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Eficiência do amplificador de classe D

POSThttps://rftools.io/api/py/v1/calculate

Slug class-d-efficiency. Estime a eficiência do amplificador Classe D a partir das perdas de condução do MOSFET e da corrente quiescente em uma determinada potência de saída.

Entradas

Envie cada uma destas em inputs, nas unidades mostradas. A maioria é obrigatória: uma chamada sem alguma delas é recusada (400) e não custa nada; uma entrada que a calculadora dispensa assume o padrão mostrado. Uma entrada fora da sua faixa ainda é calculada e sinalizada na procedência.

Entradas de class-d-efficiency
Nome	Unidade	Faixa	Padrão	Descrição
outputPowernúmero	W	no mínimo 0.1	50	Potência de saída
supplyVoltagenúmero	V	no mínimo 1	36	Tensão de alimentação
loadImpedancenúmero	Ω	no mínimo 1	8	Impedância de carga
rdsonnúmero	mΩ	no mínimo 1	50	Por MOSFET em miliohms
mosfetCountnúmero	nenhuma	no mínimo 2	4	Meia ponte 2, ponte completa (BTL) 4. Em cada meia ponte só um FET conduz a carga de cada vez, então N/2 conduzem
quiescentCurrentnúmero	mA	no mínimo 0	30	Corrente quiescente
switchingFreqnúmero	kHz	50 … 5000	400	A frequência da portadora PWM.
filterCutoffnúmero	kHz	20 … 500	40	A frequência de corte Butterworth do filtro LC, que dimensiona L e C a partir da carga (TI SLAA701B).
outputPowerMinnúmero	W	no mínimo 0	0	A menor potência em serviço, onde as perdas fixas pesam mais; 0 para a nominal.
outputPowerMaxnúmero	W	no mínimo 0	0	A maior potência senoidal contínua em serviço; 0 para a nominal.
supplyVoltageMinnúmero	V	no mínimo 0	0	A menor tensão de alimentação em serviço, que ainda deve permitir a excursão da potência máxima; 0 para a nominal.
supplyVoltageMaxnúmero	V	no mínimo 0	0	A maior tensão de alimentação em serviço; 0 para a nominal. As tensões nominais dos componentes são definidas nela.
tSwitchnúmero	ns	0 … 10000	10	Os tempos de subida e descida dos FETs somados: ½·I·V_s·(t_r + t_f)·f_sw por meia ponte (IR AN-1070).
cossnúmero	pF	0 … 100000	200	½·C_oss·V_s²·f_sw por meia ponte (IR AN-1070).
qgnúmero	nC	0 … 10000	10	Por FET: 2·Q_g·V_driver·f_sw por meia ponte (IR AN-1070).
vGatenúmero	V	1 … 20	12	Tensão de acionamento da porta
dcrnúmero	mΩ	0 … 100000	25	A resistência do enrolamento de cada indutor de saída.
coreLossnúmero	mW	0 … 100000	100	A de cada indutor de saída, da sua folha de dados nesta ondulação e frequência.

Saídas

Devolvidas em values, pelo nome. Um valor ilimitado ou indefinido é null.

Saídas de class-d-efficiency
Campo	Unidade	Descrição
efficiencyprincipal	%	Eficiência
conductionLoss	W	Perda de condução
quiescentLoss	W	Perda quiescente
totalLoss	W	Perda total de potência
totalInput	W	Potência total de entrada
lossSwitching	W	Perda nas bordas de comutação
lossOutputCap	W	Perda na capacitância de saída
lossGateDrive	W	Perda no acionamento da porta
lossDcr	W	Perda no DCR do indutor do filtro
lossCore	W	Perda no núcleo do indutor do filtro
lossTotal	W	Perda total com comutação e filtro
loadPower	W	Potência na carga
efficiencyLossModel	%	Eficiência com perdas de comutação e filtro
filterInductorUH	μH	Indutância do filtro
filterInductorChosenUH	μH	Indutor de filtro escolhido
filterCapUF	μF	Capacitância do filtro
filterCapChosenUF	μF	Capacitor de filtro escolhido
filterCutoffBuilt	kHz	Frequência de corte do filtro, componentes escolhidos
filterCount	nenhuma	Filtros de saída
fetCount	nenhuma	MOSFETs
efficiencyWorst	%	Eficiência com perdas de comutação e filtro, pior caso
efficiencyWorstVoltage	V	Alimentação na pior eficiência
efficiencyWorstPower	W	Potência de saída na pior eficiência
lossTotalWorst	W	Perda total, pior caso
lossTotalWorstVoltage	V	Alimentação na pior perda
lossTotalWorstPower	W	Potência de saída na pior perda
headroomWorst	V	Margem de tensão, pior caso
headroomWorstVoltage	V	Alimentação na menor margem
headroomWorstPower	W	Potência de saída na menor margem
rippleA	A	Ondulação do indutor do filtro
rippleWorstA	A	Ondulação do indutor do filtro, pior caso
rippleWorstVoltage	V	Alimentação na pior ondulação
peakCurrentWorst	A	Corrente de pico, pior caso
peakCurrentWorstVoltage	V	Alimentação na pior corrente de pico
peakCurrentWorstPower	W	Potência de saída na pior corrente de pico
inductorRmsWorst	A	Corrente RMS do indutor de filtro, pior caso
inductorRmsWorstPower	W	Potência de saída na pior corrente do indutor
vdsRating	V	Tensão nominal dreno-fonte do MOSFET
capVoltageRating	V	Tensão nominal do capacitor do filtro
vdsRatingVoltage	V	Alimentação nas tensões nominais

Como chamar

Calcular: uma chamada, a requisição e a resposta completas, e os seus erros.
Lote: esta calculadora com outras, ou uma varredura, em uma requisição.
Resolver para um valor-alvo: o valor de uma entrada que leva uma saída a um alvo.

curl -X POST https://rftools.io/api/py/v1/calculate \
  -H "X-API-Key: $RFTOOLS_API_KEY" \
  -H "Content-Type: application/json" \
  -d '{
    "slug": "class-d-efficiency",
    "inputs": {
      "outputPower": 50,
      "supplyVoltage": 36,
      "loadImpedance": 8,
      "rdson": 50,
      "mosfetCount": 4,
      "quiescentCurrent": 30,
      "switchingFreq": 400,
      "filterCutoff": 40,
      "outputPowerMin": 0,
      "outputPowerMax": 0,
      "supplyVoltageMin": 0,
      "supplyVoltageMax": 0,
      "tSwitch": 10,
      "coss": 200,
      "qg": 10,
      "vGate": 12,
      "dcr": 25,
      "coreLoss": 100
    }
  }'

import rftools

client = rftools.Client()  # reads RFTOOLS_API_KEY, or the key `rftools login` saved

result = client.calculate("class-d-efficiency", {
    "outputPower": 50,
    "supplyVoltage": 36,
    "loadImpedance": 8,
    "rdson": 50,
    "mosfetCount": 4,
    "quiescentCurrent": 30,
    "switchingFreq": 400,
    "filterCutoff": 40,
    "outputPowerMin": 0,
    "outputPowerMax": 0,
    "supplyVoltageMin": 0,
    "supplyVoltageMax": 0,
    "tSwitch": 10,
    "coss": 200,
    "qg": 10,
    "vGate": 12,
    "dcr": 25,
    "coreLoss": 100,
})
print(result.values)
print(result.warnings, result.provenance.formula_ref)

const response = await fetch("https://rftools.io/api/py/v1/calculate", {
  method: "POST",
  headers: {
    "X-API-Key": process.env.RFTOOLS_API_KEY,
    "Content-Type": "application/json",
  },
  body: JSON.stringify({
    "slug": "class-d-efficiency",
    "inputs": {
      "outputPower": 50,
      "supplyVoltage": 36,
      "loadImpedance": 8,
      "rdson": 50,
      "mosfetCount": 4,
      "quiescentCurrent": 30,
      "switchingFreq": 400,
      "filterCutoff": 40,
      "outputPowerMin": 0,
      "outputPowerMax": 0,
      "supplyVoltageMin": 0,
      "supplyVoltageMax": 0,
      "tSwitch": 10,
      "coss": 200,
      "qg": 10,
      "vGate": 12,
      "dcr": 25,
      "coreLoss": 100
    }
  }),
});
console.log(response.status, await response.json());

package main

import (
	"bytes"
	"fmt"
	"io"
	"net/http"
	"os"
)

func main() {
	body := []byte(`{
	  "slug": "class-d-efficiency",
	  "inputs": {
	    "outputPower": 50,
	    "supplyVoltage": 36,
	    "loadImpedance": 8,
	    "rdson": 50,
	    "mosfetCount": 4,
	    "quiescentCurrent": 30,
	    "switchingFreq": 400,
	    "filterCutoff": 40,
	    "outputPowerMin": 0,
	    "outputPowerMax": 0,
	    "supplyVoltageMin": 0,
	    "supplyVoltageMax": 0,
	    "tSwitch": 10,
	    "coss": 200,
	    "qg": 10,
	    "vGate": 12,
	    "dcr": 25,
	    "coreLoss": 100
	  }
	}`)
	req, err := http.NewRequest("POST", "https://rftools.io/api/py/v1/calculate", bytes.NewReader(body))
	if err != nil {
		panic(err)
	}
	req.Header.Set("X-API-Key", os.Getenv("RFTOOLS_API_KEY"))
	req.Header.Set("Content-Type", "application/json")
	res, err := http.DefaultClient.Do(req)
	if err != nil {
		panic(err)
	}
	defer res.Body.Close()
	out, _ := io.ReadAll(res.Body)
	fmt.Println(res.Status, string(out))
}

application/json

{
  "slug": "class-d-efficiency",
  "values": {
    "conductionLoss": 0.625,
    "quiescentLoss": 1.08,
    "totalLoss": 1.705,
    "totalInput": 51.705,
    "efficiency": 96.70244657189826,
    "lossSwitching": 0.3241138738165582,
    "lossOutputCap": 0.10368,
    "lossGateDrive": 0.19200000000000003,
    "lossDcr": 0.31539351851851855,
    "lossCore": 0.2,
    "lossTotal": 2.8401873923350767,
    "loadPower": 50,
    "efficiencyLossModel": 94.62494829693381,
    "filterInductorUH": 22.507907903927652,
    "filterInductorChosenUH": 27,
    "filterCapUF": 0.703372121997739,
    "filterCapChosenUF": 0.82,
    "filterCutoffBuilt": 33.82449516143777,
    "filterCount": 2,
    "fetCount": 4,
    "efficiencyWorst": 94.62494829693381,
    "efficiencyWorstVoltage": 36,
    "efficiencyWorstPower": 50,
    "lossTotalWorst": 2.8401873923350767,
    "lossTotalWorstVoltage": 36,
    "lossTotalWorstPower": 50,
    "headroomWorst": 7.715728752538098,
    "headroomWorstVoltage": 36,
    "headroomWorstPower": 50,
    "rippleA": 0.8333333333333334,
    "rippleWorstA": 0.8333333333333334,
    "rippleWorstVoltage": 36,
    "peakCurrentWorst": 3.9522005725994043,
    "peakCurrentWorstVoltage": 36,
    "peakCurrentWorstPower": 50,
    "inductorRmsWorst": 2.511547405559045,
    "inductorRmsWorstPower": 50,
    "vdsRating": 60,
    "capVoltageRating": 63,
    "vdsRatingVoltage": 36
  },
  "warnings": [],
  "errors": [],
  "provenance": {
    "method": "calculator:class-d-efficiency",
    "version": "api@3f2c1a9b04de",
    "formulaRef": "International Rectifier AN-1070 (J. Cerezo), Class D Audio Amplifier Performance Relationship to MOSFET Parameters; Infineon AN-1198 (I. Ferstenberg, 2013), Bridging Class D Amplifiers",
    "assumptions": [
      {
        "code": "fets-in-conduction-path",
        "text": "One FET of each half bridge carries the load current at any instant, so N/2 FETs conduct: one in a half bridge (N = 2), two in a full bridge (N = 4) (IR AN-1070; Infineon AN-1198)."
      },
      {
        "code": "no-switching-or-gate-loss",
        "text": "Switching loss 0.5·I·V·(t_r + t_f)·f_sw, output-capacitance loss and gate-drive loss 2·Q_g·V·f_sw (IR AN-1070) are not included, so the efficiency is an upper bound."
      },
      {
        "code": "loss-model-adds-switching-and-filter",
        "text": "The loss model adds, per half bridge, AN-1070's switching ½·I·V_s·(t_r + t_f)·f_sw with I the load current averaged over a sine, its ½·C_oss·V_s²·f_sw and its gate drive 2·Q_g·V_driver·f_sw, and per output the filter inductor's DCR at the idle ripple and its core loss; it reports its own efficiency beside the upper bound. Reverse recovery is left out: AN-1070 scales it by a factor it does not give."
      },
      {
        "code": "butterworth-output-filter",
        "text": "Each output has a second-order Butterworth LC filter, L = R_L·√2/ω₀ and C = 1/(ω₀·R_L·√2) with R_L = Z_L/2 for a bridged load, its capacitor to ground, each part chosen at or above in E12 (TI SLAA701B, eqs. 5 and 6)."
      },
      {
        "code": "waveforms-at-the-sine-peak",
        "text": "The waveforms are drawn at the peak of the nominal power's sine, AD modulation: the leg's duty (1 + m)/2 for a modulation depth m, the inductor current about the load's peak current."
      }
    ],
    "validRange": {
      "status": "inside",
      "bounds": {
        "outputPower": {
          "min": 0.1,
          "max": null,
          "unit": "W"
        },
        "supplyVoltage": {
          "min": 1,
          "max": null,
          "unit": "V"
        },
        "loadImpedance": {
          "min": 1,
          "max": null,
          "unit": "Ω"
        },
        "rdson": {
          "min": 1,
          "max": null,
          "unit": "mΩ"
        },
        "mosfetCount": {
          "min": 2,
          "max": null,
          "unit": ""
        },
        "quiescentCurrent": {
          "min": 0,
          "max": null,
          "unit": "mA"
        },
        "switchingFreq": {
          "min": 50,
          "max": 5000,
          "unit": "kHz"
        },
        "filterCutoff": {
          "min": 20,
          "max": 500,
          "unit": "kHz"
        },
        "outputPowerMin": {
          "min": 0,
          "max": null,
          "unit": "W"
        },
        "outputPowerMax": {
          "min": 0,
          "max": null,
          "unit": "W"
        },
        "supplyVoltageMin": {
          "min": 0,
          "max": null,
          "unit": "V"
        },
        "supplyVoltageMax": {
          "min": 0,
          "max": null,
          "unit": "V"
        },
        "tSwitch": {
          "min": 0,
          "max": 10000,
          "unit": "ns"
        },
        "coss": {
          "min": 0,
          "max": 100000,
          "unit": "pF"
        },
        "qg": {
          "min": 0,
          "max": 10000,
          "unit": "nC"
        },
        "vGate": {
          "min": 1,
          "max": 20,
          "unit": "V"
        },
        "dcr": {
          "min": 0,
          "max": 100000,
          "unit": "mΩ"
        },
        "coreLoss": {
          "min": 0,
          "max": 100000,
          "unit": "mW"
        }
      },
      "outside": [],
      "model": null
    },
    "computedAt": "2026-09-24T14:05:11.003Z",
    "inputs": {
      "outputPower": 50,
      "supplyVoltage": 36,
      "loadImpedance": 8,
      "rdson": 50,
      "mosfetCount": 4,
      "quiescentCurrent": 30,
      "switchingFreq": 400,
      "filterCutoff": 40,
      "outputPowerMin": 0,
      "outputPowerMax": 0,
      "supplyVoltageMin": 0,
      "supplyVoltageMax": 0,
      "tSwitch": 10,
      "coss": 200,
      "qg": 10,
      "vGate": 12,
      "dcr": 25,
      "coreLoss": 100
    },
    "seed": null,
    "elapsedSeconds": 0.003
  }
}

{
  "detail": [
    {
      "type": "float_parsing",
      "loc": [
        "body",
        "inputs",
        "outputPower"
      ],
      "msg": "Input should be a valid number, unable to parse string as a number",
      "input": "abc"
    }
  ]
}

Uma entrada enviada como texto. Nada foi contabilizado.

{
  "detail": "More than 120 requests in 60 seconds from this address.",
  "errorKind": "rate_limited",
  "limit": 120,
  "windowSeconds": 60,
  "upgradeUrl": "https://rftools.io/pricing/"
}

Requisições demais em um minuto, com Retry-After.

As mesmas entradas na página da calculadoraEficiência do amplificador de classe D, com estes valores