また有用なブログ記事を発見してしまった
工作に必要な部品と使い方 | 臨床工学技士の為の電子工作
特にここのFETの所の説明が秀逸。
MOSFETはバイポーラトランジスタに比べて入力インピーダンスを上げることができる。無駄な消費電力を使わないで済むし、気分的にも単純に嬉しい。
その理解の上でこの説明ではMOSFETの入力にトランジスタを使用している。この意味についてこの辺りを軽く調べてみた。
「ゲートドライブ回路」で検索するといろいろ出てくるがここがわかりやすかった。「MOSFETゲートドライバ」ともいうらしいっぽい。
【ゲート駆動回路(ゲートドライバ回路)とは？】『種類』と『特徴』について
MOSFETの入力にはコンデンサが等価的に入ってると考えることができて、これが話を難しくしている。一番駄目なのが前段IC等の出力をMOSFETゲートに直結することで、これだと充電されていない等価コンデンサを充電し始めるので瞬間的に大電流が流れICの定格を超えてしまう。いろんな方法があるが一番簡単なのは単に抵抗をはさんで電流を制限するだけ。遊びの電子工作ではこれで十分な気がするが、コンデンサの充放電のためターンオフ、ターンオン速度が遅くなる。これを速くしたい。ダイオードを使いターンオン、あるいはターンオフの速度に違いを持たせる方法が紹介されているが、ターンオン速度を速くするのはあまり使われないがターンオフ速度が遅いと誤動作するのでターンオフ速度を速くするのが大事とのこと。
ターンオフ時の抵抗が小さくなることで、MOSFETのドレインゲート間のミラー容量を介して誤ターンオンすることを防止することができるからです。
ミラー容量に関してはここに説明があった。
FETのゲート・ソース間抵抗の決め方 | アナデジ太郎の回路設計
GS間抵抗を決める方法の説明だがミラー容量に関しては
RGSが大きすぎると、ノイズが流れた時にVGSが上昇してONしてしまう可能性があります。 ドレイン(Ｄ)に急激に高電圧が加わった場合、GーD間のコンデンサ成分により、 ゲートに微小電流が流れます。
とのこと。もとのブログに戻って次に紹介されているのが「プッシュプル回路(トーテムポール回路)を形成したゲート駆動回路」。
NPNをVCC側にPNPをGND側に配置してターンオン、オフ時に片方だけONになるように設計してICからではなくVCCから充電、GNDへ放電という形にしている。で一番最初に有用なブログと書いたものはこの回路からGND側のPNPを省いた形になっていて、これだとターンオンは速くなるけどターンオフは速くならないじゃん、ダイオードを使った駆動回路ではターンオン速くするよりターンオフ速くする方がよく使われると書いてあるのにこれは何の意味が？と思ってたら別の項目「エミッタフォロワを用いたゲート駆動回路」のところでこの回路が紹介されていて、案の定
回路が簡単というメリットはありますが、ターンオフの速度がゲートソース間抵抗RGSとMOSFETのゲート容量に依存します。そのため、数100Hz程度の駆動以外にはオススメできません。
との説明があった。じゃあこの駆動回路の有用性は一体なんだろう？と思ったけど、前段IC出力がMOSFETゲートでなくトランジスタのゲートに繋がってるのでターンオン時の瞬間的な消費電流が少ないというメリットはありそう。ArduinoとかではGPIO合計で最大何mAとか決められてたりするんでこれが小さいのは嬉しいか。
上の雑文には書かなかったけどこちらもわかりやすい。上のプッシュプル回路のトランジスタをMOSFETに入れ替えたものを深く深く追求しいてる。
トランジスタとMOSFETのゲート駆動とブリッジ回路。 - Attribute System
こちらは駆動回路の利点欠点の簡単なまとめ。
NOTE - 回路設計編 - PowerMOSFETゲートドライバ
