Symulacja termiczna sterownika bramkowego tranzystora MOSFET mocy pracującego z częstotliwością 30 MHz

• Autorzy: Legutko Piotr

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2022.05.09

Warianty tytułu

EN

The steady state thermal simulation of gate MOSFET driver operating at 30 MHz

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono opis i sposób realizacji symulacji termicznej niskostratnego sterownika bramkowego małej mocy mogącego pracować z częstotliwością sięgającą 30 MHz. Symulacja komputerowa rozkładu temperatur na płytce PCB obwodu drajwera została przeprowadzona w celu określenia maksymalnej, dopuszczalnej temperatury pracy układu. Wyniki przeprowadzonej symulacji termicznej dla stanu ustalonego zostały zweryfikowane na stanowisku badawczym przy użyciu kamery termowizyjnej. W wyniku symulacji termicznej wykonanej w oprogramowaniu ANSYS otrzymano rozkład temperatury na płytce PCB wykonanej z materiału IMS (o podłożu aluminiowym), określono temperatury maksymalne dla układów małej mocy. W wyniku badań laboratoryjnych określono straty mocy w niskostratnym sterowniku bramkowym pracującym dla maksymalnej częstotliwości 30 MHz oraz zweryfikowano otrzymane wyniki symulacyjne.

EN

This paper presents a FEM simulation of low-losses MOSFET driver. This gate driver can run at 30MHz frequency and was made with eight low power MOSFET drivers UCC27256. The steady state thermal simulation was made in ANSYS software used a 3D driver model (figure 6,7) performed in Inventor Professional software. The 3D model of MOSFET driver reflects the properties of the real circuit (figure 5) including: PCB board was made IMS material, low power MOSFET drivers UCC27256 and all other items of driver. The steady state thermal simulation of lowlosses driver 8xUCC27526 was carried out in order to determine the maximum permissible operating temperature of the circuit. Additionally, in this paper presents a temperature distribution of PCB board of MOSFET driver (figure 11), maximum temperature of PCB board (figure 12,13) and characteristic of power losses for MOSFET driver for frequency range from 10 MHz to 30 MHz (figure 10). The results of FEM thermal simulation were compared to real infrared photo (figure 17) which was made for a maximum operating frequency 30MHz.

Słowa kluczowe

PL

wysoka częstotliwość; niskostratny sterownik bramkowy; sterownik MOSFET; symulacja termiczna; metoda elementów skończonych; falownik rezonansowy

EN

high frequency; fem analysis; low-losses driver; MOSFET drive; thermal simulation; finite element method; resonance inverter

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2022
• Tom: R. 98, nr 5
• Strony: 49--54
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys., tab,

Twórcy

autor

Legutko Piotr

• Politechnika Śląska, Katedra Energoelektroniki, Napędu Elektrycznego i Robotyki, ul. Bolesława Krzywoustego 2, 44-100 Gliwice

• https://orcid.org/0000-0002-7892-8859

Bibliografia

• [1] Kotowski R.: Podstawy modelowania i symulacji komputerowej, Wydawnictwo Polsko-Japońskiej Akademii Technik Komputerowych, ISBN: 978-83-953724-1-4, rok wydania 2019
• [2] Materiały informacyjne MESco sp. z o.o., www.mesco.com.pl
• [3] Metoda elementów skończonych (MES) oraz opis symulacji termicznej w stanie ustalonym (Steady State Thermal) dostępny pod adresem: www.ansys.com
• [4] Legutko P., Kasprzak M., Kierepka K.: Problematyka określania sprawności niskostratnych drajwerów pracujących z częstotliwością 30 MHz, Przegląd Elektrotechniczny, Nr 8/2018, ISSN: 0033-2097, str.120-124
• [5] Legutko P.: Wysokoczęstotliwościowe, dyskretne drajwery małej mocy dedykowane do tranzystorów MOSFET serii DE, Przegląd Elektrotechniczny, Nr 4/2016, ISSN: 0033-2097, str.132-137
• [6] Dokumentacja techniczna układów scalonych UCC27526 dostępna pod adresem: www.ti.com
• [7] Referat konferencyjny zawierający opis materiału IMS - Co to jest IMS? Dostępny pod adresem: www.komel.katowice.pl
• [8] Thermal clad technology, www.bergquistcompany.com
• [9] Dobrzański L.: Leksykon materiałoznawstwa T. 1-8, Wydawnictwo Verlag Dashofer, ISBN 8391091414, Warszawa
• [10] Okoniewski S., Szczepański Z.: Technologia i materiałoznawstwo dla elektroników, Wydawnictwo Szkolne i Pedagogiczne, ISBN: 978-83-020987-9-6, Warszawa 2008
• [11] Rymarski Z.: Materiałoznawstwo i konstrukcja urządzeń elektronicznych: projektowanie i produkcja urządzeń elektronicznych, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2000
• [12] Legutko P.: Falownik klasy E (30MHz, 300W) z niskostratnymdrajwerem hybrydowym, Przegląd Elektrotechniczny, Nr 3/2018, ISSN: 0033-2097, str.69-75
• [13] Dokumentacja techniczna analizatora impedancji Agilent 4294A dostępna pod adresem: www.keysight.com
• [14] Agilent Technologies Co. Ltd. „The Impedancje Measurement Handbook”, December 2003
• [15] Dokumentacja techniczna oscyloskopu cyfrowego Tektronix TDS640A dostępna pod adresem: www.tek.com

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).