- MOSFETのゲート抵抗の決め方を知りたい
- MOSFETのゲートに抵抗がある理由は何ですか？
- ゲート-ソース間にある抵抗の必要性も知りたいです
このような疑問にお答えします。
目次
この記事を書いている私は、電子回路設計歴が約10年になります。
電子回路でMOSFETを使う機会は結構あるので、経験に基づいて解説します。
本記事を読み終えると、MOSFETのゲート抵抗の決め方について理解できるようになりますよ。
3分で読めますので、ぜひ最後までご覧ください。
MOSFETのゲート抵抗の決め方
MOSFETのゲート抵抗の決め方は2つあります。
- 電気的特性から決める
- ダイナミック入出力特性から決める
１つずつ解説します。
電気的特性から決める
MOSFETのデータシートに記載されている電気的特性から、ゲート抵抗を決めることができます。
具体的に、東芝のMOSFET 2SK2232のデータシートを見てみましょう。
電気的特性（Ta=25℃）
東芝 NチャネルMOSFET 2SK2232 の電気的特性（データシートより抜粋）
注目すべきは、上記の赤枠のところで、特に『ゲート入力電荷量Qg』が重要です。
なぜなら、
ゲート入力電荷量Qg = ゲート-ソース間電荷量Qgs + ゲート-ドレイン間電荷量Qgd
だからです。
ここを見ながら３つの手順で決めます。
- 立ち上がり時間を決める
- MOSFETに流す電流を決める
- ゲート抵抗を決める
実際に、この手順でゲート抵抗を決めてみます。
立ち上がり時間を決める
まずは立ち上がり時間を決めます。
「立ち上がり時間」の言い方を変えると、ゲート入力電荷量Qgに「電荷が充電されるまでの時間」です。
ここでは、データシートの電気的特性に記載されているターンオン時間ton[ns]を引用して
『 30ns 』
とします。
MOSFETに流す電流を決める
MOSFETに流す電流を IG [A] とすると、
IG = ゲート入力電荷量Qg / ターンオン時間ton
で求めることができます。
データシートの電気的特性にある
Qg = 38nC
ton = 30ns
を使うと
IG = Qg / ton = 38nC / 30ns = 1.27A
となります。
ゲート抵抗を決める
電流が決まれば、ゲート抵抗RGを決めることができます。
データシートの電気的特性にある測定条件には、VGS=10V となっているので、
オームの法則より
RG = VGS / IG = 10V / 1.27A = 7.9 Ω
となります。
これでゲート抵抗を決めることができました。
電気的特性から決める際の注意点
注意すべきは、データシートの電気的特性にある測定条件は、『VGS=10Vのとき、Qg = 38nC 』となっていることです。
これは見方を変えると、
VGS = 10V のとき、Qg = 38nC である
→ VGS=10Vではないとき、Qg = 38nC ではない
ということです。
つまり、
VGS=10Vではないとき、Qgの値は何？
という疑問が生じます。
多くのMOSFET回路は、データシートの『VGS=10V』という条件では使いません。
たまたま同じ条件で使用する場合もありますが、ピッタリ10Vで使用する場合は稀だと思います。
Qgの値がわからないと、MOSFETに流す電流を IG [A] もわからないので、ゲート抵抗RGを求めることができません。
そのようなときは、次に解説する「ダイナミック入出力特性」から、Qgの値を決めます。
ダイナミック入出力特性からゲート抵抗を決める
以下のグラフは、MOSFETのダイナミック入出力特性です。
東芝 NチャネルMOSFET 2SK2232 の電気的特性（データシートより抜粋）
このグラフから、ゲート入力電荷量Qgの値を決めることができます。
例えば、
電源電圧 VDD = 24V
ゲート-ソース間電圧 VGS = 9V
のとき、
ゲート入力電荷量 Qg = 30nC
となります。
Qg がわかれば、あとは電気的特性のときと同じで、
IG = Qg / ton = 30nC / 30ns = 1A
となり、
ゲート抵抗RGは、
RG = VGS / IG = 9V / 1A = 9Ω
と求めることができます。
MOSFETのゲート抵抗が必要な理由
MOSFETのゲート抵抗が必要な理由は、ドレイン-ソース間電圧の不要な振動を減らすためです。
この振動は、立ち上がり時間が速いほど発生します。
ゲート抵抗を入れると、ゲート入力電荷量Qgに充電する時間がかかるので、立ち上がり時間が遅くなります。
その結果、振動を減らすことができます。
なので、ゲート抵抗はドレイン-ソース間電圧の不要な振動を減らす役割があります。
ちなみに、不要な振動が発生すると、放射ノイズを発生するというデメリットがありますので、振動は減らした方が良いです。
ちょっと余談
ゲート抵抗を入れる
→ ゲート入力電荷量Qgに充電する時間がかかる
→ 立ち上がり時間が遅くなる
の意味が分からない人は、単純に抵抗とコンデンサの回路で考えれば分かりやすいです。
抵抗なしの回路よりも、抵抗ありの回路は立ち上がり時間が遅いのが分かりますね。
これは抵抗がある分、電流が流れにくいので、
コンデンサを充電するのに時間がかかるためです。
MOSFETのゲート-ソース間に抵抗が必要な理由
ゲート-ソース間に抵抗を入れる理由は、MOSFETが誤って動作しないようにするためです。
具体的に、以下の回路で考えてみます。
このような回路で、MOSFETのドレイン端子に接続される電源（24V）が先にONした場合、
5VはOFFなので、MOSFETのゲート端子の電圧は、何Vなのか分からない状態になります。
つまり、
1.0Vかもしれないし、
3.5Vかもしれないし、
4.2Vかもしれない
という状態になります。
こういう状態でゲートしきい値電圧を超えてしまうと、MOSFETは誤って動作してしまいます。
例えば、東芝のMOSFET 2SK2232 のゲートしきい値電圧は 2.0V です。
この電圧を超えてしまうと、誤って動作します。
なので、ゲート-ソース間に抵抗Rを入れることで、ゲート端子の電圧を 0V（GND） に固定し、MOSFETが誤って動作しないようにしています。
まとめ
今回は、MOSFETのゲート抵抗の決め方について解説しました。
ゲート抵抗の決め方について少しは理解できたでしょうか？
本記事が少しでもお役に立てば幸いです。
人気記事：【無料の特典と返金保証あり】電子回路のオンライン入門セミナー５選！
※ 初心者でも挫折しないアナログ回路の通信講座（返金保証あり）
アナログ回路の通信講座です。
アナログ回路設計の第一歩を学習できます。
30日間の返金保証があるので、ノーリスクで始められます。
まずはカリキュラムを確認してみましょう。
» アナログ回路設計への第一歩（Udemy） カリキュラムはこちら
【教材】トランジスタ増幅回路の設計講座
トランジスタ増幅回路の設計ノウハウを公開しました。
【目次】
・第１章
トランジスタ増幅回路の基礎知識
・第２章
固定バイアス回路の設計
・第３章
自己バイアス回路の設計
・第４章
電流帰還バイアス回路の設計
講座内容の詳細は下記からどうぞ。
