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小型で強力なセンサーを設計
2022-08-11
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Author:ipcb      Share

「どうして100Ω?本当の教授は簡単な結論の背後に簡単ではない問題を発見した」というツイートを見て、MOSFET管ゲートになぜ「約100Ω直列抵抗」が置かれているのかについて議論しました。

 

ツイッターは最初から、MOSFETゲートの前に何を置くかという経験豊富な電気技師に聞くと、「約100Ωの抵抗」が聞こえる可能性が高いと述べています。

 

私たちはこの質問の答えに非常に肯定的ですが、あなたたちは「なぜ?彼の具体的な役割は何ですか?抵抗値はなぜ100Ωなのか」と聞き続けるかもしれません。

 

若い教授Neubeanは好奇心を持ってMOSFETゲートに通常100Ωの抵抗を直列に接続する方法について実験研究を行い、自分の疑問の心をなだめることができると結論を出したが、結局彼は本当に問題の所在をつかんでいないような気がしました。

 

MOSFET素子は電圧制御素子であり、バイポーラ三極管と異なるのは、MOSFET管の導通は制御ゲートの電圧がそのオン閾値電圧を超えるだけでよく、ゲート電流は必要ないことを知っています。したがって、本質的には、MOS管作動室ゲートには抵抗を直列に接続する必要はありません。

 

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通常の双極性三極管では、電流制御装置です。そのベース直列抵抗R 1は、ベース電流の大きさを制限するためであり、そうしないと、駆動信号源にとって、3極のベース対接地間が1つのダイオードに等しくなり、前の駆動回路に影響を与えることになります。

 

MOS管の場合、そのゲートはドレインとソースに対して絶縁されているので、ゲート上に直列抵抗を制限する必要はありません。

 

逆に、MOS管ゲートに存在する寄生容量を考慮して、MOS管のオンとオフの速度を速め、MOS管のオンとオフの過程での損失を低減するために、そのゲート上の等価抵抗は小さいほど良く、0であるべきです。

 

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しかし、実際のMOSFET回路の多くでは、MOS管ゲートに直列に接続された抵抗はほとんど存在せず、この抵抗の存在はMOSオンとオフの時間を延長し、無駄な損失を増加させることを忘れているようです。

 

以下にネットワーク上にいくつかのMOS管回路を見つけて、赤色の丸の中でそれらのゲートが直列に接続された抵抗を示していることを見ることができます。

 

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上記の回路例では、MOSFETをフィードバック回路に配置したものが2つあり、MOS管はスイッチング状態で動作していないので、これら2つの回路に直列に接続された抵抗は本質的にMOS管ゲート容量に合わせて回路の周波数応答を減少させ、回路位相安定マージンを増加させるべきです。

 

これは、「どうして100Ω?比較的真の教授が簡単な結論の背後にある簡単ではない問題を発見した」というツイッターのNeubean教授の実験討論の様子と似ているが、Neubean教授はMOSゲート直列抵抗を1 MΩに増大させることを検討し、シミュレーションを通じてゲート抵抗を増大させることは彼の回路ではかえって出力不安定を引き起こすことを発見しました。したがって、ゲート直列抵抗は小さいほど良いです。次はNeubeanの回路です。

 

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残念ながら、Neubean教授はゲート抵抗Rgateが小さいほど良いと得ているだけなのに、なぜ0オームに減らないのか。なぜ100オームを残す必要があるのでしょうか。この問題について彼の指導者であるGureuxも自信を示しているだけで、100オームを選べばいいです。

 

MOS管ゲートの直列抵抗、特にスイッチング状態で動作するMOSFETゲートの直列抵抗に対する作用については、通常、MOSFETスイッチング中に発振波形が発生するのを防止するために説明されており、これはMOSFETスイッチング損失を増加させるだけでなく、発振が大きすぎるとMOS管が破壊される原因にもなります。

 

以下はこの現象に対するシミュレーション実験です。以下の回路において、MOS管ゲートには抵抗R 3が直列に接続されており、そのドレイン負荷はインダクタンス負荷であり、同時に10 nHの線路分布インダクタンスを含みます。

 

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実験では、R 3に対してそれぞれ1オーム、10オーム、50オームを取ってシミュレーション実験を行い、R 31オームの場合、出力電圧Vdsに高周波発振信号があることを見ることができます。

 

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R310オームに増加すると、出力Vdsの高周波発振信号は明らかに減衰されます。

 

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R 350オームに増加すると、Vdsの立ち上がりは比較的緩やかになりました。そのゲート電圧には、ドレインゲート間のミラー容量効果による段差も明らかに現れています。このとき対応するMOS管の消費電力は大幅に増加しました。

 

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以上のシミュレーション実験の結果から、MOS管ゲートに直列に接続された抵抗は、具体的なMOS管と回路分布の浮遊インダクタンスに基づいて決定する必要があり、その値が小さくなると出力リンギングが起こり、大きくなるとMOS管のスイッチング遷移時間が増加し、消費電力が増加します。

 

しかし、上記のシミュレーション回路は、ゲート抵抗が果たす真の役割を明らかにしていません。次の図は、インフェロイック半導体動作により与えられる電力MOS管ゲート直列抵抗がスイッチング振動を除去するために果たす真の役割です。

 

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パワーMOS管の駆動回路回路回路には、MOSFETCgdCgeと共振回路を形成する様々な分布インダクタンスLpが存在します。これらはスイッチング駆動信号中の高周波高調波成分に共振を生じ、電力管出力電圧の変動を引き起こします。

 

MOS管のゲート直列抵抗Rgでは、MOS管駆動回路における損失を増大させ、共振回路のQ値を低下させ、インダクタンス、容量共振現象をできるだけ早く減衰させることができます。

 

この中には直列抵抗Rgが存在し、駆動回路が臨界減衰状態にあるようにし、MOS管駆動信号は小さな振動と高速スイッチング状態の折衷にあります。したがって、RgMOSFET駆動回路の分布インダクタンスとその浮遊容量と関係があるはずです。そのため、固定値ではなく、実験に基づいて決定する必要があります。

 

Neubeanは彼の回路中のMOS管ゲート直列抵抗が小さいほど良いことを証明したが、100オームを必ず取ることを検討したとき、Neubeanの指導者Gureux教授はそんなに自信を持つべきではなかったです。

 

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