Electricidad y electrónica
Calculadora de pérdidas MOSFET y control de puerta
Estima pérdidas DC o PWM de conducción y conmutación, potencia de control y corriente de carga.
Tus datos
Tus resultados
- Disipación estimada del transistor
- —
- Pérdida de conducción
- —
- Pérdida de conmutación estimada
- —
- Potencia de control de puerta
- —
- Corriente media de alimentación de puerta
- —
- Corriente de carga estimada
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—Estimar por separado el calor del MOSFET y los requisitos de excitación de puerta
Estime las pérdidas de conducción y conmutación de un MOSFET que transporta una corriente constante durante la conducción en funcionamiento DC o PWM. Añada datos de carga de puerta para estimar la potencia y la corriente de excitación de puerta. El modelo aplica un factor de resistencia introducido por usted y un cálculo de primer orden del solapamiento durante la conmutación dura. Excluye las pérdidas del diodo intrínseco, la recuperación inversa, las pérdidas de capacitancia de salida, las oscilaciones parásitas y la forma de onda real de corriente en un circuito inductivo.
Paso a paso
- Elija DC o PWM. Introduzca la tensión conmutada VDS en V, la corriente durante la conducción en A, RDS(on) en mΩ y un factor positivo de resistencia por temperatura. Use una resistencia adecuada a la tensión real de puerta; el campo de tensión de excitación de puerta no corrige automáticamente RDS(on).
- Para PWM, introduzca el porcentaje de ciclo de trabajo, la frecuencia en kHz y los tiempos de subida y bajada en ns. Introduzca la carga de puerta Qg en nC, la tensión de excitación de puerta VGS en V y el tiempo objetivo de carga de puerta en ns. Use datos compatibles del dispositivo y de las condiciones de funcionamiento.
- Compare las pérdidas de conducción, las pérdidas de conmutación y la disipación total del transistor que resulta de ambas. Revise por separado la potencia de excitación de puerta y las dos estimaciones de corriente. Use el enlace existente a la calculadora térmica para transferir la disipación del transistor e indique después las resistencias térmicas y las condiciones ambientales de ese dispositivo y montaje.
Ajustes y límites
- Corriente durante la conducción y factor de resistencia
- Las pérdidas de conducción son la corriente al cuadrado multiplicada por RDS(on) introducida, el factor de temperatura y la fracción del ciclo de trabajo. La corriente es el valor durante el intervalo de conducción, no el promedio de PWM. El factor multiplica directamente la resistencia; la calculadora no lo determina a partir de la temperatura ni itera entre las pérdidas eléctricas y la temperatura de unión.
- Conmutación y extremos de PWM
- Para PWM con conmutación continua, las pérdidas por solapamiento equivalen aproximadamente a la mitad de la tensión conmutada multiplicada por la corriente durante la conducción, la suma de los tiempos de subida y bajada y la frecuencia. El tiempo de subida debe caber en el intervalo de conducción y el de bajada, en el intervalo de apagado. DC y los extremos del ciclo de trabajo de 0% o 100% no tienen pérdidas de conmutación continua en este modelo.
- Potencia de puerta y corriente de carga
- La potencia de excitación de puerta es Qg × VGS × frecuencia y la corriente media de alimentación de puerta es Qg × frecuencia. Qg dividida por el tiempo objetivo de carga estima la corriente media durante la carga, no una corriente de pico garantizada del excitador. La potencia de excitación de puerta se muestra por separado y no se suma al calor del transistor transferido mediante el enlace.
Ejemplo resuelto
Elija PWM con 12 V, una corriente durante la conducción de 5 A, RDS(on) de 20 mΩ, un factor de resistencia de 1.5, un ciclo de trabajo del 50% y 20 kHz. Use tiempos de subida y bajada de 30 ns, Qg = 25 nC, VGS = 10 V y un tiempo de carga de 100 ns. La resistencia efectiva es 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 |
Las pérdidas de conducción son 0.375 W y las pérdidas de conmutación, 0.036 W, lo que da un calor del transistor de 0.411 W. La potencia de excitación de puerta es 0.005 W, la corriente media de alimentación de puerta es 0.5 mA y la estimación de corriente de carga es 0.25 A. Aumentar solo la frecuencia a 100 kHz eleva el calor del transistor a 0.555 W y la potencia de excitación de puerta a 0.025 W; las pérdidas de conducción no cambian.
Preguntas y solución de problemas
¿Puedo usar la corriente media de carga como entrada de corriente de PWM?
La ecuación espera una corriente constante durante la conducción y aplica el ciclo de trabajo por separado. Introducir la corriente promediada según el ciclo de trabajo reduciría esa corriente de nuevo mediante el modelo y subestimaría las pérdidas de conducción. El rizado o una corriente variable requieren un cálculo adecuado basado en la corriente RMS o en la forma de onda, fuera de esta herramienta.
¿Por qué la potencia de excitación de puerta es cero con un ciclo de trabajo completo?
El modelo trata el ciclo de trabajo completo como conducción continua, sin ciclos de carga repetidos, y el ciclo de trabajo nulo como apagado continuo. No incluye la carga inicial ni las fugas. La validación del tiempo de transición solo se aplica cuando el ciclo de trabajo está estrictamente entre los dos extremos.
¿Un resultado de pérdidas pequeño demuestra que un MOSFET o un excitador es adecuado?
Compruebe los valores nominales de tensión y corriente, el área de funcionamiento seguro, los límites de tensión de puerta, la capacidad del excitador y las condiciones térmicas de los componentes reales. Las estimaciones dependen de la resistencia, la carga de puerta y los tiempos de conmutación proporcionados; unas pérdidas modeladas bajas no validan esos límites específicos del dispositivo.