Switchförluster

Switchförluster är de energiförluster som uppstår i en elektrisk switch används i kraftomvandlare när den växlar mellan på och av. De delas vanligtvis upp i konduktionsförluster och växlingsförluster. Switchar som MOSFET, IGBT eller BJT används i många applikationer och deras förluster påverkar systemets verkningsgrad och värmeutveckling.

Konduktionsförluster uppstår när switchen är i on-tillstånd och leder ström. För en MOSFET beskrivs de ofta som P_cond ≈ I^2 · R_on, där R_on är switchens on-resistans. R_on ökar med temperatur, vilket gör konduktionsförlusterna starkt temperaturberoende. För andra tekniker används liknande uttryck som hänvisar till deras avkänningselement som ESR eller kontaktmotstånd.

Växlingsförluster uppstår under övergångarna mellan on och off när spänning och ström inte är noll samtidigt. Den årliga växlingsförlusten kan approximeras som P_sw = f · E_sw, där f är växlingsfrekvensen och E_sw är energin per växling. E_sw styrs av svängningar i drain-spänning, lastström, växelövergångens hastighet och enhetens kapacitans (till exempel gate-drivningens och capacitivt laddning). Vad gäller diodens återhämtning kan även reverse recovery bidra till förlusterna.

Faktorer som påverkar switchförlusterna inkluderar växlingsfrekvens, last, temperatur, gate-drivningens hastighet och systemets layout. Högre frekvens minskar konduktionsförluster om Rds_on hålls lågt, men ökar växlingsförlusterna.

Åtgärder för att minska switchförluster omfattar val av switch med låg Rds_on och låg återhämtningsförlust, mjukväxling eller synkron rektifiering, optimerad gate-drivning och dödtidsinställningar, snubbers och förbättrad kylning samt god layout.