電気・電子
MOSFET損失・ゲート駆動計算機
DCまたはPWMの導通・スイッチング損失、ゲート駆動電力と充電電流を推定します。
入力値
計算結果
- トランジスタ損失電力の推定
- —
- 導通損失
- —
- スイッチング損失の推定
- —
- ゲート駆動電力
- —
- 平均ゲート供給電流
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- 充電電流の推定
- —
—MOSFET の発熱とゲート駆動要件を別々に見積もる
DC または PWM 動作で一定のオン時電流が流れる MOSFET の導通損失とスイッチング損失を見積もります。ゲート電荷データを加えて、ゲート駆動電力と電流を見積もれます。モデルは入力した抵抗係数と、ハードスイッチング時の重なりの一次近似計算を使います。ボディダイオード損失、逆回復、出力容量損失、寄生リンギング、誘導性回路での実際の電流波形は含みません。
使い方
- DC または PWM を選びます。スイッチング電圧 VDS を V、オン時電流を A、RDS(on) を mΩ で入力し、正の抵抗温度係数を指定します。実際のゲート電圧に適した抵抗値を使ってください。ゲート駆動電圧の欄は RDS(on) を自動補正しません。
- PWM ではデューティ比の百分率、周波数を kHz、立ち上がりと立ち下がり時間を ns で入力します。ゲート電荷 Qg を nC、ゲート駆動電圧 VGS を V、目標ゲート充電時間を ns で入力します。デバイスと動作条件のデータに整合性を持たせてください。
- 導通損失、スイッチング損失、その合計のトランジスタ消費電力を比較します。ゲート駆動電力と二つの電流推定値は別に確認します。既存の熱計算機へのリンクでトランジスタ消費電力を渡し、そのデバイスと実装の熱抵抗、周囲条件を入力します。
設定と制限
- オン時電流と抵抗係数
- 導通損失は、電流の二乗に入力した RDS(on)、温度係数、デューティ比を掛けた値です。電流はオン期間中の値であり、PWM の平均値ではありません。係数は抵抗に直接掛けられます。計算機は温度から係数を求めたり、電気損失と接合温度の間で反復計算したりしません。
- スイッチングと PWM の端点
- 連続的にスイッチングする PWM の重なり損失は、およそスイッチング電圧、オン時電流、立ち上がりと立ち下がり時間の和、周波数の積の半分です。立ち上がり時間はオン期間内、立ち下がり時間はオフ期間内に収まる必要があります。このモデルでは DC とデューティ比の端点 0% または 100% に連続スイッチング損失はありません。
- ゲート電力と充電電流
- ゲート駆動電力は Qg × VGS × 周波数、ゲート電源の平均電流は Qg × 周波数です。Qg を目標充電時間で割った値は、充電中の平均電流の推定であり、ドライバのピーク電流の保証値ではありません。ゲート駆動電力は別に表示され、リンクで渡すトランジスタの発熱には加算されません。
操作例
PWM を選び、12 V、オン時電流 5 A、20 mΩ の RDS(on)、抵抗係数 1.5、デューティ比 50%、20 kHz にします。立ち上がりと立ち下がり時間を 30 ns、Qg = 25 nC、VGS = 10 V、充電時間を 100 ns にします。実効抵抗は 30 mΩ です。
| 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 |
導通損失は 0.375 W、スイッチング損失は 0.036 W で、トランジスタの発熱は合計 0.411 W です。ゲート駆動電力は 0.005 W、ゲート電源の平均電流は 0.5 mA、充電電流の推定値は 0.25 A です。周波数だけを 100 kHz に上げると、トランジスタの発熱は 0.555 W、ゲート駆動電力は 0.025 W になります。導通損失は変わりません。
よくある質問とトラブル対処
PWM の電流入力に平均負荷電流を使えますか？
式は一定のオン時電流を想定し、デューティ比は別に適用します。デューティ比で平均した電流を入力すると、モデルでさらに電流が減らされ、導通損失を過小評価します。リップルや変動電流には、このツール外で適切な RMS 電流または波形に基づく計算が必要です。
デューティ比最大でゲート駆動電力がゼロになるのはなぜですか？
モデルは最大デューティ比を常時オンとして扱い、充電サイクルの繰り返しがないものとします。ゼロデューティ比は常時オフです。起動時の充電や漏れ電流は含みません。遷移時間の検証は、デューティ比が両端点の厳密な間にある場合のみ適用されます。
損失が小さければ MOSFET やドライバが適切だと判断できますか？
実際の部品の電圧・電流定格、安全動作領域、ゲート電圧制限、ドライバ能力、熱条件を確認してください。推定値は入力した抵抗、ゲート電荷、スイッチング時間に依存します。モデル上の損失が低くても、デバイス固有の制限を満たすと確認したことにはなりません。