2024.06.07MOS-FET(以下”FET”)を用いた回路には、必ずといって良いほど下図のゲート抵抗とゲート・ソース間抵抗が入っています。ゲート抵抗とゲート・ソース間抵抗は単純な構成ですが、FETの性能を引き出すためには重要な回路です。目次Toggleゲート抵抗ゲート抵抗が必要な理由FETゲート駆動の仕組みゲート抵抗の役割ゲート抵抗の決め方ゲート抵抗の下限値ゲート抵抗の上限値ゲート抵抗とスイッチング損失の関係ゲート抵抗をあえて大きくするケースゲート・ソース間抵抗ゲート・ソース間抵抗が必要な理由ゲート・ソース間抵抗の決め方ゲート・ソース間抵抗の下限値ゲート・ソース間抵抗の上限値まとめゲート抵抗ゲート・ソース間抵抗ゲート抵抗FETのゲートと、ゲートドライバ(本記事ではFETのゲートを駆動させる前段回路のデバイスをこのように表記します)の出力間に挿入する抵抗を一般に”ゲート抵抗”といいます(下図)。ゲート抵抗の図:Nch-FETの例スポンサーリンクゲート抵抗が必要な理由FETのドライブ回路には必ずと言って良いほど、ゲート抵抗が挿入されています。?以下、解説していきます。FETゲート駆動の仕組みまずは、Nch-FETを例に、FETゲート駆動の仕組みを説明します。Nch-FETをONするにはソースに対するゲートの電圧(VGS)を上げる必要があります。入力容量に電荷を充電するといえます。入力容量から電荷を放電するとなります。OFFゲート抵抗の役割もしゲート抵抗がなければ、ゲートに印加された電源と入力容量の間が短絡に近い状態となってしまい、FETをON/OFFする(入力容量に充放電する)たび、非常に大きな電流を流さなくてはなりません。ゲートを駆動する回路がこの電流を許容できない場合、ゲート電圧レベルを正しくドライブできなかったり、最悪の場合、ゲートドライバが破損する可能性があります。よって、、ゲートの入力容量への充放電電流を制限するためゲート抵抗が必要になります。Pch-FETの場合は、ONの時に放電、OFFの時に充電と逆の動作になりますが、同じことが言えます。上記したとおり、FETのゲートには何Ωかの抵抗を挿入する必要があります。何Ωを挿入すれば良いでしょうか?ゲート抵抗の下限値まず、FETのゲートを駆動する回路(ゲートドライバ)がどれくらいの電流を流すことができるか確認します。例として、5V入力タイプの小信号用Nch-FETのゲートを、出力電流±10mA(max)のゲートIC(CMOS出力)で駆動する場合を考えます。500Ωを満たす必要があります。<下>Pch-FET※RGSにも電流が流れますが、説明では無視しています。後述しますが、ゲート・ソース間電圧を稼ぐためにRGSはRGよりも大きな定数となります。RGSを含めて厳密に計算するとゲート抵抗はもう少し小さくできますがあまり意味は無いと思われます。500Ω以上であれば何Ωでも良いのでしょうか?結論から言うと、電力損失(熱)の観点において、FETのゲート抵抗は可能な限り小さいほうが望ましいと言えます。ゲート抵抗の上限値ゲート抵抗とスイッチング損失の関係ゲート抵抗を大きくすると入力容量への充放電電流が減り、時定数(τ=CR)が大きくなります。FETのON/OFF遷移時間(スイッチング時間)が長くなります。FETは、スイッチング損失(ON→OFFまたは、OFF→ONへ”遷移する間”の電力損失)が定常時(完全にONした後)の損失と比較して桁違いに大きいため、スイッチング時間を可能な限り短く設計することが基本となります。1周期あたりの損失を小さくすることで、チャネル温度の上昇を抑制できます。この考え方は、単位時間あたりのスイッチング頻度が多い(スイッチング周期が短い)回路ほど重要になります。チャネル温度定格、他>によりますので一概に言えません。【データシートの読み方】シリーズの記事は下記を目的として作成しています。FET...practicalelectronicsblog.com2024.04.17ですが、スイッチング損失に伴うチャネル温度上昇の観点から考えると、ゲート抵抗は可能な限り小さい方が望ましいということです。スイッチング時間が早すぎると、チャネル温度の上昇を抑えることができる反面、放射ノイズの悪化、負荷側への突入電流ピークが増加する、というマイナス要因もあり、注意が必要です。ゲート抵抗をあえて大きくするケース逆に、スイッチング頻度が極めて低く、FETオン時に負荷容量への大きなチャージ電流が問題となるロードスイッチの用途では、あえてターン・オン時間が長くなるように設計し、負荷容量への突入電流のピークを抑えることを目的とする場合があります。※ターン・ON/OFF時間は、入力容量の他、帰還容量や出力容量の影響も受けますが、話がややこしくなるため、省略しています。ゲート・ソース間抵抗FETのゲート・ソース間に挿入する抵抗を”ゲート・ソース間抵抗”と言います。ゲート・ソース間抵抗の図:Nch-FETの例スポンサーリンクゲート・ソース間抵抗が必要な理由FETのゲートがフローティングして回路が誤動作してしまうことを避けるため、ゲート-ソース間に抵抗を入れて論理固定する必要があります。Nch、Pchどちらであっても、ゲート・ソース間に抵抗を入れるとFETがOFFする方向にゲートレベルが固定されます。考え方は、プルアップ・プルダウン抵抗の考え方と同様です。役割から定数の算出方法まで詳しく解説!プルアップ・プルダウン抵抗は単純ですが重要な電子回路です。「なんとなく」で実装されがちですが、しっかり設計しないと思わぬ不具合を招くことがあります。本記事では、プルアップ・プルダウン抵抗の役割や定数の算出方法について詳しく解説します。👉こ...practicalelectronicsblog.com2022.03.21スポンサーリンクゲート・ソース間抵抗の決め方ゲート・ソース間抵抗の下限値ゲート-ソース間に抵抗を挿入すると、ゲート・ソース間電圧(VGS)はゲート抵抗とゲート・ソース間抵抗で分圧されてしまいますが、それでもFETのオン閾値を超えるよう設計する必要があります。262.5Ωを満たす必要があります。分圧されるゲート・ソース間電圧:Nch-FETPch-FETの場合は計算式が異なりますが、同様の考え方で計算できます(下図)分圧されるゲート・ソース間電圧:Pch-FETゲート・ソース間抵抗の上限値ゲート・ソース間抵抗の定数は大きい方がVGSを稼げるため、上限値はありません。大きすぎると、FETへのゲートソース間リーク電流(IGSS)の影響を受けるため、大きくても数十kΩ〜数百kΩ程度が良いと思います。※ターン・ON/OFF時間は、入力容量の他、帰還容量や出力容量の影響も受けますが、話がややこしくなるため、省略しています。動作原理と使用方法を理解するモータやソレノイドなど、誘導性負荷をスイッチングする回路には負荷と並列にダイオードを挿入します(下図)。これをフリーホイールダイオードといいます(フライホイールダイオードと呼ばれることもあります)。Decay”とは?インダクタの減衰方式について理解するこの記事では、ステッピングモータを制御するために欠かせない概念である電流減衰方式について簡潔に、分かりやすく解説します。※この記事ではステッピングモータおよびHブリッジ回路に関する最低限の知識を前提としています。ブレーキ」・「停止」の状態に切替る回路をHブリッジ回路と言います。本記事ではHブリッジ回路の動作原理と設計方法について詳しく、分かりやすく説明します。インピーダンス・出力インピーダンスとは?分かりそうで分からない、これらの概念を解説!電気回路の解説を読むと、「入力インピーダンスが高いため...」や、「出力インピーダンスが低いため...」といった表現をよく見かけます。コメントをキャンセルメールアドレスが公開されることはありません。※サイト次回のコメントで使用するためブラウザーに自分の名前、メールアドレス、サイトを保存する。上に表示された文字を入力してください。ホーム電気・電子回路スポンサーリンクhimao某メーカの電気系エンジニア(10年以上)▶︎電子基板(マイコン/モータドライブ回路/通信インターフェイス回路/など)の設計を幅広く経験▶︎エンジニアに必要な知識はネットで調べてもイマイチ理解できないことが多く、私自身も苦労してきました。自分が苦労してきた内容を若手エンジニア向けに分かりやすく解説できればと考え、2022年に本ブログを解説▶︎エンジニアの現場で使える『実用的な』知識・ノウハウを配信していきます。CPUとメモリの関係について解説!2022.02.272024.05.10himao某メーカの電気系エンジニア(10年以上)▶︎電子基板(マイコン/モータドライブ回路/通信インターフェイス回路/など)の設計を幅広く経験▶︎エンジニアに必要な知識はネットで調べてもイマイチ理解できないことが多く、私自身も苦労してきました。自分が苦労してきた内容を若手エンジニア向けに分かりやすく解説できればと考え、2022年に本ブログを解説▶︎エンジニアの現場で使える『実用的な』知識・ノウハウを配信していきます。インターフェースホーム検索トップサイドバ。