Halbbrücken-Durchflusswandler in ATX-Netzteilen
Die richtige Bauteil-Auswahl machts
Fortsetzung des Artikels von Teil 2
So wählt man die Bauteil richtig aus
Mit diesem Vorwissen folgt nun eine Liste mit Komponenten des Herstellers Vishay, mit denen der Wirkungsgrad eines Halbbrücken-Durchflusswandler bei typischen Betriebsbedingungen (Tabelle 1) möglichst hoch sein soll.
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| Parameter | Wert |
|---|---|
| Eingangsspannung | 400 V |
| Eingangsleistung | 450 W |
| PFC-Schaltfrequenz | 125 kHz |
| Tastverhältnis | 0,375 |
| MOSFET-Ansteuerspannung | 12 V |
| maximaler Gate-Strom | 0,5 A (100 W) bis 1,0 A (750 W) |
Tabelle 1: Designvorgaben für einen Halbbrücken-Durchflusswandler
Jeder MOSFET hat eine Zielvorgabe im Hinblick auf Verluste von weniger als 0,5% des Gesamtverlusts. Also wären die Verluste bei einem ATX-Netzteil mit 400 W nicht mehr als 2 W pro Bauteil.
Bild 4 zeigt die Nomenklatur des Herstellers bezüglich Gehäuse, Nennstrom und -spannung sowie Zellenstruktur.
An der Stelle für das Gehäuse steht hier ein »x«, denn bei den gleichen elektrischen Eigenschaften können für einige Bauteile verschiedene Gehäuseoptionen verfügbar sein.
Die verwendeten Gehäuse hängen von der Stromstärke und davon ab, wie groß die MOSFET-Fläche dafür sein muss.
Da viele Gehäuseoptionen zur Verfügung stehen, enthält Tabelle 2 die dafür jeweils empfohlenen maximalen Ausgangsleistungen der Stromversorgung.
| Gehäuse | maximale Leistungsgrenze |
|---|---|
| DPAK (TO-252) / IPAK | 150 W |
| D²PAK (TO-263) / TO-220 | 200 W |
| TO-220 | 350 W |
| TO-220F / Thin Lead TO-220F | 350 W |
| TO-247AC | 1000 W |
| Super TO-247 | 1500 W |
Tabelle 2: Maximale Leistungsgrenze nach Gehäusetyp
Tabellen 3 und 4 zeigen die jeweils geeigneten Bauteile von Vishay nach Leistungsstufen und maximaler Sperrspannung.
| 100 W bis 250 W | 275 W bis 450 W | 475 W bis 725 W | 750 W |
|---|---|---|---|
| SiHx7N60E | SiHx12N60E | SiHx12N60E | SiHx23N60E |
| SiHx12N60E | SiHx15N60E | SiHx15N60E | SiHx15N60E |
Tabelle 3: Bauteilauswahl auf Basis der PFC-Ausgangsleistungen für 600-V-MOSFETs
| 100 W bis 300 W | 325 W bis 450 W | 475 W bis 750 W |
|---|---|---|
| SiHx6N65E | SiHx12N65E | SiHx12N65E |
| SiHx12N65E | SiHx15N65E | SiHx15N65E |
Tabelle 4: Bauteilauswahl auf Basis der PFC-Ausgangsleistungen für 650-V-MOSFETs
Je nachdem, ob Sperrspannung, Effizienz oder Preis eine größere Rolle spielt, müssen dann Entwickler das Bauteil aussuchen, das am besten zu ihrer Anwendung passt. Alle MOSFETs für 600 V und 650 V Sperrspannung sind Superjunction-Bauteile.
Vor- und Nachteile des Halbbrücken-Durchflusswandlers
Vorteile:
sicherer Betrieb ohne Timingprobleme oder Totzeitanforderungen und kein »Durchschlagen« (Shoot Through),
unter keinen Umständen leitet die Body-Diode des MOSFETs,
kein Überspannungsschutz (Snubber) erforderlich,
Spannungsbelastung des MOSFETs auf maximale Versorgungsspannung begrenzt,
einfacher Betrieb bei unterschiedlichen Eingangsspannungen und
Lastbedingungen und Möglichkeit mehrerer getrennter Ausgänge.
Nachteile:
begrenzte Betriebsfrequenz, da nicht ZVS-fähig (Zero Voltage Switching),
zwei Transistoren und zwei schnelle Schaltdioden erforderlich,
da es sich um einen Eintaktwandler handelt, sind ein größerer Transformator und eine größere Ausgangsspule erforderlich.
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- Verlustleistungsbetrachtung
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