Elektryka i elektronika
Kalkulator strat MOSFET i sterowania bramką
Oszacuj straty przewodzenia i przełączania DC lub PWM, moc sterowania i prąd ładowania.
Twoje dane
Twoje wyniki
- Szacowana moc strat tranzystora
- —
- Strata przewodzenia
- —
- Szacowana strata przełączania
- —
- Moc sterowania bramką
- —
- Średni prąd zasilania bramki
- —
- Szacowany prąd ładowania
- —
—Osobno oszacuj moc cieplną MOSFET i wymagania sterowania bramką
Oszacuj straty przewodzenia i przełączania tranzystora MOSFET przewodzącego stały prąd w stanie włączenia przy pracy DC lub PWM. Dodaj dane o ładunku bramki, aby oszacować moc i prąd sterowania bramką. Model stosuje wprowadzony współczynnik rezystancji i obliczenie nakładania napięcia i prądu pierwszego rzędu przy twardym przełączaniu. Pomija straty diody pasożytniczej, odzyskiwanie zdolności blokowania, straty pojemności wyjściowej, oscylacje pasożytnicze i rzeczywisty przebieg prądu w obwodzie indukcyjnym.
Krok po kroku
- Wybierz DC lub PWM. Wprowadź przełączane napięcie VDS w V, prąd w stanie włączenia w A, RDS(on) w mΩ i dodatni współczynnik temperaturowy rezystancji. Użyj rezystancji odpowiedniej dla rzeczywistego napięcia bramki; pole napięcia sterowania bramką nie koryguje automatycznie RDS(on).
- Dla PWM wprowadź procent wypełnienia, częstotliwość w kHz oraz czasy narastania i opadania w ns. Podaj ładunek bramki Qg w nC, napięcie sterowania bramką VGS w V i docelowy czas ładowania bramki w ns. Korzystaj ze zgodnych danych elementu i warunków pracy.
- Porównaj straty przewodzenia, straty przełączania i ich sumę jako moc rozpraszaną w tranzystorze. Osobno sprawdź moc sterowania bramką i oba oszacowania prądu. Użyj istniejącego łącza do kalkulatora cieplnego, aby przenieść moc rozpraszaną w tranzystorze, a następnie podaj rezystancje cieplne i warunki otoczenia dla danego elementu i zespołu.
Ustawienia i ograniczenia
- Prąd włączenia i współczynnik rezystancji
- Strata przewodzenia jest kwadratem prądu pomnożonym przez wprowadzone RDS(on), współczynnik temperaturowy i ułamek wypełnienia. Prąd jest wartością w przedziale włączenia, a nie średnią PWM. Współczynnik bezpośrednio mnoży rezystancję; kalkulator nie wyznacza go z temperatury ani nie iteruje między stratami elektrycznymi a temperaturą złącza.
- Przełączanie i skrajne wypełnienia PWM
- Dla PWM z ciągłym przełączaniem strata wskutek nakładania się napięcia i prądu wynosi w przybliżeniu połowę przełączanego napięcia pomnożoną przez prąd włączenia, sumę czasów narastania i opadania oraz częstotliwość. Czas narastania musi mieścić się w przedziale włączenia, a czas opadania w przedziale wyłączenia. DC i skrajne wypełnienia 0% lub 100% nie powodują w tym modelu strat ciągłego przełączania.
- Moc bramki i prąd ładowania
- Moc sterowania bramką wynosi Qg × VGS × częstotliwość, a średni prąd zasilania bramki Qg × częstotliwość. Qg podzielone przez docelowy czas ładowania szacuje średni prąd podczas ładowania, a nie gwarantowany prąd szczytowy sterownika. Moc sterowania bramką jest wyświetlana osobno i nie jest dodawana do ciepła tranzystora przenoszonego przez łącze.
Przykład z omówieniem
Wybierz PWM z 12 V, prądem włączenia 5 A, RDS(on) równym 20 mΩ, współczynnikiem rezystancji 1.5, wypełnieniem 50% i częstotliwością 20 kHz. Użyj 30 ns dla czasu narastania i opadania, Qg = 25 nC, VGS = 10 V oraz czasu ładowania 100 ns. Efektywna rezystancja wynosi 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 |
Strata przewodzenia wynosi 0.375 W, a strata przełączania 0.036 W, co daje moc cieplną tranzystora 0.411 W. Moc sterowania bramką wynosi 0.005 W, średni prąd zasilania bramki 0.5 mA, a oszacowany prąd ładowania 0.25 A. Zwiększenie tylko częstotliwości do 100 kHz podnosi moc cieplną tranzystora do 0.555 W i moc sterowania bramką do 0.025 W; strata przewodzenia pozostaje bez zmian.
Pytania i rozwiązywanie problemów
Czy mogę wpisać średni prąd obciążenia w polu prądu PWM?
Równanie zakłada stały prąd w stanie włączenia i osobno stosuje wypełnienie. Wprowadzenie prądu uśrednionego względem wypełnienia ponownie zmniejszyłoby ten prąd w modelu i zaniżyło straty przewodzenia. Tętnienia lub zmienny prąd wymagają odpowiedniego obliczenia na podstawie prądu RMS lub przebiegu poza tym narzędziem.
Dlaczego moc sterowania bramką wynosi zero przy pełnym wypełnieniu?
Model traktuje pełne wypełnienie jako stałe włączenie bez powtarzanych cykli ładowania, a zerowe wypełnienie jako stałe wyłączenie. Ładowanie przy uruchamianiu i prąd upływu nie są uwzględnione. Sprawdzanie czasów przejścia obowiązuje tylko wtedy, gdy wypełnienie leży ściśle między oboma skrajnymi punktami.
Czy mały wynik strat dowodzi, że MOSFET lub sterownik jest odpowiedni?
Sprawdź dopuszczalne napięcia i prądy, obszar bezpiecznej pracy, granice napięcia bramki, możliwości sterownika i warunki cieplne rzeczywistych elementów. Oszacowania zależą od podanych rezystancji, ładunku bramki i czasów przełączania; małe modelowane straty nie potwierdzają tych ograniczeń konkretnych elementów.