn hao chuyển mạch: gồm tổn hao khi đóng và tổn hao khi ngắt, tính bằng trung bình trong một chu kỳ chuyển mạch của (Vds*Ids), chỉ xét phần dạng sóng dòng điện khi MOSFET chuyển mạch. Thành phần này tỷ lệ với tần số.

Ở đây chưa xét tổn hao do dòng rò (rất nhỏ) và tổn hao của diode sẵn có trong MOSFET.

Thân,

[dinhchithanh]

Bạn nói rõ xem là công suất gì ? Công suất tối đa, công suất tổn hao ... ?

Nếu công suất tổn hao thì mình nhớ không nhầm là:

P = 1/2.Uds^2. Rdson.f

Uds là điện áp giữa hai cực D và S của FET.
Rdson nó là điện trở giữa cực D và S ở trạng thái on. bạn tra trong datasheet.
f là tần số đóng cắt.

f=32KHz, Rdson=0.077 Ohm, Vds.sat=0.5V

Theo công thức của anh thì như vậy công suất tổn hoa của con IRF540 em đang sử dụng là 0.5*0.5^2*0.077*32*10^3=308 W ???
Lớn quá !!!

nampn có vẻ đúng hơn.

[kit]

Mình dùng con IRF540 để làm phần tử chuyển mạch nhưng ko biết tính công suất của nó ntn? Ai bít ko?

Nếu xét tổng thể, thì công suất tiêu tốn cho Mosfet có thể tính như sau:
Psum = P(control) + P(leakage) + P(on) + P(switch)
trong đó:
P(control) - Công suất tiêu thụ cho mạch điều khiển đầu vào Mosfet.
P(leakage) - Công suất tiêu thụ do dòng rò của Mosfet.
P(on) - Công suất tiêu thụ khi Mosfet ở trạng thái on (phụ thuộc chủ yếu vào Rds(on) và Uds(on) của Mosfet).
P(switch) - Công suất chuyển mạch (phụ thuộc vào điện áp trên Mosfet khi Mosfet ở trạng thái off - V(off) và dòng điện dẫn khi Mosfet ở trạng thái on và tần số chuyển mạch)
Nếu mình nhớ không nhầm thì:
P(on) = [(Vds_on * Ion)*(T- ton - toff)]/T = [(Vds_on^2)*(T-ton-toff)]/(Rds_on*T) ~ (Vds_on^2)/Rds_on (nếu thời gian chuyển mạch nhỏ so với T)
P(switch) = Pswitch_on + Pswitch_off ~ [Voff*Ion*(ton+toff)]/6*T
Còn các công suất P(control) và P(leakage) thường thì quá nhỏ so với các công suất còn lại nên có thể bỏ qua.
Như vậy:
Psum = (Vds_on^2)/Rds_on + [Voff*Ion*(ton+toff)]/6*T

[namqn]

Nếu xét tổng thể, thì công suất tiêu tốn cho Mosfet có thể tính như sau:
Psum = P(control) + P(leakage) + P(on) + P(switch)
trong đó:
P(control) - Công suất tiêu thụ cho mạch điều khiển đầu vào Mosfet.
P(leakage) - Công suất tiêu thụ do dòng rò của Mosfet.
P(on) - Công suất tiêu thụ khi Mosfet ở trạng thái on (phụ thuộc chủ yếu vào Rds(on) và Uds(on) của Mosfet).
P(switch) - Công suất chuyển mạch (phụ thuộc vào điện áp trên Mosfet khi Mosfet ở trạng thái off - V(off) và dòng điện dẫn khi Mosfet ở trạng thái on và tần số chuyển mạch)
Nếu mình nhớ không nhầm thì:
P(on) = [(Vds_on * Ion)*(T- ton - toff)]/T = [(Vds_on^2)*(T-ton-toff)]/(Rds_on*T) ~ (Vds_on^2)/Rds_on (nếu thời gian chuyển mạch nhỏ so với T)
P(switch) = Pswitch_on + Pswitch_off ~ [Voff*Ion*(ton+toff)]/6*T
Còn các công suất P(control) và P(leakage) thường thì quá nhỏ so với các công suất còn lại nên có thể bỏ qua.
Như vậy:
Psum = (Vds_on^2)/Rds_on + [Voff*Ion*(ton+toff)]/6*T

ton và toff của bạn là gì?

Nếu xem, khi chuyển mạch (đóng hay ngắt MOSFET), điện áp và dòng điện thay đổi một cách tuyến tính thì tổn hao đóng/ngắt trong một chu kỳ chuyển mạch tương ứng là (Vds_off*Ids_on*t_on)/6 và (Vds_off*Ids_on*t_off)/6. Với t_on và t_off là thời gian đóng và ngắt tương ứng. Giả thiết là điện áp và dòng điện cùng đạt đến giá trị xác lập sau khoảng thời gian t_on hay t_off.

Mỗi chu kỳ chuyển mạch đều có 1 lần đóng và ngắt, do đó trong 1 giây có f chu kỳ chuyển mạch thì sẽ có f lần tổn hao như vậy. Tức là tổn hao khi đóng sẽ là (Vds_off*Ids_on*t_on)*f/6, và tổn hao khi ngắt sẽ là (Vds_off*Ids_on*t_off)*f/6.

Thân,

[kit]

ton và toff của bạn là gì?

Nếu xem, khi chuyển mạch (đóng hay ngắt MOSFET), điện áp và dòng điện thay đổi một cách tuyến tính thì tổn hao đóng/ngắt trong một chu kỳ chuyển mạch tương ứng là (Vds_off*Ids_on*t_on^3)/6 và (Vds_off*Ids_on*t_off^3)/6. Với t_on và t_off là thời gian đóng và ngắt tương ứng. Giả thiết là điện áp và dòng điện cùng đạt đến giá trị xác lập sau khoảng thời gian t_on hay t_off.

Mỗi chu kỳ chuyển mạch đều có 1 lần đóng và ngắt, do đó trong 1 giây có f chu kỳ chuyển mạch thì sẽ có f lần tổn hao như vậy. Tức là tổn hao khi đóng sẽ là (Vds_off*Ids_on*t_on^3)*f/6, và tổn hao khi ngắt sẽ là (Vds_off*Ids_on*t_off^3)*f/6.

Thân,

Giả sử mình tính cho hao tổn công suất khi Mosfet chuyển từ trang thái on sang trang thái off nhé, với các giả thiết: điện áp và dòng điện thay đổi tuyến tính, thời gian chuyển là t_on, điện áp giảm từ Vds_off đến 0, dòng điện tăng từ 0 đến Ids_on.

1/ Phương trình của điện áp: V(t) = Vds_off * (1-t/t_on) 0<=t<=t_on

2/ Phương trình của dòng điện: I(t) = Ids_on * (t/t_on) 0<=t<=t_on

3/ Công suất tổn hao thực: Pswitch_on(t) = V(t) * I(t)

4/ Công suất tổn hao trung bình trong 1 chu kỳ T:

Pswitch_on = (1/T) * tích phân [V(t)*I(t)] | t=0... t_on = (1/T) * tích phân [Vds_off * (1-t/t_on) * Ids_on * (t/t_on)] | t=0... t_on = (1/T) * (Vds_off * Ids_on) * tích phân [((t_on - t)*t)/t_on^2] | t=0... t_on = (1/T) * (Vds_off * Ids_on) * (1/t_on^2) * tích phân [t*t_on - t^2] | t=0... t_on
Pswitch_on = (1/T) * (Vds_off * Ids_on) * (1/t_on^2) * [t_on* (t_on^2/2) - t_on^3/3]
= (1/T) * (Vds_off * Ids_on) * (1/t_on^2) * t_on^3/6
= (1/T) * (Vds_off * Ids_on) * (t_on/6)

5/ Tương ứng đối với công suất hao tổn cho quá trình Mosfet chuyển từ on sang off
Pswitch_off = (1/T) * (Vds_off * Ids_on) * (t_off/6)

6/ Psum_switch = (1/T) * (Vds_off * Ids_on) * [(t_off + t_on)/6]

[namqn]

Tôi tính tích phân bị nhầm, tính như bạn kit là chính xác.

Tuy nhiên, nếu ton và toff của bạn ở post #5 cũng mang ý nghĩa như t_on và t_off của tôi thì phần P(on) của bạn không ổn, vì đâu phải lúc nào MOSFET cũng được đóng với thời gian là (T-ton-toff).

Thân,

[kit]

Tôi tính tích phân bị nhầm, tính như bạn kit là chính xác.

Tuy nhiên, nếu ton và toff của bạn ở post #5 cũng mang ý nghĩa như t_on và t_off của tôi thì phần P(on) của bạn không ổn, vì đâu phải lúc nào MOSFET cũng được đóng với thời gian là (T-ton-toff).

Thân,

Thế phải tính sao thì mới ổn nhỉ ?

Nghĩ cho cùng thì mọi thứ cũng chỉ tương đối, cho nên khi tính temperature mode của Mosfet thì thực tế vẫn phải tính với 1 khoảng dự trữ nhất định thì Mosfet mới không bị đốt cháy mà.

Thân.

[namqn]

Thế phải tính sao thì mới ổn nhỉ ?

Nghĩ cho cùng thì mọi thứ cũng chỉ tương đối, cho nên khi tính temperature mode của Mosfet thì thực tế vẫn phải tính với 1 khoảng dự trữ nhất định thì Mosfet mới không bị đốt cháy mà.

Thân.

Các linh kiện chuyển mạch, khi đóng ngắt thì thời gian đóng được mô tả một cách tương đối so với chu kỳ chuyển mạch bằng đại lượng 'chu kỳ nhiệm vụ' (duty cycle) D.

Vậy khi tính P(on) như bạn đã tính thì nên dùng (D*T - ton -toff) thay cho (T - ton - toff). Trong một số sơ đồ, duty cycle của một MOSFET không bao giờ quá 50 %, nếu tính như bạn thì có lẽ quá an toàn, có thể dẫn đến phải dùng heatsink quá lớn, như vậy làm mạch cồng kềnh hơn, tốn kém chi phí hơn.

Thân,

[kit]

Các linh kiện chuyển mạch, khi đóng ngắt thì thời gian đóng được mô tả một cách tương đối so với chu kỳ chuyển mạch bằng đại lượng 'chu kỳ nhiệm vụ' (duty cycle) D.

Vậy khi tính P(on) như bạn đã tính thì nên dùng (D*T - ton -toff) thay cho (T - ton - toff). Trong một số sơ đồ, duty cycle của một MOSFET không bao giờ quá 50 %, nếu tính như bạn thì có lẽ quá an toàn, có thể dẫn đến phải dùng heatsink quá lớn, như vậy làm mạch cồng kềnh hơn, tốn kém chi phí hơn.

Thân,

Cái này thì tất nhiên rồi. Mình chỉ viết ra công thức tính ví dụ cho 1 chu kỳ bao gồm 3 stage switch on, on và switch off mà.

[namqn]

Cái này thì tất nhiên rồi. Mình chỉ viết ra công thức tính ví dụ cho 1 chu kỳ bao gồm 3 stage switch on, on và switch off mà.

Bạn đã nêu công thức tính toán thì cũng nên cho biết điều kiện áp dụng công thức. Với công thức bạn đã nêu ở post #5 cho P(on), bạn có thể ghi thêm 1 dòng rằng "P(on) này tính cho điều kiện MOSFET làm việc ở duty cycle xấp xỉ 100%", điều này sẽ giúp ích cho nhiều người, và tránh được những tranh luận không cần thiết.

Thân,

[kit]

Bạn đã nêu công thức tính toán thì cũng nên cho biết điều kiện áp dụng công thức. Với công thức bạn đã nêu ở post #5 cho P(on), bạn có thể ghi thêm 1 dòng rằng "P(on) này tính cho điều kiện MOSFET làm việc ở duty cycle xấp xỉ 100%", điều này sẽ giúp ích cho nhiều người, và tránh được những tranh luận không cần thiết.

Thân,

okie i got it .

[tthgl]

mosfet IRF540 N-Channel 28A 150W
Đặt điểm kỷ thuật: 28A,150W :Là dòng D-S cực đại và công suất cực đại

[nhhuayt]

mosfet IRF540 N-Channel 28A 150W
Đặt điểm kỷ thuật: 28A,150W :Là dòng D-S cực đại và công suất cực đại

Tầm bậy, Power Dissipation là hao phí do nhiệt, tối đa là 130W.
Dòng cực đại là: 23A ở 100oC và 33A ở 25oC
Công suất cực đại cứ lấy Umax*Imax