विद्युत और इलेक्ट्रॉनिक्स

MOSFET नुकसान और गेट ड्राइव कैलकुलेटर

DC या PWM चालन और स्विचिंग नुकसान, गेट ड्राइव शक्ति और चार्जिंग करंट का अनुमान लगाएँ।

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आपके इनपुट

स्थिर चालन करंट वाला सरल हार्ड-स्विचिंग मॉडल। वास्तविक VGS पर डेटाशीट के RDS(on), तापमान गुणक और Qg लें। परजीवी और डायोड नुकसान शामिल नहीं हैं। Qg/t औसत चार्जिंग करंट का अनुमान है।

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आपके परिणाम

ट्रांजिस्टर शक्ति नुकसान का अनुमान
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चालन नुकसान
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स्विचिंग नुकसान का अनुमान
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गेट ड्राइव शक्ति
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औसत गेट सप्लाई करंट
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चार्जिंग करंट का अनुमान
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सूत्र—

MOSFET की ऊष्मा और गेट-ड्राइव आवश्यकताओं का अलग-अलग अनुमान लगाएँ

DC या PWM संचालन में चालू अवस्था की स्थिर धारा वहन करने वाले MOSFET की चालन और स्विचिंग हानि का अनुमान लगाएँ। गेट-ड्राइव शक्ति और धारा का अनुमान लगाने के लिए गेट चार्ज का डेटा जोड़ें। मॉडल आपके दर्ज प्रतिरोध गुणक और प्रथम-क्रम हार्ड-स्विचिंग ओवरलैप गणना को लागू करता है। इसमें बॉडी-डायोड हानि, रिवर्स रिकवरी, आउटपुट धारिता की हानि, परजीवी रिंगिंग और प्रेरकीय परिपथ में वास्तविक धारा का तरंगरूप शामिल नहीं हैं।

चरण-दर-चरण

  1. DC या PWM चुनें। स्विच किए जा रहे वोल्टेज VDS को V में, चालू अवस्था की धारा को A में, RDS(on) को mΩ में और प्रतिरोध का धनात्मक तापमान गुणक दर्ज करें। वास्तविक गेट वोल्टेज के अनुकूल प्रतिरोध लें; गेट-ड्राइव वोल्टेज का फ़ील्ड अपने आप RDS(on) को ठीक नहीं करता।
  2. PWM के लिए ड्यूटी प्रतिशत, आवृत्ति kHz में और उठने व गिरने के समय ns में दर्ज करें। गेट चार्ज Qg को nC में, गेट-ड्राइव वोल्टेज VGS को V में और लक्षित गेट चार्जिंग समय ns में दर्ज करें। संगत डिवाइस और संचालन परिस्थितियों का डेटा लें।
  3. चालन हानि, स्विचिंग हानि और उनके कुल ट्रांज़िस्टर शक्ति क्षय की तुलना करें। गेट-ड्राइव शक्ति और धारा के दोनों अनुमानों की अलग से समीक्षा करें। ट्रांज़िस्टर का शक्ति क्षय भेजने के लिए मौजूदा तापीय कैलकुलेटर लिंक इस्तेमाल करें, फिर उस डिवाइस और असेंबली के तापीय प्रतिरोध और परिवेश की स्थितियाँ दर्ज करें।

सेटिंग और सीमाएँ

चालू अवस्था की धारा और प्रतिरोध गुणक
चालन हानि धारा के वर्ग, दर्ज RDS(on), तापमान गुणक और ड्यूटी अंश का गुणनफल है। धारा चालू अवधि का मान है, PWM औसत नहीं। गुणक सीधे प्रतिरोध को गुणा करता है; कैलकुलेटर इसे तापमान से नहीं निकालता और विद्युत हानि तथा जंक्शन तापमान के बीच पुनरावृत्त गणना नहीं करता।
स्विचिंग और PWM के अंतिम बिंदु
लगातार स्विच होने वाले PWM में ओवरलैप हानि लगभग स्विच किए जा रहे वोल्टेज के आधे, चालू अवस्था की धारा, उठने और गिरने के समय के योग तथा आवृत्ति का गुणनफल है। उठने का समय चालू अवधि में और गिरने का समय बंद अवधि में समाना चाहिए। इस मॉडल में DC और 0% या 100% के ड्यूटी अंतिम बिंदुओं पर लगातार स्विचिंग की हानि नहीं होती।
गेट शक्ति और चार्जिंग धारा
गेट-ड्राइव शक्ति Qg × VGS × आवृत्ति और औसत गेट सप्लाई धारा Qg × आवृत्ति है। Qg को लक्षित चार्जिंग समय से भाग देने पर चार्जिंग के दौरान औसत धारा का अनुमान मिलता है, ड्राइवर की शिखर धारा की गारंटी नहीं। गेट-ड्राइव शक्ति अलग दिखाई जाती है और लिंक से भेजी गई ट्रांज़िस्टर ऊष्मा में नहीं जोड़ी जाती।

हल किया हुआ उदाहरण

PWM में 12 V, चालू अवस्था की धारा 5 A, 20 mΩ RDS(on), प्रतिरोध गुणक 1.5, ड्यूटी 50% और 20 kHz चुनें। उठने और गिरने के समय 30 ns, Qg = 25 nC, VGS = 10 V और चार्जिंग समय 100 ns लें। प्रभावी प्रतिरोध 30 mΩ है।

अपेक्षित परिणाम
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

चालन हानि 0.375 W और स्विचिंग हानि 0.036 W है, जिससे ट्रांज़िस्टर ऊष्मा 0.411 W मिलती है। गेट-ड्राइव शक्ति 0.005 W, औसत गेट सप्लाई धारा 0.5 mA और चार्जिंग धारा का अनुमान 0.25 A है। केवल आवृत्ति 100 kHz तक बढ़ाने से ट्रांज़िस्टर ऊष्मा 0.555 W और गेट-ड्राइव शक्ति 0.025 W हो जाती है; चालन हानि नहीं बदलती।

सवाल और समस्या समाधान

क्या PWM धारा इनपुट में औसत लोड धारा ली जा सकती है?

समीकरण चालू अवस्था की स्थिर धारा चाहता है और ड्यूटी को अलग से लागू करता है। ड्यूटी के हिसाब से औसत की गई धारा दर्ज करने पर मॉडल उस धारा का प्रभाव फिर घटाएगा और चालन हानि का अनुमान कम होगा। रिपल या बदलती धारा के लिए इस टूल के बाहर उपयुक्त RMS धारा या तरंगरूप आधारित गणना चाहिए।

पूरी ड्यूटी पर गेट-ड्राइव शक्ति शून्य क्यों है?

मॉडल पूरी ड्यूटी को लगातार चालू मानता है, जिसमें चार्जिंग चक्र दोहराए नहीं जाते, और शून्य ड्यूटी को लगातार बंद मानता है। शुरुआत में चार्जिंग और लीकेज शामिल नहीं हैं। संक्रमण समय की जाँच तभी लागू होती है जब ड्यूटी दोनों अंतिम बिंदुओं के सख्ती से बीच में हो।

क्या कम हानि का परिणाम MOSFET या ड्राइवर की उपयुक्तता साबित करता है?

वास्तविक पुर्जों के वोल्टेज और धारा रेटिंग, सुरक्षित संचालन क्षेत्र, गेट वोल्टेज सीमाएँ, ड्राइवर क्षमता और तापीय परिस्थितियाँ जाँचें। अनुमान दिए गए प्रतिरोध, गेट चार्ज और स्विचिंग समय पर निर्भर हैं; मॉडल में कम हानि मिलना उन डिवाइस-विशिष्ट सीमाओं की पुष्टि नहीं करता।