MOFET? 쓸데마다 헤깔리지말고 정리하자.

(서두에 밝히지만 스위치로 사용목적에 대해 서술합니다. 그외 용도일경우 정보가 아닐수 있으니 다른 정보를 찾아보시기 바랍니다.)

MOSFET은 트랜지스터이다. Metal Oxide Field Effect Transistor을 줄여 MOSFET이라 부른다.

만약 NPN TR과 PNP TR을 스위치로 써야 하는데 언제 어떻게 써야 할지 모르겠다면 이글을 보면 도움이 될 것이다.

또한 IGBT를 사용할 경우에도 많은 부분이 상통하니 읽어보면 좋을것이다.

인터넷 두들기면 도핑이 어떻고 공핍층이 어떻고 불순물이 어떻고 하는데. 그런거 알면 좋겠지만 몰라도 쓰는데 문제 없다.

맨날 공부한답시며 저런것들만 이해하려다 책을 덮기 수십번.. 결국 쓸데마다 어떻게 써야 되는지 헤깔려서 매번 실수를 한다.

그래서 실무 위주로 정리를 해보자 한다.

< 출처 : http://www.talkingelectronics.com/projects/MOSFET/MOSFET.html >

심볼은 위와 같다. 종류도 많고 어떤게 어떤일을 하는지도 모르겠다. 그냥 우린 스위치로 쓸테니 N채널과 P채널만 알면된다. 만약 다른 용도로 쓴다면 내 블로그에선 설명하지 않으니 다른 정보를 찾아 보길 바란다.

그럼 어떻게 갖다 붙여야 이놈이 스위치 역할을 할 것인가?

언제 P채널을 쓸것이고 언제 N채널을 써야 하는 것인가?

우선 몇가지 기본 지식을 먼저 다져보자. 만약 NPN, PNP TR을 사용한다면 특성이 다르니 MOSFET이나 IGBT 사용할 경우에 참고해 보도록 하자.(영문으로 된 것은 http://www.talkingelectronics.com/projects/MOSFET/MOSFET.html 에서 가져온 것이며 필자가 첨언하여 한글로 구성하였으니 참고 바랍니다)

1. 일반적인 트랜지스터에서 BASE로 불리는 것을 MOSFET에서는 GATE라고 부른다.

(The BASE of a normal transistor is the GATE for a MOSFET.)

2. 일반적인 NPN 트랜지스터를 온 하기 위해서는 베이스와 이미터간 0.65V 이상의 전위차만 있으면 되는데(전류로 제어) MOSFET의 경우 게이트와 소스 간에 적어도 2~5V 이상의 전위차가 필요하다.(전압으로 제어). 또한 대부분의 MOSFET DATASHEET을 보면 게이트와 소스 간의 전위차를 게이트 전압(GATE VOLTAGE)으로 부르며 명확한 값을 명시해 주고 있다.

(An ordinary NPN transistor will turn ON when the base voltage is about 0.65v more than the emitter but a MOSFET needs the gate terminal to be at least 2v to 5v, (depending on the type of MOSFET) above the source voltage. This is called the GATE VOLTAGE and the exact value is difficulty to extract from some data sheets. ) 

3. MOSFET은 게이트에 충분한 전압을 흘려주어야 한다. 만약 드라이브 해야 할 전류량에 비해 게이트에 충분치 못한 전압을 흘려 주게 되면 MOSFET은 많은 발열이 발생하며 소손 될 수 있다. 또한 MOSFET의 데이터시트를 보면 게이트 소스간 전압에 따른 드레인 소스 전류가 그래프로 명시되어 있다.

(Delivering a higher voltage (up to 12v) will not damage the device or cause more gate current to flow but supplying a minimum voltage will alter the current capability enormously. You must not use a MOSFET if you can only just deliver the minimum gate voltage as the MOSFET will act like a high-power resistor and get very HOT. )

4. MOSFET으로 대전류를 제어할 목적으로 사용한다면 게이트-소스간 빠른 RISING-TIME과 FALLING-TIME이 필요하다. 3번 설명과 같이 대전류를 드라이브 할 때 MOSFET은 낮은 게이트 전압에서 많은 발열을 가져온다. 따라서 RISING-TIME DELAY가 결국 발열로 가져오게 되며 이는 스위칭 효율에 밀접한 연관이 있다. 따라서 효율적인 게이트 드라이버를 구성해야 MOSFET을 대전류 제어가 가능하다.

(When a MOSFET is used in a high-current situation, it is important to provide a fast rise-time to the gate so the FET turns on quickly and does not heat up. If you have a circuit with a fast rise-time voltage in the order of 2v to 10v, a FET device is a good solution.)

5. 대전류를 제어할 때 MOSFET의 게이트에 충분한 전압을 사용하였는데도 발열을 할 경우 방열판등을 사용하여 MOSFET의 온도를 낮게 해 주어야 한다. MOSFET의 온도가 올라갈 수록 저항이 커져 더 많은 열을 발생시키며 이를 극복하지 못하면 소손될 수 있다.

그렇다면 MOSFET을 회로에 어떻게 적용을 해야 할것인가?

우선, N채널 MOSFET의 경우 아래와 같다.

< 출처 : http://www.talkingelectronics.com/projects/MOSFET/MOSFET.html >

게이트-소스 간 전위차로 제어를 하기 때문에 로드가 드레인에 있으며 드라이브의 기준레벨과 소스는 같아야 한다. 만약 같지 않다면 전위차가 발생하여 위 설명의 3번과 같이 MOSFET이 낮은 게이트 전압으로 드라이브 하여 많은 발열과 함께 소손될 수 있으며 원치 않은 스위치 동작이 발생한다.

스위칭에 있어 게이트-소스간 전위차가 + MINIMUM VOLTAGE(VGS(th))이상 일 경우(HIGH) 온이 되며 이하일 경우 OFF가 된다.

회로상의 18V 제너 다이오드는 게이트 허용 전압을 초과하지 않도록 설계 한 것이다. 만약 드라이버의 전압이 결정되어 있다면 없어도 무방하다.

참고로 왼쪽 NPN TR의 경우 로드에 100mA를 흘린다고 가정하면 베이스에 1mA만 흘려주면 제어할 수 있다. 이때 전류 증폭도는 100이다(BC547 DATASHEET 참조)

다음은 P채널의 경우이다.

< 출처 : http://www.talkingelectronics.com/projects/MOSFET/MOSFET.html >

N 채널과는 반대로 로드가 아래에 있으며 소스가 전원에 붙어 있는것을 볼 수 있다. 

P 채널의 경우 데이터 시트를 보면 항상 전압이 -가 붙어 있다. N 채널과는 반대로 흐른다. 따라서 소스에서 드레인으로 흐른다 생각하고 -를 떼버리면 혼란스러움이 줄어든다. 

스위칭에 있어 게이트-소스간 전위차가 - MINIMUM VOLTAGE(VGS(th))이상 일 경우(HIGH) 온이 되며 이하일 경우 OFF가 된다. 편의상 소스에서 게이트 드라이브 전원을 만들면 쉽다.

--- 작성중. 추후 계속----