Elettricità ed elettronica

Calcolatore perdite MOSFET e pilotaggio del gate

Stima perdite DC o PWM di conduzione e commutazione, potenza di pilotaggio e corrente di carica.

I tuoi dati

I tuoi risultati

Dissipazione stimata del transistor: —

Perdita di conduzione: —

Perdita di commutazione stimata: —

Potenza di pilotaggio del gate: —

Corrente media di alimentazione del gate: —

Corrente di carica stimata: —

Formula—

Stimare separatamente il calore del MOSFET e i requisiti di pilotaggio del gate

Stima le perdite di conduzione e commutazione di un MOSFET percorso da una corrente costante nello stato di conduzione in funzionamento DC o PWM. Aggiungi i dati della carica del gate per stimare potenza e corrente di pilotaggio del gate. Il modello applica un fattore di resistenza inserito da te e un calcolo di primo ordine della sovrapposizione durante la commutazione rigida. Esclude le perdite del diodo intrinseco, il recupero inverso, le perdite della capacità di uscita, le oscillazioni parassite e la forma d’onda effettiva della corrente in un circuito induttivo.

Passo dopo passo

Scegli DC o PWM. Inserisci la tensione commutata VDS in V, la corrente nello stato di conduzione in A, RDS(on) in mΩ e un fattore di temperatura della resistenza positivo. Usa una resistenza appropriata alla tensione effettiva del gate; il campo della tensione di pilotaggio del gate non corregge automaticamente RDS(on).
Per PWM, inserisci la percentuale del ciclo di lavoro, la frequenza in kHz e i tempi di salita e discesa in ns. Inserisci la carica del gate Qg in nC, la tensione di pilotaggio del gate VGS in V e il tempo obiettivo di carica del gate in ns. Usa dati compatibili del dispositivo e delle condizioni operative.
Confronta le perdite di conduzione, le perdite di commutazione e la loro somma, corrispondente alla dissipazione del transistor. Esamina separatamente la potenza di pilotaggio del gate ed entrambe le stime di corrente. Usa il collegamento esistente alla calcolatrice termica per trasferire la dissipazione del transistor, quindi specifica le resistenze termiche e le condizioni ambientali per quel dispositivo e assemblaggio.

Impostazioni e limiti

Corrente di conduzione e fattore di resistenza: La perdita di conduzione è la corrente al quadrato moltiplicata per RDS(on) inserita, il fattore di temperatura e la frazione del ciclo di lavoro. La corrente è il valore durante l’intervallo di conduzione, non la media PWM. Il fattore moltiplica direttamente la resistenza; la calcolatrice non lo determina dalla temperatura e non esegue iterazioni tra perdita elettrica e temperatura di giunzione.
Commutazione ed estremi del ciclo di lavoro PWM: Per PWM con commutazione continua, la perdita di sovrapposizione è circa metà della tensione commutata moltiplicata per la corrente di conduzione, la somma dei tempi di salita e discesa e la frequenza. Il tempo di salita deve rientrare nell’intervallo di conduzione e quello di discesa nell’intervallo di spegnimento. DC e gli estremi del ciclo di lavoro di 0% o 100% non hanno perdite di commutazione continua in questo modello.
Potenza del gate e corrente di carica: La potenza di pilotaggio del gate è Qg × VGS × frequenza e la corrente media di alimentazione del gate è Qg × frequenza. Qg divisa per il tempo obiettivo di carica stima la corrente media durante la carica, non una corrente di picco garantita del circuito di pilotaggio. La potenza di pilotaggio del gate è mostrata separatamente e non viene aggiunta al calore del transistor trasferito dal collegamento.

Esempio pratico

Scegli PWM con 12 V, corrente di conduzione di 5 A, RDS(on) di 20 mΩ, fattore di resistenza di 1.5, ciclo di lavoro del 50% e 20 kHz. Usa tempi di salita e discesa di 30 ns, Qg = 25 nC, VGS = 10 V e tempo di carica di 100 ns. La resistenza effettiva è 30 mΩ.

Risultato atteso
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

La perdita di conduzione è 0.375 W e quella di commutazione è 0.036 W, fornendo un calore del transistor di 0.411 W. La potenza di pilotaggio del gate è 0.005 W, la corrente media di alimentazione del gate è 0.5 mA e la stima della corrente di carica è 0.25 A. Aumentare solo la frequenza a 100 kHz porta il calore del transistor a 0.555 W e la potenza di pilotaggio del gate a 0.025 W; la perdita di conduzione rimane invariata.

Domande e risoluzione dei problemi

Posso usare la corrente media del carico per l’ingresso di corrente PWM?

L’equazione richiede una corrente costante nello stato di conduzione e applica il ciclo di lavoro separatamente. Inserire la corrente mediata sul ciclo di lavoro ridurrebbe nuovamente quella corrente nel modello e sottostimerebbe la perdita di conduzione. Ondulazioni o correnti variabili richiedono un calcolo appropriato basato sulla corrente RMS o sulla forma d’onda, esterno a questo strumento.

Perché la potenza di pilotaggio del gate è zero al ciclo di lavoro massimo?

Il modello tratta il ciclo di lavoro massimo come conduzione continua, senza cicli di carica ripetuti, e il ciclo di lavoro nullo come spegnimento continuo. La carica all’avvio e le correnti di perdita non sono incluse. La verifica del tempo di transizione si applica solo quando il ciclo di lavoro è strettamente compreso tra i due estremi.

Un risultato di perdita ridotta dimostra che un MOSFET o un circuito di pilotaggio è adatto?

Verifica i valori nominali di tensione e corrente, l’area di funzionamento sicuro, i limiti di tensione del gate, la capacità del circuito di pilotaggio e le condizioni termiche dei componenti reali. Le stime dipendono dalla resistenza, dalla carica del gate e dai tempi di commutazione forniti; una perdita modellata bassa non convalida quei limiti specifici del dispositivo.