Výkonová strata na nejakom reálnom spotrebiči sa rovná
P = U * I
U = I * R
I = U/R
takže substitúciou
P = I * I * R = U * U / R
vzorce uvádzam pre všeobecné povedomie, nie preto že by som si myslel že ich neovládaš.
Preto ak R = 0,0085 a I sa rovná povedzme 10A,
výkonová strata na spotrebiči s takým odporom bude 0,85W
Ale ak R takého spotrebiča tvoreného dvoma paralelnými FETmi, pričom každý má odpor 0,0085R bude
1/R = 1/R1 + 1/R2 = (R1 * R2)/(R1 + R2) = 0,00425R
Výkonová strata takého spotrebiča bude teda
10 * 10 * 0,00425R a to je 0,425W
Pričom každý z tých tranzistorov (ak sú +/- rovnaké) prispeje tepelným výkonom
5 * 5 * 0,0085 = 0,2125W
Celkovo sa spotrebič, ktorý bude mať menší odpor, bude menej hriať.
Ale pozor, aby si to niekto zle nevysletľoval.
Menej sa bude hriať na úkor toho, že viac výkonu sa prenesie do toho sériovo zapojeného spotrebiča, napríklad do žiarovky. Ak by tam tá žiarovka nebola a zdroj 12V napätia by bol ideálny, potom by cez spotrebič s polovičným odporom tiekol dvojnásobný prúd a tepelný výkon by bol 4x väčší.
príklad: Nech je odpor žiarovky 0,24ohm. to zodpoveda pri napätí 12V prúdu 50A. Výkon takej žiarovky je 600W.
Ak k nej zapojím sériovo zariadenie z FETu, ktorého odpor je 0,0085 obvodom potecie presne 12 /(0,24 + 0,0085) = 48,29A. Naschvál zanedbávam javy ako vnutorný odpor zdroja či zohrievanie odporu vplybom teploty a v dôsledku toho zmenu jeho hodnoty a tak podobne.
Na žiarovke bude pritom 0,24 * 48,29A * 48,29A = 559W
A na zariadení s FETom 0,0085 * 48,29A * 48,29A = 19,82W
Ak bude mať zariadenie s FETom polovičný odpor, napríklad v dôsledku toho, že sú tam FETy dva paralelne, potom to bude vyzerať nasledovne
12/(0,24 + 0,00425) = 49,13A
Na žiarovke bude pritom 0,24 * 49,13A * 49,13A = 579W
A na zariadení s FETom 0,00425 * 49,13A * 49,13A = 10,26W
(Je zaujímavé si všimnúť, že znížením odporu zariadenia na polovicu sme znížili jeho výkonovú stratu o cca 10W ale o 20W sme presunuli výkon na sériový spotrebič)
Zníženim odporu zariadenia pre spínanie klesne o polovicu, klesne jeho tepelná výkonová strata na polovicu. Každý spínací prvok (sú tam dva tranzistory paralelne) pritom prispeje výkonom niečo cez 5W, čo je štvrtina oproti stavu ake je v zaradení iba jeden tranzistor.
Teplota samozrejme neklesne na polovicu, ale rozdiel teploty medzi okolim a teplotou chladiča by na polovicu klesnúť mohol. Ale nie preto, že sú tam dva spínacie prvky, ale v dôsledku polovičného odporu zariadenia.
Toto všetko sa týka statického stavu ON a zvýšenia spotreby v dôsledku zmeny stavu. Pri zmene stavu sa odpor každého z FETov mení z hodnoty 0,0085 na hodnotu prakticky nekonečno - čiže vypnutý stav. A prechádza všetkými možnými hodnotami. Ak by bola zmena odporu v čase zmeny lineárna, najväčšia výkonová strata na FETe bude, keď bude mať akurát hodnotu odporu tej žiarovky. Pri vyššom odpore už natoľko klesne prúd, že celkový výkon bude menší.
Neurobíme veľkú chybu, ak budeme počítať, že tranzistor má počas doby prepnutia práve tú najnepriaznivejšiu hodnotu, čiže 0,24ohm. A je stále v sérii so žiarovkou. V čase prepnutia bude tera výkonová strata
12 * 12V/(0,24 + 0,24) = 300W a o tento výkon (pri prúde 25A) sa zariadenie s FETom po bratsky šábne s tou žiarovkou. Takže na zariadenie ostane 150W po dobu napríklad 200ns. Ak tento stav nastáva každých 20us, potom na zariadení bude strata maximálne 1,5W. To už ale nezávisí od toho, či má zariadenie v zapnutom stave odpor 0,0085ohm, alebo 0,1ohm, alebo 0,00000001ohm.
Ak by čas zmeny nebol 0,2us ale povedzme 1us, tak už pri frekvencii zmeny (dvojnásobná ako frekvencia PWM) by sme už mali dodatočnú výkonovú stratu 7,5W. A to je oproti 1,5W celkom slušný nárast. Samozrejme, znížiť ju vieme 5 násobným znížením frekvencie PWM. A to by sme museli ísť z 25kHz na 5kHz. Otázne je, či to tomu sériovo zapojenému spotrebiču urobí dobre. Pre žiarovku môžeme ísť kľudne až na 100Hz - to by ešte ľudskému oku nemalo vadiť.