「MOSFET」とは、Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistorの略称です。金属、酸化物（SiO2 または SiN）、半導体の 3 つの材料で構成されるデバイスです。 MOSFET は、半導体分野で最も基本的なデバイスの 1 つです。 IC 設計であろうと、ボードレベルの回路アプリケーションであろうと、それは非常に広範です。 MOSFETの主なパラメータには、ID、IDM、VGSS、V(BR)DSS、RDS(on)、VGS(th)などが含まれます。これらをご存知ですか? OLUKEY Company、Winsok台湾の中高級中低圧製品としてMOSFETエージェントサービスプロバイダーには、MOSFETのさまざまなパラメータを詳しく説明する20年近くの経験を持つコアチームがいます。
MOSFETパラメータの意味の説明
1. 極端なパラメータ:
ID: 最大ドレイン-ソース電流。電界効果トランジスタが正常に動作しているときに、ドレインとソースの間に流れることができる最大電流を指します。電界効果トランジスタの動作電流は ID を超えてはなりません。このパラメータは、ジャンクション温度が上昇すると減少します。
IDM: 最大パルスドレイン・ソース電流。このパラメータはジャンクション温度が上昇すると減少し、耐衝撃性を反映し、パルス時間にも関係します。このパラメータが小さすぎると、OCP テスト中に電流によってシステムが故障する危険性があります。
PD: 最大消費電力。これは、電界効果トランジスタの性能を低下させることなく許容される最大のドレイン-ソース間電力損失を指します。 FET を使用する場合、実際の消費電力は PDSM の消費電力よりも小さく、ある程度のマージンを持たせる必要があります。このパラメータは通常、ジャンクション温度が上昇すると減少します。
VDSS: ドレイン・ソース間最大耐圧。特定の温度およびゲート・ソース間短絡下で、流れるドレイン電流が特定の値に達した（急激に上昇した）ときのドレイン・ソース間電圧。この場合のドレイン・ソース間電圧をアバランシェ降伏電圧とも言います。 VDSS は正の温度係数を持っています。 -50°C では、VDSS は 25°C の約 90% になります。通常の製造では余裕が残されているため、MOSFET のアバランシェ降伏電圧は常に公称定格電圧より大きくなります。
オルキー暖かいヒント: 製品の信頼性を確保するために、最悪の動作条件下では、動作電圧が定格値の 80 ～ 90% を超えないようにすることをお勧めします。
VGSS: 最大ゲート・ソース間耐圧。ゲート・ソース間の逆電流が急激に増加し始めるときのVGS値を指します。この電圧値を超えると、ゲート酸化層の絶縁破壊が発生します。これは破壊的かつ不可逆的な破壊です。
TJ: 最大動作ジャンクション温度。通常は150℃または175℃です。装置設計の使用条件においては、この温度を超えないようにしてある程度のマージンを持たせる必要があります。
TSTG: 保管温度範囲
これら 2 つのパラメータ TJ と TSTG は、デバイスの動作環境および保管環境で許容されるジャンクション温度範囲を校正します。この温度範囲は、デバイスの最小動作寿命要件を満たすように設定されています。デバイスがこの温度範囲内で動作することが保証されている場合、その動作寿命は大幅に延長されます。
2. 静的パラメータ
MOSFET のテスト条件は通常、2.5V、4.5V、および 10V です。
V(BR)DSS: ドレイン・ソース間耐圧。これは、ゲート・ソース間電圧 VGS が 0 のときに電界効果トランジスタが耐えることができる最大ドレイン・ソース間電圧を指します。これは制限パラメータであり、電界効果トランジスタに印加される動作電圧は V(BR) 未満である必要があります。 DSS。正の温度特性を持っています。したがって、低温条件下でのこのパラメータの値は安全性を考慮する必要があります。
△V(BR)DSS/△Tj：ドレイン・ソース間耐圧の温度係数、一般的に0.1V/℃
RDS(on): VGS (通常は 10V)、接合温度、ドレイン電流の特定の条件下で、MOSFET がオンになったときのドレインとソース間の最大抵抗。 MOSFETがオンしたときの消費電力を決定する非常に重要なパラメータです。このパラメータは通常、ジャンクション温度が上昇すると増加します。したがって、損失と電圧降下の計算には、最高動作ジャンクション温度におけるこのパラメータの値を使用する必要があります。
VGS(th): ターンオン電圧(閾値電圧)。外部ゲート制御電圧 VGS が VGS(th) を超えると、ドレイン領域とソース領域の表面反転層が接続されたチャネルを形成します。アプリケーションでは、ドレイン短絡条件下で ID が 1 mA に等しいときのゲート電圧をターンオン電圧と呼ぶことがよくあります。このパラメータは通常、ジャンクション温度が上昇すると減少します。
IDSS: 飽和ドレイン・ソース間電流、ゲート電圧 VGS=0 かつ VDS がある値のときのドレイン・ソース間電流。通常はマイクロアンペアレベル
IGSS: ゲート-ソース間駆動電流または逆電流。 MOSFET の入力インピーダンスは非常に大きいため、IGSS は一般にナノアンペア レベルになります。
3. 動的パラメータ
gfs: トランスコンダクタンス。これは、ゲート・ソース間電圧の変化に対するドレイン出力電流の変化の比率を指します。これは、ゲート・ソース間電圧がドレイン電流を制御する能力の尺度です。 gfsとVGSの転送関係表をご覧ください。
Qg: 総ゲート充電容量。 MOSFETは電圧型の駆動デバイスです。駆動工程はゲート電圧の設定工程である。これは、ゲート・ソースとゲート・ドレイン間の静電容量を充電することによって実現されます。この点については以下で詳しく説明します。
Qgs: ゲート・ソース充電容量
Qgd: ゲートからドレインまでの電荷 (ミラー効果を考慮)。 MOSFETは電圧型の駆動デバイスです。駆動工程はゲート電圧の設定工程である。これは、ゲート・ソースとゲート・ドレイン間の静電容量を充電することによって実現されます。
Td(on): 導通遅延時間。入力電圧が10%に上昇してからVDSが振幅の90%に低下するまでの時間
Tr: 立ち上がり時間、出力電圧 VDS が振幅の 90% から 10% に低下するまでの時間
Td(off): ターンオフ遅延時間、入力電圧が 90% に低下してから VDS がターンオフ電圧の 10% に上昇するまでの時間
Tf: 立ち下がり時間、出力電圧 VDS が振幅の 10% から 90% まで上昇する時間
Ciss: 容量を入力し、ドレインとソースを短絡し、交流信号でゲートとソース間の容量を測定します。 Ciss= CGD + CGS (CDS 短絡)。これは、デバイスのターンオンおよびターンオフの遅延に直接影響します。
Coss: 出力容量。ゲートとソースを短絡し、AC信号でドレインとソース間の容量を測定します。 Cos = CDS +CGD
Crss: 逆伝送容量。ソースがグランドに接続されている場合、ドレインとゲートの間で測定される静電容量はCrss=CGDとなります。スイッチの重要なパラメータの 1 つは立ち上がり時間と立ち下がり時間です。クロス=CGD
MOSFET の電極間容量と MOSFET 誘導容量は、ほとんどのメーカーで入力容量、出力容量、フィードバック容量に分けられます。引用された値は、固定のドレイン-ソース間電圧に対するものです。これらの静電容量はドレイン-ソース間電圧が変化すると変化し、静電容量の値の影響は限定的です。入力容量値は、ドライバー回路に必要な充電のおおよその指標を与えるだけですが、ゲート充電情報の方がより役立ちます。これは、特定のゲート・ソース間電圧に達するためにゲートが充電しなければならないエネルギー量を示します。
4. アバランシェ降伏特性パラメータ
アバランシェ降伏特性パラメータは、MOSFET がオフ状態での過電圧に耐える能力を示す指標です。電圧がドレイン-ソース間の制限電圧を超えると、デバイスはアバランシェ状態になります。
EAS: シングルパルスアバランシェ降伏エネルギー。これは限界パラメータであり、MOSFET が耐えることができる最大のアバランシェ降伏エネルギーを示します。
IAR: なだれ電流
EAR: 繰り返される雪崩破壊エネルギー
5. 生体内ダイオードパラメータ
IS: 連続最大フリーホイール電流 (ソースから)
ISM: パルス最大フリーホイール電流 (ソースから)
VSD: 順方向電圧降下
Trr: 逆回復時間
Qrr: 逆電荷回復
Ton: 順方向導通時間。 （基本的には無視して構いません）
MOSFETのターンオン時間とターンオフ時間の定義
申請プロセスでは、多くの場合、次の特性を考慮する必要があります。
1. V (BR) DSS の正の温度係数特性。バイポーラ デバイスとは異なるこの特性により、通常の動作温度が上昇するにつれてデバイスの信頼性が高まります。ただし、低温時のコールドスタート時の信頼性にも注意する必要があります。
2. V(GS)th の負の温度係数特性。ジャンクション温度が上昇すると、ゲートしきい値電位はある程度低下します。一部の放射線もこの閾値電位を低下させ、場合によっては 0 電位を下回ることもあります。この機能により、エンジニアは、特にしきい値電位が低い MOSFET アプリケーションの場合、このような状況での MOSFET の干渉と誤ったトリガに注意を払う必要があります。この特性により、干渉や誤ったトリガーを避けるために、ゲート ドライバーのオフ電圧電位を負の値 (N タイプ、P タイプなどを指す) に設計することが必要になる場合があります。
3.VDSon/RDSoの正の温度係数特性。ジャンクション温度が上昇すると VDSon/RDSon がわずかに増加するという特性により、MOSFET を直接並列使用することが可能になります。バイポーラ デバイスはこの点ではまったく逆であるため、それらを並行して使用すると非常に複雑になります。 ID が増加すると、RDSon もわずかに増加します。この特性と接合および表面 RDSon の正の温度特性により、MOSFET はバイポーラ デバイスのような二次降伏を回避できます。ただし、この機能の効果はかなり限定されていることに注意してください。並列、プッシュプル、またはその他のアプリケーションで使用する場合、この機能の自己調整に完全に依存することはできません。いくつかの根本的な対策がまだ必要です。この特性は、高温で伝導損失が大きくなることも説明しています。したがって、損失を計算する際にはパラメータの選択に特別な注意を払う必要があります。
4. ID の負の温度係数特性、MOSFET パラメータとその主な特性の理解 ID は、ジャンクション温度が上昇すると大幅に低下します。この特性により、設計中に高温での ID パラメータを考慮することが必要になることがよくあります。
5. アバランシェ耐量 IER/EAS の負の温度係数特性。ジャンクション温度が上昇すると、MOSFET の V(BR)DSS は大きくなりますが、EAS は大幅に減少することに注意してください。つまり、高温下では雪崩に対する抵抗力が常温下に比べて非常に弱いのです。
6. MOSFET の寄生ダイオードの導通能力と逆回復特性は、通常のダイオードと同等です。設計ではループ内の主電流キャリアとして使用することは想定されていません。ブロッキング ダイオードは、体内の寄生ダイオードを無効にするために直列に接続されることが多く、回路の電気搬送波を形成するために追加の並列ダイオードが使用されます。ただし、短期間の導通または同期整流などの小さな電流要件の場合は、キャリアとして考えることができます。
7. ドレイン電位の急激な上昇により、ゲート駆動のスプリアス トリガが発生する可能性があるため、dVDS/dt が大きいアプリケーション (高周波高速スイッチング回路) では、この可能性を考慮する必要があります。
投稿日時: 2023 年 12 月 13 日
