皆様、お疲れ様です。
ミラー効果？何か心理学用語ですか？
という方に向けて本記事ではMOSFETのミラー効果について解説していきます。
パワエレではMOSFETを駆動するドライバ回路の設計やスルーレートTr/Tfと非常に関係あります。
先に結論を言っておくと、、、
- MOSFETがONすると寄生容量Cgdが大きく見える現象がミラー効果。
- MOSFETを駆動するとVgsがVthを超えると一定電圧になる区間がある。これがミラー期間。
- ミラー期間でスイッチング電圧が上昇していく。このスピードがスルーレート。
- スルーレートはミラー効果による容量にいくらの電流で充電するかで決定する。
ミラー効果とは？
Nch MOSFETがあります。
これには寄生容量が付いてますね。
例えばソース接地回路(ソースをGND接続した回路)のCgd(ゲートドレイン間容量)に注目してください。
MOSFETがON/OFFするときにこの容量値がめっちゃデカく見えるというのがミラー効果です。
は？何それ？何でそんなこと知らんとダメなん？？？
順番に解説します。
なぜミラー効果が起きるのか？の直感的解説
イメージしやすいようにH-sideとL-sideのMOSFETを交互にON/OFFさせる降圧DCDCを想定します。みんな大好きな回路です。
H-sideにON信号が来ます。ゲート電圧を0Vから10Vにします。
すると、当然ですが、MOSFETのスレッショルド電圧Vthを超えたらONします。ONするとH-side MOSFETのソース側の電圧は0Vから電源電圧の100Vに上昇します。
そうなったときにGNDからゲート電圧を見てみましょう。
ゲート電圧は(ソース電圧100V) + (ゲーム-ソース間電圧10V) = 110Vへ持ち上がろうとします。
そうしようとしたら、物理的にCgdへΔ110V分の電荷をドバっと入れないとゲート電圧は持ち上がらないよ。ってなります。
MOSFETがONする⇒ソース電圧が上がる⇒ゲート電圧が底上げされる⇒その分の電荷がCgdへ流れる。
と一連の流れで実際、これってONした瞬間にCgdがデカくなってるよね？
というのがミラー効果というものです。だからミラー効果の説明を見ると「実効的なCgdが～」と書いてあるんですね。「何だよ実効的なって！」となりますよね。
ミラー効果はスイッチング波形にどう影響するのか？
さっきの回路でH-side MOSFETをONするシーンを細かく描くと以下のようになります。
順番に何が起きているのかを解説します。
まずゲートにON信号が来ます。
これによってゲート端子にはON電圧がかかり、Cgd,Cgsへ充電されてゲート電圧が上昇します↓。
次にゲート電圧がスレッショルド電圧Vthを超えるとドレイン電流が流れ始めます↓。
ONするので、ソース電圧が上昇しようとします。ここでミラー効果が起きます。Cgdへゲート電流が充電されながら、ソース電圧が上昇します。
ソース電圧が上昇しきったら、ミラー効果がなくなり、ゲート電圧が最終値になるまでCgs,Cgdへ充電します。(Vgsが変化するので、Vdsも若干変化します。)
つまりスルーレートをコントロールしようとしたら、このミラー効果によるCgdへ充電する電流を調整してやればいいってことになります。
はい、以上です。何かの参考になれば幸いです。
最後までお読みいただきありがとうございました！！
