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ゲート総電荷量(Qg)

 

ゲート総電荷量(Qg)とは?

ゲート総電荷量(Qg)とは、 MOSFET をオン(駆動する)させる為にゲート電極に注入が必要な電荷量をいいます。全ゲート電荷量やゲート全電荷量と言う場合もあります。
単位はクーロン(C)で、ゲート総電荷量値が大きいとMOSFETをオンするために必要な容量に充電するのに時間がかかり、スイッチングロスが大きくなります。値が小さいほどスイッチングロス(切り替え時の損失)が少なくなり、高速スイッチングが実現できます。

ゲート総電荷量とオン抵抗

前述のように、 ゲート総電荷量の値は小さいほどスイッチング時のロスが少なくなります。 又、オン抵抗値も小さいほど動作時の電力消失が小さくなります。
しかしながら、このゲート総電荷量とオン抵抗値の特性はトレードオフの関係にあります。
一般的に MOSFET のチップサイズ(表面積)を小さくすればするほど総電荷量は小さくできますが、オン抵抗値はあがってしまいます。
言い換えれば、スイッチング時のロスと動作時の電力消失が相反関係にあるということになります。

ダイナミック入力特性

ダイナミック入力特性
【ダイナミック入力特性】

図はダイナミック入力(Qg –VGS)の特性例です。
この図では常温時の ドレイン側電源電圧(VDD ) と ドレイン電流(ID )が固定された特性になっており、 VDD = 300 V , ID = 30A を流すために最低必要となる電荷量が約60nCと読み取れます。その時のゲート-ソース間電圧 (VGS ) は 6.5V です。
実際にはMOSFETのスイッチングを完全にオンにできる状態で、相反関係にあるオン抵抗値 との調整を行い、ゲート-ソース間電圧(VGS ) を設定します。
この場合、設定した電圧(例:V GS = 10 V では85nC , VGS = 15V では 130nC )とグラフからゲート総電荷量(Qg)を読み取ります。

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