n-ch FETのゲート容量とゲート電荷の関係、およびゲートの充電/放電中の電力損失の計算方法

endolithのように、パラメータの条件を調べる必要があると言っています。 30nCは、\ $ V_ {GS} \ $ = 10Vの最大値です。データシートの3ページのグラフは、通常10nC @ 5Vであり、C = \ $ \ frac {10nC} {5V} \ $ = 2nFです。 3ページにある別のグラフは、\ $ C_ {ISS} \ $の値を1nFとしています。不一致は、静電容量が一定ではないためです（それが電荷値を与える理由です）。

ゲート抵抗は確かに影響を及ぼします。ゲートの時定数は、9 \ $ \ Omega \ times \ $ 2nF = 18nsではなく、（9 \ $ \ Omega \ $ + 3.6 \ $ \ Omega \ $）\ $ \ times \ $ 2nF = 25nsになります。

理論的には、スイッチをオフにすると高温から開始するため、オンとオフの切り替えにはわずかな違いがあります。ただし、オンとオフの時間が短い場合（ここではマージンが大きいため、ここで説明します）約数十秒）温度は一定で、特性はほぼ対称になります。

副次的な質問について。電流は\ $ V_ {に依存するため、これは通常、データシートには記載されていません。 GS} \ $、\ $ V_ {DS} \ $と温度、および4次元グラフは2次元ではうまく機能しません。唯一の解決策はそれを測定することです。1つの方法は\ $ I_D \ $と\を記録することです。 $ V_ {DS} \ $は、オフとオンの間のグラフであり、両方を乗算して積分します。この遷移は通常高速で発生するため、おそらく数ポイントしか測定できませんが、それで適切な近似値が得られるはずです。遷移をゆっくり行うと、より多くのポイントが生成されますが、温度が異なるため、結果の精度が低下します。

MOSFETスイッチングに関するこのフェアチャイルドアプリノートを参照、メリットの図に関するこのインフィニオンノート、このIRノートおよび私自身経験：

\ $ Q_g \ $は、いくつかの集中定数要素で構成される総ゲート電荷を定量化します：

• \ $ Q_ {gs} \ $（gate-to -ソース）
• \ $ Q_ {gd} \ $（ゲートからドレイン）

MOSFETをオンにすると、消費される電力量の計算に関して、 Q = CVの関係を使用して、実効ゲート容量を計算できます。製造元は、この数値を\ $ C_ {iss} \ $として公開することもよくあります。

IRノートは、スイッチング損失を非常にうまくまとめています。 \ $ Q_ {gs} \ $間隔の間、MOSFETは導通を開始します（\ $ I_D \ $は上昇し、\ $ V_ {DS} \ $はハイのままです）。 \ $ Q_ {gd} \ $間隔中に、MOSFETは飽和状態になります（\ $ V_ {DS} \ $が低下します）。以前に提案したように、損失を確認する最良の方法は、\ $ V_ {DS} \ $と\ $ I_D \ $を測定することです。 このEETimesの記事では、さまざまな条件でのスイッチング損失を数学的に計算する方法について説明していますが、ここでは詳しく説明しません。

MOSFETゲート抵抗は、充電電流を決定するために必要な外部抵抗に追加されます。あなたの場合、5Vまでしか充電していないので、ドライバーの現在の能力を最大限に活用することはできません。

しきい値が同じである限り、ゲートの放電はゲートの充電と比較的同じです。ターンオンしきい値が4Vで、5Vに充電する場合、ターンオフを得るために1Vしか放電していないため、ターンオン時間とターンオフ時間にわずかな非対称性があると想像できます。対4Vでターンオンを取得します。

以前のコメントによると、MOSFET駆動回路に抵抗とダイオードのネットワークがあり、ターンオンとターンオフの充電電流を調整するのは非常に一般的です。

データシートの仕様にはV _GS = 10 Vと記載されているため、いいえ。 C = 30 nC / 10 V = 3 nFになります。ただし、これは絶対最大値です。

単一の容量値ではなく、3ページのグラフとして容量を指定します。c<の意味sub> iss c _rss とc _oss は、このドキュメントの図5に示されています。チャートによると約900pFであるc _iss が最も気になっていると思います。

コメント

• – 1 Ciss、Crss、Cossを使用してゲート容量を決定するこのようにスイッチング損失を決定するための引用は正しくありません。 Ciss、Crss、Cossは小信号の入出力容量です
• @Naib：大信号の静電容量はどのように異なり、その仕様はどこにありますか？
• まあCiss、 Crss、Cossは約1MHzでVgs = 0Vで行われます… Qgate、したがってCgateはIGBTまたはMOSFETの入力容量の数値から計算してはなりません。これらは原点周辺のゲート電荷曲線の1次近似にすぎません。スイッチングデバイスのゲート電荷曲線は非常に非線形です（図5）。その平坦な周期はミラープラテであり、infコンデンサとして表示されます。充電曲線の最初の線形セクションは、ゲートソースの充電と関係があり、フラット期間はミラーコンデンサ（ゲートドレイン）に対抗します。
• @JonRB次に、推定値を取得するために何を使用しますか入力容量？ Cissは、0からプラトー電圧に達する直前までのVgsの有効な推定値にすぎないようです。そして、代わりにゲート電荷を使用してはるかに近い近似値を取得できるのに、なぜCissが与えられるのですか？

ターンオンおよびターンオフ時の消費電力

トランジスタがこれらの遷移中の高温は、トランジスタの内部電圧、電流、および静電容量と関係があります。

実際には、スイッチを十分に速くオンまたはオフにする限り、スイッチの内部の詳細は次のようになります。無関係。スイッチを回路から完全に引き抜くと、回路内の他のものは必然的に、スイッチがオン/オフする2つのノード間に寄生容量Cを持ちます。その回路に任意の種類のスイッチを挿入し、スイッチをオフにすると、その静電容量はある電圧Vまで充電され、CV ^ 2/2ワットのエネルギーを蓄えます。

どのような種類のスイッチでもつまり、スイッチをオンにすると、CV ^ 2/2ワットのエネルギーがすべてそのスイッチで消費されます。 （スイッチが非常に遅い場合は、そのスイッチでさらに多くのエネルギーが消費される可能性があります。）

MOSFETスイッチで消費されるエネルギーを計算するには、接続されている外部静電容量Cの合計を求めます（おそらくほとんどが寄生的です）。 ）、およびスイッチがオンになる直前までスイッチの端子が充電する電圧V。あらゆる種類のスイッチで消費されるエネルギーは、

• E_turn_on = CV / 2

各ターンオン時です。

エネルギーFETがゲートを駆動する抵抗で消費される

• E_gate = Q_g V

ここで、

• V =ゲート電圧振幅（説明から、5 V）
• Q_g =トランジスタをオンまたはオフにするためにゲートピンを介して押す電荷の量（FETデータシートから、それは約5Vで10nC）

同じE_gateエネルギーが、電源投入時と電源オフ時に消費されます。

そのE_gateエネルギーの一部はトランジスタで消費され、一部はFETドライバチップで消費されます。私は通常、そのエネルギーのすべてを想定した悲観的な分析を使用します。はトランジスタで消費され、そのエネルギーのすべてはFETドライバで消費されます。

スイッチが十分に急速にオフになる場合、通常、オフ中に消費されるエネルギーはターンオン中に消費されるエネルギーと比較して重要ではありません。

• E_turn_off = IVt（最悪の場合）

where