AND8093/D 電流センス・パワーMOSFET

(1)

AND8093/D

センス・パワーMOSFET

SENSEFET⁾

センス・パワーMOSFETは、パワー・コンディショニングでをでするをします。これらのデバイスはにはなで、をとセンスにします。その、レベル#$を%してサンプリングをうことができます。この)をすると、*の+,にべて-.とコスト0がされるので、SENSEFET1の%

をしておくことが !.の"#2$です。

これらのデバイスに3れることは%4ですが、すべてが4&'5ではありません。これらのデバイスはにはシンプルですが、()の(や 78なも9えています。:;の*'ではこの<

+について*'します。,=にSENSEFETデバイスの>?を*'します。

これらの>?は、-.でごく@/に%

されているマッチング・デバイスとDじEにFづいています。-.のトランジスタのJ*とD 0、パワーMOSFETのKLソース・セルのオン#

$は、MOSFETOPのオン#$と1Qにマッチング

するR-があります。したがって、2SKのセルのうち2Kのセルを13のセンス・ピンに45すると、センス・セクションのオン#$とセクションのオン#$の6にが78します。ついで、

SENSEFETデバイスをターンオンすると、はこ

れら2つの#$VにWXするYでされ、センスとソース6でが9:されます。

KLのソース45を「ミラー」と[びます。

;\、SENSEFET1は、ミラー・セルとソース・

セル6のが1：1,000=]になるように !されます。>^には、2Kの_`FETがa;のゲート4 5とドレイン45をdち、ソース45がL々になった?eにfています。この@をgすると、

Figure 1のようになります。2KのデバイスのAhサイズによって、ソースBjとミラーBj6でされるがCまります。ミラーにhするソースのは、n、つまり「ミラー」としてD されます。このはソースBjとミラーBjがD じkにEdされている?eをlしてFされま

す。nは1,000:1=]なので、OPはソース

にほぼGしくなり、ミラーはセンスにhするのもHすことになります。

Figure 1. SENSEFET Equivalent Circuit Gate

I_LOAD Drain

Source Mirror

I_SENSE I_SOURCE

ミラーBjとソースBj6にレベル・レジスタを45すると、がIJであるの@

Kがサンプリングされ、センス#$にLMするmnNoは78しません。このOにより、

SENSEFETデバイスを%してをする

この)を「PNoセンス」と[びます。センス#$が、ミラー・セクションのオン#$RDM(on)

の10%QRのJ*、サンプリングされるは、

をミラーでったV、つまりI_LOAD/n にほぼGしくなります。には、このようにV のpさいセンス#$によって78したセンスq は、;\はrSのT>にはstです。

したがって、;\は.UよりVのuきいRSENSEを%

します。このように、よりuきいVを%すると、ミラー・レッグOPの#$に'らかにvVをw ぼすため、ミラーがxyします。:;では、

この>?をモデルyしてセンス・パラメータを!W するを*'します。

センスの

Figure 2にXすモデルをYすれば、センスq

とセンス#$の!WはZ\に4&'5です。このモデルでは、R_DS(on)はバルクとアクティブに [されます。バルク・ドレイン#$はデバイスO Pでa;で、UR_bでHされます。R_DS(on)のうちア

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APPLICATION NOTE

www.onsemi.jp

(2)

クティブをモデルyするのは、Ra(on)のうちセクションにhする、およびRDM(on)のうちミラーにhするです。RSENSEはKセンス

#$です。

Figure 2. Model and Typical Connection Drain

Mirror Source

R_SENSE Kelvin

Drain

Kelvin R_SENSE

R_a(on) R_DM(on)

Mirror

Source R_b

a. Model

Mirror

Source

R_SENSE Kelvin

− +

V_ref Gate

Drive

b. Typical Connection

RSENSEが\のJ*、ミラーBjで78する

]のある,uqはVDS(on) ×Ra(on)/(Ra(on) + Rb)です。^い_えると、ミラーBjはドレイン−ソース 6のオンqOPをサンプリングするのではなく、

R_a(on)/(R_a(on)+ R_b)でHされるドレイン−ソース6 のqの@Kのみをします。このをミラー・

コンプライアンスK_MCと[びます。R_a(on)とR_bの VをCするには、ミラー・コンプライアンスを

し、RDS(on)とこのをWしてRa(on)を`めま

す。aに、RDS(on)からRa(on)をいてバルク#$Rb

を`めます。これらのVを`めた、Ra(on)とミラーnをWして、RDM(on)を`めます。

モデルのK#$、センスq、センス#$を`

めた、4な#$qの^からドレインを

!Wすることができます。これらの^を#bすると aのようになります。

グランドのセンス

VSENSE+ID@Ra(on)@ RSENSE (RSENSE)RDM(on))

(1)

RSENSE+VSENSE@ RDM(on) [(ID@Ra(on))*VSENSE]

(2)

ID+VSENSE@(RSENSE)RDM(on)) (Ra(on)@RSENSE)

(3)

これらの^を%して`めたは、cの VとZ\によく@dします｡@XとしてMTP10N10M を%し､!WVと VをTable 1で%します｡

これらのFgになっているのは、5 Aのドレイン

、R_a(on)= 116 mW、R_b= 44 mW、R_DM(on)= 209W です｡

Table 1. CALCULATED VERSUS MEASURED SENSE VOLTAGE

R_SENSE (W)

Calculated V_SENSE

(mV)

Measured V_SENSE

(mV)

D (%)

20 51 50 2

47 106 105 1

100 179 185 −3

200 284 290 −2

1.0 k 480 480 0

Vはすべてオシロスコープでしたものなので、ここでXすhはいずれも iのj

です。klがえられているJ*、Figure 2のモデルはmにn]しています。

Figure 2bにXすような+Hなアプリケーション

では、V_SENSEがコンパレータのリファレンスqで

あるV_refにGしいJ*､トリップが78します。

したがって、これらの^でVSENSEの+わりにVrefを

%すると、rSが8されるcのIDと

RSENSEのoみ*わせがられます。

pするOにより、@/にRDM(on)をqrしな

いjでRSENSEのVを,することがsされま

す。Table 1のVがXすように、MTP10N10Mの;

\の>?では、このrbがEでセンスqは

250 mV=]になります。uのアプリケーション

にとってこのVはtですが、>?がよりpさく、ミラー・コンプライアンスがよりpさいデバイス・タイプのJ*、%]なセンスqVを8 するcにtが8じる]があります。よりu きいセンスqVが#なJ*、Figure 3にXす) を%できます。このでは、SENSEFETミラーはソースとDじkにEdされ、オペアンプOA1 はセンスにu#$RfをWしたのにGしいのqを8します。このvのlグランドにhするセンス^を:;にXします。

グランドのセンス

VSENSE+ *ID@n@Rf (4)

Rf+VSENSEńID@n (5)

ID+ *(VSENSEńRf)n (6)

これらの^は、オペアンプのnバイアスと nオフセットqを<とも0とlしています｡

のwしいオペアンプのいくつかを%するJ

(3)

*、このlはです。Xえば、MC34081を%

するJ*、xにおけるnバイアスのVは 1 nAQR、nオフセットqは1 mVQRです。

Figure 3. Virtual Ground Sensing I_D

I_SENSE

− +

R_f

OA1 V_SENSE = −I_SENSE⋅ R_f

lグランド・センスはレベルをめるのに mなきをしますが、のyqが#で、

のを8します。この<がzましくないJ*があります。これらの{な|tを}する 1つのを、Figure 4にXします。デュアル・オペアンプを%してセンスをのqにx_

した､のqをW~してのを8します｡

のyqはシンプルかつ¡¢な555チャージ・

ポンプから¥されます。60 kHzで>?するJ*、

このはゲート・ドライブyqを¦§なレールにx_し、このレールにはb50 mAのシンク]があります。このでは、センス^4と5 からのUをしたうえで、^4、5、6をm します。

パワーMOSFETにあるマッチング・セル6での

の¨)の]は%1Qです。ソース BjとミラーBjの<がDkにEdされているとすると、]はミラーnのみに©ªします。このパラメータは;\、25°Cに«Vから

±1%のjでx>し、¬0は±3%でDされており、Ox]jで±3%のウィンドウにとどまります。lグランド・センスでSENSEFETデバイスを%するJ*、]は%4なtです。

ミラーの®に、センス#$の®と、

オペアンプのオフセットを¯Wしたものでセンス qが8されます。センスqはOx]jで±5%

:に®にEdできます。

°±ミラーをグランドに45するセンス#$を

%すると、より²いものになります。モノリシック・デバイスにある2のマッチング・オン

#$から ]を´く+わりに、®はKの

2のとKR_SENSEにhするKオン#$のの

<に©ªします。したがって、この@を%するJ*、ユニット6のばらつきとx]¡が !

の¶·2$になります。

¸]Figure 2を¹すると、センス・モデルがL Mする@MのtをgでXしていることがわかります。7として、RSENSEが0にGしいと

してみましょう。このlでは、Ra(on)で78するどのばらつきも、RDM(on)でのばらつきをベースとするパーセンテージにZ\によくfしています。

したがって、Ra(on)にZ\にuきいxyが8じるJ

*でも、R_a(on)とR_DM(on)の6のはほぼ@です。

このはºのvVを»けないので、ドレインにhするセンスのもºのvVを»けず

]は%1Qです｡hなlとして､R_SENSE が\であるとしてみましょう。このJ*、

ミラーqは¼vのに©ªしません。ミラーBj がサンプリングするのは、VSENSE = ID ×Ra(on)にお

ける、Ra(on)<Bのq;です。したがって、

]はRa(on)のVに4©ªします。Ra(on)はユニットごとに30%ばらつく]があり、Ox]j

では100%にするので、この@では]のはできません。ここで、これら2つのB

なの6で､R_SENSEを,してのレベルと

]の6でトレードオフをgります。½として、

R_SENSEのVがR_DM(on):;のJ*に、な]

をできます。@、R_DM(on)を.るJ*、

]はよりもR_a(on)のhVに©ªするようになります。また、R_SENSEがさらにuきくなると、

]は¾に¿;します。これらのgをFigure 5に Xします。ここでは､DyしたR_SENSEにhするx ]¡をプロットしています。このgでは、1が RSENSE = RDM(on)にhするように、RDM(on)をF

としてRSENSEがDyされています。RSENSEが

RDM(on):;のJ*、x]¡は%1Qです

が、それよりVがuきくなると¾に¿;します。

ユニットごとのばらつきとRSENSEのLÀをXす

fがFigure 6にプロットされています。ここでも、?はZ\によくfています。R_SENSEのVが

R_DM(on):;のJ*、]は1Qである=]の®

にEdされていますが、;\はrSが

#です。ただし、R_DM(on)を.ると、ユニットごとの¡も¾に¿;します。

(4)

Figure 4. Positive Output Virtual Ground Sensing Circuit I_D

I_SENSE

− +

R_f

OA1

V_SENSE +15

− +

10 k

OA2 +15 10 k

555

1.0 μF

+15 8 4

6 2

0.001 μF 10 k

1.0 μF 1N914

1N914

10 μF

Figure 5. Temperature Stability 0

Temperature Coefficient TCVSENSE (%/°C)

0

Normalized R_SENSE (R_SENSE/R_DM(on)) 0.2

0.3 0.4 0.5

1 2 3 4 5 0

Six Sigma Unit−to−Unit Variation (±%)

0

Normalized R_SENSE (R_SENSE/R_DM(on)) 5

10 15

1 2 3 4 5

0.1

Figure 6. Unit-to-Unit Variation

ソースへのケルビン

SENSEFETデバイスができる,u]を

するには、ソースへのケルビン45が#です。

このを%しないJ*、グランド45にれるにするq;がセンスqに¯Wされ、iのEを?りします。グランド・インピーダンスによるvVをFigure 7にXします｡ここでは、Figure 2のモデルにRGROUNDが¯されていま

す。R_GROUNDにれるにより、R_a(on)に

`にq;が78します。Figure 7aで、このq は\のミラーqに4¯Wされ、それにX して VがvVを»けます。Figure 7bでは、ケルビン45をし、R_SENSEがFとしてデバイスのソースÃyKを4%するで、Ä8 によるグランドqを VからÅしています。

]へのvVは、ÆとしてデバイスのとレイアウトのA L LÀでH できます。 MTP10N10MやMTP10N25Mなどのデバイスは、

Ra(on)が100 mW:.であり、TO−220デバイスのソースÃyKから ÇけされたPCBの45までに8じるおよそ2tmWのÄ8#$によるvVが 10%QRで¡みます。したがって、これらのデバイスでケルビンを%してもわずかな¢いしかありません。È、MTP40N06Mなど、よりuきいがれるデバイスでは、Dじ2tmΩのÄ8#$

でも、かなりuきいiを8じます。このデバイスのJ*、2tmWのÄ8#$は17 mWのR_a(on)から£

てかなりのとなり、ケルビンをすればこの?で8じるuきいiをÅできます。

(5)

SENSEFETのケルビンは、Æに ]を- .させることを¤としていますが、よりÉ¥2がいJ*はこの^をmすることが"#です。

Figure 8にXすように、ゲート・ドライブのグランドÊのFとして、PCBのグランド・プレーンの+

わりにケルビン・ピンを%することができます。

この45では、ソースのワイヤ・ボンドとソース・ピンにLMするÄ8であるソース・インダクタンスL_Sをバイパスします。したがって、ケルビン45を%すると、ソース・インダクタンスがu きなrSを|すuに、スイッチング¦]をより¦yすることができます。

Figure 7. Ground Impedance R_SENSE

R_a(on) R_DM(on)

Mirror

Source R_b

a. Source Connection b. Kelvin Connection R_GROUND

R_SENSE

R_a(on) R_DM(on)

Mirror

Source R_b

R_GROUND

Kelvin

Figure 8. High Speed Gate Drive M

S K Gate Drive

Load

D

LS G

ÍPXをXすために、°±のTO−220 MOSFET が45され、ゲート・ドライブ・ループにソース

・インダクタンスのみªし、そのuきさが8 nHでワイヤ・ボンドとリードBjのインダクタンスでY されているものとします。スイッチングr§が7 8している6、このインダクタンスでのq;

(V = L_SI_S/dt)は、ゲート・ドライブqとはWh -にあります。このqのuきさが、ゲートをオーバドライブするJ*のqを;っているSり、

スイッチング6にuきなvVはありません。ただし、このqがくなってゲート・ドライブにhし Wh-の>きが8じるJ*、スイッチング¦]を rSするvVが8じます。

MOSFETのゲートをT>できる¦]は3にドレインから¨:しているので、スイッチング¦

]もドレインから%¨:するR-があり、

またドレインがuきくなるとdI_S/dtがuきくなります。しかし、ドレインの©ªVである L_S(dI_S/dt)がtuきくなると、ゲート・バイアスへのÎ«が¬Ïされます。こので、Ä8にO

するWh-のqが、ゲート・オーバドライブ qだけゲートにhするバイアスをÐちすため、スイッチングがu Ñに¿¦になります。 TO−220のMOSFETのJ*、10〜20 Aのjでこのr Sが®¯になります。10 Aのでは°±6を®

に10 ns:;にEdできるのにhし、20 A:.になると2tnsまでÒ¯します。

Table 2. HIGH SPEED PERFORMANCE (FALL TIME)

High Speed Performance Drain Current

(A)

Kelvin Return Fall Time (ns)

Source Return Fall Time (ns)

5 6 6

10 6 7

15 6 9

20 7 27

25 9 28

30 10 44

°±MOSFETをSENSEFETデバイスに²き_えて、Figure 8にXすケルビン・ゲート・ドライブ

(K)を%するJ*、ゲート・ドライブ・ループのKでÄ8qが78し、uÑにがNなわれます。この¢いをTable 2にXします。ここでは、

MTP10N25Mのスイッチング6を、ケルビン・ゲート・ドライブのJ*とソース・ゲート・ドライブのJ*で%しています。どちらのJ*

も、テスト・デバイスは³´をスイッチングし、¦ドライバMC33152でT>されます。また、

Pearson model 4028¦トランスを%してされています。

このデータから、SENSEFETパッケージはu のJ*にはuÑな]-.にÄしていますが、

が10 A:;のJ*は®¯なは´められません｡

ノイズ"#

(に¦>?は、ターンオンとターンオフ

の<のノイズ・スパイクが、SENSEFETの

!をするcの¶·2$です。これらのスパイクはµく、d56はスパイクを8するスイッチング°±にほぼGしく、 h¶のセンスqVの2 Óにすることがあります。これらはÄ8®·にれるにしており、Ä8®·のアクティブ¸

(6)

Ôを;rするYでデバイスがスイッチするとセンス

・ゲインがuきくなります。@/に、ターンオフ

のノイズは;\はuきなtになりません。スパイクはせいぜいrSをきこす=]で、ターンオフにはÕのvVもないためです。しかし、ターンオンはLのtです。ターンオンに¹に

¬ されるスパイクは、の\>?をÖ×する iトリップをきこす]があります。Øい、

フィルタÙは%4です。ノイズのd56 がSられているため、4&な4RCフィルタがかなりにn]します。コンパレータの+わりにオペアンプを%してセンスqを¬ しても@いません。オペアンプのロールオフ(により、µいスパイクをPºする4フィルタをできます。

もちろん、これらの)はいずれも、rSループの¿¦yをもたらし、アプリケーションによってはzましくありません。このような?では、デジタル・ブランキングを%して、ターンオン・スイッチング¹6に、@6だけrSコンパレータをPにすることができます。

ノイズをrSするためにどの)を%する J*でも、SENSEFETデバイスを,¦スイッチング

¦]Ç»で%するJ*はレイアウトが"#です。

PCBを !することは¼であり、グランドをセンス・ループから½ざけるための¾Ûも`められます。¿.のpさいグランド・プレーン、

ループとセンス・ループのKLグランド、K1 のための4@4Üなどの)はいずれも?のÀ Ýにつながります。ÁÞノイズがß´ノイズとD=

]のuきなtになる]があるをÛÂすることも"#です。このOからグランドのサイズを,pにすることが"#です。また、このグランドはÁÞ¿であり、センスqフィルタをフィルタh

¶であるrSのできるだけ»くにÃ²することも"#です。

$%&'でのセンス)

¡?eにおける;\>?のJ*、センスqは

®に!W]な#$で`まります。ただし、

h\lでのセンスqにLしてたびたびÄが8 じます。ここでは、アバランシェáの>?、

¿の>?、のÅ、ドレイン−ソース6 ダイオードのÅâについてÆãします。

アバランシェ

,wä+のパワーMOSFETは、アバランシェá

のかなりuきいストレスにもÇえる]があります。ドレイン−ソース6ダイオードは、ドレイン−ソース6ツェナr§サプレッサで²き_えられてきました。したがって、³´フライバックqは MOSFETで4クランプできます。SENSEFET1 もこので%でき、アバランシェáのセンスqにLするÄのCにつながります。

Figure 9にXすÈyモデルがÉのFgとなり

ます。ここでは、1Kのセンス・セル、nKのパワー

・セル､Pºできる1Kのバルク・ドレイン#$をl しています。アバランシェáは、KLのセル

が_`45された2のツェナのように£え、¼ツェナにはpさい`インピーダンスRZがあります。

RZはu#、セルDçのマッチングは1Qであるが、

エピタキシャルéのêさ、およびそれにLMするブレークダウンqは、´PウェハのH¿OPでばらつきがあることがよくJられています。パワー・

トランジスタ・チップのポイントAì6で、ばらつきが100%を.ることがあります。したがって､R_Z

<Bでしたíîqが2SmVの?では、

Figure 9のツェナqは、1 Vまたはそれ:.のミスマッチにする]があります。このような?

では、I_SENSEは h¶のよりもセンス・セル

のAhブレークダウンqにuきく©ªすることになるので、センスqは3にはs9です。

Ê*なは、SENSEFET1がアバランシェ

áにÇえるエネルギーと、MOSFETのエネルギーがられますが、このlではÛ²あるセンス Vをる]がoわれます。

Figure 9. Avalanche Model Drain

Source

R_Z R_Z

I_SENSE Mirror R_SENSE

にいドレイン

での;\>?やオフセットqは、

;\はPºできます。ただし、ドレインが

の1%QRのJ*、オフセットqはセンスのにuきなvVをwぼします。Figure 10 の Èy モデルでその Oを* 'できます。 Xえば、デバイスがMTP10N25MでそのR_a(on)が 170 mW、R_DM(on)が145Wとしましょう。1 Aが

Ra(on)にれ、アンプのオフセットがゼロのJ

*、RDM(on)<Bに170 mVが8じ､これによりISENSE

がれます。アンプのオフセットqが1 mV のJ*､R_DM(on)<Bのqは1mVだけxyします。

センスは1/170xyしますがこれは1%QRです。ò]は、IDが10 mAとしましょう。このJ

*、Ra(on)<Bにはわずか1.7 mVしか78しません。したがって、1 mVのオフセットで Vが 1/1.7xyすることになり、に"uなvVをwぼします。@/に、がZ\に¿いJ*、アンプのnオフセット(はされるミラーにuきくvVし、>?での¬ Vにhして%uきいばらつきを8じる]があります。

(7)

Figure 10. Low Drain Current +

−

R_DM(on) R_SENSE

V_SENSE

Measurement Amp

V_OFFSET I_SENSE

R_a(on) I_D

2のデバイスをブリッジY^で%しているJ

*、ドレイン−ソース6ダイオードにれるが

>?にとって"#な#Ëになります。このダイオードがÌをっているJ*、^い_えるとWh -のハーフ・ブリッジにより¾¦にスイッチ・オフされるJ*は、いセンスqが8されます。

Xえば、Figure 11にXすように、³´が

SENSEFETのドレイン−ソース6ダイオードOで ÍOにれる?で、S1を¾にÎじるとしましょう。LMする¥YがXすように、ドレイン−ソース6ダイオードがクリアされるr=で、Z\にuき

なVSENSEスパイクが8されます。そのuきさは、

S1をÎじる¦]、Ìされるのuきさ、RSENSE

のVによってhなります。d56はドレイン−ソース6ダイオードのÅâ6のL2でHされます。

R_SENSE V_SENSE

S1

0

0 I_SD

V_DS

V_SENSE

Figure 11. Reverse Recovery

このスパイクはóÑがuきく、かつグランドをF

としてのとして8されるため、"#な

!|tです。このtのuきさをXすために､100 ns のうちに2 AのをÌするMTP10N25Mについて

してみましょう。RSENSE = 100ΩのJ*、Å âスパイクのuきさは400 mVです。2 AのÏ- センスqはわずか140 mVなので、ごくわずかながªするJ*でもrSをiトリップする]があります。

Øい、このスパイクのd56はZ\にµいものです。このd56はドレイン−ソース6ダイオードでがÌされている¹6にSられます。

したがって、4RCフィルタでピークqを»n

]なレベルまで4に¿できます。+わりに、

Åâ°±が78している6、rSをデジタル・ブランキングすることもできます。

ドレイン−ソース6ダイオードにがれると、アノードはÏ-モード>?にfしたY でソースBjとミラーBjにされます。ただし、>?がfしているのに、Å->?の G¢はuきくhなります。Figure 12にXすように、センスはミラー−バルク6ダイオードとソース−バルク6ダイオード、さらにセル#$のに

©ªします。R_SENSEが0にGしいか、オペアンプの ÐÑによりに0であるSり、センスはR_sbに hするR_mbのと、マッチング・ダイオードでの q;にFづきます。R_sbにhするR_mbのは、

R_a(on)にhするR_DM(on)のとDじであり、Ï-と

Å-それぞれのセンスは@dし、UnでHされるミラーにGしくなります。

Vが0ではないR_SENSEを¯するJ*、Ï-モ

ード>?からの®¯なÒÓが¬Ïされます。センス

・レッグの¯#$はô ]なYをえません。これはÅ-モードでのセル#$がõ2キャリアのれによってxÔされるためです。

これらの#$はö]にuきく©ªし、がu きくなるとVがpさくなります。したがって、

RSENSE = 0であるセル6マッチングが1QなJ*、

K#$と¨KRSENSE6のを9:するÕみは、@aのZYでRたされます。,Öは、

lグランド・オペアンプ%は2パーセントの jで]をEdする Vとなりますが、ミラーからケルビンにVのセンス#$を45したJ

*は、Å-のれをtにHできないことになります。

(8)

Figure 12. Reverse Current Flow Drain

K R_SENSE

R_sb R_mb

M

Source R_BULK

SENSEFETと+,-のある0123

パワーMOSFETは÷くのアプリケーションにおいて-.でT>されるので、-.とのì_

が"#2$です。@/なD½として、PWM-.

とSENSEFETデバイスのì_を9øするに

は、ù]が100〜125 mVのrSコンパレータが

#です。,»\7された÷くの-.は、この

#をRたしているかこの1とoみ*わせて>?

するよう(Lに\7されたものです。これらを:;

にXします。

Device Description Application

MC33152 SENSEFET Driver Microprocessor Interface MC33034 Motor Controller Brushless DC Motors MC34129 Current Mode Controller Single Transistor SMPS SG3526 Power Supply Controller Push−Pull SMPS

これらのデバイスはいずれも、デバイスが¥するqでmに>?します。また、いずれも

SENSEFET1をめて¦なスイッチング¦]で

T>できます。したがって、これらのを%するJ*は、1QなPCBレイアウト)がZ\に"#

となります。さらに、ブレッドボード%やデバッグには、`ゲート#$を%してスイッチング¦]を¿;させる)がuいにú:ちます。

SE N S EF E T1の% をXす2つのX を Figure 13とFigure 14に×Øします。Figure 13はÙ

±12〜5 VモードyをXしており、このgは MC34129とMTP10N10Mをoみ*わせたの>?

を'らかにするのにûüです。

(9)

Figure 13. MC34129 Application Example

4N26

R2

R1RT CT

0.1 μF 4567

12 Oscillator 32 k

1 μA

VCC 35 k 1.95 V

VCC −+

Fault Timer PWM Comparator Latch R S

Q

−

+ R

R

1.25 V2.5 V Reference VCC 225 k

275 mV+ −

Soft Start Buffer

VCC 80 μA −+ Error Amp

+ −1.95 VStart Run Comparator −+ 3.6 V 1.25 V Reference

14.3 V

7 V Undervoltage Lockout

13 14 8 9 10 11 1 2 3 1000 pFRS

100 μF

+12 28:15 MTP10N10M

100 μF

3.3 k 3.3 k1 k

MBR745 220 μF

50 Ω 0.1 μF4N26 TL431

20 μH5 V 600 mA Return R1 = 2.2 k R2 = 470 Ω RT = 13 k CT = 1500 pF RS = 200 Ω

(10)

MPSW01

Figure 14. MC33034 Application Example MC33034

17 18

2

21 9 16 15 23

Brake 0.01 μF 1.0 k 3.3 k

D1 1N4004

1.2 k MPS2222 MPF480 C1

10 μF

47 k

MPSW51

Q1

MTP50N05E

θA

Q4

MTP40N06M K

M S

R_SENSE

Q2

MTP50N05E

θB

Q5

MTP40N06M K

M S 1

20

Q3 MTP50N05E

θC

Q6 MTP40N06M

K M S

24

19

V_m

7óから*'をýめると、RTとCTは>?É¥2 とデッド・タイムを"ºして,されました。

13 kWのR_Tと1500 pCをするC_Tのoみ*わせから 28 kHzの>?É¥2がられ、50%の,uデューティ・サイクルをわずかに;ります。ランプqは R_Sによって8され、PWMコンパレータのピン3にあるZW~nに¥されます。ランプのuきさは、^1を%し、ピン3かられる−120mAの«

nバイアスを¯してCされます。したがって、ランプqはaのようになります。

VRAMP+57 mVńAmp@ID)24 mV

V_SENSEと1aのLÀがわかると、,uµÚ

はqR1/R2によってされます。この

からのqはユニティ・ゲインのiアンプをOして*され、PWMコンパレータの.

Êトリップ・ポイントをします。トリップ・ポイントを!Wするには、SENSEFETデバイスの

qに275 mVのオフセットを¯します。.Uの

Vでは、R1とR2は470 mVで.Êトリップ・ポイントをし、ピークはb2.8 AにrSされます。

Figure 14のブラシレス・モータ・ドライブに戻ると、gはMC33034ブラシレス・モータ・コントロー

ラとMTP40N06MのインタフェースをXしてい

ます。このgでは、6KのパワーMOSFETが3Aブリッジ@で45され、ブラシレス・モータをT>

しています。.Êのデバイスは28 mWのNチャネル FETであり、AR194でÛpしたブートストラップ) でT>されます。;Êハーフ・ブリッジをYするために、MC33034で3KのMTP40N06Mを4T>

します。どのでも、これらのデバイスの1つのみオンになっているので、3つのミラーBjすべてが1Kのセンス#$R_SENSEに45されます。このÃ

²では、3Aのいずれかにq r がれた

で、トリップÜVにします。RSENSEと

MC33034のrSコンパレータ6に4RCフィ

ルタをmnすると、RSENSEにÝにれるノイズ

・スパイクをÅできます。

MC33034のrSÜVは100 mVです。したがって、¤のrSをするのに#なRSENSEの Vは、^2にFづいてaのように!Wされます。

RSENSE+0.1 V@RDM(on)ń[(Ilimit@Ra(on))*0.1 V]

MTP40N06MにhするR_a(on)とR_DM(on)のVを+n します。

[(Ilimit@0.017 ohms)*0.1 V]

RSENSE+0.1 V@16 ohmsń

Xえば、40 AのrSVをるには、これらの VにFづいて、R_SENSEに2.7Wを,することになります。この#$はÞな1/4Wなので、4 W

の2.5 mW#$をグランドÇきで%するのが

よりQましい+ßとなります。

(11)

456アプリケーション<SENSEFET

センス・パワーMOSFETはÆにPNoセンスを¤としていますが、É¥アプリケーションにとってもàな(を9えています。(に、

パッケージングはデバイスのソースÃyKにh してケルビン45がÛされているため、É¥

にとって)です。LMgにXすように、ゲート

・ドライブ・グランドはPCBのグランド・プレーンの+わりにケルビン・ピンをFにすることができます。この45により、ソースのワイヤ・ボンドとソース・ピンにLMするÄ8ソース・インダクタンスL_Sをバイパスします。したがって、ケルビン 45を%すると、ソース・インダクタンスがuきなrSとなるu?で、スイッチング¦]を

¦yすることができます。

M S

K Gate Drive

D

LS G

ÍPXをXすために、°±のTO−220 MOSFET が45され、ゲート・ドライブ・ループにソース

・インダクタンスのみªし、そのuきさが8 nHでワイヤ・ボンドとリードBjのインダクタンスでY されているものとします。スイッチングr§が7 8している6、このインダクタンスでのq;

(V = LS⋅dIS/dt)は、ゲート・ドライブqとはWh -にあります。このqのuきさが、ゲートをオーバドライブするJ*のqを;っているSり、

スイッチング6にuきなvVはありません。ただし、このqがくなってゲート・ドライブにhし Wh-の>きが8じるJ*、スイッチング¦]を rSするvVが8じます。TO−220のMOSFETのJ

*、10〜20 AのjでこのrSが®¯になります。

10 Aのでは°±6を®に10 ns:;にEdできるのにhし、20 A:.になると2tnsまでÒ¯します。°±MOSFETをSENSEFETデバイスに²き_えて、ケルビン・ゲート・ドライブを%するJ

*、ゲート・ドライブ・ループのKでÄ8q

(V = LS ⋅IS/dt)が78し、uÑにがNなわれます。この¢いを;HにXします。ここでは､

MTP10N25Mのスイッチング6を、ケルビン・ゲート・ドライブのJ*とソース・ゲート・ドライブのJ*で%しています。どちらのJ*

も、テスト・デバイスは³´をスイッチングし、¦ドライバMC33152でT>されます。また、

Pearson model 4028¦トランスを%してされます。

High Speed Performance Drain Current

(A)

Kelvin Return Fall Time (ns)

Source Return Fall Time (ns)

5 6 6

10 6 7

15 6 9

20 7 27

25 9 28

30 10 44

このデータから、SENSEFETパッケージはu のJ*にはuÑな]-.にÄしていますが、

が10 A:;のJ*は®¯なは´められません｡

まとめ

SENSEFET1は、にはシンプルなデバイ

スで、をセンスするためのパワー・センス

#$とáâに+わる,をã¥します。これらのデバイスを%するJ*、¡?elでセンス#

$とセンスqを!Wするのは%4&です。

このテクノロジによる !のLのÊ¿としては、

(と%¿いセンスqを扱うための)の<

に;していることが`められます。ある78な (からÛgしないüがられます。ケルビン・

ソース45を%して、°の3Bjパッケージをしたfデバイスよりも¦なスイッチング¦

]をできます。¦]とPNoセンスのいずれに%しても、センス・パワーMOSFETには äåする¢Vがあります。というのは、SENSEFET !をベースにしたは、K12の0とp±y をしながらよりに>?するR-があるからです。

(12)

ON SemiconductorびON SemiconductorのロゴはON SemiconductorというをうSemiconducto r Components Industries, LLC しくはそののび/またはのにおけるです。ON Semiconducto rは、、、トレードシークレット()とのに!する"を# します。ON Semiconductorの$%/ の&'!(リストについては、*+のリンクからご-いただけます。www.onsemi.com/si te/pdf/Patent−Marking.pdf. ON Semiconductorは./なしで、0123の$%の45を 6うことがあります。ON Semic onductorは、いかなる7の8での$%の&9:について#;しておらず、また、お<=の$%において>?の@'や'からAじたBC、

に、DE、FE、GHなIJなどKLのIJに!して、いかなるBCもMうことはできません。お<=は、ON SemiconductorによってNOされたサポートやアプリケーションSTのUVにかかわらず、すべてのWX、YZ、[\:の]^あるいは_の`aをbむ、ON Semiconductor$%を'したお<=の$%とアプリケーションについてK LのBCをMうものとします。ON Semiconductorデータシートやd=1にeされるfg:のある「_」パラメータは、アプリケーションによってはkなることもあり、lm の:gもnFのopにより4qするfg:があります。「_」パラメータをbむすべてのrパラメータは、ご'になるアプリケーションに@じて、お<=のstuvw においてxyz;されるようお{い|します。ON Semiconductorは、そのやそのの"の+、いかなるライセンスも}しません。ON Semiconductor$%は、A~

や、いかなるFDA (%%)クラス3の、FDAがしないにおいてKもしくはのものとyされる、あるいは、へのを!(

としたにおける]%などへの'をしたはされておらず、また、これらを'!(としておりません。お<=が、このようなされたものではない、fされていないアプリケーション'にON Semiconductor$%をまたは'した9、たとえ、ON Semiconduct orがその%のまたは$にしてp があったと¡¢されたとしても、そのようなせぬ'、また£fの'に¤した¥¦§から、DE、¨はFEにAじるすべてのクレーム、ª'、IJ、oª、および«¬®などを、

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