Calculadora de MOSFET: resistencia de compuerta, tiempo de conmutación, pérdidas y temperatura
Revisa un MOSFET como interruptor o en PWM: tiempo de conmutación, pérdidas por conducción y conmutación, y temperatura de unión.
Cómo funciona
I_compuerta ≈ V_gs ÷ (R_g + R_driver); t_conmutación ≈ Q_g ÷ (0.6 × I_compuerta) · P_cond = I² × R_ds(on),caliente × D · P_conm ≈ ½ × V_ds × I_d × (t_on + t_off) × f_sw · P_compuerta = Q_g × V_gs × f_sw · T_j = T_a + (P_cond + P_conm) × R_th(JA)
Un MOSFET es un interruptor controlado por voltaje, pero su compuerta es un capacitor que hay que cargar y descargar en cada ciclo, así que su velocidad depende de la carga de compuerta y de la corriente que tu driver pueda empujar a través de la resistencia de compuerta. Los flancos lentos desperdician potencia mientras el transistor está a medio encender (la pérdida por conmutación), y crecen con la frecuencia; ya encendido por completo, la pérdida es simplemente I²R con la resistencia en caliente. Súmalas, multiplícalas por la resistencia térmica del encapsulado y del disipador, y tienes la temperatura de unión, que es lo que decide si el diseño sobrevive. La resistencia de compuerta es la perilla: chica para velocidad y eficiencia, más grande para calmar oscilaciones y limitar la corriente del driver.
Ejemplo resuelto
Mauricio maneja un MOSFET de 30 nC a 10 V con una resistencia de compuerta de 10 Ω y un driver de 5 Ω: corriente pico de 10 ÷ 15 ≈ 667 mA, unos 400 mA de promedio, así que ≈ 75 ns por flanco. Conmutando 5 A a 24 V con PWM de 20 kHz al 60%: conducción 5² × 0.022 × 0.6 ≈ 0.33 W más conmutación ½ × 24 × 5 × 150 ns × 20 kHz ≈ 0.18 W, en total 0.51 W, y el driver gasta 6 mW. En un TO-220 al aire (62 °C/W) con 35 °C de ambiente llega a unos 67 °C: sin problema y sin disipador.
Preguntas frecuentes
¿Puedo manejar un MOSFET directo desde un pin de Arduino?
Para encender y apagar, sí, con un FET de nivel lógico (Vgs(th) ≤ 2.5 V y Rds(on) especificada a 4.5 V) y una resistencia de compuerta de 100–220 Ω. Para PWM de más de unos kHz, los ~20 mA del pin no alcanzan a cargar decenas de nC rápido, los flancos se estiran a microsegundos y el FET se calienta: usa un driver de compuerta o un pequeño push-pull.
¿Qué valor de resistencia de compuerta uso?
Con un driver adecuado, 5–22 Ω para conmutar rápido y eficiente; 47–100 Ω para reducir oscilaciones e interferencia a costa de más pérdida; 100 Ω–1 kΩ para encendido/apagado simple desde un microcontrolador. Agrega siempre una pull-down de 10–100 kΩ para que la compuerta esté definida antes de que arranque el driver.
¿Por qué se calienta mi MOSFET si la corriente está dentro de su especificación?
Casi siempre porque le falta voltaje de compuerta (con Vgs bajo la Rds(on) es varias veces la de la hoja de datos), porque conmuta demasiado lento en PWM, o porque la corriente principal de la hoja de datos supone un disipador infinito a 25 °C. Mide el voltaje de compuerta y la temperatura de la cápsula; la Rds(on) en caliente es 1.5–1.8 veces la de 25 °C.
¿Cómo se calculan las pérdidas de un MOSFET?
Suma la pérdida por conducción, I² × Rds(on) × ciclo de trabajo, y la de conmutación, ½ × V × I × tiempo de conmutación × frecuencia. Multiplica el total por la resistencia térmica y súmale la temperatura ambiente para obtener la temperatura de unión.
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