Proiectare surse de alimentare- Calculul pierderilor de putere

             




Date intrare Vinn= 230.0 Vrms Tensiunea nominală  AC de intrare    

  Iinn= 12.24 Arms Curentul  rms nominal de intrare    

  Irpkn= 17.32 Apk Curentul de virf nominal redresat de intrare.    

  Iravgn= 11.02 Aavg Curentul nominal mediu redresat    

  Ibpkn= 20.13 Apk Curentul nominal de virf mediu al inductanţei
 boost,comutator şi diode
   

  PF= 0.9993   Factorul de putere estimat @ sarcină maximă    

  Voutn= 27.22 Vdc Tensiunea nominală DC de ieşire    

  Ioutn= 90.00 Adc Curentul nominal de ieşire    

  Pomax= 2,450 W Puterea maximă de ieşire,etajul  DC/DC    

  Iaux= 56 mA Curentul sursei auxiliare    

  Tamb= 50.0 °C Temperatura maximă ambiantă    

             

Date ieşire Pin= 2,814 W Puterea activă de intrare    

  Ppfc= 2,689 W Puterea maximă de ieşire , etajul PFC    

  Pinl= 35.5 W Pierderi totale ale etajului de intrare    

  Ppfcl= 89.5 W Pierderi totale ale etajului PFC    

  Pdcl= 60.7 W Pierderi totale ale etajului DC/DC    

  Poutl= 156.1 W Pierderi totale ale etajului de ieşire    

  Paul= 22.8 W Pierderi în circuitele auxiliare    

  Pm= 39.9 W Pierderi magnetice totale    

  Ps= 243.6 W Pierderi totale în semiconductoare    

  Ptl= 364.6 W Pierderi totale de putere    

  Effpfc= 95.56 % Eficienţa PFC (+ Etaj de intrare, + Aux) Măsurat: XX.X %  

  Effdc= 91.87 % Eficienţa DC/DC (+ Etaj ieşire) Măsurat: YY.Y %  

  Eff= 87.04 % Randament total Măsurat: ZZ.Z %  

             

             

  Etajul de intrare Evaluarea pierderilor    

             

Date intrare Rif= 2.00 mOhm Rezistenţa în DC a siguranţelor de intrare 20A/250V/S/HC(*2)  

  Ricm1= 7.57 mOhm Rezistenţa DC ,a inductanţei de intrare  CM 1 1mH (*2)  

  Ricm2= 7.57 mOhm Rezistenţa DC ,a inductanţei de intrare  CM 2
1mH (*2)  

  Ridm= 17.17 mOhm Rezistenţa DC ,a inductanţei de intrare  DM
30uH (*2)  

  Rbinlf= 19.10 mOhm Calea de intrare AC , frecvenţă joasă
   

  Vidb= 0.89 V Căderea de tensiune pe o diodă a punţii de
 intrare @ Iinnpk
1/4*D25XB60,
 typ
 

  Visb= 0.89 V Căderea de tensiune, un SCR al punţii de intrare
 @ Iinnpk
1/4*D25XB60,
 typ
 

  Rdthjc= 2.00 °C/W Rezistenţa termică joncţiune capsulă a diodelor
de intrare
1/2*D25XB60  

  Rdthcs= 0.22 °C/W Rezistenţa termică capsulă radiator a diodelor
 de intrare
1/2*D25XB60  

  Rsthjc= 2.00 °C/W Rezistenţa termică joncţiune capsulă a  SCRs
de intrate
1/2*D25XB60  

  Rsthcs= 0.22 °C/W Rezistenţa termică capsulă radiator a  SCRs
de intrate
1/2*D25XB60  

  Tidjx= 125 °C Temperatura maximă a joncţiunilor diodelor 
de intrare
D25XB60  

  Tidj= 125 °C Temperatura actuală a joncţiunilor diodelor
de intrare
Estimat  

  Tisjx= 125 °C Temperatura maximă a joncţiunilor  SCRs
de intrare
D25XB60  

  Tisj= 125 °C Temperatura actuală a joncţiunilor SCRs
de intrare
Estimat  

             

Date ieşire Pif= 0.6 W Pierderi în siguranţele de intrare 2*MDA-V-20  

  Picm1= 2.3 W Pierderi în inductanţa de intrare 1 CM    

  Picm2= 2.3 W Pierderi în inductanţa de intrare 2 CM    

  Pidm= 5.1 W Pierderi în inductanţa de intrare DM    

  Pbinlf= 5.7 W Pierderi în traseele etajului de intrare 2 x 1/2  

  Pidb= 9.8 W Pierderi în puntea de intrare 1/2*D25XB60  

  Pisb= 9.8 W Pierderi în puntea de intrare de SCR
1/2*D25XB60  

  Pinu= 35.5 W Pierderi totale în etajul de intrare    

  Tdc= 105 °C Temperatura capsulelor diodelor    

  Tsc= 105 °C Temperatura capsulelor SCRs    

  Tdh= 103 °C Temperatura radiatorului diodelor    

  Tsh= 103 °C Temperatura radiatorului SCRs
   

  Ridthsx= 5.46 °C/W Rezistenţa termică maximă a radiatorului diodelor    

  Ridths= 2.25 °C/W Rezistenţa termică aleasă a radiatorului diodelor    

  Risthsx= 5.46 °C/W Rezistenţa termică maximă a radiatorului  SCRs
   

  Risths= 2.25 °C/W Rezistenţa termică aleasă a radiatorului  SCRs
   

             

             

  Evaluarea pierderilor etajului
 PFC    

             

Date intrare
Vba= 407.0 Vdc Tensiunea medie  Boost
   

  fpfc= 140 kHz Frecvenţa de comutaţie a etajului PFC
   

  Iba= 6.61 A Curentul mediu de ieşire a etajului PFC    

  Iba= 6.81 A Curentul mediu de ieşire a etajului PFC Copie a celulei
de mai sus
 

  Ibswn= 6.9 Arms Curentul rms al comutatoarelor la tensiunea 
nominală a reţelei
   

  Ibpkoff= 16.5 Apk Curent de virf,medie maxima,comutator inactiv
 , dioda activa
   

  kf= 1   1 pentru comutaţie hard, 2 pentru soft
comutaţie hard
 

  dIf/dt= 1,042 A/us Panta curentului pentru comutator închis,
max, trebuie aleasă <
1259  

  Lsnb= 0.00 uH Inductanţa snubber-ului boost
nu este necesar
 

  dVd/dton= -23.0 kV/us SS închis dV/dt pentru tensiune drena a 
 MOSFET-ului <
nu este necesar
 

  nd= 1   numarul diodelor boost
APT30DS60B  

  Vbd= 2.83 V Căderea de tensiune directă pe diode@ curent
 de virf al reţelei
APT30DS60B  

  Vbdfr= 21.00 V Tensiunea directă de recuperare a diodei APT30DS60B  

  Irrpk= 21.8 A Curentul de virf de recuperare al diodei Boost
APT30DS60B  

  trrx= 30.0 ns Curentul de  recuperare al diodei Boost APT30DS60B  

  ta= 20.9 ns   APT30DS60B  

  tb= 9.1 ns   APT30DS60B  

  Rthjc= 0.66 °C/W Rezistenţa termică joncţiune-capsulă a diodelor
 Boost
APT30DS60B  

  Rthcs= 0.71 °C/W Rezistenţa termică capsulă-radiator a diodelor
Boost 
APT30DS60B  

  Tjbdx= 130 °C Temperatura maximă a joncţiunii diodelor Boost
   

  Tjbd= 135 °C Temperatura joncţiunilor diodelor Boost
acelaş radiator 
cu BT
 

  Tjbd= 135 °C Temperatura joncţiunii diodelor Boost
Copie a celulei
de mai sus
 

  nt= 2   Numărul de tranzistori
   

  Rdso= 0.070 Ohm Rezistenţa Rds on a MOSFET-ului, max @25°C SPW47N60S5  

  Rds= 0.072 Ohm Rezistenţa Rds on actuală a MOSFET-ului
SPW47N60S5  

  Vgsth= 6.50 V Pragul tensiunii de poartă SPW47N60S5  

  Vx= 25.0 V Tensiunea Vds  @ t3 SPW47N60S5  

  gfs= 30.0 S Transconductanţa directă
SPW47N60S5  

  Q3= 6.4 nC Sarcina Porţii t2 -> t3 SPW47N60S5  

  Cisu= 8,360 pF Ciss @ Vds=Vba & Vgsth<Vgs<Vgsp SPW47N60S5  

  Coer= 233 pF Capacitatea de ieşire a MOSFET  @ Vba SPW47N60S5  

  rg= 8.70 Ohm Rezistenţa intrinsecă a porţii tranzistorului
SPW47N60S5  

  Ls= 9.0 nH Inductanţa sursei
SPW47N60S5  

  Vgson= 14.0 V Tensiunea efectivă de poartă de saturaţie
   

  Vgsoff= -5.0 V Tensiunea efectivă de poartă de blocare
   

  Vgst2->3= 6.81 V Vgs dela  t2b la t3    

  Vgst2->3= 6.81 V Vgs dela t2b la t3 Copie a celulei
de mai sus
 

  Vgst2a= 6.63 V Vgs când Id=Idiode    

  Vlsta= 4.69 V Tensiunea pe  Ls în timpul saturaţiei , t1->t2    

  t:1->2a= 7.6 ns Timpul de la inceperea creşterii Id până când Id atinge Idi    

  t:2->3= 16.6 ns Timpul de la începerea căderii Vds la valoarea
Vds=Vx
Comutaţie hard
 

  dVd/dton= -23.0 kV/us Panta dV/dt (din blocare în saturaţie) a tensiunii
de drenă pentru MOSFET
   

  Vsaton= 0.6 V Tensiunea de drenă în saturaţie
   

  Icossf= -5.3 A Curentul Coss în timpul căderii tensiunii
SPW47N60S5  

  Rswonc= 10.2 Ohm Rezistenţa de grilă pentru saturaţie
Determinată
de dI/dt
 

  Rswon= 10.0 Ohm Rezistenţa de grilă pentru saturaţie aleasă
=Rswonc  

  Rswoff= 0.5 Ohm Rezistenţa de grilă gate pentru blocare aleasă
   

  Csf= 0 pF Condensatorul optim pentru snubberul  Boost
Nu este necesar
 

  Csf= 0 pF Condensatorul snubber-ul Boost
Nu este necesar  

  Vsatoff= 1.2 V Tensiunea de drenă înaintea comutaţiei de blocare
   

  Vgst3r= 6.78 V Vgs @ t3r, înaintea inceperii creşterii Vds
Comutaţie hard  

  t:3r->2r= 10.8 ns Timpul de la  Vds=Vx la  Vds=Vb Comutaţie hard  

  dVd/dtoff= 35.5 kV/us Panta tensiunii de drenă dV/dt a  MOSFET -lui  comutaţie de blocare
   

  Icossr= 8.27 A Curentul Coss în timpul creşterii tensiunii
   

  Icsf= 0.00 A Curentul Csf  în timpul creşterii tensiunii
nu este prezent
 

  Icht3r->2r= 0.00 A Curentul canalului intern
   

  Vgst2r= 6.50 V Vgs @ t2r, după ce Vds atinge Vb
Comutaţie hard  

  dId/dt= -2,013 A/us Panta curentului comutaţie de blocare
(canal intern !)
   

  t:2r->1r= 8.2 ns Timpul de la care curentul canalului tinde de
la Id la zero
   

  Vlsoff= -9.06 V Tensiunea pe inductanţa Ls în timpul comutaţiei
de blocare
   

  Rthjc= 0.30 °C/W Rezistenţa termică joncţiune capsulă  a MOSFET(s)
SPW47N60S5  

  Rthcs= 0.71 °C/W Rezistenţa termică capsulă radiator  a MOSFET(s)
SPW47N60S5  

  Tjbtx= 125 °C Temperatura maximă a joncţiunilor MOSFET(s)
   

  Tjbt= 110 °C Temperatura actuală a joncţiunilor MOSFET(s)
   

  Resrlf= 63 mOhm Rezistenţa ESR@100Hz, a condensatorului boost
3*470uF  

  Resrhf= 36 mOhm Rezistenţa ESR@100kHz, a condensatorului boost 3*470uF  

  Rspfc= 15.0 mOhm Rezistenţa şuntului PFC
   

  Rbpfchf= 6.4 mOhm Rezistenţa PCB calea înaltă frecvenţă a PFC
   

  Pbitl= 12.4 W Pierderile totale a inductorului Boost I    

             

Date ieşire Pt5= 3.5 W Pierderi în conducţie în  MOSFET(s)    

  Pt1->2= 5.5 W Pierderi în comutaţia de saturare  în MOSFET(s) Comutaţie hard  

  Pt2a->2b= 22.4 W Pierderi în comutaţia de saturare în MOSFET datorate diodei
   

  Pt2->2b= 5.7 W Pierderi în comutaţia de saturare datorate diodei
MOSFET(s) + Diode(s)  

  Pt4= 3.9 W Pierderi în comutaţia de blocare  în MOSFET(s)    

  Pt5= 5.4 W Pierderi datorate descărcării capacităţii tranzistorului
   

  Ptr= 43.5 W Pierderi totale în comutatorele principale
   

  Pdc= 19.3 W Pierderi în conducţie în dioda Boost
   

  Pdoff= 1.2   Pierderi în comutaţia de blocare în dioda Boost
Recuperare directă
 

  Pd= 23.3 W Pierderi totale în dioda principală
   

  Pdsn= 2.3 W Pierderi în diodele snubber-lui
   

  Pbs= 69.1 W Pierderi totale în semiconductoarele PFC
   

  Tcbtx= 118 °C Temperatura maximă admisibilă a capsulei MOSFET(s)
   

  Thpfcx= 103 °C