Електротехніка та електроніка

Калькулятор втрат MOSFET і керування затвором

Оцініть втрати провідності й перемикання DC або PWM, потужність керування та струм заряду.

Ваші дані

Режим роботи

Напруга · VDS · V

Струм · ID · A

Опір · RDS(on) · mΩ

Температурний множник опору · k

Частота · kHz

Коефіцієнт заповнення · %

Час наростання · tr · ns

Час спаду · tf · ns

Заряд затвора · Qg · nC

Напруга керування затвором · VGS · V

Цільовий час заряду затвора · ns

Проста модель жорсткого перемикання зі сталим струмом провідності. Використовуйте RDS(on), температурний множник і Qg з документації за фактичного VGS. Паразитні й діодні втрати не враховано. Qg/t оцінює середній струм заряду.

Ваші результати

Оцінка потужності втрат транзистора: —

Втрати провідності: —

Оцінка втрат перемикання: —

Потужність керування затвором: —

Середній струм живлення затвора: —

Оцінка струму заряду: —

Формула—

Окремо оцініть тепловиділення MOSFET і вимоги до керування затвором

Оцініть втрати провідності та перемикання для MOSFET, що проводить сталий струм у ввімкненому стані в режимі DC або PWM. Додайте дані про заряд затвора, щоб оцінити потужність і струм керування затвором. Модель застосовує введений множник опору та обчислення першого порядку для перекриття за жорсткого перемикання. Вона не враховує втрат паразитного діода, зворотного відновлення, втрат вихідної ємності, паразитних коливань і фактичної форми струму в індуктивному колі.

Покрокова інструкція

Виберіть DC або PWM. Введіть комутовану напругу VDS у V, струм у ввімкненому стані в A, RDS(on) у mΩ і додатний температурний множник опору. Використовуйте опір, відповідний фактичній напрузі затвора; поле напруги керування затвором не коригує RDS(on) автоматично.
Для PWM введіть коефіцієнт заповнення у відсотках, частоту в kHz і часи наростання та спаду в ns. Введіть заряд затвора Qg у nC, напругу керування затвором VGS у V і цільовий час заряджання затвора в ns. Використовуйте узгоджені дані компонента та умов роботи.
Порівняйте втрати провідності, втрати перемикання та їхню суму як потужність розсіювання транзистора. Окремо перегляньте потужність керування затвором і обидві оцінки струму. За наявним посиланням на тепловий калькулятор перенесіть потужність розсіювання транзистора, а потім задайте теплові опори та умови довкілля для цього компонента й конструкції.

Налаштування й обмеження

Струм увімкнення та множник опору: Втрати провідності дорівнюють квадрату струму, помноженому на введений RDS(on), температурний множник і частку заповнення. Струм — це значення протягом інтервалу ввімкнення, а не середнє значення PWM. Множник безпосередньо множить опір; калькулятор не визначає його за температурою й не виконує ітерацій між електричними втратами та температурою переходу.
Перемикання та крайні значення PWM: Для PWM із безперервним перемиканням втрати перекриття приблизно дорівнюють половині комутованої напруги, помноженій на струм увімкнення, суму часів наростання та спаду й частоту. Час наростання має вміщуватися в інтервалі ввімкнення, а час спаду — в інтервалі вимкнення. DC та крайні значення заповнення 0% або 100% не мають у цій моделі втрат безперервного перемикання.
Потужність затвора та струм заряджання: Потужність керування затвором дорівнює Qg × VGS × частота, а середній струм живлення затвора — Qg × частота. Qg, поділений на цільовий час заряджання, оцінює середній струм під час заряджання, а не гарантований піковий струм драйвера. Потужність керування затвором показується окремо й не додається до тепловиділення транзистора, що передається через посилання.

Розбір прикладу

Виберіть PWM з 12 V, струмом увімкнення 5 A, RDS(on) 20 mΩ, множником опору 1.5, заповненням 50% і частотою 20 kHz. Використайте 30 ns для часу наростання та спаду, Qg = 25 nC, VGS = 10 V і час заряджання 100 ns. Ефективний опір становить 30 mΩ.

Очікуваний 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

Втрати провідності становлять 0.375 W, а втрати перемикання 0.036 W, що дає тепловиділення транзистора 0.411 W. Потужність керування затвором становить 0.005 W, середній струм живлення затвора 0.5 mA, а оцінка струму заряджання 0.25 A. Збільшення лише частоти до 100 kHz підвищує тепловиділення транзистора до 0.555 W і потужність керування затвором до 0.025 W; втрати провідності не змінюються.

Запитання й усунення несправностей

Чи можна ввести середній струм навантаження в поле струму PWM?

Рівняння очікує сталий струм у ввімкненому стані й застосовує заповнення окремо. Введення струму, вже усередненого за заповненням, повторно зменшило б його в моделі та занизило втрати провідності. Пульсації або змінний струм потребують відповідного обчислення за струмом RMS або формою сигналу поза цим інструментом.

Чому потужність керування затвором нульова за повного заповнення?

Модель трактує повне заповнення як безперервне ввімкнення без повторних циклів заряджання, а нульове заповнення — як безперервне вимкнення. Заряджання під час запуску та витік не враховуються. Перевірка часу переходів застосовується лише тоді, коли заповнення перебуває строго між двома крайніми значеннями.

Чи доводить малий результат втрат придатність MOSFET або драйвера?

Перевірте допустимі напругу й струм, область безпечної роботи, межі напруги затвора, можливості драйвера та теплові умови реальних компонентів. Оцінки залежать від заданого опору, заряду затвора та часу перемикання; малі модельовані втрати не підтверджують цих обмежень конкретних компонентів.