タイトル通りですが,MOS-FETのカタログに載っている許容損失とは
何なのでしょうか?
MOS-FETを使ったスイッチング回路を作ろうとしていて,どのFETを使うか
カタログを調べているのですが許容損失をどう考慮すればよいのかがわかりません。。

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A 回答 (3件)

1.許容損失


許容損失とは、「接合部温度が最大定格値に達するときの消費電力」をいいます。
(注 MOS FETには接合部(ジャンクション)というものはなく、チャネルがこれに相当します)

(↓(5)最大許容損失 の項参照)
http://www.rohm.co.jp/products/databook/tr/pdf/t …

許容損失には、「最大許容損失」と「許容損失」があります。
最大許容損失は、デバイス固有の値ですが、許容損失は使用条件、周囲条件によって変わります。
(いずれも、接合部温度が最大定格に達するときの損失電力です)

2SK1382のデータシートです。
http://www.rohm.co.jp/products/databook/tr/pdf/t …

「チャネル・ケース間」の熱抵抗は、0.65℃/Wとなっています。
一般にはケース温度は(25℃)で考えますので、チャネル温度が150℃(最大定格)であれば、
  最大許容損失(W)=(150-25)℃/0.65℃/W=200Wと計算されます。
つまり、このデータシートの「許容損失」は「最大許容損失」を表しています。

熱抵抗にはもうひとつ、「チャネル・大気間」の熱抵抗があり、これは35.7℃/Wと記載されています。
つまり、デバイス単体では(放熱板を全く付けない状態では)、
  許容損失(W)=(150-25)℃/35.7℃/W=3.5W
たった3.5Wでチャネル温度は、150℃になってしまうことがわかります。

逆に、最大許容損失は、「”周囲温度が25℃で”、無限大大きさの放熱板を付けた場合」と解釈されてもよいことになります。
先ほど、「許容損失は使用条件・周囲条件によって変わる」と申し上げましたが、もし周囲温度が60℃であったらどうなるでしょう。
  許容損失(W)=(150-60)/35.7=2.5W
に下がってしまいます。(2.5℃でチャネル温度は150℃になる)
これに放熱板を付ければ、熱抵抗が改善されることにより、許容損失はより大きくなります。

2.放熱設計
周囲温度が最高60℃に達する可能性のある環境下で、2SK1382を使用し、損失電力が30Wある場合に必要な放熱板の大きさを求めてみます
なお、絶縁シートの熱抵抗は0.4℃と仮定します。
詳細説明は下記資料を見てください。
http://www.picfun.com/heatsink.html

 所要全熱抵抗=(150-60)℃/30W=3℃/W
 所要放熱板熱抵抗=3-0.65-0.4=1.95℃/W
 上記資料のグラフから1.95℃/W→約450cm2

再び、2SK1382のデータシートを見てください。
3ページ中段右に「Vds-Vgs」のグラフがあります。
このグラフから、2SK1382はVgsを4Vでドライブすれば、30A流れても、Vds=0.6Vであり、チャネル損失は18W程度であることがわかります。
更にVgsが10Vでドライブすれば、チャネル損失は12Wになることがわかります。

ただし、この計算は、「チャネル損失はオン時にのみ発生し、オフ時には損失は発生しない」と仮定しています。
低速スイッチングにおいては、この考え方でよいのですが、高速スイッチングになると、過渡状態においても損失が発生するので、これを考慮することが必要となります。

3.ディレーティング
最大定格は、「一瞬たりとも、この条件を超えてはならない動作条件」です。
この条件下で使用することで、永久的な動作が保証されるものではありません。
温度と寿命の関係にはアレニウスの関係式が使われます。
(↓59ページ (2)温度ストレスによる加速)
http://www.ncsd.necel.com/reliability/pdf/PQ1047 …

この式から、デバイスの寿命は、「温度が低くなるほど長くなる」ことがわかります。
逆に、例えば120℃程度であっても、高温ー低温の繰り返しがストレスになることは、常識的にも明らかでしょう。

放熱設計は、確率的要素も含んだ極めて難しい問題です。
これらを、配慮して、放熱設計では「ディレーティング(使用条件を緩和する)」という考え方がとられます。

参考URL:http://www.rohm.co.jp/products/databook/tr/pdf/t …
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この回答へのお礼

回答ありがとうございます。
参考URLや,例をとっての説明で大変わかりやすかったです。
放熱の設計難しそうですね^^;
私が作ろうとしている回路の負荷は短時間(10ms以下)なものなのでそんなに発熱は
しないと思いますが,余裕を見て大きめの放熱板を取り付けようと思います。

お礼日時:2006/10/21 13:54

許容損失とは、FETで消費する電力がこれ以下でないと壊れますよと言う意味です。


大電力のFETの場合は無限大の放熱板を付けた場合の許容損失を書いてあることがほとんどなので放熱板無しでは10分の1以下の値になることを注意してください。

FETの消費電力がどうなるかは回路設計に依存しますのでこれだけの情報からは答えが出ません。

スイッチング回路の場合、うまく作れば効率90%以上、下手に作れば10%以下にもなります。
出力が10ワットの場合のFETでの消費電力は、効率90%ならば10/0.9*0.1=1.11W、効率10%ならば10/0.1*0.9=90Wになります。

必要な電力に対し実現できる効率を考えてFETの許容損失が決まります。
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この回答へのお礼

回答ありがとうございます。効率も考えて設計しなければならないんですね!
放熱板も含めて考えてみようと思います。

お礼日時:2006/10/21 13:50

簡単に説明すると,FETで消費される電力の規格です.FETをゲート電圧で,可変する抵抗Rdsと考えると,このFETに流す電流IdとでFETの損失はRds*Id^2だったと思います.この値の熱的に許せる範囲となり,たとえば,放熱フィンなどつけると,許容損失が拡大します.またId自体は電源電圧と負荷抵抗で決まります.


今の場合はスイッチング回路なので,Rdsはオン抵抗Ronでいいことになります.
以上で回答になっていますか?
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この回答へのお礼

ありがとうございます。勉強になりますm(__)m

お礼日時:2006/10/21 13:46

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Aベストアンサー

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QFETのスイッチング回路で…

こんにちは
電子工作を始めたばかりの全くの初心者です。
いろいろ情報を集めているんですが、なかなか理解できませんので
簡単な質問をさせてください。

FETでD-Sに12V、電流180-480mA程度を流してON/OFFしたいと思っています。
(逆起電圧はありません)
ゲートにはOR GATEのCMOS ICの出力をつなぎます。

1)この出力とゲートの間にもうひとつトランジスタを入れてその
コレクタとゲートをつないでいる回路と
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http://www.semicon.toshiba.co.jp/prd/logic/index.html
(先ほどから、こちらのサイトのサーバーが一部ダウンしているようで
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よろしくお願いします。

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1)この出力とゲートの間にもうひとつトランジスタを入れてその
コレクタとゲートをつないでいる回路と
抵抗を入れるだけで直接FETをつないでいる回路がよくあります。
(モータードライバな...続きを読む

Aベストアンサー

 
 
>> HC4075(3入力ORゲート)の出力でFET(2SJ377、438あたり)をON-OFF駆動したい。FETの負荷は12V電源で電流180~480mA程度、逆起電圧はありません。
ゲートとFETの間にもうひとつトランジスタを入れてる回路がよくあります。私の場合は?
<<【以上意訳】



 確認しますが 2SJ ですよね? なら「もうひとつトランジスタ」が絶対必要ですよ! npnトランジスタ、例えば工作でよく使われてる 2SC1815 などで十分です。

             ┬──┬ +12V
             │    │
             R2   S 2SJ377
              ├── G 2SJ438 など
  +5V         |    D 
  |         C┘    │
CMOS出力 ─R1─B    負荷(無誘導)
  |         E     │
  ┷         ┷      ┷
        2SC1815など

 Pch(ピーチャン)のFETを使うのは、負荷をグランド側に置きたい場合なのかなと想像しますが、クルマとかですか?
R1,R2 は 数kΩ 程度。



 もし負荷を+12V電源側に付けても構わないのなら、2SJ でなく Nch の 2SK… という品名の FET を使えば、段間のトランジスタが不要です。

             ┬ +12V
             │
            負荷(無誘導)
  +5V         |
  |         D┘
CMOS出力 ─R3─G
  |         S
  ┷         ┷
          2SK…

 R3 は数kΩ以下に。FET の D,G,S が上図と下図で違いますんで混乱のないように。 差し支えなかったら 負荷が何なのかとか、スイッチングのスピードや頻度が判る話を教えてください。



 余談;
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>> HC4075(3入力ORゲート)の出力でFET(2SJ377、438あたり)をON-OFF駆動したい。FETの負荷は12V電源で電流180~480mA程度、逆起電圧はありません。
ゲートとFETの間にもうひとつトランジスタを入れてる回路がよくあります。私の場合は?
<<【以上意訳】



 確認しますが 2SJ ですよね? なら「もうひとつトランジスタ」が絶対必要ですよ! npnトランジスタ、例えば工作でよく使われてる 2SC1815 などで十分です。

             ┬──┬ +12V
             │    │...続きを読む

QFET 2SK30Aのスイッチング動作について

ソースをマイナスに接続。
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この状態でゲートとプラス間に1K~1Mを接続しても、ゲートとマイナス間に1K~1Mを接続してもドレインの電圧は0Vのままでスイッチング動作をしてくれません。
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Aベストアンサー

FETには3種類の特性のものがあることをご存知ですか?
http://www.nahitech.com/nahitafu/mame/mame1/fet.html

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>ゲートをオープンにしてをピンセット等でチョンチョンするとドレインの電圧が
3Vになったり1.5Vになったり0Vになったりします。

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Qn-CH MOS FETのみ

こんにちは、以下について質問させてください
モータを正転、逆転をするのにHブリッジをn-ch MOS FETのみで組みたいのですが、中々うまくいきません。
回路については次のようなものを組んでみました。
(図が汚くてすみません。すみませんがフォントを見やすい物に直して見てください。)
電源電圧=12V、入力電圧=5V、Tr1=C1815-GR, Tr2=A1015, FET1=K2586 抵抗値はE系列のものではなく計算したものの値を小数点以下を切り捨てた大体のものです(計算結果は不安ですが…)。単体の構成は
上段のみ…Vcc→FETのD→FETのS→モータ→GND
下段のみ…Vcc→モータ→FETのD→FETのS→GNDです…
全体は
  Vcc(12V) Vcc(12V)
  | |
  | |
  | |
  | |
  | |
C(Tr1) |
|---------B(Tr1) |
| E(Tr1)---| |
| |  |
入力(5V)--抵抗(6.1KΩ)---| | D(FET1)
| |-----抵抗(73Ω)---G(FET1)
| | S(FET1)
| E(Tr2)---| |
|---------B(Tr2) |
C(Tr2) |
| |
| |
| M
GND |
|
     |
   |
  Vcc(12V)    |
  |    |
|    |
C(Tr1) |
|---------B(Tr1) |
| E(Tr1)---| |
| |  |
入力(5V)--抵抗(6.1KΩ)---| | D(FET1)
| |-----抵抗(73Ω)---G(FET1)
| | S(FET1)
| E(Tr2)---| |
|---------B(Tr2) |
C(Tr2) |
| |
| |
| |
| |
| |
GND GND




※今は、下段のゲートとGND間にプルダウン用の抵抗20Kを入れてあり、上段のゲートとGND間にも同じ抵抗が入れてあります。ただ、上段について、どこかのサイトでプルダウン抵抗をモータの端子(上段のゲートと上段のソース間、、上段のゲートと下段のドレーン間、どちらか判りません)に持っててもよいとの記述があったような無かったような・・・どれが良いのでしょうか?
この回路で下段についてはうまくいってると思うのですが(回ってるし・・・)上段がやっぱっりうまくいきません、発熱がすさまじくモータはかなり低速です。何かいい方法はないでしょうか?できれば負電源は使いたくないのですが…

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上段のみ…Vcc→FETのD...続きを読む

Aベストアンサー

Nch-MOSFETだけでHブリッジを組むと,上側(ハイサイド)のMOSFETをドライブするのが非常に面倒になります.
上側MOSFETをオンさせるには,低圧ならソース(=0V~電源電圧)より5V以上高い電圧が必要です.
その制約を乗り越えだ回路が,ここの29ページに載っています.
http://www.irf.com/technical-info/appnotes/an-978.pdf
高速ドライブでなければ,フォトボルでもいけます.
http://www.semicon.toshiba.co.jp/docs/datasheet/ja/Opto/TLP591B_TLP591B(C40)_ja_datasheet_020318.pdf

回路見ればわかるように,上側MOSFETをPchにする方がずっと簡単です.
電源電圧が500V以上だとPchが無いんで上記回路を使わざるを得ませんが,低圧だったらPchで決まりでしょう.

QMOS-FET特性

勉強して分からない事があるので、是非教えて頂きたいです。

MOS-FETについてなんですが・・
1. ソース電流とドレイン電流は常にイコールにならないのでしょうか?漏れがなければ、イコールになる気がするのですが・・。
2. IV特性からチャネル抵抗を算出する方法がよく分かりません・・。

大変恐縮なんですが、1つでもいいので教えて下さい。

Aベストアンサー

 
 
>> 1. ソース電流とドレイン電流は常にイコールにならないのでしょうか?漏れがなければイコールになる気がするのですが・・。 <<

 その考えは完全に合っています。直流特性のように「漏れが無い」状況ではその通りです。しかし交流での等価回路は、

                外部D
                  │
   外部G──┬─ Cgd ─┤
          |      | 電流源
          Cgs     (↓) gm・Vgs
          |      |
          └──----┤
                外部S

もう漏れ漏れですね、ゲート電流はゼロではありません、外部Dに外部インピーダンスが付いてればそれなりに影響されます。(たとえばミラー効果で Cgd が利得倍に拡大されて見えます。)



>> 2. IV特性からチャネル抵抗を算出する方法がよく分かりません・・。<<

 電気の分野での大原則; 電気抵抗≡電圧/電流 (複素数含む)であることを、丸暗記してください。無条件に。(理屈付けはもう少し知識の幅が広がってからで十分です。) 直線でない場合も同じです、電圧/電流 が d電圧/d電流、つまり微分で定義されるものだ、と丸暗記してください。(理屈は同上。) 今後何かの問題で「この特性の抵抗を求めよ」とあったらこれを思い出してください。
 今回はIdVd特性からということなので、教科書でIdの式を探しましょう、
  Id = K((Vg-Vt)Vd-(1/2)Vd^2)
があるはずです。
これをVdで微分するだけです。
(余談;このIdの式をグラフに書くと 上に凸の放物線ですよね?その頂点より右側では この式は成立しませんので。チャネルがpinch状態になったあとは横に一直線(その微分抵抗∞)です。飽和領域です。)
 
 

 
 
>> 1. ソース電流とドレイン電流は常にイコールにならないのでしょうか?漏れがなければイコールになる気がするのですが・・。 <<

 その考えは完全に合っています。直流特性のように「漏れが無い」状況ではその通りです。しかし交流での等価回路は、

                外部D
                  │
   外部G──┬─ Cgd ─┤
          |      | 電流源
          Cgs     (↓) gm・Vgs
          |    ...続きを読む


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