MOSFETスイッチング速度を決定する

Qg（ゲート電荷）、Vgs（GS接合電圧）、およびゲート抵抗を指定して、MOSFETのスイッチング速度をどのように決定できますか？ゲート抵抗の必要な値をどのように決定すればよいですか？

駆動回路から見ると、ゲートはソースに対してコンデンサのように見えます。それは実際にはドレインにもいくらかの静電容量を持っていますが、それは総ゲート電荷図で考慮されています。あなたはゲートが変化しなければならない電圧とそれを達成するために転送されなければならない電荷を知っています。そこから、等価容量を計算するのは簡単です。ファラッド=クーロン/ボルト。静電容量を取得すると、R * C時定数により、ゲート抵抗の反対側にステップ入力が与えられた場合のゲートのスルースピードがわかります。たとえば、最終的なゲート電圧の90％に到達するには、2.3の時定数が必要です。

FETが実際に「スイッチ」するときは、よりトリッキーです。特定のゲート電圧でFETが突然フルオフからフルオンに移行することはありませんが、小さな増分変化でFET出力特性に最大の差が生じるゲート電圧があります。フルオンとフルオフの「切り替え」が実際に意味することを決定し、次に、それが表すゲート電圧範囲を決定する必要があります。次に、同等のRCモデルを使用して、ステップ入力がこの領域を通過する速度を決定します。たとえば、スイッチングの大部分がゲート電圧の20％から80％の間で発生する場合、1.4時定数になります。

スイッチング動作の大部分は、ゲート電圧がしきい値電圧Vgsthでプラトーになるときに発生します。この時点で、ドレイン電圧が急速に低下し、いわゆるミラー効果によって、ドレインが最小値に達するまでしきい値が維持されます。

（https://web.archive.org/web/20120324165247/http://www.ti.com/lit/ml/slup097/slup097.pdfから）

実際の例として、直列抵抗が100オームの5Vソースで駆動しているIRL540Nがあるとします。

ゲートスレッショルドの仕様は1〜2 Vです。これは、ゲート充電電流が30〜40 mAであることを意味します。総ゲート電荷は74nC未満で仕様化されているため、t = Qmax / Imin = 74nC / 30mA = 2.47usecの最大スイッチング時間について話していることになります。

抵抗がゼロのゲート抵抗を使用しないのはなぜですか？

いくつかの理由：

• MOSFETの寄生ソースインダクタンスは、高周波発振、または少なくとも非常に減衰の少ないターンオンを引き起こす可能性があります。

• 通常、EMIの理由から、ターンオン時間を適切に調整する必要があります。

• また、ハーフブリッジゲートドライブでは、ターンオン抵抗と並列にダイオードを使用するので、ターンオフは速くなりますが、ターンオンは遅くなります。それ以外の場合は、この投稿の範囲を超える理由で、シュートスルーを得ることができます。（時間があれば、ブログ記事を書いて、リンクを投稿します。）