パワーMOS-FETの使い方

質問

PJP75N75というFETでDCモーターをドライブしたいのですがいくつかわからないことがあるので教えてください。

１、データシートに以下の記載があります。
turn-on delay time max 22ns
turn-off delay time max 90ns
これはゲートに電圧を印加してからドレイン-ソース間が完全にオンになるまで最大で20nsかかりオフにするには最大90nsかかるということでしょうか。
(turn on rise time max 20ns、turn off fall time max 18ns という記載もあるのですが意味がわかりません)

２、マイコンのPWMで制御する場合、オンにする場合は22ns、オフにする場合は90nsを最低でも確保するようにデューティー比を作らなければならないということでしょうか。

３、このFETは定格が75V75Aですがmaximum power dissipation が10５Wとなっています。
75V75Aだと単純計算で5625Wになると思うのですが。記載されている定格電圧、電流は
あくまでそれぞれの定格値ということでしょうか。

４、放熱設計についてですがデータシートのどの値を使いどういった計算をすればいいのかが今一わかりません。必要になるヒートシンクの面積の求め方を教えてください。

よろしくお願いします。

回答No.2

kimamaoyaji

まずディレイタイムですからおっしゃる通り遅れ時間です。
問題はモーター制御とはどのようにするのか、DCモーターを1個のFETで制御するなら問題ないのですが、ブラシレスの三相モーターなどブリッジ構造の場合上下にFETが付く回路になりますが、このデットタイムの時間内に上下の同時ON状態が起こる可能性があるのでデッドタイムのマージンを取ったPWM信号としなければなりません、また。マイコンで直接ドライブすることは不可能です、必ず専用の制御用ドライバーICが必要になります。
またPCのソフトでPWM制御はリスクが大きすぎるので、普通は行いません、バグがあれば、FET全部が焼損してしまいますし、渦電流保護、過電圧保護も出来ません。
75V75Aはあくまでも最大定格で、モーター等のコイルを使ったインダクタンスは、フライバック電圧が発生します、またFETの場合は電圧定格を超えた時点で電流定格に関係なく破損します（多少のマージンはありますが、一般的には75V最大定格なら48V電源位を想定しています、また75Aは25℃の最大パルス電流（連続値では無いです）で温度が上がれば流せる電流はもっと低くなりますし、FETが全電力を消費するわけでなく、基本的にモーターが全電力を消費するのが理想ですが、FETも内部抵抗があるので電力を損失します、その値が最大105W以内と言う事です（スイッチが5625W消費したらモーターに電力はかからないと言うことですよね！つまりは効率0％の制御装置、理想的には95％以上の効率は欲しいところなのですが）
ヒートシンクの熱計算はそんな単純計算で出来るものではありません、モーターの容量、電源電圧、半導体ペレットから、樹脂モールドの熱伝導係数、また樹脂モールドからヒートシンクの熱伝導係数（℃/W）、ヒートシンク自体の熱伝導係数と、冷却能力関する係数、自然冷却なのか、ファンによる強制空冷なのかヒートシンクの形状による放熱効率、外気温度、そして、動作効率（実測値）、そしてFET等半導体は温度が上がるとデッドタイムが増加するので、デッドタイムマージンにより、時間あたりの最大電力が下がるので、下がらないようにするには、電圧を上げて電力を上げるとパルス電流が増えて、デッドタイムを増える、と言うようにギリギリの設計をすると、熱破壊のスパイラルにおちいります。
つまりは使用条件などを全て決めてから、半導体の選択となるので、もしこのFETを使って75A流したいというのであれば感覚で言えば4パラで、三相モーターなら、4X6＝16個のFETと8個のドライバーICに1個の三相モーター用制御ICが必要です。但し電源電圧は60V程度がMaxでしょう、スナバが悪ければこれでも電圧破損の可能性があります。
60V75A＝4500Wで効率95％として4500WX0.05＝225WがFET全体の消費電力ですから1個あたりは225/16＝37.5Wなので外気温が50度、ヒートシンク周辺55度としても安全値でしょう、ヒートシンクは255Wの熱量を20℃以内に押さえられるものとなります（80℃Max）。例えば樹脂モールドが0.1℃/Wだったとすれば37.5WX0.1℃＝3.75℃上昇という具合に温度の足し算で20℃以内に抑える必要があります、ヒートシンク周辺の温度を冷房などで下げられるのなら、温度幅はそれだけ広がります。

回答No.1

Gletscher

１，はいそうです。

２，えっ？　　素子の話ですよ。素子のdelytimeです。駆動回路のことは言っていません。

３，う～ん、そう来たか・・・
　　105wは許容ロス電力であり、75Vや75Aは耐電圧と許容電流ですよ。かけ算しても意味がないです。
　　ロジカルに使うならON時のドレイン電圧とドレイン電流を掛けて105Wにならないでしょう。

４，使用時のjt（Junction Temparatere）が許容値を超えないように熱を逃がすことのできる熱抵抗を持った放熱フィンを選定すれば良いです。ジャンクションから素子の表面までの熱抵抗と、素子と放熱フィンの間の絶縁物やグリースの熱抵抗を計算に入れてフィンの熱抵抗を決めれば良いです。素子から直接空気中に放熱される分もあるけど、それは余裕として見込んでおけば良いでしょう。
素子の規格jtの8割以下で計算しておけば壊れません。

はっきり言いまして、これらのことが分からないなら設計は無理だと思いますよ。
もっと電気の基礎と、電子回路を勉強しましょう。

しかし、これがなぜ「技術者向けコンピューター」のカテゴリーですか？