MOS-FETのスイッチング特性

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スイッチング損失

スイッチング損失にはRENESASのサイトに解説がある。パワーMOS FET

ターンオン

矩形波でドライブした場合の特性

VGS ゲートチャージ電荷量 VDS Qth Qgs Qgd Qg Vth SVGの代替画像
ゲート電圧を加えた場合、入力容量が充電されゲートしきい値電圧(2SK2173の場合0.8min～2.0Vmax)を超えてからドレインソース間に電流が流れ始める。Qth
この後、ゲート電圧の上昇に伴い、ドレイン電流が増えドレインソース間の電圧が下がる。ゲート電圧の上昇に対してドレイン電圧が下がるため一種の反転アンプの形態となり、帰還容量がミラー効果により更に大きな入力容量となる。
ミラー効果により入力容量が大きくなるためVGSの立ち上がりが遅くなる。Qgd
十分にチャージされるとドレイン電圧がほとんど変化しなくなるのでゲート電圧がまた上昇し始める。
これらの特性はデーターシートのダイナミック入出力特性から読み取れる。
必要な電荷量はQgで表せる。
この時のゲート電流は、立ち上がり時間をdt、ゲートドライブ電圧をVGSとすると下記の式で表せる。
\displaystyle Ipeak=\frac{Qg}{dt}
100nsでVGS=10Vとすると100nCの電荷量が必要となり1Apeakのドライブ電流が必要となる。

損失

\displaystyle P1=\frac{1}{6} \cdot f \cdot t1 (VD \cdot ID + 2ID^2 \cdot RON)
VGS=10Vの時、ドレイン電圧0.2V～0.6Vの時、ドレイン電流15A～45なので、RONは0.4/30=0.013Ωとなり、
ID=6.75A VD=12Vより
100nsでターンオンした場合、0.137W 1A
200nsでターンオンした場合、0.274W 0.5A
300nsでターンオンした場合、0.411W 0.333A
f=Hz
Q=C
Ton=s
VP=V
ID=A
RON=Ω


P=W
Ipeak=A

オン中

\displaystyle P2=\frac{1}{3} \cdot f \cdot t2 RON (IP^2+IP \cdot ID+ID^2)
損失は、0.273Wとなる。
f=Hz
Q=C
T=s
ID=A
IP=A
RON=Ω


P=W

ターンオフ

\displaystyle P3=\frac{1}{6} \cdot f \cdot t3 (VP \cdot IP+ 2IP^2 \cdot RON)
100nsでターンオフした場合、0.137W 1A
200nsでターンオフした場合、0.234W 0.5A
300nsでターンオフした場合、0.333W 0.333A
f=Hz
Q=C
Toff=s
VP=V
IP=A
RON=Ω


P=W
Ipeak=A