Elektrotechniek en elektronica
Rekenhulp voor MOSFET-verlies en gateaansturing
Schat DC- of PWM-geleidings- en schakelverliezen, gatevermogen en laadstroom.
Je invoer
Je resultaten
- Geschatte transistordissipatie
- —
- Geleidingsverlies
- —
- Geschat schakelverlies
- —
- Gatevermogen
- —
- Gemiddelde gatevoedingsstroom
- —
- Geschatte laadstroom
- —
—Schat MOSFET-warmte en eisen aan de gate-aansturing afzonderlijk
Schat geleidings- en schakelverlies voor een MOSFET die bij DC- of PWM-bedrijf een constante stroom in de ingeschakelde toestand voert. Voeg gegevens over de gatelading toe om het vermogen en de stroom voor de gate-aansturing te schatten. Het model gebruikt een weerstandsfactor die u invoert en een eerste-ordeberekening van overlap bij hard schakelen. Verlies in de bodydiode, sperherstel, verlies in de uitgangscapaciteit, parasitaire oscillaties en de werkelijke stroomgolfvorm in een inductieve schakeling worden niet meegenomen.
Stap voor stap
- Kies DC of PWM. Voer de geschakelde spanning VDS in V in, de stroom in de ingeschakelde toestand in A, RDS(on) in mΩ en een positieve temperatuurfactor voor de weerstand. Gebruik een weerstand die bij de werkelijke gatespanning past; het veld voor de gate-aanstuurspanning corrigeert RDS(on) niet automatisch.
- Voer voor PWM het inschakelpercentage, de frequentie in kHz en de stijg- en daaltijden in ns in. Voer de gatelading Qg in nC, de gate-aanstuurspanning VGS in V en de beoogde laadtijd van de gate in ns in. Gebruik onderling passende gegevens voor de component en bedrijfsomstandigheden.
- Vergelijk geleidingsverlies, schakelverlies en de som daarvan als dissipatie van de transistor. Bekijk het gate-aanstuurvermogen en beide stroomschattingen afzonderlijk. Gebruik de bestaande link naar de thermische calculator om de transistordissipatie over te nemen en geef vervolgens de thermische weerstanden en omgevingscondities voor die component en constructie op.
Instellingen en beperkingen
- Stroom in de ingeschakelde toestand en weerstandsfactor
- Geleidingsverlies is het kwadraat van de stroom maal de ingevoerde RDS(on), de temperatuurfactor en de inschakelfractie. De stroom is de waarde tijdens het ingeschakelde interval, niet het PWM-gemiddelde. De factor vermenigvuldigt de weerstand rechtstreeks; de calculator bepaalt deze niet uit de temperatuur en voert geen iteraties tussen elektrisch verlies en junctietemperatuur uit.
- Schakelen en PWM-eindpunten
- Bij continu schakelende PWM is het overlapverlies ongeveer de helft van de geschakelde spanning maal de stroom in de ingeschakelde toestand, de som van stijg- en daaltijden en de frequentie. De stijgtijd moet binnen het ingeschakelde interval passen en de daaltijd binnen het uitgeschakelde interval. DC en inschakelpercentages van 0% of 100% hebben in dit model geen continu schakelverlies.
- Gatevermogen en laadstroom
- Het gate-aanstuurvermogen is Qg × VGS × frequentie en de gemiddelde gatevoedingsstroom is Qg × frequentie. Qg gedeeld door de beoogde laadtijd schat de gemiddelde stroom tijdens het laden, geen gegarandeerde piekstroom van de driver. Het gate-aanstuurvermogen wordt afzonderlijk getoond en wordt niet opgeteld bij de transistorwarmte die via de link wordt overgedragen.
Uitgewerkt voorbeeld
Kies PWM met 12 V, 5 A stroom in de ingeschakelde toestand, 20 mΩ RDS(on), weerstandsfactor 1.5, 50% inschakelpercentage en 20 kHz. Gebruik 30 ns voor zowel stijg- als daaltijd, Qg = 25 nC, VGS = 10 V en 100 ns laadtijd. De effectieve weerstand is 30 mΩ.
| 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 |
Het geleidingsverlies is 0.375 W en het schakelverlies 0.036 W, samen 0.411 W transistorwarmte. Het gate-aanstuurvermogen is 0.005 W, de gemiddelde gatevoedingsstroom 0.5 mA en de geschatte laadstroom 0.25 A. Als u alleen de frequentie naar 100 kHz verhoogt, stijgt de transistorwarmte naar 0.555 W en het gate-aanstuurvermogen naar 0.025 W; het geleidingsverlies blijft gelijk.
Vragen en probleemoplossing
Kan ik de gemiddelde belastingsstroom gebruiken voor de PWM-stroominvoer?
De vergelijking verwacht een constante stroom in de ingeschakelde toestand en past de inschakelfractie afzonderlijk toe. Als u een over de inschakelfractie gemiddelde stroom invoert, wordt die stroom in het model opnieuw verlaagd en wordt het geleidingsverlies onderschat. Rimpel of veranderende stroom vereist buiten dit hulpmiddel een passende berekening op basis van RMS-stroom of de golfvorm.
Waarom is het gate-aanstuurvermogen nul bij volledig inschakelpercentage?
Het model behandelt volledig inschakelpercentage als continu ingeschakeld zonder herhaalde laadcycli en nul inschakelpercentage als continu uitgeschakeld. Laden bij opstarten en lekstroom worden niet meegenomen. Controle van de overgangstijden geldt alleen als het inschakelpercentage strikt tussen de twee eindpunten ligt.
Bewijst een klein verliesresultaat dat een MOSFET of driver geschikt is?
Controleer de spannings- en stroomlimieten, het veilige werkgebied, de gatespanningsgrenzen, de capaciteit van de driver en de thermische omstandigheden van de werkelijke onderdelen. De schattingen hangen af van de opgegeven weerstand, gatelading en schakeltijden; een laag gemodelleerd verlies bevestigt die componentspecifieke grenzen niet.