パワーMOS-FETをドライブする回路がつくりたい

質問

日本インター製のMOS-FET，PDM505HCを使用して，500[W]程度の直流(50-60[V]，8-9[A]程度)をスイッチングしたいと考えています。

FETは電圧駆動素子だから，ゲートに電圧信号を送りさえすれば動作してくれると浅はかな考えをしていたのですが，このクラスのものになると寄生容量に流れ込む電流の問題などもあるようで，適切な駆動回路が必要と知りました。

電子回路工作などをなさっている方から見れば稚拙な内容かと思うのですが，専門外のため具体的な設計方法などがわからず，駆動回路の構成例を示していただきたく，質問いたします。

信号源としてはファンクションジェネレータを使用し，±2.5[V]の矩形波を送ります。

周波数はなるべく広い範囲に振りたいと考えており，希望としてはDC-300[kHz]程度までです。ファンクションジェネレータ自身は1[MHz]まで出せるものを使用します。

使用する素子まで具体的に示していただければ最高です。

詳しい方，よろしくお願いいたします

参考:PDM505HCのデータシート(PDF)
ttp://www.niec.co.jp/products/pdf/pdm505hc.pdf

回答No.5

anachrockt · ベストアンサー

紹介したICやドライブ電流増加法が理解できないとゆうことは，MOS-FETを2個直列につないで，交互にオン・オフするわけではないとゆうことですか？
先ず，PDM505HCはモータードライブ用で今では速いとは言えない回生ダイオード内蔵です．
従って，スイッチング周波数は数10kHzがせいぜいです．
昔のパワーMOSFETは遅いんで，300kHzまでスイッチングしたいんなら，2SK3000番以降のパワーMOSFETを使用します．
たとえば，こんなのとか．
http://www.necel.com/nesdis/image/D15063EJ1V0DS00.pdf
http://www.semicon.toshiba.co.jp/docs/datasheet/ja/Transistor/2SK3442_ja_datasheet_061117.pdf
NECや東芝の場合，代理店に依頼すれば無償サンプルがいただけます．

ドライブは，回路がわからないんなら，全部入ったこれがエエでしょう．
無料サンプル依頼すると，ダラスから国際宅配便で2～3日で直送されます．
http://focus.tij.co.jp/jp/docs/prod/folders/print/tps2812.html
http://focus.tij.co.jp/jp/lit/ds/symlink/tps2812.pdf
2ch入りですから，使用しない入力はGNDに接続します．

お礼

ご親切に回答していただき，本当にありがとうございます。

肝心なことを申し上げ忘れていました。中に入っている2つのFETのうち，1つだけを使用するつもりでいました。なるほど，交互にオン・オフ動作させる意図があってあのような2個入りの作り方がされているのでしょうか?勉強になります。

PDM505HCは，たまたま簡単に入手できる環境にあったので使いたいと考えていただけなので，ドライブ用の全部入りチップと組み合わせて，新たに教えて頂いた今時のFETを使ってみたいと思います。

PDM505HCに比べ随分と小型のようですが，その割には大きな電流を制御することができるのですね。特性を見ると何かと温度に敏感なようなので，よく冷やして使うことを心掛けたいと思います。

重ね重ね，ありがとうございました。

回答No.4

tance

すでにいろいろなドライバが紹介されていますが、どんなドライバを
使えば良いかのヒントを示します。

まず、ゲート電圧がどれだけあれば良いかですが、ドレイン電流が9A
必要なら、ゲート～ソース電圧は10Vは欲しいですね。この電圧が
不足するとONが中途半端になり膨大な発熱をしてしまいます。

ゲート容量への充電時間ですが、スイッチング時間として、tr=250ns
を目安とすると、350mAくらいのゲート容量充放電電流が必要です。
ただし、もしミラー効果があるようだとこれでは済みません。
ミラー効果が出ない回路の工夫が必須です。それが無理なら十分大きな
電流を流すのが無難です。

いずれにしても300kHzで大電力をスイッチングすることは結構大変
ですよ。特に電流をOFFするときに負荷のインダクタンスで生じる
逆起電力に注意してください。負荷線が長いとか、インダクティブな
負荷（コイル、モータなど）のときは必ず考慮しなくてはなりません。

お礼

300kHzでのスイッチングは難しいのですか...少し目標を下げようかな...。

専門外で常識が不足している（ほとんどない）ため，このようにおよその値を教えていただけると感触がつかめて非常に助かります。ありがとうございます。引き続きお気付きのことがございましたらお願いいたします。

回答No.3

anachrockt

フォトカップラで，100kHz以上のスイッチングは異常に大変です．
追加ですが，ドライブICはこれがエエでしょう．
デッドタイムも調整できますから，貫通電流でMOSFETが飛ぶのも防げます．
http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/irs21091.pdf
電流ブースタは下記で紹介したMOSFETでもエエんですが，ここのFigure 10でR無し，VBIASとVDRV直結で3～5A位のVCEOが50V程度のトランジスタでもOKです．
http://focus.ti.com/lit/ml/slup169/slup169.pdf
トランスを作ってくれるところがあれば，Figure 33も捨てがたいです．
こちらも参考にしてください．
http://focus.ti.com/lit/ml/slup170/slup170.pdf

お礼

豊富な情報をありがとうございます。ただ，情けないことに，anachrockt様が前提となさっている常識的な知識を私が持ち合わせていないと申しましょうか，こちらの力不足で，教えていただいた資料を十分咀嚼できない状態です。時間もあまりありません。

紹介していただいたドライブICをどう使ってなにをしたらいいのか，電流ブースターとして紹介されている回路とどう組み合わせて用いるのかなど，もう少し噛み砕いて教えていただけると幸いです。（話にならないとお感じでしたら無視してくださっても結構です...）

回答No.2

anachrockt

MOSFETの基本的な特性はこれが詳しいです．
http://www.irf-japan.com/technical-info/appnotes/AN-1084.pdf
それをふまえて，これの図6を参考にすればドライブ回路は簡単です．
http://www.irf-japan.com/technical-info/designtp/dt92-2j.pdf
ただし，ファンクションジェネレータの出力は，+5V，-0Vの矩形波にしないとICが飛びます．
0V以下の電圧は絶対に加わらないように注意してください．

その他にも，技術資料がありますから，参考にしてください．
http://www.irf-japan.com/jptechnical-library.htm

回答No.1

tadys

MODFETのドライブ回路としてはトランジスタを組み合わせて作ることも出来ますが専用のICを使用したほうがいいでしょう。

例えば東芝のTLP250、TLP350などが使用できるでしょう。
http://www.semicon.toshiba.co.jp/product/opto/selection/coupler/list/photocoupler_ic_igbt.html
リニアテクノロジにもMOSFETのドライブICがあります。
http://www.linear-tech.co.jp/pc/viewCategory.jsp?navId=H0,C1,C1003,C1142,C1041

TLP250、TLP350はデジキーで購入できます。
http://jp.digikey.com/

お礼

専用のICがあるのですね。教えていただき，ありがとうございます。慣れないものでとても難しそうに感じてしまいますが，データシートを読んで勉強したいと思います。