電氣與電子

MOSFET 損耗與閘極驅動計算器

估算 DC 或 PWM 導通與切換損耗、閘極驅動功率及充電電流。

輸入參數

公式—

估算 MOSFET 在 DC 或 PWM 工作時、流過恆定導通電流的導通損耗和開關損耗。加入閘極電荷資料，可估算閘極驅動功率和電流。模型應用您輸入的電阻系數以及一階硬開關交疊計算，不考慮體二極管損耗、反向恢復、輸出電容損耗、寄生振鈴以及電感電路中的實際電流波形。

選擇 DC 或 PWM。輸入以 V 為單位的開關電壓 VDS、以 A 為單位的導通電流、以 mΩ 為單位的 RDS(on)，以及正值的電阻溫度系數。使用適合實際閘極電壓的電阻值；閘極驅動電壓欄位不會自動修正 RDS(on)。
對於 PWM，輸入佔空比百分比、以 kHz 為單位的頻率，以及以 ns 為單位的上升和下降時間。輸入以 nC 為單位的閘極電荷 Qg、以 V 為單位的閘極驅動電壓 VGS，以及以 ns 為單位的目標閘極充電時間。使用彼此兼容的元件和工作條件資料。
比較導通損耗、開關損耗及其總電晶體耗散功率。另行查看閘極驅動功率和兩項電流估算。利用現有的熱計算器連結傳入電晶體耗散功率，再提供該元件及組件的熱阻和環境條件。

導通電流與電阻系數: 導通損耗等於電流平方乘以輸入的 RDS(on)、溫度系數和佔空比。電流是導通期間的值，並非 PWM 平均值。該系數直接乘在電阻上；計算器不會根據溫度求出它，也不會在電性損耗與接面溫度之間迭代。
開關與 PWM 端點: 對於連續開關的 PWM，交疊損耗約為開關電壓、導通電流、上升與下降時間之和以及頻率的乘積的一半。上升時間必須不超過導通時段，下降時間必須不超過關斷時段。在此模型中，DC 以及 0% 或 100% 佔空比端點沒有連續開關損耗。
閘極功率與充電電流: 閘極驅動功率為 Qg × VGS × 頻率，閘極電源平均電流為 Qg × 頻率。Qg 除以目標充電時間估算的是充電期間的平均電流，並非保證的驅動器峰值電流。閘極驅動功率單獨顯示，不會計入通過連結傳遞的電晶體發熱。

選擇 PWM，使用 12 V、5 A 導通電流、20 mΩ RDS(on)、電阻系數 1.5、50% 佔空比和 20 kHz。上升和下降時間均為 30 ns，Qg = 25 nC、VGS = 10 V，充電時間為 100 ns。有效電阻為 30 mΩ。

預期結果
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

導通損耗為 0.375 W，開關損耗為 0.036 W，電晶體發熱合計 0.411 W。閘極驅動功率為 0.005 W，閘極電源平均電流為 0.5 mA，充電電流估算為 0.25 A。僅將頻率提高到 100 kHz，電晶體發熱升至 0.555 W，閘極驅動功率升至 0.025 W；導通損耗不變。

公式要求恆定的導通電流，並另行應用佔空比。輸入經佔空比平均的電流會使模型再次折減該電流，從而低估導通損耗。紋波或變化電流需要在本工具之外採用適當的 RMS 電流或基於波形的計算。

模型將滿佔空比視為持續導通，沒有重復充電週期，將零佔空比視為持續關斷。不包括啓動充電和漏電。只有佔空比嚴格位於兩個端點之間時，才會驗證轉換時間。

請檢查實際元件的電壓和電流額定值、安全工作區、閘極電壓限制、驅動器能力和熱條件。估算取決於提供的電阻、閘極電荷和開關時間；模型損耗低並不能驗證這些元件特有限制。