デプレッションMOSFETの一般的な使用法


16

私は長い間、エンハンスメントMOSFETに取り組んできました。しかし、空乏MOSFETを使用した回路を見たことはありません。

空乏型MOSFETの典型的なユースケースは何ですか?

回答:


14

確かに、それらはあまり広く使用されていませんが、まだ利用できるいくつかの理由があります。

ディスクリートデバイスとして:

単純な定電流源として

ソースとゲートの間に抵抗を配置すると、定電流ソースが作成されます。

ここに画像の説明を入力してください

電流が増加すると、抵抗両端の電圧降下が増加するため、ゲート電圧が低下し、MOSFETが少しオフになります。電流が減少すると、MOSFETは少しオンになります。これにより常に平衡が保たれるため、2つのコンポーネントのみを備えた電流源があり、その電流は抵抗とゲートしきい値にのみ依存します(ただし、あまり正確ではありません)。

SMPS電源の起動回路の一部として

これらの電源は、1次側のコントローラーチップ(220Vまたは110V)を使用します。チップの実行には低電圧(通常10V)が必要であり、この電圧は効率を上げるためにトランスの補助巻線から供給できます(ツェナーで一次側の高電圧を落としてチップに電力を供給する場合、低負荷で重要になる電力を無駄にします)。これは問題ありませんが、供給が開始されたとき、補助巻線にはまだ電圧がないため、コントローラーに電力を供給できず、コントローラーは起動しません。

それで、どういうわけか、少なくとも起動中は、高電圧を落としてコントローラーに電力を供給しなければなりません。しかし、いったん起動し、補助巻線でコントローラに電力を供給できるようになると、電力を浪費するこの電流経路を切断したいと思うでしょう。空乏フェットでそれを行う場合、それは非常に簡単です:基本的には、ソースをコントローラの電源ピンに、ゲートをコントローラのグランドに、ドレインを高電圧に設定するだけです(これは簡易ビュー):

ここに画像の説明を入力してください

このように、コントローラーに電力が供給されていない場合、高電圧がコントローラーに電力を供給し(ゲートに電圧がない)、コントローラーに電力が供給されると、高電圧経路が遮断されます(ゲートに負電圧)。エンハンスメントモードフェットを使用してそれを行う他のすべての方法は、効率が低下します(コンポーネントが多くなり、電力が無駄になり、複雑になります)。これが、あなたが見つけることができるほとんどの標準的な消耗モードfetが実際に高電圧部品である理由です。

過電圧保護素子として

空乏フェットは通常非常に高いRDSonを持っているため、このアプリケーションは信号または低電流供給の保護に限定されます。これは典型的な回路です:

ここに画像の説明を入力してください

信号電圧が高くなりすぎても、ゲートはツェナー電圧に維持されます。したがって、MOSFETは導通を停止するため、出力はVz + VGSthresholdを超えることができません。実際にはレギュレータのように機能し、信号をクランプします。これでIC入力を保護することができます。名目上の場合の唯一の結果は、MOSFETのRDSon(抵抗とツェナーだけよりも低いインピーダンス)です。

上記の回路が単純なNPNレギュレーターのように見えることに注意してください。ただし、大きな違いが1つあります。NPNレギュレータでは、出力電圧はVz-0.6Vです。デプレッションFETの場合、出力電圧はVz + VGSthです。クランプ出力は基準を上回っています。

レギュレータを使用した過電圧保護の別の使用例:

ここに画像の説明を入力してください

原理は、レギュレータ出力をゲートに供給されるリファレンスとして直接使用していることを除いて、上記と同じです(ツェナーは回避できます)。これは、FETの出力がリファレンスを上回っているという事実が有用な場合です。リファレンスは安定化された5Vであり、レギュレータのドロップアウトに対してVGSthが許可されていることがわかります。

そのため、高電圧定格では空乏型FETを簡単に取得できるため、レギュレータを数百ボルトに簡単に耐えることができます(電源電圧に便利です)。繰り返しますが、これは低電流(数十mA)に対してのみ実行できることに注意してください。

集積回路内:

それらは一度にロジックICでも使用されています(80年代前半)。

基本的に、これらは、CMOS ICで現在使用されているP型FETの代わりに、高レベルのパス要素として使用されました。これは、出力が低いときに値が高くなるプルアップ抵抗器として主に機能し、電力消費を削減し、高レベル状態で低インピーダンスを維持します。インバーターゲートの例:

ここに画像の説明を入力してください

「depletion-load_NMOS_logic」ウィキペディアのエントリを参照してください。


追加のリソース

詳細については、いくつかのアプリノートがあります。

  • Infineonから、一般的な空乏化FETの使用法について説明しています(SMPS起動回路の例は、このドキュメントから引用しています)。
  • IXYSから、現在の多くのソースの使用を決定します。(7805サンプル回路による過電圧保護は、このドキュメントに基づいています)。
  • マキシムから、信号の過電圧保護について説明しています。
  • 空乏モードFETの構造に関する情報も提供するALDから。

1
dimは正しいです。追加したいのは、これらは拡張版よりもまれで高価なので、設計者は他の方法で起動時の問題を解決しようと努力することです。また、空乏型MOSFETは、何かが故障してドライブを失う場合のクローバーとして優れています.MCUの故障またはあなたが何を持っているからかもしれませんが、出力、ゲートソース電圧または重要なものが明確に定義された状態になります、ゼロに関連付けられており、火災/暴走はありません。
-winny

1
@winny確かに、あなたのコメントは、彼らが用途を見つける3番目の分野、過電圧保護について考えさせられました。それを追加します。
薄暗い

1
古いIC(特に古いプロセッサの一部)では、枯渇負荷デバイスがありました。私は実際に見出しの一部としてそれを持っていた多くのIntelデバイスを思い出すようです。en.wikipedia.org/wiki/Depletion-load_NMOS_logic
ピータースミス

2

デプレッションモードフェットは、非常に低い電圧での動作が必要な環境発電で役立ちます。典型的なデプレッションモードフェットは、Si BJTよりも優れており、Ge BJTよりも優れています。 Ge BJTよりも望ましくありません。別の用途は、ビンテージラジオを復元するときのバルブの交換です。オーディオバルブは簡単に見つけることができますが、ラジオバルブはときどき不明瞭です。


2

拡張モードでも空乏モードでもないデバイスはどうですか?または、どちらが曖昧なのでしょうか?

多くのCMOSプロセスには、「ネイティブ」トランジスタが含まれています。これらは、特定のインプラントが適用されておらず、そのため非常に低いしきい値電圧を持つトランジスタです。一部のプロセスでは、このしきい値は負になり(NMOSの場合)、空乏デバイスになります。

これらは、バイアス回路、レールへのプルアップ/プルダウン、およびレールツーレール(RR)動作のオペアンプで使用できるように存在します。RR動作を得るためにネイティブトランジスタを用意する必要はありませんが。

バイアス回路では非常に便利なので、電源投入時にアクティブに制御できます(これらの回路が最初に有効になります)。また、動作範囲を広げることができます。たとえば、従来の電流ミラーはレールの近くで動作しません(Vth以下) 。ネイティブデバイスを使用して、サブスレッショルド領域の通常のデバイスを制御できます。

そのため、今日の世界でさえ、これらのデバイスは疑わしいものよりはるかに一般的です。

注として、これらのデバイスのウィキペディアのエントリは、追加のインプラントがあると述べるのは間違っています。場合によってはそうかもしれませんが、私が知っている約5つの異なるファウンドリでは、これらのデバイスのプロセスステップが削除されています。

弊社のサイトを使用することにより、あなたは弊社のクッキーポリシーおよびプライバシーポリシーを読み、理解したものとみなされます。
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.