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트랜지스터란? MOSFET의 특성

 

MOSFET의 기생 용량과 온도 특성에 대하여

MOSFET의 정전 용량에 대하여

MOSFET의 정전 용량에 대하여
그림 1: MOSFET의 용량 모델

파워 MOSFET에는 구조상 그림 1과 같은 기생 용량이 존재합니다.
MOSFET의 G (게이트) 단자와 다른 전극간은 산화막으로 절연되어 있으며, DS (드레인・소스) 간에는 PN 접합이 형성되어 있으며, 다이오드가 내장된 구조입니다. Cgs, Cgd는 산화막의 정전 용량에 의해 Cds는 내장 다이오드의 접합 용량에 의해 용량이 결정됩니다.

표1 MOSFET의 용량 특성
기호 수식 의미
Ciss Cgs+Cgd 입력 용량
Coss Cds+Cgd 출력 용량
Crss Cgd 귀환 용량

일반적으로 MOSFET의 사양서에 기재되어 있는 것은 표 1의 Ciss/Coss/Crss의 3종류입니다.

그림 2
그림 2: 용량 - VDS 의존성

용량 특성은 그림 2와 같이 DS (드레인・소스)간 전압 VDS에 대한 의존성이 있습니다. VDS를 크게 하면 용량치는 작아지는 경향이 있습니다.

온도 특성

실측예를 그림 3 (1)∼(3)으로 나타냅니다.
용량 특성의 온도 의존성은 거의 차가 없습니다.

그림 3 (1)∼(3)
그림 3: 용량 온도 특성

MOSFET의 스위칭과 그 온도 특성에 대하여

MOSFET의 스위칭 타임에 대하여

MOSFET는 게이트 전압을 ON / OFF한 후에 MOSFET가 ON / OFF합니다.이런한 지연 시간이 스위칭 타임입니다.
스위칭 타임에는 표 1과 같은 종류가 있으며, 일반적으로td(on) / tr / td(off) / tf 가 사양서에 기재되어 있습니다.
로옴에서는 그림 2의 회로에서의 측정치로부터 사양서의 typ.치를 결정하고 있습니다.

온도 특성

실측예를 그림 4 (1)∼(4)로 나타냅니다.
온도 상승에 따라 스위칭 타임이 조금 증가하는 경향이 있으나, 100°C 상승 시에 10% 정도의 증가이므로 스위칭 특성의 온도 의존성은 거의 없습니다.

그림 4 (1)~(4)
그림 4: 스위칭 온도 특성

MOSFET 의 VGS(th)(임계치) 에 대하여

MOSFET 의 VGS(th)에 대하여て

MOSFET 를 ON 시킬 때, GS(게이트・소스)간에 필요한 전압을 VGS(th)(임계치) 라고 합니다.
즉, 임계치 이상의 전압을 인가하면 MOSFET 는 ON 상태가 됩니다.
그렇다면 MOSFET 가 ON 상태라는 것은 몇 A 의 전류가 흐를 수 있을 때인가? 라고 하면, 각 소자 별로 사양서의 전기적 특성란에 기재되어 있습니다.

표1은 사양서의 전기적 특성란의 예입니다. 이 경우, VDS=10V 를 인가할 때, ID를 1mA 흐르게 하기 위해 필요한 게이트 임계치 전압 VGS(th)는 1.0V∼2.5V 가 됩니다.

표1 : 사양서의 전기 특성란

●Electrical specification (Ta=25°C)
Parameter Symbol Min. Typ. Max. Unit Conditions
GATE-SOURCE LEAKAGE loss - - ±10 µA VGS=±20V, VDS=0V
DRAIN-SOURCE
BREAKDOWN VOLTAGE
V(BR)OSS 100 - - V ID=1mA, VGS=0V
ZERO GATE VOLTAGE
DRAIN CURRENT
IDSS - - 10 µA VDS=100V, VGS=0V
GATE THRESHOLD VOLTAGE VGS(th) 1.0 - 2.5 V VDS=10V, ID=1mA
STATIC DRAIN-SOURCE
ON-STATE RESISTANCE
RDS(on)* - 41 52 ID=10A, VGS=10V
- 44 58 ID=10A, VGS=4.5V
- 45 59 ID=10A, VGS=4V
FORWARD TRANSFER
ADMITTANCE
|Yfs|* 14 - - S ID=10A, VDS=10V
INPUT CAPACITANCE Ciss - 2200 - pF VDS=25V
VGS=0V
f=1MHz
OUTPUT CAPACITANCE Coss - 180 - pF
REVERSE TRANSFER
CAPACITANCE
Crss - 110 - pF
TURN-ON DELAY TIME td(on)* - 18 - ns IO=10A, VDD≒50V
VGS=10V
RL=5Ω
RG=10Ω
RISE TIME tr* - 16 - ns
TURN-OFF DELAY TIME td(off)* - 128 - ns
FALL TIME Tf* - 193 - ns
TOTAL GATE CHARGE Qg* - 48.5 - nC VDD≒50V
IO=20A
VGS=10V
RL2.5Ω / RG=10Ω
GATE-SOURCE CHARGE Qgs* - 5.5 - nC
GATE-DRAIN CHARGE Qgd* - 13 - nC

ID-VGS특성과 온도 특성

그림1, 2 는 ID-VGS특성과 임계치 온도 특성의 실측 예입니다.
그림1 과 같이 많은 전류가 흐르도록 하기 위해서는 큰 게이트 전압이 필요합니다.
표1 에 기재되어 있는 기종은 사양서 상의 임계치가 2.5V 이하이지만, 4V 구동품으로 되어 있습니다.
충분하게 ON 할 수 있는 게이트 전압을 인가하여 사용하십시오.

그림2 와 같이 온도에 비례하여 임계치는 저하합니다.
임계치 전압의 변화를 통해 소자의 채널 온도를 계산할 수도 있습니다.

ID-VGS특성과 온도 특성
그림 1: ID-VGS특성
그림 2: 임계치 온도 특성

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