FETがオンにならないのはなぜですか?

初めて簡単なFET回路を配線する時は、ほとんどの場合、NチャンネルFETをスイッチとして使用することが多いと思います。FETをハイサイドのスイッチとして配線したか、またはローサイドにしたかの割合は半々ぐらいでしょう。 もし、ハイサイドスイッチとして配線し、スイッチングしているのと同じ電圧でオンにしようとしているのなら(珍しいことではありません)、なぜFETがオンにならなかったのかと頭を悩ませることになるでしょう。

例として、ハイサイドのNチャンネルFETで、ボタン(S1)を押したときにDC5Vのモータに電流を流す簡単な回路を考えてみます。

high-side-NFET

このように配線すると、ボタンを押したときに、せいぜい1秒しかモータ動作が期待できない(たいていは全然動作しない)のです・・・でも、なぜでしょうか。

これは、初めてFETを使う人にありがちな誤解です。「ゲート電圧がFETを制御する」と一般的に言われており、それはその通りなのですが、電圧とは何かに対する相対的な差分の測定結果であり、FETの場合、その何かとはFETのソースであることを忘れている人が多いのです。したがって必要なのは、ソースに対して相対的にゲートに十分な電圧をかけることです

上記のケースで、ボタンが押されたとき、何が起きてこれを防いでいるのでしょうか?ボタンが押されたとき、FETのソースはグランド電位にあることがほとんどですが、ボタンを押してゲートが(グランドに対して)5Vに上昇した瞬間に、ソース電位も5Vに向かって同じようにスイングアップし始めるでしょう。ソース電位が上がり続けると、やがてゲート(5V)とソース(5Vに近づく)の電位差が、FETを十分にオンし続けるのに十分でなくなり、FETはスイッチというより抵抗のように作用して、モータを正常に動かすのに必要な電流を妨げてしまうことになります。

では、どのようにすれば問題が解決するのでしょうか?この場合は簡単で、NチャンネルFETをローサイドスイッチとして配線し直せばいいのです。

low-side-NFET

FETの動作がおかしいと思ったら、自分が考えているゲート・ソース間電圧が供給されているかどうかを常に確認し、破損させることなくオン/オフするために必要な閾値電圧を(また、ドレイン・ソース間電流や電圧定格など他のものも)常にデータシートで確認してください。



dreiss

また、モータと並列にフライバックダイオードを入れて、MOSFETがシャットダウンするときにダメージを受けないようにすることも必要でしょう。



Alec_Schmidt Applications Engineer

そうですね、モータや大きな誘導性負荷など、大電流を急に止めようとする場合は、その方がいいでしょうね。今回は、余計な説明をせず、記事のテーマである唯一のコンセプトを説明することに集中したいと考えていました。 得体の知れない単なる負荷ではなく、モータにしたのは、例としてあまりにも退屈で、視覚的でないように思えたからです。



tylerlockwood

図面での説明をありがとうございます。




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