電源設計の技術情報サイト

技術資料ダウンロード

2016.09.28 Siパワーデバイス

MOSFETとは-スイッチング特性とその温度特性

Siトランジスタとは

  • Facebookでシェア
  • Twitterでシェア

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:Td(on)、上昇時間:tr、ターンオフ遅延時間:Td(off)、下降時間:tf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。

Si_2-3_tbl

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RL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VDD、VGS、ID、RL、RG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:VGSの立ち上がり10%から、VDSの立ち上がり10%までの時間
  >上昇時間:VDSの立ち上がり10%から90%までの時間

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

ここでの、VDS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「VGS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。

Si_2-3_temp

次は、ID-VGS特性の説明を予定しています。

キーポイント:

・MOSFETのスイッチング特性として、一般にターンオン遅延時間、上昇時間、ターンオフ遅延時間、下降時間が提示されている。

・スイッチング特性は、測定条件と測定回路に大きく影響されるので、提示条件を確認する。

・スイッチング特性は温度変化の影響をほとんど受けない。

シリコンパワーデバイスの特徴を活かしたアプリケーション事例