低電圧 MOSFET の役割は何ですか?

たくさんの種類がありますMOSFET、主に接合 MOSFET と絶縁ゲート MOSFET の 2 つのカテゴリに分けられ、すべてに N チャネル ポイントと P チャネル ポイントがあります。

MOSFETと呼ばれる金属酸化物半導体電界効果トランジスタは、デプレッション型MOSFETとエンハンスメント型MOSFETに分けられます。

MOSFET は、シングルゲート チューブとデュアルゲート チューブにも分類されます。デュアルゲート MOSFET は、2 つのシングルゲート MOSFET を直列に接続したのと同等の構造から、2 つの独立したゲート G1 と G2 を持ち、2 つのゲート電圧制御によって出力電流が変化します。デュアルゲート MOSFET のこの特性は、高周波アンプ、ゲイン制御アンプ、ミキサー、復調器として使用する場合に非常に便利です。

1, MOSFET種類と構造

MOSFET は FET の一種であり (もう 1 つの種類は JFET)、エンハンスメント型またはデプレッション型、P チャネルまたは N チャネルの合計 4 種類に製造できますが、理論的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。デプレッション型 MOSFET を使用しない理由については、根本原因の究明はお勧めしません。 2 つの強化された MOSFET については、オン抵抗が小さく、製造が容易であるため、NMOS がよく使用されます。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。以下の引用ですが、これもより NMOS ベースです。 3 つのピンの間に MOSFET の寄生容量が存在しますが、これは当社のニーズではなく、製造プロセスの制限によるものです。寄生容量の存在は、時間を節約するために駆動回路の設計または選択に存在しますが、回避する方法はありません。次に、詳しく説明します。 MOSFET の回路図では、ドレインとソースの間に寄生ダイオードが存在します。これはボディダイオードと呼ばれ、合理的な負荷を駆動する場合、このダイオードは非常に重要です。ちなみに、ボディダイオードは単一のMOSFET内にのみ存在し、通常は集積回路チップ内には存在しません。

2、MOSFETの導通特性

導通の重要性はスイッチとしての意味であり、スイッチが閉じることに相当します。NMOS 特性では、一定の値以上の Vgs が導通します。ソースが接地されている場合 (ローエンド駆動)、ゲート電圧のみが到達する場合の使用に適しています。 4V または 10V.PMOS 特性では、Vgs が特定の値以下で導通するため、ソースが VCC に接続されている場合 (ハイエンド駆動) の使用に適しています。

ただし、もちろん PMOS はハイエンド ドライバーとして非常に使いやすいですが、オン抵抗が高い、高価である、交換の種類が少ないなどの理由から、ハイエンド ドライバーでは依然として NMOS が使用されるのが一般的です。

3, MOSFETスイッチング損失

NMOSでもPMOSでも、オン抵抗が存在すると電流はその抵抗分でエネルギーを消費することになりますが、消費されるエネルギーのこの部分をオン抵抗損失といいます。オン抵抗の小さい MOSFET を選択すると、オン抵抗損失が小さくなります。通常の低電力 MOSFET のオン抵抗は通常数十ミリオーム、そこから数ミリオームです。 MOSはオン時とカットオフ時に、MOS両端の電圧が瞬時に完了してはいけないのですが、下降する過程があり、電流が上昇する過程を経て、この間にMOSFETの損失が生じます。電圧と電流の積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。導通時の電圧と電流の積が大きいと、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。どちらのアプローチでもスイッチング損失を低減できます。

 
4、MOSFETの駆動

バイポーラ トランジスタと比較して、MOSFET を導通させるのに電流は必要なく、GS 電圧が特定の値を超えていればよ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。 MOSFET の構造では、GS、GD 間に寄生容量が存在することがわかります。理論上、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が、コンデンサを瞬間的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 駆動の選択/設計で最初に注意すべきことは、提供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、オンデマンドでゲート電圧がソース電圧よりも大きくなるということです。ハイエンド駆動MOSチューブ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4Vまたは10Vになります。同じシステムで、VCC よりも大きな電圧を得るには、特別な昇圧回路が必要であると仮定します。多くのモーター ドライバーにはチャージ ポンプが組み込まれており、MOSFET を駆動するのに十分な短絡電流を得るために、適切な外付けコンデンサを選択する必要があることに注意してください。上記の4Vや10VはMOSFETのオン電圧として一般的に使用されており、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。通常、さまざまなカテゴリで使用されるオン状態電圧の小さい MOSFET もありますが、12V の自動車電子システムでは、通常の 4V オン状態で十分です。

MOSFET の主なパラメータは次のとおりです。

1. ゲート・ソース降伏電圧 BVGS - ゲート・ソース電圧が増加する過程で、ゲート電流 IG がゼロから VGS が急激に増加し始めます。これは、ゲート・ソース降伏電圧 BVGS として知られています。

2. ターンオン電圧 VT - ターンオン電圧 (しきい値電圧としても知られています): 導電チャネルの始まりの間のソース S とドレイン D が必要なゲート電圧を構成します。 - 標準化されたNチャネルMOSFET、VTは約3〜6Vです。 - 改善のプロセスの後、MOSFETのVT値を2〜3Vまで下げることができます。

3. ドレイン耐圧 BVDS - VGS = 0 (強化) の条件で、VDS をドレイン耐圧 BVDS - と呼ぶと ID が急激に増加し始めるようにドレイン電圧を上昇させていく過程で、ID が急激に増加しました。次の 2 つの側面:

(1) ドレイン電極近傍の空乏層のアバランシェ降伏

(2) ドレイン・ソース極間貫通破壊 - 一部の低電圧 MOSFET では、チャネル長が短く、VDS が上昇すると、ドレイン領域の空乏層がソース領域に拡大することがあります。 、チャネル長がゼロになるように、つまり、ドレインとソースの間の貫通、貫通、キャリアの大部分のソース領域、ソース領域が真っ直ぐになり、電界の吸収の空乏層に耐えるようになります。到着する漏れ領域で発生し、ID が大きくなります。

4. DC 入力抵抗 RGS、つまりゲート ソース間に加えられる電圧とゲート電流の比。この特性は、ゲート MOSFET を流れるゲート電流の観点から表現される場合があります。 RGS は 1010Ω を容易に超えます。 5.

5. 条件の固定値に対する VDS の低周波相互コンダクタンス gm、この変化によって引き起こされるドレイン電流の微小分散とゲート ソース電圧の微小分散は相互コンダクタンス gm と呼ばれ、ゲート ソース電圧の制御を反映します。ドレイン電流は、MOSFET の増幅が重要なパラメータであることを示し、通常は数から数 mA / V の範囲にあります。MOSFET は 1010Ω を簡単に超えることがあります。