Questão 11 - Um MOSFET está sendo utilizado em um conversor e apresenta os seguintes parâmetros de operação: corrente de dreno
, resistência de condução
, tensão Dreno-Source no estado desligado
, tempo de subida
, tempo de descida
, frequência de chaveamento
e ciclo de trabalho
. Calcule a perda total de potência dissipada no MOSFET.
Passo 1
O que o enunciado pede: calcular a perda total de potência dissipada no MOSFET.
Informações fornecidas (peguei todos esses valores do enunciado):
- Corrente de dreno:
. - Resistência de condução:
. - Tensão drenador-fonte (quando desligado / tensão no dispositivo durante comutação):
. - Tempo de subida:
. - Tempo de descida:
. - Frequência de chaveamento:
. - Ciclo de trabalho:
.
Pergunta direta: qual é a perda total de potência (
) dissipada pelo MOSFET usando esses parâmetros?
Passo 2
Entender os dois componentes principais de perda em um MOSFET (explicação didática e fórmula):
- Perda por condução (quando o transistor está ligado): ocorre por causa da resistência interna
. Quando o MOSFET conduz corrente contínua , a potência dissipada é a potência ôhmica média durante o tempo em que ele está ligado (proporcional ao ciclo de trabalho).
Fórmula usada:Onde: -
é a corrente de dreno (em ampères). -
é a resistência de condução (em ohms). -
é o ciclo de trabalho (fração do período em que o MOSFET está ligado).
Observação didática: se a corrente fosse variável no período ligado, deveríamos usarno lugar de ; aqui o enunciado dá um valor único , então assumimos corrente praticamente constante durante o tempo ligado.
-
Passo 3
Calcular
passo a passo (conversões explícitas):
- Primeiro
. - Multiplica por
: . - Multiplica pelo ciclo
: .
Portanto:
Passo 4
Perda por chaveamento (explicação didática e fórmula):
- Ao ligar e desligar o MOSFET, há intervalos onde existem simultaneamente tensão sobre o dispositivo e corrente passando por ele — isso gera energia dissipada a cada transição. Uma aproximação muito usada (quando as transições podem ser aproximadas por variações lineares de
e ) é: Onde: -
é a tensão máxima sobre o dispositivo antes/apos a transição. -
é a corrente durante a transição. -
é o tempo de subida (turn-on). -
é o tempo de descida (turn-off). -
é a frequência de chaveamento.
Observação didática: o fatorvem da integração da rampa linear (área do triângulo tensão × corrente). Essa fórmula é uma aproximação padrão em eletrônica de potência para perdas de chaveamento com comutação “hard” (sem compensações).
-
Passo 5
Converter unidades e calcular
passo a passo:
- Converter frequência:
. - Converter tempos para segundos:
- Soma dos tempos:
- Calcular o fator
: - Agora:
Calcular passo a passo: Multiplicando por : (Observação: aritmética alternativa direta também dá .)
Passo 6
Somar as perdas para obter a perda total:
Observação final e motivacional: essa é a conta padrão que se faz numa prova — primeiro separar condução e chaveamento, converter unidades e aplicar as fórmulas. Mantém a calma, faz as conversões com atenção e confere cada multiplicação. Se precisar, treino com outros valores para fixar!