MOSFETのゲート容量とミラー容量

MOSFETのゲート容量とミラー容量はどのようにモデル化されますか。ゲート電圧が印加された場合の両方の動作は何ですか？

ドレインとゲートの間には常に容量があり、これは実際の問題になる可能性があります。一般的なMOSFETはFQP30N06L（60V LOGIC NチャンネルMOSFET）です。次の容量値があります。-

• 入力容量1040 pF（ゲートからソース）
• 出力容量350 pF（ドレインからソース）
• 逆伝達容量65 pF（ゲートからドレイン）

ミラー容量は上記の逆伝達容量であり、入力容量はゲート-ソース容量です。出力容量は、ドレインからソースまでです。

MOSFETの場合、適切なスループット（ゲート-ソース電圧の変化に対するドレイン電流の変化）を得るには、ゲート絶縁を非常に薄くする必要があるため、入力容量は通常3つのうち最大です。

ミラー容量（逆伝達容量）は通常最小ですが、パフォーマンスに重大な影響を与える可能性があります。

50Vの供給電圧から10Aの負荷をスイッチングする上記のMOSFETを考えてみましょう。ドレインでデバイスをオンにするためにゲートを駆動すると、数百ナノ秒以内に50Vから0Vに低下することが予想されます。残念ながら、ドレイン電圧が急速に低下すると（デバイスがオンになると）、ミラー容量を介してゲート電荷が除去され、これによりデバイスがオフになり始める可能性があります-負帰還と呼ばれ、理想的なスイッチング時間（オンとオフ）が短くなる可能性があります。

秘gateは、これに対応するためにゲートがわずかにオーバードライブされるようにすることです。FQP30N06Lデータシートから取られた次の写真を見てください：-

ゲート電圧が5Vでドレイン電流が10Aの場合に期待できることを示しています。デバイス全体で約0.35Vの電圧降下（消費電力3.5W）が得られます。しかし、ドレイン電圧が50Vから急速に低下すると、ゲートからの電荷の除去により、スイッチングプロセスでゲート電圧の3分の1が一時的に「失われる」ようになります。これは、ゲート駆動電圧が低ソースインピーダンスからのものであることを確認することで軽減されますが、3分の1が失われた場合、短時間はゲート電圧が3.5Vになり、スイッチングプロセスでより多くの電力が消費されます。

MOSFETをオフにする場合も同じです。ドレイン電圧の急激な上昇により、ゲートに電荷が注入され、MOSFETをわずかにオンにする効果があります。

より良いスイッチングが必要な場合は、データシートを見て、ゲート電圧をオーバードライブしてオンにし、可能であれば負の駆動電圧を印加してオフにします。いずれの場合も、低インピーダンスのドライバーを使用してください。FQP30N06Lのデータシートには、立ち上がり時間と立ち下がり時間の仕様で25オームのドライブインピーダンスが使用されていることが示されています。

さまざまな容量が電圧によってどのように影響されるかについても言及する価値があります。この図を見てください：-

ドレイン電圧が非常に小さい場合、ミラー容量（Crss）はほぼ1nFです-デバイスがオフのとき（ドレインで50Vなど）に比較して-容量はおそらく50pF未満に低下しました。電圧が他の2つの静電容量に与える影響も参照してください。

「ミラー」静電容量という用語がまだ適切に説明されていないのではないかと思います。ミラー容量は、ドレインからゲートへの容量と同一であると言われていました。これは説明が必要だと思います。

問題は、ミラー効果（負のフィードバックによる）により、ゲートでの入力コンダクタンスが増加することです（一般的なソース構成の場合）。これは、ドレインとゲートの間（デバイスの内部および/または外部）の導電要素に適用されます。

おおまかに言えば、ミラー効果は明ら​​かに、ゲートの入力容量をステージのゲインAに等しい係数だけ増加させると言えます。したがって、Cin〜A * Cdgです。

つまり、モデリングに関する限り、ミラー効果はまったくモデル化されず、Cdgはそのまま（DとGの間）にモデル化されます。ミラー効果による増加の可能性は、特定のアプリケーションによって異なります。