MOSFETパラメータ
データシートから、使用するVgsで
標準MOSFETでは通常10-15V
データシートから、代表値
ゲートドライバのピーク電流
結果
ゲート抵抗（ターンオン）
25.0 Ω
ゲート抵抗（ターンオフ）
30.0 Ω
ピークゲート電流
480 mA
ゲートドライバ電力
24.0 mW
実際の立ち上がり時間
45.8 ns
実際の立ち下がり時間
54.9 ns
一般的なMOSFETリファレンス
| MOSFET | Qg (nC) | Vth (V) | Type | Package |
|---|---|---|---|---|
| IRLML6344 | 5 | 1.5 | N-ch Logic | SOT-23 |
| SI2302 | 8 | 2.0 | N-ch Logic | SOT-23 |
| IRF3205 | 20 | 3.0 | N-ch Standard | TO-220 |
| IRFZ44N | 44 | 4.0 | N-ch Standard | TO-220 |
| IRF540N | 71 | 4.0 | N-ch Standard | TO-220 |
| IRFP260N | 130 | 4.0 | N-ch Power | TO-247 |
| IRFP4568 | 180 | 4.0 | N-ch Power | TO-247 |
Click on a row to use those values. Values are typical from datasheets.
MOSFETゲート抵抗の理解
ゲート抵抗はMOSFETスイッチング回路において重要な部品です。ゲート容量の充放電速度を制御し、 ターンオン・ターンオフ時間、スイッチング損失、回路の安定性に直接影響を与えます。
適切なゲート抵抗を選択するには、相反する要件のバランスを取る必要があります。 高速スイッチングは損失を減らしますがEMIと発振リスクが増加し、 低速スイッチングはより安定しますがMOSFETでの電力損失が増加します。
ゲート駆動理論
ゲート電荷と容量
MOSFETはデバイスをオンにするために充電が必要な大きな入力容量（Ciss）を持っています。 データシートに記載されている総ゲート電荷（Qg）は、指定されたゲート電圧でMOSFETを 完全にオンにするために必要な電荷を表しています。
スイッチング時間の計算
ゲート抵抗はゲート容量を充放電するために利用可能な電流を制限します：
ここで：
- Rg = 総ゲート抵抗（ドライバ出力 + 外部 + 内部）
- Ciss = 入力容量
- Vdriver = ゲートドライバ電圧
- Vth = ゲートしきい値電圧
ゲートドライバ電力
ゲート駆動回路で消費される電力は周波数とともに増加します：
この電力はゲート抵抗とドライバICで消費され、MOSFET自体では消費されません。
設計ガイドライン
ターンオンとターンオフで別々の抵抗
多くの設計ではターンオンとターンオフに異なる抵抗を使用します。 ダイオードがターンオフ時にターンオン抵抗をバイパスし、非対称なスイッチング時間を可能にします：
- 遅いターンオン — 突入電流と電圧スパイクを低減
- 速いターンオフ — ハーフブリッジ構成でのシュートスルーを最小化
最小ゲート抵抗
ゲート抵抗をゼロにしないでください。以下の理由から最低2-10Ωが推奨されます：
- ゲート-ドレインフィードバック（ミラー効果）による高周波発振を防止
- ピークゲート電流をドライバ能力内に制限
- 高速スイッチングエッジによるEMIを低減
- 寄生インダクタンスのリンギングを減衰
ゲート抵抗の配置
- ゲートピンの近くに — インダクタンス低減のためループ面積を最小化
- 幅広いパターンを使用 — ゲート駆動経路のインダクタンスを低く保つ
- フェライトビーズを検討 — 高周波発振抑制用
電力定格
ゲート抵抗はスイッチング中に電力を消費します。電力消費を計算：
信頼性のため、計算電力の少なくとも2倍の定格の抵抗を使用してください。
一般的な問題と解決策
ゲート発振
症状：ゲート波形のリンギング、複数のスイッチングエッジ、過度の発熱。
解決策：
- ゲート抵抗を増加（10-22Ωから開始）
- ゲートと直列にフェライトビーズを追加
- ゲート駆動ループインダクタンスを低減
- ゲート-ソース間に小容量コンデンサ（100pF-1nF）を追加
遅いスイッチング / 高損失
症状：MOSFETの過熱、効率低下、波形が遅い遷移を示す。
解決策：
- ゲート抵抗を減少
- より強力なゲートドライバを使用
- より低いゲート電荷のMOSFETを選択
- ゲートドライバ電圧を増加（MOSFET制限内で）
ハーフブリッジでのシュートスルー
症状：高い電流スパイク、両方のMOSFETの過度の発熱。
解決策：
- より速いターンオフを使用（低いターンオフ抵抗）
- ハイサイドとローサイドのスイッチング間にデッドタイムを追加
- しきい値電圧が良く一致したMOSFETを使用
よくある質問
ドライバに出力インピーダンスがあるのになぜゲート抵抗が必要ですか？
ドライバの出力インピーダンスだけでは低すぎて発振につながる可能性があります。 外部抵抗は一貫した制御可能なインピーダンスを提供し、開発中に簡単に調整できます。 また、ゲート-ソース短絡からドライバを保護します。
ターンオンとターンオフに同じ抵抗を使用できますか？
はい、多くのアプリケーションでは単一の抵抗で機能します。バイパスダイオード付きの 別々の抵抗は、異なる立ち上がり時間と立ち下がり時間が必要な場合に使用され、 シュートスルーを防ぐためにハーフブリッジ設計で一般的です。
実際のスイッチング時間をどのように測定しますか？
十分な帯域幅（スイッチング周波数の少なくとも5倍）のオシロスコープを使用してください。 ゲートタイミングにはゲート-ソース電圧を、スイッチング性能にはドレイン-ソース電圧を測定します。 ピーク電流を確認するには電流プローブを使用してください。
ロジックレベルMOSFETについてはどうですか？
ロジックレベルMOSFETはより低いゲートしきい値電圧（1-2V）を持ち、3.3Vまたは5Vロジックから 直接駆動できます。通常、より低いゲート電荷を持ちますが、同じ原理が適用されます。 駆動電圧が低いため、ゲート抵抗をより低くする必要があるかもしれません。
ゲート-ソース抵抗を追加すべきですか？
ゲートからソースへの10kΩ-100kΩの抵抗は、ドライバがハイインピーダンス状態のとき （起動時や故障状態時）にMOSFETがオフのままであることを確実にします。 ノイズの多い環境や長いゲート駆動パターンを使用する場合に特に重要です。