Monolithic Power Systems, Inc. · NASDAQ:MPWR
Monolithic Power Systems — Technical Presentation (April 2022)
27 slides from Monolithic Power Systems's technical presentation, April 2022
Slide 1: パワーMOSFETの駆動について
パワーMOSFETの駆動について 岩本純一 シニアFAEマネージャー MPSジャパン 2022年4月
Slide 2: 岩本純一 – シニアFAEマネージャー
岩本純一 – シニアFAEマネージャー 2017年–現在 • MPSにてシニアFAEマネージャーとしてパワーマネジメン ト製品を担当 2006–2017年 • テキサスインスツルメンツにて、パワーシステムデザイン とフィールドアプリケーションエンジニアの業務に従事 2000–2006年 • TDKにて、ブリックコンバータ、TV用バックライトシステ ム、産機向け電源など、さまざまな電源を設計 • 同設計開発により、いくつかの論文、特許を取得 1995–2000年 • タムラ製作所にて、ロボット用充電器、航空機向け電源、 バックライトシステム、探査衛星用電源設計などを経験
Slide 3: パワーMOSFETの駆動について
パワーMOSFETの駆動について MOSFETの基本 負荷を制御する: HブリッジとハーフHブリッジ MOSFETスイッチング速度の影響 MOSFET回路 サマリー
Slide 4: パワーMOSFET
パワーMOSFET ドレイン ドレイン ゲート ゲート ソース ソース Nチャネル Pチャネル
Slide 5: MOSFETの構造
MOSFETの構造 カットオフ 領域 拡張 ソース ゲート ソース スロープ サチュレー ション領域 チャネル チャネル 通常オフ eMOSFET テスト回路 ゲート-ソース ドレイン 電圧
Slide 6: ボディーダイオード
ボディーダイオード ソース ゲート ソース チャネル チャネル Body Diode ボディダイオード ドレイン
Slide 7: NチャネルパワーMOSFETの簡略化モデル
NチャネルパワーMOSFETの簡略化モデル ゲート ソース パワーMOSFET ドレイン
Slide 8: データシート上の仕様と全体のゲートチャージ
データシート上の仕様と全体のゲートチャージ IPP015N04N VDS max 40.0 V RDS (on) (@10V) max 1.5 mΩ ID (@25°C) max 120.0 A Ptot max 250.0 W Ciss 15000.0 pF Coss 4000.0 pF QG (typ @10V) 188.0 nC VGS(th) min / max 2.0 V / 4.0 V Q = CV (チャージ = 静電容量 x 電圧) CISS – 入力静電容量 (ゲート-ソース間 + ゲート-ドレイン間) I = Q/t (電流 = チャージ / 時間) QG – 総ゲートチャ
Slide 9: ゲートを制御する: 定電流 vs. 直列抵抗
ゲートを制御する: 定電流 vs. 直列抵抗 1 アンプ定電流ゲートドライブ 12Ωの直列抵抗をともなう12Vのゲートドライブ (100nC / 赤 = ゲート、紫 = ドレイン、200nS/div) (100nC /赤 = ゲート、紫 = ドレイン、 200nS/div)
Slide 10: ゲートを制御する
ゲートを制御する IPP015N04N VDS max 40.0 V RDS (on) (@10V) max 1.5 mΩ ID (@25°C) max 120.0 A Ptot max 250.0 W Ciss 15000.0 pF Coss 4000.0 pF QG (typ @10V) 188.0 nC ゲート VGS(th) min / max 2.0 V / 4.0 V ドライブ 電圧 負荷抵抗 供給電圧 ゲート直列抵抗
Slide 11: 低抵抗のゲートドライブ
低抵抗のゲートドライブ 赤: ドレイン電圧 緑: ゲート電圧 青: ゲート電流
Slide 12: 低抵抗のゲートドライブ
低抵抗のゲートドライブ 赤: ドレイン電圧 緑: ゲート電圧 青: ゲート電流
Slide 13: 直列抵抗を追加
直列抵抗を追加 赤: ドレイン電圧 緑: ゲート電圧 青: ゲート電流
Slide 14: 直列抵抗を追加
直列抵抗を追加 赤: ドレイン電圧 緑: ゲート電圧 青: ゲート電流
Slide 15: 直列抵抗が大きすぎると
直列抵抗が大きすぎると 赤: ドレイン電圧 緑: ゲート電圧 青: ゲート電流
Slide 16: 直列抵抗が大きすぎると
直列抵抗が大きすぎると 赤: ドレイン電圧 緑: ゲート電圧 青: ゲート電流
Slide 17: ドレイン電圧による間違った駆動
ドレイン電圧による間違った駆動 赤: ドレイン電圧 青: ゲート電圧 緑: ドレイン電流
Slide 18: 非対称ゲートドライブ
非対称ゲートドライブ 青: ドレイン電圧 緑: ゲート電圧
Slide 19: MOSFETのスイッチング速度
MOSFETのスイッチング速度 ターンオン ターンオフ MOSFET 波形 ターンオン ターンオフ 電力損失 スイッチング損失 スイッチング損失
Slide 20: なぜゲート電圧のTrTfが遅くなるのか?
なぜゲート電圧のTrTfが遅くなるのか? 速い 遅い 緑: ゲート電圧 青: ドレイン電圧 赤: ソース電圧
Slide 21: EMIに関する懸念事項
EMIに関する懸念事項 立ち上がり時間 立ち上がり時間 26ns 5.2ns
Slide 22: パワードライブ回路
パワードライブ回路 V+ V+ V+ V+ Out On Off ローサイド ハーフブリッジ Hブリッジ 赤: PWM オン 青: PWM オフ
Slide 23: ハーフブリッジ: NとP
ハーフブリッジ: NとP VIN VIN On: VIN - Vg Pチャネル On: VIN + Vg Nチャネル Off: V+ P-channel Off: Out N-channel Out On: Vg N-channel On: Vg N-channel Off: 0V Nチャネル Off: 0V Nチャネル VIN – 負荷供給電圧 VG – ゲートドライブ電圧
Slide 24: ハイサイドゲートドライブ
ハイサイドゲートドライブ V+ V+ Charge チャージ ポンプ Pump HS in ドライバ Driver N-channel Nチャネル HS in Driver ドライバ Nチャネル N-channel LS in Driver ドライバ Nチャネル N-channel LS in Driver ドライバ Nチャネル N-channel 絶縁型ハイサイドサプライ チャージポンプ型ハイサイドサプライ
Slide 25: ブートストラップ型ゲートドライブ
ブートストラップ型ゲートドライブ VIN LS In 3.3 0 12 VG LS Out 0 BST HS In 3.3 0 HS in Driver ドライバ VIN+VG HS Out 0 LS in Driver ドライバ VIN+VG BST VIN VG Out 0 ブートストラップ型ハイサイドサプライ
Slide 26: サマリー
サマリー • 覚えておきたいこと: • 機能する電源回路を実装するためにどのようにMOSFETが機 能するか理解する • スルーレート、過渡電流、EMIを制御するためにゲートドラ イブを最適化する • 寄生インダクタンスやインピーダンスを考慮して、注意深く PCBを設計する
Slide 27: HYREAFTSWELE
HYREAFTSWELE mrS
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