Eletricidade e eletrónica
Calculadora de perdas MOSFET e comando de porta
Estime perdas DC ou PWM de condução e comutação, potência de comando e corrente de carga.
Os seus valores
Os seus resultados
- Dissipação estimada do transistor
- —
- Perda de condução
- —
- Perda de comutação estimada
- —
- Potência de comando da porta
- —
- Corrente média de alimentação da porta
- —
- Corrente de carga estimada
- —
—Estimar separadamente o calor do MOSFET e os requisitos de acionamento da porta
Estime as perdas de condução e comutação de um MOSFET que conduz uma corrente constante durante o estado ligado em operação DC ou PWM. Adicione dados de carga da porta para estimar a potência e a corrente de acionamento da porta. O modelo aplica um fator de resistência inserido por você e um cálculo de primeira ordem da sobreposição durante a comutação rígida. Ele exclui as perdas do diodo intrínseco, a recuperação reversa, as perdas da capacitância de saída, as oscilações parasitas e a forma de onda real da corrente em um circuito indutivo.
Passo a passo
- Escolha DC ou PWM. Insira a tensão comutada VDS em V, a corrente no estado ligado em A, RDS(on) em mΩ e um fator positivo de resistência por temperatura. Use a resistência apropriada para a tensão real da porta; o campo de tensão de acionamento da porta não corrige automaticamente RDS(on).
- Para PWM, insira a porcentagem do ciclo de trabalho, a frequência em kHz e os tempos de subida e descida em ns. Insira a carga da porta Qg em nC, a tensão de acionamento da porta VGS em V e o tempo alvo de carregamento da porta em ns. Use dados compatíveis do dispositivo e das condições de operação.
- Compare as perdas de condução, as perdas de comutação e a dissipação total do transistor resultante das duas. Revise separadamente a potência de acionamento da porta e as duas estimativas de corrente. Use o link existente para a calculadora térmica para transferir a dissipação do transistor e depois forneça as resistências térmicas e as condições ambientes desse dispositivo e conjunto.
Definições e limites
- Corrente no estado ligado e fator de resistência
- A perda de condução é a corrente ao quadrado multiplicada pelo RDS(on) inserido, pelo fator de temperatura e pela fração do ciclo de trabalho. A corrente é o valor durante o intervalo ligado, não a média PWM. O fator multiplica a resistência diretamente; a calculadora não o determina a partir da temperatura nem realiza iterações entre perda elétrica e temperatura de junção.
- Comutação e extremos do ciclo de trabalho PWM
- Para PWM com comutação contínua, a perda de sobreposição é aproximadamente metade da tensão comutada multiplicada pela corrente no estado ligado, pela soma dos tempos de subida e descida e pela frequência. O tempo de subida deve caber no intervalo ligado e o tempo de descida no intervalo desligado. DC e os extremos do ciclo de trabalho de 0% ou 100% não têm perda de comutação contínua neste modelo.
- Potência da porta e corrente de carregamento
- A potência de acionamento da porta é Qg × VGS × frequência e a corrente média de alimentação da porta é Qg × frequência. Qg dividida pelo tempo alvo de carregamento estima a corrente média durante o carregamento, não uma corrente de pico garantida do circuito de acionamento. A potência de acionamento da porta é mostrada separadamente e não é adicionada ao calor do transistor transferido pelo link.
Exemplo resolvido
Escolha PWM com 12 V, corrente no estado ligado de 5 A, RDS(on) de 20 mΩ, fator de resistência de 1.5, ciclo de trabalho de 50% e 20 kHz. Use tempos de subida e descida de 30 ns, Qg = 25 nC, VGS = 10 V e tempo de carregamento de 100 ns. A resistência efetiva é 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 |
A perda de condução é 0.375 W e a perda de comutação é 0.036 W, resultando em calor do transistor de 0.411 W. A potência de acionamento da porta é 0.005 W, a corrente média de alimentação da porta é 0.5 mA e a estimativa de corrente de carregamento é 0.25 A. Aumentar apenas a frequência para 100 kHz eleva o calor do transistor para 0.555 W e a potência de acionamento da porta para 0.025 W; a perda de condução permanece inalterada.
Perguntas e resolução de problemas
Posso usar a corrente média da carga como entrada de corrente PWM?
A equação espera uma corrente constante no estado ligado e aplica o ciclo de trabalho separadamente. Inserir uma corrente média ponderada pelo ciclo de trabalho reduziria essa corrente novamente no modelo e subestimaria a perda de condução. Ondulação ou corrente variável exige um cálculo apropriado baseado na corrente RMS ou na forma de onda, fora desta ferramenta.
Por que a potência de acionamento da porta é zero no ciclo de trabalho máximo?
O modelo trata o ciclo de trabalho máximo como um estado continuamente ligado, sem ciclos repetidos de carregamento, e o ciclo de trabalho zero como um estado continuamente desligado. O carregamento na partida e as fugas não estão incluídos. A validação do tempo de transição se aplica apenas quando o ciclo de trabalho está estritamente entre os dois extremos.
Um resultado de perda pequena prova que um MOSFET ou um circuito de acionamento é adequado?
Verifique os valores nominais de tensão e corrente, a área de operação segura, os limites de tensão da porta, a capacidade do circuito de acionamento e as condições térmicas dos componentes reais. As estimativas dependem da resistência, da carga da porta e dos tempos de comutação fornecidos; uma perda modelada baixa não valida esses limites específicos do dispositivo.