この記事で分かること
・ＭＯＳＦＥＴのゲート・ソース間抵抗の決め方がわかる。
・ゲート・ソース間抵抗がついている理由がわかる。
ＦＥＴは大別して、接合型(JFET)とＭＯＳ型(MOSFET)があります。
本記事では、ＭＯＳＦＥＴを単に「ＦＥＴ」と呼ぶことにします。
結論 ＦＥＴのベース・ゲート抵抗値の決め方
ゲート・ソース間抵抗ＲGSは
以下の３つの条件を満たすようにします。
・RGS ＞ 10 x RG
ゲート抵抗ＲGの10倍以上の値にする。
※ＲＧの決め方は、「ゲート抵抗の決め方」を参照下さい。
・RGS ＞ ＶOUT／ IOUT
ゲート制御回路から電流が流れすぎないようにする。
ＶOUT ：ゲート制御回路の出力電圧
IOUT ：ゲート制御回路の出力電流(ソース電流)
・ RGS ＜ Ｖth ／ In
ノイズ電流がゲートに入ってもONしないようにする。
Ｖth：FETのしきい値電圧＊
Ｉｎ：ノイズ電流(数uA程度)
＊しきい値電圧はFETのデータシートに記載されています。
一般的にＲＧＳは4.7kΩ～22kΩの範囲で使用されており、10kΩが最も多いです。
これらの理由について説明します。
ＦＥＴにゲート・ソース間抵抗がついている理由
ＲGSがついている理由は以下になります。
・ゲート制御回路からの信号が無い場合、ＦＥＴがオンするのを防ぐため
起動時にゲート制御回路が動作するより早く、FETのドレイン(Ｄ)に電圧が印加された場合、
ゲート信号入力が未接続状態と同じになるため、ゲート電圧が不安定となり、
FETがオンしてしまう恐れがあります。
また、電源オフ時も、ドレインに電圧が残っている状態で、
ゲート制御回路が先に停止してしまうと、同様なことが起こる可能性があります。
ＲＧＳをつけることで、ゲート制御回路からの信号がない場合、
ゲート電圧が0Ｖに固定されることで、ＦＥＴがオンすることを防ぎます。
・ゲート制御回路がＶＧＳ＝０Ｖにするのをサポートするため
ＦＥＴのＧーＳ間はコンデンサに置き換えることができます。
ＶＧＳを下げるには、このコンデンサに充電された電荷を流す必要があります。
ゲート制御回路の出力インピーダンスＲOUTが大きいと、シンク電流が小さくなり、
このコンデンサが十分に放電されずＶＧＳが0Vまで下がらない場合があります。
※シンク電流：回路やＩＣに流し込むことができる電流。台所の流し台（シンク）と同じで水（電流）を流し込める量
インピーダンスと聞くと、難しく感じるかもしれませんが、
ここでは、ゲート制御回路内の出力とGND間にある内部抵抗と考えて下さい。
ＲＧＳをつけることで、コンデンサの電荷をＲＧＳ経由でも流すことができるので、
十分に放電することができ、Ｒoutが大きくてもＶＧＳ＝０Ｖまで下げることができます。
ゲート・ソース間抵抗の決め方
ＲGSは以下の３つの条件を満たすようにします。
・RGS ＞ 10 ｘ ゲート抵抗RG
制御回路からの電圧ＶinがRGとRGSで分圧されて、ゲートに入力されるため、
RGSが小さいとVGSが低くなり、FETが完全にＯＮできなくなる場合があります。
データシートのID-VGS特性から、流そうとしているＩＤに必要なＶGSを求め、
その値より高い電圧がゲートに入力されるようにRGSとRGの比率を決めます。
ここでは、目安としてＲGの10倍以上の値にすれば問題ないです。
RGは「ゲート抵抗の決め方」で決めることができるので、RGSも求まります。
・RGS ＞ ＶOUT ／ IOUT
VOUT：ゲート制御回路の出力電圧
IOUT ：ゲート制御回路の出力電流(ソース電流)
RGSをつけることで、ゲートＯＦＦ時にＶＧＳ＝０Vにするのをサポートすると説明しましたが、
RGSが小さすぎると、今度はゲートＯＮ時にソース電流を超える電流が流れてしまい、
Ｖoutが低下して、FETが完全にONできない場合があります。
※ソース電流：回路やＩＣから出力できる電流のこと
このため、ソース電流値を超えないようにRGSを大きくします。
・RGS ＜ Ｖth／(ノイズ電流)
RGSが大きすぎると、ノイズが流れた時にVGSが上昇してONしてしまう可能性があります。
ドレイン(Ｄ)に急激に高電圧が加わった場合、GーD間のコンデンサ成分により、
ゲートに微小電流が流れます。
低電圧駆動タイプのＦＥＴはしきい値電圧Ｖｔｈが1Ｖ以下のものがあるので、
例えばゲート信号に1uAのノイズがゲートに流れてきた場合、RGS=1MΩにすると、
VGS ＝ IｘRGS = 1uAｘ1MΩ = 1V
となり、Ｖｔｈが1V以下ならオンしてしまいます。
このため、uAオーダの電流が入っても、しきい値Ｖthを超えないようにRGSを小さくします。
これらの条件を満たすゲート抵抗RGSの抵抗値ですが、
一般的には4.7kΩ～22kΩの範囲(10kΩが最も多い)であれば基本的には問題ないです。
＜ゲート抵抗RGの求め方等については下記で解説しています＞
＜FETの安全動作領域(SOA)の判定方法を解説しています＞
＜FETのスイッチング損失の計算方法について解説しています＞
＜回路工作で役立つ工具類を下記の記事で紹介しています＞
