MOSFETとは－スイッチング特性とその温度特性

前回は、MOSFETの寄生容量について説明しました。今回は、スイッチング特性について説明したいと思います。

MOSFETのスイッチング特性

電力変換においては、MOSFETは基本的にスイッチとして使われます。MOSFETのスイッチング特性は、一般的に、ターンオン遅延時間：T_d(on）、上昇時間：t_r、ターンオフ遅延時間：T_d(off）、下降時間：t_fが提示されていることが多いと思います。以下は、低オン抵抗と高速スイッチングを特長とするNch 600V 4AのMOSFET R6004KNXのデータシートからの抜粋です。これらのパラメータの呼称や記号は、メーカー間で多少異なることがあるかもしれません。例えば、ターンオン（オフ）遅延時間をターンオン（オフ）ディレイタイム、上昇（下降）時間を立ち上がり（立ち下がり）時間やライズ（フォール）タイムなどです。

これらのスイッチングに関するパラメータは、測定回路の信号源インピーダンスとドレイン負荷抵抗R_Lに大きく影響されます。 したがって、基本的に測定条件が規定され、測定回路が提示されています。一般的には、上記の例のようにV_DD、V_GS、I_D、R_L、R_Gの条件がデータシートに示されています。提示されている測定回路に規定条件を適用します。

また、時間のパラメータですので、そのパラメータが「どこからどこまでの時間」であるかも規定されています。

  >ターンオン遅延時間：V_GSの立ち上がり10%から、V_DSの立ち上がり10%までの時間
  >上昇時間：V_DSの立ち上がり10%から90%までの時間

  >ターンオフ遅延時間：V_GSの立ち下がり90%から、V_DSの立ち下がり90%までの時間
  >下降時間：V_DSの立ち下がり90%から10%までの時間

ここでの、V_DSの「立ち上がり/立ち下がり」という表現は、波形を見ると逆のように思えるかもしれませんが、出力は反転なのでこういった表現になります。例えば、ターンオン時間は「V_GSが10%まで上昇してから、MOSFETが10%オンするまでの時間」のように解釈すれはいいことです。

スイッチング特性の温度特性

これらのスイッチング時間は、温度上昇とともにわずかに増加する傾向がありますが、100℃の上昇で10%程度の増加であることから、温度依存性はほとんどないと考えて問題ありません。実測例を以下に示します。

次は、ID-VGS特性の説明を予定しています。