Perdas de Chaveamento
Calcula as perdas de chaveamento (comutação) em um transistor de potência, P_sw = 0,5 × V × I × (t_on + t_off) × f, a partir da tensão V, da corrente I, do tempo total de comutação (subida + descida) e da frequência de chaveamento f. O resultado, em watts, é a energia perdida durante as transições liga-desliga, quando tensão e corrente coexistem no transistor. Diferente das perdas de condução, as de chaveamento crescem com a frequência — por isso há um limite prático para subir a frequência (que reduziria indutores e capacitores). Transistores rápidos (tempos curtos) e drivers adequados minimizam essas perdas. Informe a tensão, a corrente, o tempo de comutação e a frequência.
Resultado
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Perdas de chaveamento
Toda vez que um transistor de potência liga ou desliga, ele não faz a transição instantaneamente — há um intervalo (nanossegundos a microssegundos) em que a tensão sobre ele e a corrente através dele coexistem em valores significativos. Como potência é tensão × corrente, durante essas transições o transistor dissipa um pulso de potência — as perdas de chaveamento (ou de comutação). Uma estimativa por ciclo, integrando a sobreposição triangular de V e I, leva a P_sw = 0,5 × V × I × (t_on + t_off) × f, onde V e I são a tensão e a corrente comutadas, (t_on + t_off) é o tempo total de transição (subida + descida) e f é a frequência de chaveamento. A característica fundamental, que a distingue das perdas de condução, é a dependência da frequência: cada comutação custa uma quantia fixa de energia, então quanto mais vezes por segundo o transistor chaveia, mais potência dissipa. Isso cria o dilema central da eletrônica de potência. Aumentar a frequência de chaveamento é desejável porque permite encolher os indutores e capacitores (que armazenam menos energia por ciclo), miniaturizando e barateando a fonte — mas isso aumenta as perdas de chaveamento, reduzindo a eficiência e exigindo mais dissipação. O projeto busca o ponto ótimo, e a indústria ataca o problema por dois lados: transistores cada vez mais rápidos (tempos de transição menores, sobretudo com GaN e SiC, que chaveiam em nanossegundos e permitem frequências de MHz com perdas baixas) e técnicas de comutação suave (ZVS/ZCS, soft-switching), que fazem o transistor ligar com tensão zero ou desligar com corrente zero, eliminando a sobreposição e quase zerando as perdas de chaveamento. Calcular essas perdas, junto com as de condução, é essencial para estimar a eficiência do conversor e dimensionar a refrigeração. Informe a tensão, a corrente, o tempo de comutação e a frequência.
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Perdas de Condução em MOSFET
Calcula as perdas de condução em um MOSFET, P = I² × R_ds(on), a partir da corrente que o atravessa I e da resistência de canal em condução R_ds(on). O resultado, em watts, é a potência dissipada como calor enquanto o transistor está ligado, devido à resistência do canal. É uma das duas principais perdas em chaves de potência (a outra é a de chaveamento). MOSFETs de menor R_ds(on) reduzem essas perdas, importantes em correntes altas e baixas frequências. As perdas de condução, somadas às de chaveamento, definem o aquecimento e a necessidade de dissipador. Informe a corrente e a resistência de condução.
Ondulação de Corrente no Indutor
Calcula a ondulação (ripple) de corrente no indutor de um conversor buck, ΔI_L = (V_in × D) ÷ (L × f), a partir da tensão de entrada V_in, do ciclo de trabalho D, da indutância L e da frequência de chaveamento f. O resultado, em amperes, é a variação pico a pico da corrente no indutor durante cada ciclo. É um parâmetro central de projeto: ondulação típica de 20-40% da corrente média é um bom compromisso. Indutância e frequência maiores reduzem o ripple (indutor maior, mais caro; frequência maior, mais perdas de chaveamento). Define também o limite entre condução contínua e descontínua. Informe a tensão, o ciclo de trabalho, a indutância e a frequência.
Corrente Eficaz de Onda Quadrada
Calcula o valor eficaz (RMS) da corrente de uma onda quadrada pulsante, I_rms = I_p × √D, a partir da corrente de pico I_p e do ciclo de trabalho D (fração do período em que a corrente flui). O resultado, em amperes, é a corrente eficaz que determina o aquecimento real (perdas I²R) de um componente que conduz em pulsos — como um transistor ou enrolamento em um conversor chaveado. Diferente do valor médio, o RMS é o que importa para dimensionar condutores, resistências e dissipação. Quanto menor o ciclo de trabalho, menor o RMS para a mesma corrente de pico. Informe a corrente de pico e o ciclo de trabalho.
Ondulação de Tensão de Saída
Calcula a ondulação (ripple) de tensão na saída de um conversor chaveado, ΔV = I ÷ (f × C), a partir da corrente de saída I, da frequência de chaveamento f e da capacitância do capacitor de saída C. O resultado, em volts, é a oscilação residual sobreposta à tensão CC de saída, causada pela carga e descarga do capacitor de filtro a cada ciclo de chaveamento. Maior frequência e maior capacitância reduzem o ripple. Manter a ondulação dentro de limites (tipicamente <1% da saída) é essencial para alimentar circuitos sensíveis. Informe a corrente, a frequência de chaveamento e a capacitância.
Calculadora de potência de dissipação de resistor em watts
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Temperatura de Junção
Calcula a temperatura de junção de um semicondutor de potência, T_j = T_a + P × R_th, a partir da temperatura ambiente T_a, da potência dissipada P e da resistência térmica total junção-ambiente R_th (°C/W). O resultado, em °C, é a temperatura interna do componente (junção do silício), que não pode ultrapassar o limite do fabricante (tipicamente 150 °C) sob pena de falha. A resistência térmica soma as etapas junção-encapsulamento, encapsulamento-dissipador e dissipador-ambiente. Reduzir R_th (dissipador maior, ventilação, pasta térmica) baixa a temperatura de junção. É o cálculo central do dimensionamento térmico de eletrônica de potência. Informe a temperatura ambiente, a potência dissipada e a resistência térmica.
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