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：Q3
MOSFETの仕様はどのような誤解を招く恐れがありますか？
この記事では、次のような類似の質問にもお答えします。
- MOSFETが完全にオンしないのはなぜですか？
- なぜMOSFETが過熱するのですか？
- MOSFETが飽和状態から外れるとどうなりますか？
補足説明：
引用記事で紹介されている DMN67D8L-7 MOSFETの定格電流は230mAです。なぜこの定格がこのアプリケーションに不適切なのでしょうか？別の言い方をすれば、コイル電流17mAの図3（引用記事）のリレーを200mAのリレーに置き換えることは可能でしょうか？
回答
MOSFETの定格は、理想条件で規定されており、ユーザーの回路に適用できる場合も、適用できない場合もあります。この例では、MOSFETはゲート電圧10Vで駆動された場合にIDmaxが230mAと規定されています。本アプリケーションでは、ゲート電圧は5V DCに制限されています。このため、200mAの負荷を駆動しようとすると、次のような問題が連鎖的に発生します。
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ゲート電圧が低いと、チャネル抵抗が増加します。
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MOSFETが飽和状態ではなくなります。
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飽和していないMOSFETはリニア領域で動作します。
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負荷（リレー）が完全にオンしない可能性があります。
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MOSFETが過熱し、自己破壊する可能性があります。
技術的なヒント： MOSFETのパラメータの誤った解釈は、高くつく学びとなります。正当な理由があって、ほとんどのデータシートは理想的なMOSFET特性を示しています。アプリケーションの詳細についてはエンジニアが責任を持つ必要があります。誤りは、回路設計者としての評判を落とすことになりかねません。
MOSFETについてもっと知るための次のステップ
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このリレー駆動アプリケーションについては、関連記事でさらに詳しく解説しています。この記事では、3.3V DCのマイクロコントローラでより大きな負荷を駆動することで、MOSFETの適用限界を検証しています。
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この記事で説明しているように、ダーリントントランジスタを使用することには利点があります。3.3V DC電源で駆動する場合でも、トランジスタは高いチャンネル抵抗に悩まされないことに注目してください。高い直流電流利得があるので、3.3V DCの駆動信号でもトランジスタを完全に飽和状態に駆動するのに十分です。ここで紹介されている実験は図1に示されており、3.3V DCのArduinoマイクロコントローラがダーリントンペアトランジスタを駆動し、それによって大型の24V DCコンタクタを制御しています。
図1： Arduino Nano 33 IoTマイクロコントローラが BDX33C ダーリントントランジスタを介してSchneiderの LC1D09BD コンタクタを駆動するプロトタイプ
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