Électricité et électronique
Calculateur de pertes MOSFET et commande de grille
Estimez les pertes de conduction et commutation DC ou PWM, la puissance de commande et le courant de charge.
Vos valeurs
Vos résultats
- Dissipation estimée du transistor
- —
- Perte de conduction
- —
- Perte de commutation estimée
- —
- Puissance de commande de grille
- —
- Courant moyen d'alimentation de grille
- —
- Courant de charge estimé
- —
—Estimer séparément la chaleur du MOSFET et les besoins de commande de grille
Estimez les pertes de conduction et de commutation d’un MOSFET parcouru par un courant constant à l’état passant en fonctionnement DC ou PWM. Ajoutez les données de charge de grille pour estimer la puissance et le courant de commande de grille. Le modèle applique un facteur de résistance que vous saisissez et un calcul de premier ordre du recouvrement en commutation dure. Il exclut les pertes de la diode intrinsèque, le recouvrement inverse, les pertes de capacité de sortie, les oscillations parasites et la forme réelle du courant dans un circuit inductif.
Étape par étape
- Choisissez DC ou PWM. Saisissez la tension commutée VDS en V, le courant à l’état passant en A, RDS(on) en mΩ et un facteur de température de résistance positif. Utilisez une résistance adaptée à la tension réelle de grille ; le champ de tension de commande de grille ne corrige pas automatiquement RDS(on).
- Pour PWM, saisissez le pourcentage de rapport cyclique, la fréquence en kHz et les temps de montée et de descente en ns. Saisissez la charge de grille Qg en nC, la tension de commande de grille VGS en V et le temps cible de charge de grille en ns. Utilisez des données compatibles du composant et des conditions de fonctionnement.
- Comparez les pertes de conduction, les pertes de commutation et leur somme correspondant à la dissipation du transistor. Examinez séparément la puissance de commande de grille et les deux estimations de courant. Utilisez le lien existant vers la calculatrice thermique pour transférer la dissipation du transistor, puis indiquez les résistances thermiques et les conditions ambiantes pour ce composant et cet assemblage.
Réglages et limites
- Courant à l’état passant et facteur de résistance
- Les pertes de conduction sont le carré du courant multiplié par RDS(on) saisi, le facteur de température et la fraction de rapport cyclique. Le courant est la valeur pendant l’intervalle passant, et non la moyenne PWM. Le facteur multiplie directement la résistance ; la calculatrice ne le détermine pas à partir de la température et ne procède pas par itérations entre pertes électriques et température de jonction.
- Commutation et extrémités du rapport cyclique PWM
- Pour PWM en commutation continue, les pertes de recouvrement sont approximativement la moitié de la tension commutée multipliée par le courant à l’état passant, la somme des temps de montée et de descente et la fréquence. Le temps de montée doit tenir dans l’intervalle passant et le temps de descente dans l’intervalle bloqué. DC et les extrémités du rapport cyclique à 0% ou 100% n’ont pas de pertes de commutation continue dans ce modèle.
- Puissance de grille et courant de charge
- La puissance de commande de grille est Qg × VGS × fréquence et le courant moyen d’alimentation de grille est Qg × fréquence. Qg divisé par le temps cible de charge estime le courant moyen pendant la charge, et non un courant crête garanti du circuit de commande. La puissance de commande de grille est affichée séparément et n’est pas ajoutée à la chaleur du transistor transférée par le lien.
Exemple détaillé
Choisissez PWM avec 12 V, un courant à l’état passant de 5 A, RDS(on) de 20 mΩ, un facteur de résistance de 1.5, un rapport cyclique de 50% et 20 kHz. Utilisez des temps de montée et de descente de 30 ns, Qg = 25 nC, VGS = 10 V et un temps de charge de 100 ns. La résistance effective est de 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 |
Les pertes de conduction sont de 0.375 W et les pertes de commutation de 0.036 W, donnant une chaleur du transistor de 0.411 W. La puissance de commande de grille est de 0.005 W, le courant moyen d’alimentation de grille de 0.5 mA et l’estimation du courant de charge de 0.25 A. Augmenter uniquement la fréquence à 100 kHz porte la chaleur du transistor à 0.555 W et la puissance de commande de grille à 0.025 W ; les pertes de conduction restent inchangées.
Questions et dépannage
Puis-je utiliser le courant moyen de charge pour l’entrée de courant PWM ?
L’équation attend un courant constant à l’état passant et applique le rapport cyclique séparément. Saisir le courant moyenné sur le rapport cyclique réduirait à nouveau ce courant dans le modèle et sous-estimerait les pertes de conduction. Une ondulation ou un courant variable nécessite un calcul approprié fondé sur le courant RMS ou sur la forme d’onde, hors de cet outil.
Pourquoi la puissance de commande de grille est-elle nulle au rapport cyclique maximal ?
Le modèle traite le rapport cyclique maximal comme un état passant continu, sans cycles de charge répétés, et le rapport cyclique nul comme un état bloqué continu. La charge au démarrage et les fuites ne sont pas incluses. La validation des temps de transition s’applique uniquement lorsque le rapport cyclique est strictement entre les deux extrémités.
Un faible résultat de pertes prouve-t-il qu’un MOSFET ou un circuit de commande convient ?
Vérifiez les valeurs nominales de tension et de courant, l’aire de fonctionnement sûr, les limites de tension de grille, la capacité du circuit de commande et les conditions thermiques des composants réels. Les estimations dépendent de la résistance, de la charge de grille et des temps de commutation fournis ; des pertes modélisées faibles ne valident pas ces limites propres aux composants.