マイコンとFETの接続について

質問

R8CマイコンのPWMモードを使用して最高２０KHｚで、FETをオンオフさせます。デューティは可変します。
FETは、５V駆動出きるもので、ON抵抗も少ないものを選定しました。
FETの負荷は、DC１００Vに負荷をつないでいます。電流は、１０A以内です。
この時に、マイコンとFETを直接接続しても問題ないでしょうか？
また、この時に注意しなければならない事がありますか？

回答No.2

noname#230359 · ベストアンサー

お使いになる予定のものか不明ですが、R8Cマイコンの出力ポートの駆動
能力に関するデータを検索してみました。
VCC=5Vで、駆動電流は30mA程度ですね。

http://japan.renesas.com/media/products/mpumcu/m16c/r8ctiny/r8c1b/child_folder/characteristics/ioh_voh_r8c_1b.pdf

駆動するFETとして、VDSS=200V,IDmax=20Aの製品の特性例を調べたら、
ゲート入力容量は、1275pF程度です。

http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/fairchild/IRFP240.pdf

◆駆動能力が足りるか否かの概略計算
1275pFの容量を、30mAの電流で、0から5Vまで充電するとしたら
T=CV/I=1275e-12F×5V÷30e-3A=0.21e-6sほどの時間が掛かる計算です。
実際には、帰還容量CRSSの影響もありますから、ターンオン、ターンオフ
に掛かる時間は、0.21e-6s＝0.21μsよりも長く掛かります。

周波数20kHz、つまりは周期50μsのスイッチング周期に対して、ターンオン、
ターンオフに掛かる時間が、0.21μsよりも長いということは、許容できるか
できないか微妙なところでしょう。

確実な動作を期待するならば、駆動電流を確保するためにバッファーを
入れることが良さそうに思います。バッファーを省略するのであれば、
実際に回路を組んで確認試験を行うこと（できれば、最悪条件を設定して）
をお勧めします。

先の回答に使ったFETは、5Vの駆動電圧では10Aの電流を流すのに不十分
な特性でした。あまり適切でない例を添付して失礼しました。

5V駆動できる品種を探すことが第一ですが、5V駆動できるFETは先に示した
ものよりもゲート入力容量が大きくなりますので、スイッチング時間は
更に伸びる方向です。より一層、慎重にご判断なさることをお勧めします。

お礼

駆動能力が足りるか否かの概略計算をするんですね。
詳しい説明ありがとうございます。

回答No.3

noname#230359

FETでのスイッチングノイズがマイコン動作に影響するのを避ける為に、GNDのアイソレーションを行った方が賢明と思います。マイコンの出力を適当な値の抵抗を直列に入れてLED側のアノードに繋ぎます。LED側のGNDはマイコンのGNDと共通にする。DC100V側の電圧をレギュレーターでDC5Vまで降圧させ、フォトカプラのコレクタに10Kオーム程度の抵抗を通して電源を供給する。フォトカプラのエミッタをDC100V側のGNDに繋ぐ。フォトカプラのコレクタとトランジスタ2SC1815のベース間を10Kオーム程度の抵抗を通して接続する。2SC1815のエミッタはDC100V側のGNDに繋ぐ。2SC1815のベースを5Kオーム程度の抵抗でDC100V側の電圧をレギュレーターでDC5Vまで降圧させた電源に繋ぐ、2SC1815のコレクタをFETのゲートに繋いでドライブすれば良いと思うけど。

基本回路なのであとは切った貼ったの実験をしてみてください。

お礼

詳しい説明ありがとうございます。
実験をしてみようと思います。

回答No.1

noname#230359

FETの型番がないのでMOS-FETと仮定して回答もそれなりレベルの回答ですが、

＞この時に、マイコンとFETを直接接続しても問題ないでしょうか？

問題あります。
このスケールのＦＥＴだと入力容量が2000pFくらいあるはず。
直接駆動で秒単位のスイッチングならＯＫですが
ＰＷＭスイッチングは無理と考えた方が良いです。
また、DC100V10AをスイッチングするのにVGS=5Vでは心許無いですね
ちゃんとFETドライバーを入れて9～12V程度VGSを確保したほうが吉です。

＞この時に注意しなければならない事がありますか？

いろいろあります。
記載されていないのでわかりませんが用途や条件により要点は変わりますので
書籍などで似た応用例での注意点を参照してください。

一応補足しますが
ＰＷＭスイッチングは無理をいうのは、ダイレクトドライブだと多分ＦＥＴでの損失が数Ｗ近くになるからです。ヒートシンクつけるよりドライバＩＣ挿入の方が手軽。

お礼

ありがとうございます。
今回の場合に適合するFETドライバーやドライバＩＣで、入手しやすいもの、または一般的に使用されるものがあれば型式等、教えていただけませんか？

補足

自分で、調べてみます。