Elektrotechnik und Elektronik
MOSFET-Verlust- und Gate-Treiber-Rechner
Schätze Leitungs- und Schaltverluste bei DC oder PWM, Gate-Treiberleistung und Ladestrom.
Deine Eingaben
Deine Ergebnisse
- Geschätzte Transistorverlustleistung
- —
- Leitungsverlust
- —
- Geschätzter Schaltverlust
- —
- Gate-Treiberleistung
- —
- Mittlerer Gate-Versorgungsstrom
- —
- Geschätzter Ladestrom
- —
—MOSFET-Verlustwärme und Anforderungen an die Gate-Ansteuerung getrennt abschätzen
Schätzen Sie Leit- und Schaltverluste eines MOSFET mit konstantem Strom im eingeschalteten Zustand bei DC- oder PWM-Betrieb ab. Ergänzen Sie Gateladungsdaten, um Leistung und Strom der Gate-Ansteuerung abzuschätzen. Das Modell verwendet einen von Ihnen eingegebenen Widerstandsfaktor und eine Überlappungsberechnung erster Ordnung für hartes Schalten. Verluste der Body-Diode, Sperrverzögerung, Verluste der Ausgangskapazität, parasitäres Nachschwingen und die tatsächliche Stromwellenform in einer induktiven Schaltung werden nicht berücksichtigt.
Schritt für Schritt
- Wählen Sie DC oder PWM. Geben Sie die geschaltete Spannung VDS in V, den Strom im eingeschalteten Zustand in A, RDS(on) in mΩ und einen positiven Temperaturfaktor des Widerstands ein. Verwenden Sie einen Widerstand passend zur tatsächlichen Gatespannung; das Feld für die Spannung der Gate-Ansteuerung korrigiert RDS(on) nicht automatisch.
- Geben Sie für PWM Tastgrad in Prozent, Frequenz in kHz sowie Anstiegs- und Abfallzeit in ns ein. Geben Sie die Gateladung Qg in nC, die Gate-Ansteuerspannung VGS in V und die angestrebte Gateladezeit in ns ein. Verwenden Sie zueinander passende Bauteil- und Betriebsdaten.
- Vergleichen Sie Leitverluste, Schaltverluste und ihre Summe als Verlustleistung des Transistors. Prüfen Sie die Leistung der Gate-Ansteuerung und beide Stromschätzungen separat. Übertragen Sie die Verlustleistung des Transistors über den vorhandenen Link zum Wärmerechner und geben Sie anschließend die Wärmewiderstände und Umgebungsbedingungen für diesen Baustein und Aufbau an.
Einstellungen und Grenzen
- Strom im eingeschalteten Zustand und Widerstandsfaktor
- Die Leitverluste entsprechen dem Stromquadrat multipliziert mit dem eingegebenen RDS(on), dem Temperaturfaktor und dem Tastgrad. Der Strom ist der Wert während des eingeschalteten Intervalls, nicht der PWM-Mittelwert. Der Faktor multipliziert den Widerstand direkt; der Rechner bestimmt ihn nicht aus der Temperatur und iteriert nicht zwischen elektrischer Verlustleistung und Sperrschichttemperatur.
- Schalten und PWM-Endpunkte
- Bei kontinuierlich schaltendem PWM entspricht der Überlappungsverlust näherungsweise der Hälfte der geschalteten Spannung multipliziert mit dem Strom im eingeschalteten Zustand, der Summe aus Anstiegs- und Abfallzeit und der Frequenz. Die Anstiegszeit muss in das eingeschaltete Intervall passen, die Abfallzeit in das ausgeschaltete Intervall. DC und Tastgrade an den Endpunkten 0% oder 100% verursachen in diesem Modell keine kontinuierlichen Schaltverluste.
- Gateleistung und Ladestrom
- Die Leistung der Gate-Ansteuerung beträgt Qg × VGS × Frequenz, und der mittlere Gate-Versorgungsstrom beträgt Qg × Frequenz. Qg geteilt durch die angestrebte Ladezeit schätzt den mittleren Strom während des Ladens ab, nicht einen garantierten Spitzenstrom des Treibers. Die Leistung der Gate-Ansteuerung wird separat angezeigt und nicht zur über den Link übertragenen Transistorwärme addiert.
Durchgerechnetes Beispiel
Wählen Sie PWM mit 12 V, 5 A Strom im eingeschalteten Zustand, 20 mΩ RDS(on), Widerstandsfaktor 1.5, 50% Tastgrad und 20 kHz. Verwenden Sie jeweils 30 ns Anstiegs- und Abfallzeit, Qg = 25 nC, VGS = 10 V und 100 ns Ladezeit. Der effektive Widerstand beträgt 30 mΩ.
| f | D | Pcond | Psw | PFET | Pgate |
|---|---|---|---|---|---|
| 20 kHz | 50% | 0.375 W | 0.036 W | 0.411 W | 0.005 W |
| 100 kHz | 50% | 0.375 W | 0.18 W | 0.555 W | 0.025 W |
| DC | 100% | 0.75 W | 0 W | 0.75 W | 0 W |
Die Leitverluste betragen 0.375 W und die Schaltverluste 0.036 W; daraus ergibt sich eine Transistorwärme von 0.411 W. Die Leistung der Gate-Ansteuerung beträgt 0.005 W, der mittlere Gate-Versorgungsstrom 0.5 mA und die Ladestromschätzung 0.25 A. Wird nur die Frequenz auf 100 kHz erhöht, steigt die Transistorwärme auf 0.555 W und die Leistung der Gate-Ansteuerung auf 0.025 W; die Leitverluste bleiben unverändert.
Fragen und Fehlerbehebung
Kann ich für die PWM-Stromeingabe den mittleren Laststrom verwenden?
Die Gleichung erwartet einen konstanten Strom im eingeschalteten Zustand und berücksichtigt den Tastgrad separat. Ein bereits über den Tastgrad gemittelter Strom würde im Modell nochmals verringert und die Leitverluste unterschätzt. Welligkeit oder veränderlicher Strom erfordern eine geeignete Berechnung anhand des Effektivstroms RMS oder der Wellenform außerhalb dieses Werkzeugs.
Warum ist die Leistung der Gate-Ansteuerung bei vollem Tastgrad null?
Das Modell behandelt den vollen Tastgrad als dauerhaft eingeschaltet ohne wiederholte Ladezyklen und den Tastgrad null als dauerhaft ausgeschaltet. Das Aufladen beim Start und Leckströme werden nicht berücksichtigt. Die Prüfung der Übergangszeiten gilt nur, wenn der Tastgrad strikt zwischen den beiden Endpunkten liegt.
Beweist eine geringe berechnete Verlustleistung, dass ein MOSFET oder Treiber geeignet ist?
Prüfen Sie Spannungs- und Stromgrenzwerte, sicheren Arbeitsbereich, Gatespannungsgrenzen, Treiberfähigkeit und thermische Bedingungen der tatsächlichen Bauteile. Die Schätzungen hängen vom angegebenen Widerstand, der Gateladung und den Schaltzeiten ab; eine geringe modellierte Verlustleistung bestätigt diese bauteilspezifischen Grenzen nicht.