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LTSpice仿真+Mathcad試算-基礎電路Buck中MOSFET挑選(前)

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1
tk007kimo
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LV3
助理工程师
  • 2020-9-11 17:54:32
首先说明我所使用的是同步开关来进行仿真电路,
输入端的小电感是故意使输入电压产生涟波。
我会做这个仿真电路的原因,是为了后面使用Mathcad计算MOSFET上的功耗,
相互比对验证。从这过程中挑选适合我使用的MOSFET。
在功耗分析中,切换功耗的计算会比导通损耗来的困难,因为之前做过一些电路没去分析切换开关功耗,
导致MOSFET热累积太多,不得已使用了散热片来解决过热问题,所以才会想要做这个分析,
之后可以知道MOSFET上承受了多少功耗,是否可以换料降低功耗。
先上仿真电路,是个很简单的Buck架构。

LTSPICE除了可以跑电路波形外,还有可以察看电路中元件的功耗,
这对后面计算MOSFET的功耗起了比对作用。
圖1
接着底下是Mathcad的计算部分:
先将要设计的规格部分填入

圖2
接着是电感计算
圖3

因为我对Mathcad函数计算与绘图方面不是很熟,所以我用了比较笨的方式,将每个函数式列一次,来达到我想绘制的图表。
先将找到的MOSFET从资料表中将相关参数代入。 (此处我使用5个不同的MOSFET,分High/Low side来计算)

圖4
接下来是针对Rds_on、Tr、Tf、Coss计算功耗
圖5
再来是Qrr、Dead-time、QG计算功耗
圖6
MOSFET的功耗到此计算完毕,后面是一些分类,High-side、Low-side、Total
因为开关Duty的关系,不一定同一颗MOSFET再High-side、与Low-side表现会相同,
因此如果是同步Buck的话,要尽可能挤效率的话会选各自合适的MOSFET。

圖7
接下来将频率从我想设计的频率范围来制作图表函数、一样分为High-side、Low-side、Total
High-side、Low-side、Total

圖8
圖9
圖10
最后就是图表呈现,可以从图表发现High-side MOSFET有些再高频表现比较优异的,到了低频反而变差。
圖11
圖12
最后说明一下我最后实作的结果,计算值终归还是计算,与实际还是会有差异,但是这个计算结果可以显示出相对的数值。
也就是说,MOSFET的挑选确实是可以使用计算下去分析,但是实际产生的功耗还是多了一些,
原本我是想设计在500kHz,为了不加散热器使用自然风冷,最终还是将频率降到260kHz左右才达到我想要的效果,
由于降频的结果,当然是拿电感的尺寸下去换效率,来达到不用散热器。
最后附上相关档案,请指教,感谢各位收看。


最后说声抱歉,因为使用截图字数超过上限,只好使用附图的方式
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2020091101.jpg

Synchronous Buck Converter.rar

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仿真

Buck MOSFET Power Loss Analysis.rar

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LV10
总工程师
  • 2020-9-12 10:18:21
  • 倒数2
 
有计算,有仿真,不错!可惜没有这个mathcad的版本,看不了
wcg123
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LV2
本网技师
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  • 2020-10-11 15:22:22
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