APDahlen Applications Engineer
この記事は、MOSFETとマイクロコントローラの実際のアプリケーションを学ぶガイド付き学習シリーズの一部です。
参照記事：MOSFETを使用してマイクロコントローラとリレーをインターフェースする方法
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現在お読みいただいている記事：Q1
ArduinoマイクロコントローラとDC12V電源が同一のグランドを共有するのはなぜですか？
ヒント
KVL（Kirchhoff’s Voltage Law、キルヒホッフの電圧法則）の要件は何ですか？
回答
MOSFETは、そのゲートに正の電圧が印加されることでオンすることが知られています。しかし、この電圧はMOSFETのソースを基準として測定されることを明確に理解する必要があります。例えば、ここで取り上げたNチャネルMOSFETは、図1に示すように、ソースに対してゲートに約5V DCの電圧が必要です。
Arduinoマイクロコントローラはこの5V DCを供給できますが、マイクロコントローラのグランドがMOSFETのソースグランドに接続されている場合に限られます。この重要なグランド接続がないと、MOSFETがArduinoに対してフローティング状態となり、予期しない動作や、MOSFETの敏感なゲート領域に過電圧が印加されることによる損傷につながります。
KVLに関しては、電流はループ内を流れると認識されますが、ここでは条件を正確に理解する必要があります。技術的には、閉ループシステムにおける電圧の和はゼロになります。閉ループの規定は、マイクロコントローラ、MOSFET、およびDC12 V電源が同一の基準を共有しなければならないことを意味します。共通グランドにより、ゲート～ソース間電圧が正しく印加されます。別の言い方をすれば、1本のワイヤでバッテリの電圧を測定することはできません。ループを閉じるには2本のワイヤが必要です。
図1： Arduinoマイクロコントローラ、MOSFET、およびリレーの代表的な回路図。回路図はMultisimLiveを使用して作成しました。
別の回答
MOSFETとマイクロコンとローラは、必ずしも同一のグランドを共有する必要はありません。実際、光アイソレータを使用してガルバニック絶縁を行うことには利点があります。この記事では、ブートストラップ回路で動作するMOSFETを光絶縁する方法を例示しています。NチャンネルMOSFETのソースは、50V DCとグラウンドの間で切り替わることに注意してください（D2の電圧降下を考慮すると、ほぼそうなります）。
図2： この回路図は、非常に単純化されたハイサイドMOSFETゲート駆動回路です。ブートストラップコンデンサC1は、MOSFETゲート駆動のためのエネルギーを供給します。
DigiKeyアプリケーションエンジニアAaron Dahlen（退役米国沿岸警備隊少佐）による記事