Si quiero hacer un inversor de onda sinusoidal donde el voltaje de CA de salida sea más bajo que el voltaje de entrada de CC de entrada, ¿cómo puedo ver que usar la modulación de ancho de pulso será más eficiente que solo usar un transistor como amplificador si tengo un señal de activación de puerta sinusoidal a la frecuencia deseada?
Escuché que los transistores generalmente funcionan de manera eficiente cuando están "encendidos" o "apagados", pero no en un régimen intermedio. Mi impresión es que esto es cierto tanto para BJT como para FET, pero no estoy seguro. Esta regla general es consistente con otras cosas que aprendí, como el hecho de que los circuitos integrados CMOS tendían a ser de menor potencia que los chips TTL equivalentes, y también el hecho de que las fuentes de alimentación conmutadas son eficientes y populares. Realmente nunca antes había desafiado esta idea (que cambiar un MOSFET con un ciclo de trabajo determinado es más eficiente que usarlo como amplificador). Pasé aproximadamente una hora tratando de verificarlo antes y no logré superarlo.
Lo que he hecho hasta ahora: en primer lugar, decidí centrarme en los MOSFET. En segundo lugar, como ejemplo, decidí mirar un MOSFET de canal n específico, un Toshiba K3767 , porque tengo una fuente de alimentación de modo conmutado basada en LD7550 que usa un K3767 como transistor de potencia. En tercer lugar, un poco de lectura en Internet me dice que las dos pérdidas principales serán las pérdidas por conmutación y las pérdidas por conducción. Así que supongo que podría hacer dos cálculos, uno en el que cambio con una onda cuadrada a una frecuencia alta, como 65 kHz, como se describe en la hoja de datos del LD7550, y otro escenario en el que conduzco el K3767 con una onda sinusoidal a una frecuencia baja como 60 Hz.
¿Estoy en el camino correcto aquí? ¿Hay alguna respuesta realmente obvia, como que las pérdidas I 2 R serán enormes si uso el MOSFET como amplificador con una onda sinusoidal en la puerta?
¿Cómo puedo demostrar que cambiar rápidamente un transistor entre encendido y apagado en un ciclo de trabajo dado es más eficiente que operarlo como un amplificador para lograr la misma salida promedio?
La potencia disipada en el transistor es P=IV donde I es la corriente a través del transistor y V es el voltaje a través del transistor.
Cuando el transistor está completamente encendido, V es pequeño y, por lo tanto, P es pequeño.
Cuando el transistor está completamente apagado, I es muy pequeño y, por lo tanto, P es muy pequeño.
Cuando el transistor está parcialmente encendido, tanto V como I son significativos, por lo que P es mucho más grande.
Sin embargo, tenga en cuenta que para que un sistema basado en PWM sea eficiente, necesita el tipo correcto de filtro, no desea resistencias en su filtro porque desperdician energía, por lo que normalmente usaría un filtro LC. También debe asegurarse de que cuando el transistor esté apagado, el inductor tenga un camino para descargar, ya sea por un diodo o un segundo transistor.
Un transistor es solo una resistencia variable. (De hecho, de ahí proviene su nombre). Lo que hace cuando lo enciende, lo tiene completamente encendido o completamente apagado, por lo tanto, resistencia muy baja o resistencia muy alta.
Si carga su transistor con una resistencia de carga, digamos R1 = 1k Ohm, esencialmente formará dos resistencias en serie (una de ellas es el transistor, que puede verse como una resistencia variable). Puede intentar calcular la potencia a través de él para ambos casos (resistencia muy baja y resistencia muy alta) y luego se dará cuenta de que en ambos casos, la potencia será muy baja.
Algunos ejemplos: (Rtrans = la resistencia del transistor, Vin = 5 V = voltaje de entrada)
Rtrans = 1 ohmio
La misma corriente pasará por ambas resistencias y, por lo tanto, se disipará aproximadamente 1000 veces más potencia en R1 en comparación con Rtrans.
Rtrans = 1 MOhm
Debido a la alta resistencia total en ambas resistencias, casi ninguna corriente pasará por ninguna de ellas y, por lo tanto, no disiparán mucha energía.
Sin embargo, si la resistencia es algo intermedia, como en un amplificador, digamos Rtrans = 1 kOhm. Entonces, tanto R1 como Rtrans tendrán la misma magnitud y, por lo tanto, disiparán cantidades iguales de energía. Solo se verán 2 kOhm desde la fuente de voltaje, por lo que se disiparán 6,25 mW en el transistor en comparación con casi nada en los otros dos casos.
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grapa douglas b.
Michael Karcher
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