논리 회로 또는 게이트 설계를 위한 MOSFET 선택 방법

MOS(Metal-Oxide-Semiconductor) 계열의 전계 효과 트랜지스터, 즉 MOSFET은 일반적인 고전압 및 고전류 전압 구동 전환 응용 분야에서 사용하는 반도체입니다. MOSFET은 기존의 전류 구동 방식인 BJT(Bipolar Junction Transistor)보다 훨씬 더 많이 사용되고 있습니다. 전환 스펙트럼의 반대편 끝의 프로세서 및 기타 작은 신호 장치 구성 분야에서는 변환 기능의 효율성과 속도가 뛰어난 논리 레벨 MOSFET이 많이 사용됩니다.

MOSFET의 내부는 구성 면에서 BJT와 명확히 다르지만 전도율이 발생하는 강화 또는 공핍 채널을 갖춘 N 및 P 접합을 사용합니다. 일반적인 MOSFET의 구성 및 운영에 관한 설명은 eewiki의 Digi-Key Electronics 기사를 참조하시기 바랍니다.

흔히 사용되는 2N3904(NPN) 또는 2N3906(PNP)과 같은 BJT 트랜지스터를 사용하여 TTL 논리를 지정하는 마이크로 컨트롤러 브레드 기판 또는 PCB 프로젝트가 많습니다. 베이스를 프리 바이어스 처리하거나 하지 않아도 원활히 작동하지만 CMOS에 비해 효율성이 떨어지며 응답 시간이 느린 경우도 있습니다.

3.3V 또는 5V 논리를 사용하는지와 관계없이 이러한 전압과 접지 중 논리 면에서 무엇이 높은지 또는 낮은지를 결정하는 임계값이 있습니다. 높은 지점과 낮은 지점 사이의 전환점이 너무 갑작스럽게 발생하여 예측할 수 없는 결과가 나오는 일을 방지하는 "불법" 영역이라고 불리는 버퍼의 역할을 하는 고전압과 저전압 사이의 범위도 필요합니다(그림 1).

논리 레벨 N 채널 MOSFET 선택 시 고려해야 하는 파라미터

게이트-소스 임계 전압 - VGS(th)(최소) 및 VGS(th)(최대): 게이트 전압이 최소 임계값 이하면 MOSFET이 꺼집니다. 5V 논리에 대한 일반적인 최소 게이트 전압은 0.5V 및 1V입니다. 게이트 전압이 최대 임계값을 초과하면 MOSFET이 켜집니다. 게이트 임계 전압이 최소값과 최대값 사이이면 MOSFET이 계속해서 켜졌다 꺼졌다 하기 때문에 이 범위를 피해야 합니다. 그림 1을 보면 최소값과 최대값이 불법 영역과 유사하다는 점을 확인할 수 있습니다.

그림 1

드레인-소스 ON 저항 - RDS(on): 켜진 상태에서는 게이트-소스 전압, 즉 VGS가 증가하면 드레인과 소스 간 저항이 감소합니다. RDS(on) 값이 이상적인 논리 고전압 값 또는 가까이에서 최저가 되고 VGS가 증가해도 크게 감소하지 않는 MOSFET을 선택하세요. 그림 2를 참조하세요.

그림 2

예시: 규격서에 따르면 Infineon IRLZ44 MOSFET의 드레인-소스 저항은 5V에서 25m, 4V에서 35mΩ, 10V에서 22mΩ입니다. 5V에서 RDS(on) 값은 10V에서의 값보다 3mΩ밖에 높지 않지만 4V에서의 RDS(on) 값보다 10mΩ 낮기 때문에 RDS(on) 면에서 좋은 선택입니다.

그림 3

입력 정전 용량 - Ciss: MOSFET의 게이트, 산화물층, 본체 연결이 조합되어 게이트에 전압이 인가되면 작동을 시작하는 작은 커패시터의 역할을 합니다. 충전에 시간이 소요되기 때문에 ON 상태가 지연됩니다. 입력 정전 용량이 가장 낮은 MOSFET을 선택하여 긴 지연을 방지하고 처음에는 매우 높지만 커패시터가 충전됨에 따라 낮아지는 유입 전류를 최소화하세요. 이상적으로 ON-상태 지연 시간은 매우 짧지만 전류 공급 용량이 제한적인 I/O 핀이 손상될 정도의 서지가 발생할 수 있습니다.

핀과 게이트 사이의 전류 제한 저항기가 과도한 I/O 핀 전류 소모를 방지합니다.

마이크로 컨트롤러 출력 핀에 직접 연결된 MOSFET을 사용하면 필요에 따라 외장형 저항기를 사용하여 MOSFET 게이트를 높거나 낮게 조정하여 MCU 시동 및 리셋 시 MOSFET에서 원치 않는 출력과 부동 게이트 논리를 방지해야 합니다.

위 파라미터는 열 감소 및 기타 성능 파라미터를 추가적으로 고려하여 미세 조정이 가능한 논리 회로 또는 게이트 설계를 위한 MOSFET을 선택하는 기본적인 시작입니다. 다음 프로젝트 설계에 MOSFET을 사용해 보세요.