电气与电子

MOSFET 损耗与栅极驱动计算器

估算 DC 或 PWM 导通和开关损耗、栅极驱动功率及充电电流。

输入参数

公式—

估算 MOSFET 在 DC 或 PWM 工作时、流过恒定导通电流的导通损耗和开关损耗。加入栅极电荷数据，可估算栅极驱动功率和电流。模型应用您输入的电阻系数以及一阶硬开关交叠计算，不考虑体二极管损耗、反向恢复、输出电容损耗、寄生振铃以及电感电路中的实际电流波形。

选择 DC 或 PWM。输入以 V 为单位的开关电压 VDS、以 A 为单位的导通电流、以 mΩ 为单位的 RDS(on)，以及正值的电阻温度系数。使用适合实际栅极电压的电阻值；栅极驱动电压字段不会自动修正 RDS(on)。
对于 PWM，输入占空比百分比、以 kHz 为单位的频率，以及以 ns 为单位的上升和下降时间。输入以 nC 为单位的栅极电荷 Qg、以 V 为单位的栅极驱动电压 VGS，以及以 ns 为单位的目标栅极充电时间。使用彼此兼容的器件和工作条件数据。
比较导通损耗、开关损耗及其总晶体管耗散功率。另行查看栅极驱动功率和两项电流估算。利用现有的热计算器链接传入晶体管耗散功率，再提供该器件及组件的热阻和环境条件。

导通电流与电阻系数: 导通损耗等于电流平方乘以输入的 RDS(on)、温度系数和占空比。电流是导通期间的值，并非 PWM 平均值。该系数直接乘在电阻上；计算器不会根据温度求出它，也不会在电气损耗与结温之间迭代。
开关与 PWM 端点: 对于连续开关的 PWM，交叠损耗约为开关电压、导通电流、上升与下降时间之和以及频率的乘积的一半。上升时间必须不超过导通时段，下降时间必须不超过关断时段。在此模型中，DC 以及 0% 或 100% 占空比端点没有连续开关损耗。
栅极功率与充电电流: 栅极驱动功率为 Qg × VGS × 频率，栅极电源平均电流为 Qg × 频率。Qg 除以目标充电时间估算的是充电期间的平均电流，并非保证的驱动器峰值电流。栅极驱动功率单独显示，不会计入通过链接传递的晶体管发热。

选择 PWM，使用 12 V、5 A 导通电流、20 mΩ RDS(on)、电阻系数 1.5、50% 占空比和 20 kHz。上升和下降时间均为 30 ns，Qg = 25 nC、VGS = 10 V，充电时间为 100 ns。有效电阻为 30 mΩ。

预期结果
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

导通损耗为 0.375 W，开关损耗为 0.036 W，晶体管发热合计 0.411 W。栅极驱动功率为 0.005 W，栅极电源平均电流为 0.5 mA，充电电流估算为 0.25 A。仅将频率提高到 100 kHz，晶体管发热升至 0.555 W，栅极驱动功率升至 0.025 W；导通损耗不变。

公式要求恒定的导通电流，并另行应用占空比。输入经占空比平均的电流会使模型再次折减该电流，从而低估导通损耗。纹波或变化电流需要在本工具之外采用适当的 RMS 电流或基于波形的计算。

模型将满占空比视为持续导通，没有重复充电周期，将零占空比视为持续关断。不包括启动充电和漏电。只有占空比严格位于两个端点之间时，才会验证转换时间。

请检查实际器件的电压和电流额定值、安全工作区、栅极电压限制、驱动器能力和热条件。估算取决于提供的电阻、栅极电荷和开关时间；模型损耗低并不能验证这些器件特有限制。