エンハンスドパッケージMOSFETの仕組み

カプセル化MOSFETを使用したスイッチング電源やモータ駆動回路を設計する場合、MOSのオン抵抗や最大電圧など、最大電流などを考慮することが多く、これらのみを考慮する人も少なくありません。このような回路は動作する可能性がありますが、優れたものではないため、正式な製品設計としては許可されていません。

以下に MOSFET の基本を簡単にまとめます。MOSFETドライバー回路は多くの情報源を参照しましたが、すべてがオリジナルというわけではありません。 MOSFET、特性、駆動回路、応用回路の紹介を含みます。 MOSFETのパッケージングMOSFETの種類とジャンクションMOSFETはFET（別のJFET）で、エンハンスド型またはデプレッション型、PチャネルまたはNチャネルの計4種類が製造可能ですが、実際に適用されるのはエンハンスドNチャネルMOSFETとエンハンスドPチャネルMOSFETのみです。 -チャネルMOSFETは、通常NMOSまたはPMOSと呼ばれ、これら2種類を指します。

なぜデプレッション型 MOSFET を使用しないのかについては、その真相に迫るのはお勧めできません。これら 2 種類のエンハンスメント MOSFET では、オン抵抗が低く製造が容易なため、NMOS がより一般的に使用されます。そのため、スイッチング電源やモーター駆動用途では一般的にNMOSが使用されます。以下の紹介だけでなく、さらに詳しくNMOS-ベース。

MOSFET には 3 つのピン間に寄生容量がありますが、これは製造プロセスの制限により不要なものです。寄生容量の存在は、駆動回路の設計や選択において若干の問題となるが、避ける方法はないので、詳しく説明する。 MOSFET の回路図でわかるように、ドレインとソースの間に寄生ダイオードがあります。

これはボディダイオードと呼ばれ、モーターなどの誘導負荷を駆動する場合に重要です。ちなみにボディダイオードは個体にのみ存在します。MOSFET通常、集積回路チップ内には存在しません。MOSFET のオン特性オンとは、スイッチとして機能することを意味し、スイッチが閉じることと同等です。

NMOSの特性として、ゲート電圧が4Vまたは10Vであれば、一定値以上のVgsが導通するため、ソースを接地した場合(ローエンド駆動)の使用に適しています。 PMOSの特性により、Vgsが一定値以下で導通するため、ソースをVCCに接続する場合（ハイエンド駆動）に適しています。ただし、PMOSはハイエンドドライバとして容易に使用できますが、オン抵抗が大きく、価格が高く、代替品が少ないため、ハイエンドドライバにはNMOSが使用されるのが一般的です。

パッケージングMOSFETのスイッチング管損失は、NMOSであってもPMOSであっても、導通後にオン抵抗が存在し、電流はこの抵抗分でエネルギーを消費します。消費されるエネルギーのこの部分は導通損失と呼ばれます。オン抵抗の小さい MOSFET を選択すると、導通損失が小さくなります。現在、小型パワーMOSFETのオン抵抗は数十mΩ程度が一般的であり、数mΩのものもあります。MOSは導通と遮断が一瞬で完了してはなりません。MOSの両端の電圧は、このとき、MOSFETの損失は電圧と電流の積であり、これをスイッチング損失といいます。通常、スイッチング損失は導通損失よりもはるかに大きく、スイッチング周波数が速いほど損失も大きくなります。通電時の電圧と電流の積は非常に大きく、損失が大きくなります。

スイッチング時間を短縮すると、各導通時の損失が減少します。スイッチング周波数を下げると、単位時間あたりのスイッチ数が減ります。これらのアプローチはどちらもスイッチング損失を低減できます。通電時の電圧と電流の積は大きく、損失も大きくなります。スイッチング時間を短縮すると、各導通時の損失を減らすことができます。スイッチング周波数を下げると、単位時間あたりのスイッチ数を減らすことができます。これらのアプローチはどちらもスイッチング損失を低減できます。駆動 バイポーラ トランジスタと比較して、GS 電圧が特定の値を超えている限り、パッケージ化された MOSFET をオンにするのに電流は必要ないと一般に考えられています。これは簡単ですが、スピードも必要です。カプセル化された MOSFET の構造は、GS、GD 間の寄生容量の存在で確認できます。実際、MOSFET の駆動は容量の充電と放電です。コンデンサの充電には電流が必要です。コンデンサを瞬時に充電すると短絡とみなされるため、瞬間的な電流が大きくなります。 MOSFET ドライバを選択/設計する際に最初に注意すべきことは、供給できる瞬時短絡電流の大きさです。

2 番目に注意すべきことは、一般にハイエンド駆動 NMOS で使用されるため、オン時間のゲート電圧がソース電圧よりも大きい必要があるということです。ハイエンド駆動MOSFETの導通ソース電圧とドレイン電圧(VCC)は同じなので、ゲート電圧はVCCよりも4Vまたは10Vになります。同じシステム内でVCCよりも大きな電圧を得るには、VCCに特化する必要があります。昇圧回路。多くのモーター ドライバーにはチャージ ポンプが統合されていますが、MOSFET を駆動するのに十分な短絡電流を得るには、適切な外部容量を選択する必要があることに注意することが重要です。 MOSFETのオン電圧は4Vや10Vが一般的ですが、当然ながらある程度のマージンを持った設計が必要です。電圧が高いほど、オン状態の速度は速くなり、オン状態の抵抗は低くなります。現在、オン電圧の小さいMOSFETがさまざまな分野で使用されていますが、12Vの車載電子システムでは、一般に4Vのオン電圧で十分です。MOSFETの駆動回路とその損失。