MOSFET Gate Drive Circuit

MOSFET는 기존의 BJT와 다르게 전압 구동 소자입니다.

MOSFET의 게이트는 실리콘 산화층으로 구성되어 있습니다.

소스에서 절연되기 때문에 게이트 단자에 DC 전압을 인가하면

이론상으로 충전 및 방전되는 단계를 제외하고 게이트에 전류가 흐르지 않습니다.

 

특징

MOSFET는 전압 구동 장치로 DC 전류가 흐르지 않습니다.

MOSFET를 Turn On하려면 Vth보다 높은 전압을 게이트에 인가해야 합니다.

(Vth는 Threshold voltage를 말합니다.)

ON 또는 OFF상태에서 기본적으로 게이트에서 전력을 소비하지 않습니다.

드라이버 출력에 의해 확인되는 MOSFET의 게이트 소스 캐패시턴스는 내부 상태에 따라 달라집니다.

MOSFET는 수 kHz에서 수백 kHz이상의 주파수에서 스위칭 소자로 사용됩니다.

 

Gate charge

MOSFET의 게이트는 하나의 캐패시턴스로 생각할 수 있습니다.

MOSFET는 포트별로 다양한 캐패시턴스를 가지고 있습니다.

(게이트-소스 : Cgs, 드레인-소스 : Cds, 게이트-드레인 : Cgd)

MOSFET의 게이트 전압은 게이트 입력 캐패시턴스가 충전되지 않으면 증가하지 않습니다.

MOSFET의 게이트 전압이 Vth에 도달할 때까지 Turn-on되지 않습니다.

 

***드라이브 회로 및 드라이브 전류를 고려할 때, MOSFET의 게이트 충전 Qg가 캐패시턴스보다 중요합니다.

 

 

 

 

Calculating MOSFET gate charge

MOSFET를 켜는 동안 전류가 게이트로 흘러 게이트 소스 및 게이트 레인 캐패시턴스를 충전합니다.

 

Gate charging mechnism

MOSFET 게이트는 전압이 인가되면 전하를 축적하기 시작합니다.

유도성 부하가 MOSFET에 연결이 되면 MOSFET와 병렬로 다이오드의 역방향 복구 전류 뿐만 아니라

MOSFET 게이트 전압에도 영향을 미칩니다.

1. 게이트 전압 상승, Vth까지 전압 상승하는 동안 저항을 통해서 Cgs 및 Cgd를 병렬로 충전

2. Vgs가 Vth를 초과하면서 드레인에 전류가 흐르게 됨. Cgs 및 Cg는 계속 충전. Vgs가 증가할수록 드레인 전류도 증가.

3. Vgs가 밀러 효과로 인해 일정하게 유지. 이 기간에 게이트 전압이 일정하기 때문에 Cgs가 아닌 Cgd로 드라이버 전류가 흐름.

4. 밀러 효과 이후 게이트 과포화 상태로 충전됨. Cgs 및 Cgd는 모두 게이트 전압이 게이트 공급 전압에 도달할 때까지 충전. 이 기간에 MOSFET의 스위칭 손실이 발생하지 않음.

 

Gate drive power

 

MOSFET