Bài tập lớn Điện tử công suất N2

BÀI TẬP
ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT
NHĨM THỰC HIỆN:NHĨM 2
Mã lớp: 129028
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: T.S Vũ Hoàng Phương


Phần 1:Thiết kế mạch Driver và Snubber cho Mosfet
Yêu cầu: Thiết kế mạch driver ,
snubber cho MOSFET
STW56N60M2.

3


Các bước cơ bản để thiết kế
• Xác định các thơng số thể hiện khả năng
đóng cắt của MOSFET
• Xác định điện áp điều khiển Vgs
• Tính tốn dịng điện peak cực G
• Chọn điện trở cổng

4


Thông số kĩ thuật trên datasheet
MOSFET STW56N60M2

/>5

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

1. Các thơng số thể hiện khả năng đóng cắt của MOSFET
STW56N60M2.

Giá trị các tụ ký sinh:
• 𝐶𝐺𝐷 = 𝐶𝑅𝑆𝑆 = 6.6𝑝𝐹
• 𝐶𝐺𝑆 = 𝐶𝐼𝑆𝑆 − 𝐶𝑅𝑆𝑆 = 3743.4𝑝𝐹
• 𝐶𝐷𝑆 = 𝐶𝑂𝑆𝑆 − 𝐶𝑅𝑆𝑆 = 168.4𝑝𝐹
-Công suất của driver :

Pdrv = VGS max .QG .f sw

6


2. Xác định điện áp điều khiển
- Dựa vào đồ thị Vgs-Qg trong
datasheet
chọn điện áp điều khiển :
𝑉𝐺𝑆 = 0/10𝑉
=> 𝑄𝐺 = 90𝑛𝐶
=> 𝑃𝑑𝑟𝑣 = 10.90. 10−9 . 100000 =
0.09𝑊

7

3. Tính tốn dịng điện peak cực G
• Rise/fall time là thời gian để van bán dẫn chuyển từ trạng
thái khóa sang trạng thái dẫn và ngược lại.

8


Tính tốn dịng điện peak cực G
- Dựa vào datasheet, chọn rise/fall time:
t r = 75ns ; t f =60ns
- Tổn hao cơng suất trong q trình đóng cắt trên van được tính
bằng:
1
Psw = . UDS . ID . fsw . (t on + t off )
2
- Dòng điện peak cực G:
Ion =

QG
tr

; Ioff =

QG
tf

- Áp dụng tính:
Ion =1.21A ; Ioff = 1.52A

9

4. Lựa chọn điện trở cổng
- Để tối ưu hiệu suất driver, chọn cấu hình on – off
VGS max
R g_on =
Ion
VGS max
R g_off =
Ioff

− R g_int
− R g_int

10


- Công suất tiêu tán trên R g :
PRg_on =

VGS_max 2
Rg_on

. t r . fsw

VGS_max 2
PRg_off =
. t f . fsw
R g_off
- Theo datasheet : R g_int = 4.7Ω.

- Áp dụng tính :
R g_on = 3.56Ω ; R g_of = 1.88Ω
PRg_on = 0.21W ; PRg_off = 0.32W

11


Mạch Driver (Ltspice)

12


Kết quả mô phỏng LTspice

Vgs

13


Kết quả mô phỏng LTspice

Vds

14


Kết quả mô phỏng LTspice

Id

15


Kết quả định lượng mơ phỏng

Theo tính tốn dịng điện peak cực G
Ion =1.21A

Theo tính tốn dịng điện peak cực G
Ioff = 1.52A

Mô phỏng đo được
16


Kết quả mô phỏng định lượng

Ton=76ns

Toff=480ns

17


Thiết kế mạch Snubber cho Mosfet
• Ta thiết kế mạch snubber loại RCD
• Giá trị điện dung của tụ và điện trở của mạch được tình theo cơng thức:

• Với Ts là thời gian khóa van, Ton là khoảng thời gian mởvan
• Ta có các giá trị Id = 10 A, Vds = 200V, Chọn Ts = 400 ns, Ton = 100 ns

 C = 10nC
 R = 10Ω

Nguồn: Giáo trình Điện tử cơng suất Trần Trọng Minh
Nhà xuất bản giáo dục Việt Nam
18


Mạch Driver-Snubber

19


So sánh kết quả mô phỏng trước và sau khi có Snubber

Vgs

Khơng có snubber

Có snubber RCD

20


So sánh kết quả mô phỏng trước và sau khi có Snubber

Vds

Khơng có snubber

Có snubber RCD

21


So sánh kết quả mô phỏng trước và sau khi có Snubber

Điện áp đỉnh Vd đặt lên van giảm
từ 645V xuống 200V

22


So sánh kết quả mô phỏng trước và sau khi có Snubber

Id

Khơng có snubber

Có snubber RCD

23


So sánh kết quả mô phỏng trước và sau khi có Snubber

Dịng điện ngược chạy qua van giảm từ 5A
về 0A

24

So sánh kết quả mô phỏng trước và sau khi có Snubber

Ton(snubber)=79ns

Toff(snubber)=490ns

25