Электротехника и электроника

Калькулятор потерь MOSFET и управления затвором

Оцените потери проводимости и переключения DC или PWM, мощность управления и ток заряда.

Ваши данные

Режим работы

Напряжение · VDS · V

Ток · ID · A

Сопротивление · RDS(on) · mΩ

Температурный множитель сопротивления · k

Частота · kHz

Коэффициент заполнения · %

Время нарастания · tr · ns

Время спада · tf · ns

Заряд затвора · Qg · nC

Напряжение управления затвором · VGS · V

Целевое время заряда затвора · ns

Простая модель жёсткого переключения с постоянным током проводимости. Используйте RDS(on), температурный множитель и Qg из документации при фактическом VGS. Паразитные и диодные потери не учтены. Qg/t оценивает средний ток заряда.

Ваши результаты

Оценка мощности потерь транзистора: —

Потери проводимости: —

Оценка потерь переключения: —

Мощность управления затвором: —

Средний ток питания затвора: —

Оценка тока заряда: —

Формула—

Отдельно оцените нагрев MOSFET и требования к управлению затвором

Оцените потери проводимости и переключения MOSFET с постоянным током во включённом состоянии при работе в DC или PWM. Добавьте данные о заряде затвора для оценки мощности и тока управления затвором. Модель применяет введённый вами коэффициент сопротивления и приближённый расчёт первого порядка для перекрытия напряжения и тока при жёстком переключении. Она не учитывает потери встроенного диода, обратное восстановление, потери выходной ёмкости, паразитные колебания и фактическую форму тока в индуктивной цепи.

Пошаговая инструкция

Выберите DC или PWM. Введите коммутируемое напряжение VDS в V, ток во включённом состоянии в A, RDS(on) в mΩ и положительный температурный коэффициент сопротивления. Используйте сопротивление для фактического напряжения затвора; поле напряжения управления затвором не корректирует RDS(on) автоматически.
Для PWM введите процент заполнения, частоту в kHz и времена нарастания и спада в ns. Введите заряд затвора Qg в nC, напряжение управления затвором VGS в V и целевое время заряда затвора в ns. Используйте согласованные данные прибора и условий работы.
Сравните потери проводимости, потери переключения и их сумму как рассеиваемую транзистором мощность. Отдельно просмотрите мощность управления затвором и обе оценки тока. По существующей ссылке на тепловой калькулятор передайте рассеиваемую транзистором мощность, затем задайте тепловые сопротивления и условия окружающей среды для данного прибора и сборки.

Настройки и ограничения

Ток включённого состояния и коэффициент сопротивления: Потери проводимости равны квадрату тока, умноженному на введённое RDS(on), температурный коэффициент и долю заполнения. Ток — это значение во включённом интервале, а не среднее по PWM. Коэффициент напрямую умножает сопротивление; калькулятор не определяет его по температуре и не выполняет итераций между электрическими потерями и температурой перехода.
Переключение и крайние значения PWM: Для непрерывно переключающегося PWM потери перекрытия приблизительно равны половине произведения коммутируемого напряжения, тока включённого состояния, суммы времён нарастания и спада и частоты. Время нарастания должно помещаться во включённый интервал, а время спада — в выключенный. В этой модели для DC и крайних значений заполнения 0% или 100% потери непрерывного переключения отсутствуют.
Мощность затвора и ток заряда: Мощность управления затвором равна Qg × VGS × частота, а средний ток питания затвора — Qg × частота. Деление Qg на целевое время заряда оценивает средний ток во время заряда, а не гарантированный пиковый ток драйвера. Мощность управления затвором показана отдельно и не добавляется к нагреву транзистора, передаваемому по ссылке.

Разбор примера

Выберите PWM с 12 V, током включённого состояния 5 A, RDS(on) 20 mΩ, коэффициентом сопротивления 1.5, заполнением 50% и частотой 20 kHz. Используйте времена нарастания и спада 30 ns, Qg = 25 nC, VGS = 10 V и время заряда 100 ns. Эффективное сопротивление равно 30 mΩ.

Ожидаемый результат
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

Потери проводимости равны 0.375 W, а потери переключения — 0.036 W, что даёт нагрев транзистора 0.411 W. Мощность управления затвором равна 0.005 W, средний ток питания затвора — 0.5 mA, а оценка тока заряда — 0.25 A. Увеличение только частоты до 100 kHz повышает нагрев транзистора до 0.555 W, а мощность управления затвором — до 0.025 W; потери проводимости не меняются.

Вопросы и устранение неполадок

Можно ли использовать средний ток нагрузки для поля тока PWM?

Формула ожидает постоянный ток во включённом состоянии и отдельно применяет заполнение. Ввод тока, усреднённого с учётом заполнения, привёл бы к его повторному уменьшению в модели и занижению потерь проводимости. Для пульсирующего или изменяющегося тока нужен подходящий расчёт по току RMS или форме сигнала за пределами этого инструмента.

Почему мощность управления затвором равна нулю при полном заполнении?

Модель трактует полное заполнение как непрерывно включённое состояние без повторных циклов заряда, а нулевое заполнение — как непрерывно выключенное. Начальный заряд и утечка не учитываются. Проверка длительности переходов применяется только при заполнении строго между двумя крайними значениями.

Доказывает ли небольшой результат потерь пригодность MOSFET или драйвера?

Проверьте допустимые напряжения и токи, область безопасной работы, пределы напряжения затвора, возможности драйвера и тепловые условия реальных компонентов. Оценки зависят от заданных сопротивления, заряда затвора и времён переключения; малые моделируемые потери не подтверждают соблюдение этих индивидуальных ограничений прибора.