Perda de Comutação (Contexto de Potência)

Psw = 0.5 × V × I × (tr + tf) × f

Resposta rápida

Esta calculadora resolve P_sw = ½ × V × I × (t_r + t_f) × f_sw para Perda de Comutação. Com Tensão de Dreno 12 V, Corrente de Dreno 2 A, Tempo de Subida 10 ns, Tempo de Descida 22 ns, Frequência de Comutação 100 kHz, o resultado é 38.4 mW.

Calculadora

Resultado
—

Fórmula

P_sw = ½ × V × I × (t_r + t_f) × f_sw

Descrição

A perda de comutação ocorre durante os períodos de transição em que o MOSFET ou IGBT não está nem totalmente ligado nem totalmente desligado. Durante estas transições, o comutador tem simultaneamente tensão aos seus terminais e corrente a atravessá-lo, dissipando energia. Cada evento de comutação (ligar e desligar) contribui com cerca de ½ × V × I × tempo_de_transição de perda de energia. Multiplicar pela frequência de comutação dá a potência média dissipada. A perda de comutação é o mecanismo de perda dominante a frequências elevadas e condiciona o compromisso entre a frequência de comutação (tamanho, custo) e a eficiência.

Variáveis

  • P_sw — Perda de potência média de comutação (W)
  • V — Tensão aos terminais do comutador no estado desligado (V)
  • I — Corrente através do comutador no estado ligado (A)
  • t_r — Tempo de subida ao ligar (s)
  • t_f — Tempo de descida ao desligar (s)
  • f — Frequência de comutação (Hz)

Notas Práticas

Esta aproximação linear é exata para conversores de comutação dura. As técnicas de comutação suave (ZVS, ZCS) podem reduzir a perda de comutação para quase zero. Os FETs de GaN têm tr + tf de 5-20 ns em comparação com 30-100 ns do silício, possibilitando frequências mais elevadas com menor perda. A força do comando de porta afeta diretamente a velocidade de comutação: comando de porta mais rápido = tempo de transição mais curto = menor perda de comutação mas maior EMI.

Símbolos e unidades

Símbolo Significado Unidade predefinida Unidades aceitas
Psw Perda de Comutação W µW, mW, W, kW
V Tensão de Dreno V pV, nV, µV, mV, V, kV
I Corrente de Dreno A pA, nA, µA, mA, A, kA
tr Tempo de Subida ns ps, ns, µs, ms, s, min, h
tf Tempo de Descida ns ps, ns, µs, ms, s, min, h
f Frequência de Comutação kHz Hz, kHz, MHz, GHz

Passo a passo

  1. 1. Dados conhecidos: Tensão de Dreno 12 V, Corrente de Dreno 2 A, Tempo de Subida 10 ns, Tempo de Descida 22 ns, Frequência de Comutação 100 kHz
  2. 2. A relação: P_sw = ½ × V × I × (t_r + t_f) × f_sw
  3. 3. Substituir: V = 12 V, I = 2 A, tr = 10 ns, tf = 22 ns, f = 100 kHz
  4. 4. Resultado: Perda de Comutação = 38.4 mW

Grandezas relacionadas com os mesmos dados

  • P = V × I = 24 W

Exemplos resolvidos

Faixa mínima

Dados: Tensão de Dreno 0.33 V, Corrente de Dreno 2 mA, Tempo de Subida 100 ps, Tempo de Descida 0.22 ns, Frequência de Comutação 100 Hz

Resultado: Perda de Comutação = 1.06 × 10⁻⁵ µW

Faixa baixa

Dados: Tensão de Dreno 3.3 V, Corrente de Dreno 20 mA, Tempo de Subida 1 ns, Tempo de Descida 2.2 ns, Frequência de Comutação 1 kHz

Resultado: Perda de Comutação = 0.1056 µW

Típico

Dados: Tensão de Dreno 12 V, Corrente de Dreno 2 A, Tempo de Subida 10 ns, Tempo de Descida 22 ns, Frequência de Comutação 100 kHz

Resultado: Perda de Comutação = 38.4 mW

Faixa alta

Dados: Tensão de Dreno 0.23 kV, Corrente de Dreno 100 A, Tempo de Subida 100 ns, Tempo de Descida 0.22 µs, Frequência de Comutação 0.5 MHz

Resultado: Perda de Comutação = 1.84 kW

Faixa máxima

Dados: Tensão de Dreno 2.3 kV, Corrente de Dreno 1 kA, Tempo de Subida 1 µs, Tempo de Descida 2.2 µs, Frequência de Comutação 5 MHz

Resultado: Perda de Comutação = 18400 kW

Como Perda de Comutação varia com Tensão de Dreno

Tensão de Dreno (entrada) Perda de Comutação (resultado)
1.2 V 3.84 mW
3 V 9.6 mW
6 V 19.2 mW
9 V 28.8 mW
12 V 38.4 mW
18 V 57.6 mW
24 V 76.8 mW
48 V 153.6 mW
84 V 0.2688 W
120 V 0.384 W

O mesmo resultado noutras unidades

Unidade Valor
µW 38400
mW 38.4
W 0.0384

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Perguntas frequentes

Como se calcula Perda de Comutação (Contexto de Potência)?

Use P_sw = ½ × V × I × (t_r + t_f) × f_sw. Com Tensão de Dreno 12 V, Corrente de Dreno 2 A, Tempo de Subida 10 ns, Tempo de Descida 22 ns, Frequência de Comutação 100 kHz, Perda de Comutação dá 38.4 mW.

Qual é a fórmula de Perda de Comutação (Contexto de Potência)?

A fórmula é P_sw = ½ × V × I × (t_r + t_f) × f_sw. A perda de comutação ocorre durante os períodos de transição em que o MOSFET ou IGBT não está nem totalmente ligado nem totalmente desligado.

Que unidades usa Perda de Comutação (Contexto de Potência)?

Perda de Comutação é apresentado em µW, mW, W. Os valores são guardados internamente em unidades base do SI, pelo que pode misturar prefixos sem converter à mão.

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