게이트 총전하량 (Qg)

게이트 총전하량 (Qg)이란?

게이트 총전하량 (Qg)이란, MOSFET를 ON (구동) 시키기 위해 게이트 전극에 주입이 필요한 전하량을 뜻합니다. 총 게이트 전하량이라고도 합니다.
단위는 클롱 (C)이며, 게이트 총전하량의 값이 크면, MOSFET를 ON하기 위해 필요한 용량까지 충전하는데 시간이 걸리게 되므로, 스위칭 손실이 커집니다. 값이 작을수록 스위칭 손실 (전환 시의 손실)이 적어져, 고속 스위칭을 실현할 수 있습니다.

게이트 총전하량과 ON 저항

앞서 기술한 바와 같이, 게이트 총전하량의 값은 작을수록 스위칭 시의 손실이 적어집니다. 또한, ON 저항치도 작을수록 동작 시의 전력 손실이 적어집니다.
그러나, 이러한 게이트 전하량과 ON 저항치의 특성은 트레이트 오프 관계입니다.
일반적으로 MOSFET의 칩 사이즈 (표면적)를 작게 할수록 총전하량은 작아지는 반면, ON 저항치는 커지게 됩니다.
즉, 스위칭 시의 손실과 동작 시의 전력 손실이 상반 관계에 있다는 뜻입니다.

다이나믹 입력 특성

그림은 다이나믹 입력 (Qg - V_GS)의 특성 예입니다.
이 그림에서는 상온 시의 드레인 측 전원전압 (V_DD)과 드레인 전류 (I_D)가 고정되어 있습니다. V_DD = 300V, I_D = 30A를 흐르게 하기 위해 최소한으로 필요한 전하량은 약 60nC임을 알 수 있습니다. 이 때의 게이트 - 소스간 전압 (V_GS)은 6.5V입니다.
실제로는 MOSFET의 스위칭을 완전히 ON할 수 있는 상태에서, 상반 관계인 ON 저항치와 조정하여, 게이트 - 소스간 전압 (V_GS)을 설정합니다.
이러한 경우, 설정 전압 (예 : V_GS = 10V에서는 85nC, V_GS = 15V에서는 130nC)과 그래프를 통해 게이트 총전하량 (Qg)을 구할 수 있습니다.