MOSFET-Verlustleistung berechnen in Altium Designer

Zachariah Peterson
|  Erstellt: August 4, 2021  |  Aktualisiert am: April 13, 2022
MOSFET-Verlustleistung berechnen für MOSFET in Altium Designer

Schaltpläne bilden den Kern Ihres Leiterplattendesigns, und um die Zuverlässigkeit Ihres Designs sicherzustellen, müssen Sie für Ihre Schaltungen die Verlustleistung berechnen. Einige Bauteile, beispielsweise MOSFETs, haben klar definierte elektrische Nennwerte. Es ist jedoch nicht so einfach festzustellen, ob Ihr Design diese Werte einhält. Für die Berechnung der Verlustleistung in aktiven Komponenten, einigen Halbleitern und MOSFETs sind SPICE-Pakete erforderlich, die reale Komponentenmodelle implementieren.

Designer, die einen Rechner für die MOSFET-Verlustleistung benötigen, können mit einem benutzerfreundlichen SPICE-Simulationspaket schnell die Verlustleistung eines MOSFETs berechnen. Mit der aktualisierten SPICE-Simulationsengine von Altium Designer können Sie schnell MOSFET-Schaltungen erstellen und die Verlustleistung analysieren, um die Zuverlässigkeit Ihres Designs sicherzustellen. Sie haben ebenso Zugang zu einem umfassenden Leiterplattenlayout-Editor, mit dem Sie eine echte Leiterplatte für die Produktion vorbereiten können.

ALTIUM DESIGNER®

Die beste Elektronik-Designsoftware mit fortschrittlichen CAD-Tools für Designfachkräfte.

Es ist oftmals schwierig, zuverlässige Dienstprogramme zur Berechnung des Schaltkreisverhaltens in aktiven Geräten zu finden. Einige Schaltkreise lassen sich nicht mit Standardschaltkreisverfahren analysieren, da die Probleme nur durch komplexe transzendentale Gleichungen beschrieben werden können und daher ein iterativer numerischer Algorithmus zur Berechnung erforderlich ist. Bei solchen Problemen müssen Simulationswerkzeuge innerhalb Ihrer Schaltkreisdesignsoftware eingesetzt werden, um die Zuverlässigkeit des Designs zu bewerten.

Typische Schaltkreise, die auf Zuverlässigkeit geprüft werden müssen, sind MOSFET-Schaltkreise, insbesondere Leistungs-MOSFETs und Verstärker. Diese Schaltkreise sind allgegenwärtig, da MOSFETs in vielen Anwendungen mit hoher Leistung und Frequenz BJTs ersetzt haben. Da diese Komponenten mit hoher Leistung betrieben werden und während des Betriebs hohe Temperaturen erreichen können, benötigen Designer einen MOSFET-Verlustleistungsrechner, um die Zuverlässigkeit des Designs zu gewährleisten.

Es gibt zwar keine einfache Rechneranwendung, mit der sich der zuverlässige Betrieb Ihrer MOSFET-Schaltkreise gewährleisten lässt. Allerdings enthält Altium Designer alles, was Sie für das Design und die Simulation von MOSFET-Schaltkreisen benötigen, um eine die zuverlässige Stromversorgung mit Ihren Komponenten sicherzustellen. Lesen Sie weiter und erfahren Sie, welche Designmöglichkeiten Altium Designer bietet und wie Sie Ihre MOSFET-Verlustleistung simulieren können.

Verwendung von SPICE als MOSFET-Verlustleistungsrechner

Für eine einfache Simulation der MOSFET-Verlustleistung müssen Sie zunächst einen Schaltkreiseditor oder eine Software zur Schaltplanerstellung verwenden und damit Ihren MOSFET-Schaltkreis erstellen. Die beste Software bietet Ihnen Zugang zu einer umfassenden Komponentenbibliothek zur Erstellung Ihrer Schaltkreise und Simulationen. Die folgende Beispielabbildung zeigt einen einfachen MOSFET-Verstärkerschaltkreis, der an eine hochohmige Last angeschlossen ist. Dieser Schaltkreis wurde in Altium Designer erstellt und kann mit einem einfachen SPICE-Paket leicht simuliert werden.

Schaltplan-Diagramm
Berechnungssimulation von MOSFET-Verlustleistung.


Bei diesem Schaltkreis kann man eine Simulation zur Transientenanalyse durchführen, um zu untersuchen, wie der Schaltkreis in seinen stabilen Zustand kommt. Der einfache Schaltkreis ist Teil eines größeren Systems, kann aber einfach isoliert simuliert werden, um die Ausgangsleistung zu bestimmen. Die Ausgangsleistung wird durch Multiplikation der Differenzspannung (gemessen mit den Sonden im obigen Bild) und des Stroms durch den Widerstand R13 ermittelt.

Da der Schaltplaneditor in Altium Designer Zugriff auf Komponentenbibliotheken mit generischen Simulationskomponenten bietet, dauert es nur wenige Minuten, um den obigen Schaltkreis einzurichten und die Simulationen auszuführen. Der Schaltplan-Editor enthält ein SPICE-Simulationspaket mit einer vereinfachten Benutzeroberfläche, mit der Sie auf die Standard-Simulationen zugreifen können, die Sie zur Analyse aller Schaltkreise benötigen. Sie sind nicht auf generische Simulationskomponenten in Ihrem Design beschränkt. Sie können Ihren Komponenten SPICE-Teilschaltungsmodelle zuweisen, um das elektrische Verhalten Ihres Designs besser vorhersagen und modellieren zu können.

Fortschrittliche Simulationen in Altium Designer

Die Transientenleistungsberechnungen in Altium Designer sind zwar praktisch, sie sind jedoch nicht die einzigen Simulationen, die möglich sind. Jede SPICE-Simulation für Ihre MOSFET-Schaltkreise kann im Schaltplan-Editor von Altium Designer durchgeführt werden. Anstatt separate Tools zur Schaltplanerstellung und Schaltkreis-Simulation zu verwenden, können Sie das vollständige Designtoolset in Altium Designer nutzen. Sie können in Altium Designer auf Schaltpläne, Simulationen und letztendlich das Leiterplattenlayout selbst zugreifen.

Leiterplatten-Komponentenauswahl Ansicht in Altium Designer
Das Manufacturer Part Search Panel in Altium Designer bietet Ihnen Zugriff auf Schaltplansymbole und Leiterplattenfootprints für Ihr Design.

Erstellen und Simulieren komplexer MOSFET-Schaltkreise

Das Hauptziel eines MOSFET-Verlustleistungsrechners besteht darin, sicherzustellen, dass Ihre MOSFETs nicht so viel Wärme ableiten, dass sie überhitzen und ausfallen. Die häufigsten Ursachen für das Versagen von MOSFETs sind die Überhitzung während des Gleichstrombetriebs und eine hohe transiente Stromaufnahme während des Schaltens, gefolgt von einer schnellen Überhitzung. Um eine übermäßige Stromaufnahme, Verlustleistung und Überhitzung zu vermeiden, können MOSFET-Schaltungen zunehmend komplex werden.

Eine Möglichkeit besteht darin, MOSFETs parallel zu schalten, damit sie in einem System immer noch den erforderlichen Strom liefern können. Durch die Parallelschaltung von MOSFETs wird die gesamte Verlustleistung auf die MOSFETs in der Gruppe aufgeteilt. Diese Anordnung sollte simuliert werden, um sicherzustellen, dass der Schaltkreis beim Schalten keine unerwünschten Schwingungen oder Überströme erzeugt. Auch SPICE-Simulationen mit echten Komponentenmodellen können verwendet werden, um diese komplexeren MOSFET-Schaltkreise sowie andere Schaltkreise in Ihrem Design zu untersuchen.

Behalten Sie mit hierarchischen Schaltplänen den Überblick

Mit dem Schaltplan-Editor von Altium Designer können Sie eine hierarchische Struktur für Ihr Projekt erstellen, um Ihre Schaltkreise zu organisieren und produktiv zu arbeiten. Designer können flache, hierarchische oder mehrkanalige Designstrukturen implementieren und so auch komplexe Schaltungen erstellen und simulieren. Sobald Sie Ihre Schaltpläne erfasst und Ihren Komponenten CAD-Daten zugewiesen haben, können Sie Ihr Design in ein neues Leiterplattenlayout importieren.

Leiterplattenlayout mit parallelen MOSFETs
MOSFETs können parallel angeordnet werden, diese Schaltungen sollten simuliert werden, um Stabilität zu gewährleisten.

Einfacher Übergang zu Ihrem Leiterplattenlayout

Sobald Sie Ihre Leiterplattenschaltpläne fertiggestellt haben, können Sie die Komponenten in Ihr Leiterplattenlayout importieren und sie darin anordnen. Altium Designer enthält ein vollständiges CAD-Toolset in einem integrierten Leiterplattenlayout-Editor. Damit können Sie Ihre Komponenten schnell importieren und auf Ihrer Leiterplatte anordnen. Während andere Leiterplatten-Designplattformen die Funktionen in verschiedene Anwendungen aufteilen, bietet Ihnen Altium Designer in einem einzigen Arbeitsablauf Zugriff auf alles, was Sie brauchen.

Vollständiges Schaltungsdesign und Leiterplattenlayout in Altium Designer

Nur Altium Designer enthält alles, was Sie zum Erstellen und Simulieren Ihrer MOSFET-Schaltungen benötigen, sowie anschließend für Ihr Leiterplattenlayout und -routing. Wenn Sie bereit sind, Ihre Platine herzustellen, können Sie Ihre Leiterplattenfertigungsdateien mit Altium Designer schnell und unkompliziert aus Ihren Leiterplattenlayoutdateien erstellen. Verwenden Sie die OutJob-Datei, um aus Ihren Leiterplattendaten Standardfertigungsdateien zu erzeugen, die von Leiterplattenherstellern benötigt werden.

MOSFET-Simulationsergebnisse als Diagramm
MOSFET-Simulationsergebnisse, die mit dem integrierten SPICE-Simulationspaket in Altium Designer erzeugt wurden.

Der Schaltplaneditor und das SPICE-Simulationspaket in Altium Designer bieten Ihnen alles, was Sie von einem MOSFET-Verlustleistungsrechner erwarten. Wenn Sie ein komplettes Toolset zur Erstellung und Verwaltung von Komponenten benötigen, empfehlen wir die branchenweit besten ECAD-Dienstprogramme zur Erstellung und Simulation Ihrer Schaltkreise.

Altium Designer auf Altium 365 bietet einen noch nie dagewesenen Umfang an Integration in der Elektronikindustrie, was bis dahin der Softwareentwicklungsbranche vorbehalten war. Designer können jetzt von zu Hause aus arbeiten und ein beispielloses Maß an Effizienz erreichen.

Wir haben nur ganz oberflächlich behandelt, was mit Altium Designer auf Altium 365 möglich ist. Wenn Sie mehr erfahren möchten, können Sie die Produktseite besuchen, wo Sie Zugang zu detaillierterem Beschreibungen der Funktionen und On-Demand Webinaren haben.

Über den Autor / über die Autorin

Über den Autor / über die Autorin

Zachariah Peterson verfügt über einen umfassenden technischen Hintergrund in Wissenschaft und Industrie. Vor seiner Tätigkeit in der Leiterplattenindustrie unterrichtete er an der Portland State University. Er leitete seinen Physik M.S. Forschung zu chemisorptiven Gassensoren und sein Ph.D. Forschung zu Theorie und Stabilität von Zufallslasern. Sein Hintergrund in der wissenschaftlichen Forschung umfasst Themen wie Nanopartikellaser, elektronische und optoelektronische Halbleiterbauelemente, Umweltsysteme und Finanzanalysen. Seine Arbeiten wurden in mehreren Fachzeitschriften und Konferenzberichten veröffentlicht und er hat Hunderte von technischen Blogs zum Thema PCB-Design für eine Reihe von Unternehmen verfasst. Zachariah arbeitet mit anderen Unternehmen der Leiterplattenindustrie zusammen und bietet Design- und Forschungsdienstleistungen an. Er ist Mitglied der IEEE Photonics Society und der American Physical Society.

neueste Artikel

Zur Startseite