전기 및 전자
MOSFET 손실 및 게이트 구동 계산기
DC 또는 PWM 도통·스위칭 손실, 게이트 구동 전력과 충전 전류를 추정합니다.
입력값
계산 결과
- 트랜지스터 손실 전력 추정치
- —
- 도통 손실
- —
- 스위칭 손실 추정치
- —
- 게이트 구동 전력
- —
- 평균 게이트 공급 전류
- —
- 충전 전류 추정치
- —
—MOSFET 발열 및 게이트 구동 요구 사항을 별도로 추정
DC 또는 PWM 동작에서 일정한 온 상태 전류를 흘리는 MOSFET의 도통 및 스위칭 손실을 추정합니다. 게이트 전하 데이터를 더해 게이트 구동 전력과 전류를 추정할 수 있습니다. 모델은 입력한 저항 계수와 하드 스위칭 중첩의 일차 근사 계산을 적용합니다. 바디 다이오드 손실, 역회복, 출력 커패시턴스 손실, 기생 링잉 및 유도성 회로의 실제 전류 파형은 포함하지 않습니다.
단계별 사용 방법
- DC 또는 PWM을 선택합니다. 스위칭 전압 VDS를 V로, 온 상태 전류를 A로, RDS(on)을 mΩ으로 입력하고 양의 저항 온도 계수를 입력합니다. 실제 게이트 전압에 적합한 저항을 사용하세요. 게이트 구동 전압 입력란이 RDS(on)을 자동 보정하지는 않습니다.
- PWM에서는 듀티 백분율, kHz 단위 주파수, ns 단위 상승 및 하강 시간을 입력합니다. 게이트 전하 Qg를 nC로, 게이트 구동 전압 VGS를 V로, 목표 게이트 충전 시간을 ns로 입력합니다. 서로 맞는 소자 및 동작 조건 데이터를 사용하세요.
- 도통 손실, 스위칭 손실 및 그 합인 트랜지스터 손실 전력을 비교합니다. 게이트 구동 전력과 두 전류 추정치는 별도로 확인합니다. 기존 열 계산기 링크로 트랜지스터 손실 전력을 전달한 뒤 해당 소자와 조립체의 열저항 및 주변 조건을 입력합니다.
설정 및 제한
- 온 상태 전류 및 저항 계수
- 도통 손실은 전류의 제곱에 입력한 RDS(on), 온도 계수 및 듀티 비율을 곱한 값입니다. 전류는 온 구간의 값이며 PWM 평균값이 아닙니다. 계수는 저항에 직접 곱해집니다. 계산기는 온도로부터 계수를 구하거나 전기적 손실과 접합 온도 사이를 반복 계산하지 않습니다.
- 스위칭 및 PWM 끝점
- 계속 스위칭하는 PWM의 중첩 손실은 대략 스위칭 전압, 온 상태 전류, 상승 및 하강 시간의 합, 주파수를 곱한 값의 절반입니다. 상승 시간은 온 구간 안에, 하강 시간은 오프 구간 안에 들어가야 합니다. 이 모델에서 DC와 듀티 끝점인 0% 또는 100%에는 지속적인 스위칭 손실이 없습니다.
- 게이트 전력 및 충전 전류
- 게이트 구동 전력은 Qg × VGS × 주파수이고 게이트 전원 평균 전류는 Qg × 주파수입니다. Qg를 목표 충전 시간으로 나눈 값은 충전 중 평균 전류의 추정치이며, 드라이버 피크 전류를 보장하는 값이 아닙니다. 게이트 구동 전력은 별도로 표시되며 링크로 전달되는 트랜지스터 발열에 더해지지 않습니다.
실습 예제
PWM을 선택하고 12 V, 온 상태 전류 5 A, 20 mΩ RDS(on), 저항 계수 1.5, 듀티 50%, 20 kHz로 설정합니다. 상승 및 하강 시간은 30 ns, Qg = 25 nC, VGS = 10 V, 충전 시간은 100 ns를 사용합니다. 유효 저항은 30 mΩ입니다.
| 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 |
도통 손실은 0.375 W, 스위칭 손실은 0.036 W이며 트랜지스터 발열은 총 0.411 W입니다. 게이트 구동 전력은 0.005 W, 게이트 전원 평균 전류는 0.5 mA, 충전 전류 추정치는 0.25 A입니다. 주파수만 100 kHz로 올리면 트랜지스터 발열은 0.555 W, 게이트 구동 전력은 0.025 W로 증가하며 도통 손실은 그대로입니다.
질문 및 문제 해결
PWM 전류 입력에 평균 부하 전류를 사용할 수 있나요?
식은 일정한 온 상태 전류를 요구하며 듀티는 별도로 적용합니다. 듀티로 평균한 전류를 입력하면 모델에서 해당 전류가 다시 줄어 도통 손실을 과소평가합니다. 리플이나 변동 전류에는 이 도구 밖에서 적절한 RMS 전류 계산 또는 파형 기반 계산이 필요합니다.
최대 듀티에서 게이트 구동 전력이 영인 이유는 무엇인가요?
모델은 최대 듀티를 충전 주기가 반복되지 않는 지속적인 온 상태로, 영 듀티를 지속적인 오프 상태로 처리합니다. 시동 시 충전과 누설은 포함하지 않습니다. 전이 시간 검증은 듀티가 두 끝점의 엄격한 사이에 있을 때만 적용됩니다.
손실이 작으면 MOSFET이나 드라이버가 적합하다는 뜻인가요?
실제 부품의 전압 및 전류 정격, 안전 동작 영역, 게이트 전압 한계, 드라이버 성능 및 열 조건을 확인하세요. 추정치는 제공한 저항, 게이트 전하 및 스위칭 시간에 의존합니다. 모델 손실이 낮다고 소자별 한계가 검증되는 것은 아닙니다.