スナバ回路

スナバ回路の『消費電力』の計算方法&導出方法

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スナバ回路を設計する際、スナバ抵抗での消費電力を考慮する必要があります。
今回はこのスナバ抵抗の消費電力の式&導出方法を説明します。

スナバ回路の消費電力

スナバ回路の消費電力
トランジスタ等のスイッチがオフ時に印可される電圧の最大値をVS、スナバ回路のスナバコンデンサの容量値をCSNB、スイッチング周波数をfSWとすると、スナバ抵抗RSNBでの消費電力PSNB

\begin{eqnarray}
P_{SNB}=C_{SNB}×{V_S}^2×f_{SW}
\end{eqnarray}

となります。

スナバコンデンサの容量CSNBを増やすorスイッチング周波数fSWを増やすと損失が増加します。

この計算式で求めた消費電力PSNBの2 倍以上の定格電力がある抵抗を使用します。

スナバ回路を接続すると、スイッチングノイズを低減することができますが、スナバ回路の追加によって損失が増加してしまうトレードオフの関係があります。

また、スナバ抵抗の抵抗値RSNBはスナバ回路の消費電力PSNBに影響はありません。スナバ抵抗の抵抗値RSNBはスナバコンデンサの充放電に必要な時間に関係があります。

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スナバ回路の消費電力の導出

スナバ回路の消費電力の導出
上図にスナバ回路を考える上で簡単な等価回路になります。MOSFETにかかる電圧の最大値を電源電圧VSとしています。

スイッチオフ時


電源の供給エネルギーは
\begin{eqnarray}
C_{SNB}×{V_S}^2
\end{eqnarray}
になります。
また、コンデンサに溜まる静電エネルギーは
\begin{eqnarray}
\displaystyle\frac{1}{2}×C_{SNB}×{V_S}^2
\end{eqnarray}
になります。

電源の供給エネルギーとコンデンサに溜まる静電エネルギーの差分はコンデンサと直列に接続されている抵抗でジュール熱として消費します。

そのため、スイッチオフ時の抵抗の消費エネルギーWOFF

\begin{eqnarray}
W_{OFF}=\displaystyle\frac{1}{2}×C_{SNB}×{V_S}^2
\end{eqnarray}

となります。

スイッチオン時


コンデンサに溜まっていた静電エネルギーが抵抗でジュール熱として消費します。

そのため、スイッチオフ時の抵抗の消費エネルギーWON

\begin{eqnarray}
W_{ON}=\displaystyle\frac{1}{2}×C_{SNB}×{V_S}^2
\end{eqnarray}

となります。

以上より、スイッチオン/オフの一周期におけるスナバ抵抗での消費エネルギーは

\begin{eqnarray}
W_{SNB}=W_{OFF}+W_{ON}=C_{SNB}×{V_S}^2
\end{eqnarray}

となります。

消費電力は1周期で割る(すなわちスイッチング周波数をかける)ことで求めることができます。

したがって、スナバ抵抗RSNBでの消費電力PSNB

\begin{eqnarray}
P_{SNB}=\displaystyle\frac{C_{SNB}×{V_S}^2}{周期}=C_{SNB}×{V_S}^2×f_{SW}
\end{eqnarray}

となります。

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