Listrik dan elektronika

Kalkulator rugi MOSFET dan penggerak gerbang

Perkirakan rugi konduksi dan pensakelaran DC atau PWM, daya gerbang dan arus pengisian.

Nilai masukan

Hasil Anda

Perkiraan disipasi transistor: —

Rugi konduksi: —

Perkiraan rugi pensakelaran: —

Daya penggerak gerbang: —

Arus suplai gerbang rata-rata: —

Perkiraan arus pengisian: —

Rumus—

Perkirakan panas MOSFET dan kebutuhan penggerak gerbang secara terpisah

Perkirakan rugi konduksi dan pensaklaran MOSFET yang membawa arus konstan saat menyala dalam operasi DC atau PWM. Tambahkan data muatan gerbang untuk memperkirakan daya dan arus penggerak gerbang. Model menerapkan faktor resistansi yang Anda masukkan dan perhitungan tumpang tindih pensaklaran keras orde pertama. Rugi dioda intrinsik, pemulihan balik, rugi kapasitansi keluaran, osilasi parasit, dan bentuk gelombang arus sebenarnya dalam rangkaian induktif tidak disertakan.

Langkah demi langkah

Pilih DC atau PWM. Masukkan tegangan yang disaklarkan VDS dalam V, arus saat menyala dalam A, RDS(on) dalam mΩ, dan faktor suhu resistansi yang positif. Gunakan resistansi yang sesuai dengan tegangan gerbang sebenarnya; kolom tegangan penggerak gerbang tidak otomatis mengoreksi RDS(on).
Untuk PWM, masukkan persentase siklus kerja, frekuensi dalam kHz, serta waktu naik dan turun dalam ns. Masukkan muatan gerbang Qg dalam nC, tegangan penggerak gerbang VGS dalam V, dan target waktu pengisian gerbang dalam ns. Gunakan data perangkat dan kondisi operasi yang sesuai.
Bandingkan rugi konduksi, rugi pensaklaran, dan total disipasi transistor dari keduanya. Tinjau daya penggerak gerbang dan kedua perkiraan arus secara terpisah. Gunakan tautan kalkulator termal yang tersedia untuk memindahkan disipasi transistor, lalu masukkan resistansi termal dan kondisi sekitar untuk perangkat serta rakitan tersebut.

Pengaturan dan batas

Arus saat menyala dan faktor resistansi: Rugi konduksi adalah kuadrat arus dikali RDS(on) yang dimasukkan, faktor suhu, dan fraksi siklus kerja. Arus adalah nilai selama interval menyala, bukan rata-rata PWM. Faktor tersebut langsung mengalikan resistansi; kalkulator tidak menentukannya dari suhu atau melakukan iterasi antara rugi listrik dan suhu sambungan.
Pensaklaran dan titik ujung PWM: Untuk PWM yang terus melakukan pensaklaran, rugi tumpang tindih kira-kira setengah tegangan yang disaklarkan dikali arus saat menyala, jumlah waktu naik dan turun, serta frekuensi. Waktu naik harus muat dalam interval menyala dan waktu turun dalam interval mati. DC dan titik ujung siklus kerja 0% atau 100% tidak memiliki rugi pensaklaran berkelanjutan dalam model ini.
Daya gerbang dan arus pengisian: Daya penggerak gerbang adalah Qg × VGS × frekuensi dan arus catu gerbang rata-rata adalah Qg × frekuensi. Qg dibagi target waktu pengisian memperkirakan arus rata-rata selama pengisian, bukan menjamin arus puncak penggerak. Daya penggerak gerbang ditampilkan terpisah dan tidak ditambahkan ke panas transistor yang dipindahkan melalui tautan.

Contoh pengerjaan

Pilih PWM dengan 12 V, arus saat menyala 5 A, RDS(on) 20 mΩ, faktor resistansi 1.5, siklus kerja 50%, dan 20 kHz. Gunakan waktu naik dan turun 30 ns, Qg = 25 nC, VGS = 10 V, dan waktu pengisian 100 ns. Resistansi efektif adalah 30 mΩ.

Hasil yang diharapkan
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

Rugi konduksi adalah 0.375 W dan rugi pensaklaran 0.036 W, sehingga panas transistor 0.411 W. Daya penggerak gerbang adalah 0.005 W, arus catu gerbang rata-rata 0.5 mA, dan perkiraan arus pengisian 0.25 A. Menaikkan hanya frekuensi menjadi 100 kHz meningkatkan panas transistor menjadi 0.555 W dan daya penggerak gerbang menjadi 0.025 W; rugi konduksi tidak berubah.

Pertanyaan dan pemecahan masalah

Bisakah arus beban rata-rata digunakan untuk masukan arus PWM?

Persamaan mengharapkan arus konstan saat menyala dan menerapkan siklus kerja secara terpisah. Memasukkan arus yang sudah dirata-ratakan menurut siklus kerja akan membuat model kembali mengurangi pengaruh arus itu dan meremehkan rugi konduksi. Riak atau arus yang berubah memerlukan perhitungan arus RMS atau bentuk gelombang yang sesuai di luar alat ini.

Mengapa daya penggerak gerbang nol pada siklus kerja penuh?

Model memperlakukan siklus kerja penuh sebagai terus menyala tanpa siklus pengisian berulang, dan siklus kerja nol sebagai terus mati. Pengisian awal dan kebocoran tidak disertakan. Validasi waktu transisi hanya berlaku ketika siklus kerja berada sepenuhnya di antara kedua titik ujung.

Apakah hasil rugi yang kecil membuktikan MOSFET atau penggerak cocok?

Periksa rating tegangan dan arus, area operasi aman, batas tegangan gerbang, kemampuan penggerak, dan kondisi termal komponen sebenarnya. Perkiraan bergantung pada resistansi, muatan gerbang, dan waktu pensaklaran yang diberikan; rugi rendah menurut model tidak memvalidasi batas khusus perangkat tersebut.