বিদ্যুৎ ও ইলেকট্রনিক্স

MOSFET ক্ষতি ও গেট ড্রাইভ ক্যালকুলেটর

DC বা PWM পরিবহন ও সুইচিং ক্ষতি, গেট ড্রাইভ শক্তি ও চার্জিং কারেন্ট অনুমান করুন।

01

আপনার ইনপুট

স্থির পরিবহন কারেন্টের সরল হার্ড-সুইচিং মডেল। প্রকৃত VGS-এ ডেটাশিটের RDS(on), তাপমাত্রা গুণক ও Qg নিন। পরজীবী ও ডায়োড ক্ষতি বাদ যায়। Qg/t গড় চার্জিং কারেন্টের অনুমান।

02

আপনার ফলাফল

ট্রানজিস্টরের শক্তি ক্ষতির অনুমান
—
পরিবহন ক্ষতি
—
সুইচিং ক্ষতির অনুমান
—
গেট ড্রাইভ শক্তি
—
গড় গেট সরবরাহ কারেন্ট
—
চার্জিং কারেন্টের অনুমান
—

সূত্র—

MOSFET-এর তাপ ও গেট-ড্রাইভের চাহিদা আলাদাভাবে অনুমান করুন

DC বা PWM-এ চালু অবস্থায় স্থির তড়িৎপ্রবাহ বহনকারী MOSFET-এর পরিবহন ও সুইচিং ক্ষয় অনুমান করুন। গেট-ড্রাইভের ক্ষমতা ও তড়িৎপ্রবাহ অনুমান করতে গেট চার্জের তথ্য দিন। মডেল আপনার দেওয়া রোধ গুণক এবং প্রথম-ক্রমের হার্ড-সুইচিং ওভারল্যাপ গণনা প্রয়োগ করে। এতে বডি-ডায়োডের ক্ষয়, রিভার্স রিকভারি, আউটপুট ধারকত্বের ক্ষয়, পরজীবী রিংিং এবং আবেশধর্মী বর্তনীতে প্রকৃত তড়িৎপ্রবাহের তরঙ্গরূপ নেই।

ধাপে ধাপে

  1. DC বা PWM বেছে নিন। সুইচ করা ভোল্টেজ VDS-কে V-এ, চালু অবস্থার তড়িৎপ্রবাহ A-এ, RDS(on)-কে mΩ-এ এবং রোধের ধনাত্মক তাপমাত্রা গুণক লিখুন। প্রকৃত গেট ভোল্টেজের উপযুক্ত রোধ ব্যবহার করুন; গেট-ড্রাইভ ভোল্টেজের ঘর স্বয়ংক্রিয়ভাবে RDS(on) সংশোধন করে না।
  2. PWM-এর জন্য ডিউটির শতাংশ, কম্পাঙ্ক kHz-এ এবং ওঠা ও নামার সময় ns-এ লিখুন। গেট চার্জ Qg-কে nC-এ, গেট-ড্রাইভ ভোল্টেজ VGS-কে V-এ এবং লক্ষ্য গেট চার্জের সময় ns-এ লিখুন। ডিভাইস ও কাজের পরিস্থিতির সামঞ্জস্যপূর্ণ তথ্য ব্যবহার করুন।
  3. পরিবহন ক্ষয়, সুইচিং ক্ষয় এবং ট্রানজিস্টরে তাদের মোট ক্ষমতাক্ষয়ের তুলনা করুন। গেট-ড্রাইভ ক্ষমতা ও তড়িৎপ্রবাহের দুই অনুমান আলাদাভাবে দেখুন। ট্রানজিস্টরের ক্ষমতাক্ষয় পাঠাতে বিদ্যমান তাপীয় ক্যালকুলেটরের লিংক ব্যবহার করুন, তারপর ওই ডিভাইস ও সমাবেশের তাপীয় রোধ এবং পারিপার্শ্বিক অবস্থা দিন।

সেটিংস ও সীমা

চালু অবস্থার তড়িৎপ্রবাহ ও রোধ গুণক
পরিবহন ক্ষয় হলো তড়িৎপ্রবাহের বর্গ, দেওয়া RDS(on), তাপমাত্রা গুণক ও ডিউটির ভগ্নাংশের গুণফল। তড়িৎপ্রবাহ চালু সময়ের মান, PWM-এর গড় নয়। গুণকটি সরাসরি রোধকে গুণ করে; ক্যালকুলেটর তাপমাত্রা থেকে এটি নির্ণয় করে না বা বৈদ্যুতিক ক্ষয় ও জাংশন তাপমাত্রার মধ্যে পুনরাবৃত্ত গণনা করে না।
সুইচিং ও PWM-এর প্রান্তবিন্দু
ক্রমাগত সুইচিং করা PWM-এর ওভারল্যাপ ক্ষয় আনুমানিক সুইচ করা ভোল্টেজের অর্ধেক, চালু অবস্থার তড়িৎপ্রবাহ, ওঠা ও নামার সময়ের যোগফল এবং কম্পাঙ্কের গুণফল। ওঠার সময় চালু সময়ের মধ্যে এবং নামার সময় বন্ধ সময়ের মধ্যে থাকতে হবে। এই মডেলে DC এবং 0% বা 100% ডিউটির প্রান্তবিন্দুতে ক্রমাগত সুইচিং ক্ষয় নেই।
গেটের ক্ষমতা ও চার্জের তড়িৎপ্রবাহ
গেট-ড্রাইভ ক্ষমতা Qg × VGS × কম্পাঙ্ক এবং গড় গেট সাপ্লাই তড়িৎপ্রবাহ Qg × কম্পাঙ্ক। Qg-কে লক্ষ্য চার্জের সময় দিয়ে ভাগ করলে চার্জের সময় গড় তড়িৎপ্রবাহের অনুমান পাওয়া যায়, ড্রাইভারের শীর্ষ তড়িৎপ্রবাহের নিশ্চয়তা নয়। গেট-ড্রাইভ ক্ষমতা আলাদাভাবে দেখানো হয় এবং লিংকের মাধ্যমে পাঠানো ট্রানজিস্টরের তাপে যোগ হয় না।

সমাধানসহ উদাহরণ

PWM-এ 12 V, চালু অবস্থার তড়িৎপ্রবাহ 5 A, 20 mΩ RDS(on), রোধ গুণক 1.5, ডিউটি 50% এবং 20 kHz বেছে নিন। ওঠা ও নামার সময় 30 ns, Qg = 25 nC, VGS = 10 V এবং চার্জের সময় 100 ns নিন। কার্যকর রোধ 30 mΩ।

প্রত্যাশিত ফলাফল
fDPcondPswPFETPgate
20 kHz50%0.375 W0.036 W0.411 W0.005 W
100 kHz50%0.375 W0.18 W0.555 W0.025 W
DC100%0.75 W0 W0.75 W0 W

পরিবহন ক্ষয় 0.375 W এবং সুইচিং ক্ষয় 0.036 W, ফলে ট্রানজিস্টরের তাপ উৎপাদন 0.411 W। গেট-ড্রাইভ ক্ষমতা 0.005 W, গড় গেট সাপ্লাই তড়িৎপ্রবাহ 0.5 mA এবং চার্জের তড়িৎপ্রবাহের অনুমান 0.25 A। শুধু কম্পাঙ্ক 100 kHz করলে ট্রানজিস্টরের তাপ উৎপাদন 0.555 W এবং গেট-ড্রাইভ ক্ষমতা 0.025 W হয়; পরিবহন ক্ষয় বদলায় না।

প্রশ্ন ও সমস্যা সমাধান

PWM তড়িৎপ্রবাহের ইনপুটে গড় লোড প্রবাহ ব্যবহার করা যায় কি?

সমীকরণটি চালু অবস্থার স্থির তড়িৎপ্রবাহ ধরে এবং ডিউটি আলাদাভাবে প্রয়োগ করে। ডিউটি অনুযায়ী গড় করা তড়িৎপ্রবাহ দিলে মডেলে সেই প্রবাহের প্রভাব আবার কমবে এবং পরিবহন ক্ষয় কম করে অনুমান হবে। রিপল বা পরিবর্তনশীল প্রবাহের জন্য এই টুলের বাইরে উপযুক্ত RMS তড়িৎপ্রবাহ বা তরঙ্গরূপভিত্তিক গণনা দরকার।

পূর্ণ ডিউটিতে গেট-ড্রাইভ ক্ষমতা শূন্য কেন?

মডেল পূর্ণ ডিউটিকে ক্রমাগত চালু ধরে, যেখানে বারবার চার্জের চক্র নেই, এবং শূন্য ডিউটিকে ক্রমাগত বন্ধ ধরে। শুরুর চার্জ ও লিকেজ এতে নেই। অবস্থান্তরের সময় যাচাই কেবল তখনই প্রযোজ্য যখন ডিউটি দুই প্রান্তবিন্দুর কঠোরভাবে মাঝখানে থাকে।

অল্প ক্ষয়ের ফল কি MOSFET বা ড্রাইভার উপযুক্ত প্রমাণ করে?

প্রকৃত যন্ত্রাংশের ভোল্টেজ ও তড়িৎপ্রবাহের রেটিং, নিরাপদ কাজের অঞ্চল, গেট ভোল্টেজের সীমা, ড্রাইভারের সামর্থ্য ও তাপীয় অবস্থা যাচাই করুন। অনুমানগুলো দেওয়া রোধ, গেট চার্জ ও সুইচিং সময়ের ওপর নির্ভর করে; মডেলে কম ক্ষয় পাওয়া ডিভাইসের ওই নির্দিষ্ট সীমাগুলো যাচাই করে না।