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MOSFET-Verlustleistungsrechner

Berechnen Sie den MOSFET-Leitungsverlust, den Schaltverlust, die Gesamtleistungsableitung, die Sperrschichttemperatur und den Wirkungsgrad für das Design von Leistungselektronik

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Formel

P_cond = I_D² × R_DS(on), P_sw = 0.5 × V_DS × I_D × (t_r + t_f) × f_sw

I_D— Drain current (A)
R_DS(on)— On-resistance (Ω)
V_DS— Drain-source voltage (V)
f_sw— Switching frequency (Hz)
t_r— Rise time (s)
t_f— Fall time (s)

Wie es funktioniert

MOSFETs (Metal-Oxide-Halbleiter-Feldeffekttransistoren) wandeln während des Betriebs elektrische Energie in Wärme um, wobei die Verlustleistung ein kritischer Parameter beim Elektronikdesign ist. Die Verlustleistung erfolgt durch zwei Hauptmechanismen: Leitungsverluste und Schaltverluste. Leitungsverluste treten auf, wenn der MOSFET vollständig eingeschaltet ist. Dies wird durch den Einschaltwiderstand der Drainquelle (RDS (on)) und den durch das Gerät fließenden Strom bestimmt. Schaltverluste treten bei Transistorzustandsübergängen auf. Dies entspricht einem Energieverlust in Form von Wärme während der Ein- und Ausschaltphasen.

Bearbeitetes Beispiel

Stellen Sie sich einen MOSFET mit RDS (on) = 0,05 Ω vor, der bei 10 A und einer Schaltfrequenz von 50 kHz arbeitet. Leitungsverlust = I²R = (10 A) ² × 0,05 Ω = 5 W. Die Berechnung des Schaltverlusts umfasst die Gate-Ladung (Qg), die Versorgungsspannung (VCC) und die Schaltfrequenz: Psw = Qg × VCC × f = 50 nC × 12 V × 50 kHz = 3 W. Gesamtleistungsableitung = 5 W + 3 W = 8 W.

Praktische Tipps

  • ✓Sorgen Sie immer für einen ausreichenden Kühlkörper für MOSFETs mit einer Verlustleistung von mehr als 2 W
  • ✓Wählen Sie MOSFETs mit niedrigerem RDS (on) für geringere Leitungsverluste
  • ✓Ziehen Sie schneller schaltende MOSFETs in Betracht, um Schaltenergieverluste zu minimieren
  • ✓Überwachen Sie die Sperrschichttemperatur, um ein Überlaufen der Temperatur zu verhindern

Häufige Fehler

  • ✗Vernachlässigung von Schaltverlusten in Hochfrequenzanwendungen
  • ✗Unterschätzung der Anforderungen an das Wärmemanagement
  • ✗Verwendung von MOSFETs außerhalb ihrer spezifizierten Betriebsbedingungen

Häufig gestellte Fragen

Berechnen Sie die Leitungsverluste mit I²R und die Schaltverluste mit Qg × VCC × Frequenz und summieren Sie dann diese Werte.
Strom, Einschaltwiderstand, Schaltfrequenz, Gate-Ladung und Betriebsspannung sind Schlüsselfaktoren.
Eine zu hohe Verlustleistung führt zu einer erhöhten Sperrschichttemperatur, was möglicherweise zu einem Geräteausfall oder einer verringerten Zuverlässigkeit führen kann.

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