新歓行事予定

新歓の行事予定が決まりましたので報告します。
新入生の方々は是非是非参加してくださいね!

BBQ

5/14(土)の12時からBBQやります。
場所は新サークル棟の105号室窓側の駐車場です。
分からない方は105に直接お越し下さい。
もちろん参加費は無料です!

たくさんの新入生に来ていただきました。
ありがとうございます。

入部説明会

5/22(日)の9時から12時までに入部説明会を行います。
T-semiについての詳しい説明を簡単にプレゼンします。
最終的にサークルに入るかどうかもこの時決めます。
ですが、あまり重く考えずにお気軽に参加してくださいね。

はいこちらにも多くの方にきていただきました。
ありがとうございます。

行事のとき以外にも105部室には部員が待機するようになっています。
サークルの雰囲気なんかをつかむ良い機会になるかと思いますので
是非新サークル棟105に遊びに来てください!
より大きな地図で BBQ会場 を表示

(tenpa)

FETの実験(4) ~なぜ?~

スラマッパギー!! N.C.です。
前の実験の時から気になっていたことがあったので、再び実験を行いました。
さて、何が「なぜ?」なのかといいますと、ONする時とOFFする時とで閾値電圧が違ったんです。データシートの過渡熱特性をもとにした試算では、ON時とOFF時の温度差はドレインに0.6A流した場合で最大3.3℃です。同じくデータシートにある、閾値電圧の温度依存性のグラフを見る限り、この温度差で大きな変化があるとは思えません。また、ゲートには20kΩの抵抗を入れているので、FET内部のゲート抵抗のせいだとも考えられません。でも、ミラー電圧はON時もOFF時もほぼ同じなので、本当に閾値が変化しているとは考えにくいです。見かけ上変わっているように見えただけなのかもしれません。
で、今回の実験から得た閾値電圧を紹介すると、
・ON時の実測値:1.3V
・OFF時の実測値:1.7V
・ミラー電圧の測定から予測される値:1.5V
3番目の値が正しいと考えると、ON時とOFF時できれいに0.2Vずつ離れてますねぇ。ゲート・ドレイン間容量を通して流れてくる電流が何か関係しているんでしょうか。

FETの実験(3)

スラマッマラムー N.C.です。
この挨拶、癖になりそうです。
実験回路を改良して、3度目の実験を行いました。(よくもまあ飽きずに・・・)
まあ、改良といっても電流検出用の抵抗を0.1Ωに戻して、ソース・グランド間に移動しただけですが。ソースの電位が少し動いてしまいますが、影響はほとんどないレベルのはずです。こうすることで、測定を非常にやりやすくなりました。
ちなみに、まだ実験回路の写真をアップしていなかったので、改良前の写真ですが、とりあえずupします。

実験回路(ただし改良前です)

左側の部品が定電流源に使っているパワーMOSFETで、一番右側の、基盤からはみ出している小さい黒いやつが測定対象のパワーMOSFET(2SK2962)です。これらの間にある放熱板つきの黒いのはバイポーラトランジスタで、その左にあるのはショットキーバリアダイオードです。
改良後は、中央付近の抵抗の位置が変わりました。
さて、改良後、どんな感じに波形を観測できたかというと、

図1:波形の例(赤:VGS, 緑:VDS, 黄:ID)2V/div, 0.2A/div

IDを測りやすくなりました。

1,ミラー電圧
図1については後で詳しく調べることにして、まずは、ミラー電圧Vmillerを測りました。前回よりも細かく見ることができました。
測定したIDとVmillerの対応は図2のようになりました。前回もグラフを載せればよかったですね。

図2:ドレイン電流とミラー電流の関係(横軸はドレイン電流のルートをとってある)

2,スイッチングの時間
電流を0.6A付近に調節したときのON、OFF時のVGS,VDS,IDの波形は以下のようになりました。但し、図中の文字などはオシロスコープからパソコンに取り込んだのち、ペイントソフトで付け加えたものです。

図2:ON時の波形
図3:OFF時の波形

FETの実験(2)

スラマッマラムー N.C.です。
前回の続きです。
今回の測定では、以前に先輩から格安で買ったオシロをメインに使いました。
このオシロは、二つのチャンネル間の電圧の差を計算するだけでなく、それを保存し、保存した波形を表示したまま新たに観測中の波形を表示できるため、電流検出用抵抗の両端の電位差の波形を保存して、それに重ねてVGSやVDSを表示するという芸当ができます。
また、実験回路の電流検知用抵抗を0.1Ωから0.47Ωに変更しました。ちなみに実験中、ツェナーダイオードを殺してしまったようなので、交換しました。その時知りましたが、ツェナーダイオードって壊れると絶縁状態になるんですね。おかげで助かりました。
そんなわけで、測定を行いました。
1, まずは、スイッチング波形です。ドレイン電流ID=0.68Aにおける、全体の波形、ON時の波形、OFF時の波形です。
ON時はIDの変化がVDSの変化よりも先で、(IDが増加し始めたときのVGSは閾値電圧になる)
OFF時IDの変化がVDSの変化より先であることが分かります。
数値などはペイントソフトで編集して記入しました。図の上部の数字は、各領域の時間です。

図1:全体の波形(赤:VGS, 黄:VDS, 緑:ID)
図2:ON時の波形(白:ID)
図3:OFF時の波形

ON時とOFF時で、少し閾値電圧が違うように見えます。ゲート電流はかなり小さいからFET内部のゲート抵抗による電圧のずれとは思えません。
ミラー電圧が違うのはON時とOFF時で少しIDが違ってしまったためと考えられますが、閾値電圧そのものの変化の原因はなんでしょうか。
温度変化も考えられますが、閾値電圧は温度が上がるほど小さくなるはずなので説明が付きません。結局よくわかりません。測定の誤りでしょうか。
ON時からOFF時にかけての各領域の時間を上の図2から3に登場する順にt1,t2,t3,t4,t5,t6とするとします。データシートのQg特性のグラフからID=0.68A、VDD=12VにおけるQg特性を予測し(そのときのミラー電圧についてはこの下を参照)、それをもとに計算した最悪値は
t1=0.80us
t2=0.67us
t3=3.21us

t4=15.8us
t5=10.9us
t6=3.73us

です。ON時はよいのですが、OFF時は、最悪値のはずの数値の方が実測値よりも小さくなってしまいました。何か、誤りがあるのでしょうか。
しかし、そこまで深刻なずれではないので、スイッチング損失の計算には影響はないと思いたいです。

2, ミラー電圧も何通りか測りました。ドレイン電流IDとミラー電圧Vmillerの対応は以下の通りでした。
0.20A, 2.08V
0.39A, 2.40V
0.51A, 2.48V
0.60A, 2.56V
0.68A, 2.64V

この結果から概ね、Vmiller = 1.44+1.47√IDとなっていて、√IDに比例することが確認できました。
ちなみに、データシートのQg特性は閾値電圧が最大のものについて書かれているため、2SK2962の場合、2.0Vです。また、ミラー電圧をグラフから直接読み取れると3.8V、ID=1Aなので、Vmiller=2.0+1.8√IDとなります。先ほどのVmillerの式よりも常に大きくなります。

FETの実験(1)

スラマッマラム~ N.C.です。
震災の後ではありますが、新一年生はきっと希望を持って入ってきてくれるでしょう。
そんな希望にこたえるためにも、いろいろなデータや資料は揃えてあげなくては。
というわけで、久しぶりのネタ投稿です。
以前から計画していた、FETに関する実験を行いました。実験目的は、モータなどの、インダクタを駆動するときのFETのスイッチングに要する時間を測ることです。
L負荷で直接図るのは以前失敗したので、今回は方針を変えました。
テキサスインスツルメンツのアプリケーションノート”Design And Application Guide For High Speed MOSFET Gate Drive Circuits”の図3を参考に実験回路を考えました。
1,実験装置
・サンプル:2SK2962
・実験回路:図1
・オシロスコープ
・テスター

図1:実験回路

2,実験回路について
実験回路は、上段のPチャンのFETを定電流源として用いています。その電流はゲートに加える電圧を調節して変更可能です。
下段のFETの直上にある0.1Ωの抵抗の両端の電圧を図ることで電流を知ります。
ショットキバリアダイオードより右は、下段のFETがOFFの時に電流を流す経路です。
つまり、インダクタを駆動したときに流れる還流電流路に相当します。
ゲートドライバの出力につながっているゲート抵抗が20kΩと以上にでかいのは、スイッチング動作をゆっくりにするためです。
ちなみにこの回路、15V電源を先に立ち上げてしまうと、FETが上下段ともに吹き飛ぶ可能性があります。
一応ポリスイッチは入れてあるのですが、反応時間の問題があるのでわかりません。
動かすときはハラハラしました。
3,結果
今回は、実験回路の動作チェックが主な目的でした。
一応、ミラー電圧を測ることを行ったのですが、あまりうまく測れませんでした。後でやりなおして報告します。
とりあえず、VGSとVDSの波形を観測した結果です。IDは0.6A程度です。
VGS=2V付近で平らになっている部分がミラー領域です。
ミラー領域でVDSが変化していることが確認できました。
本当はIDの変化も合わせてみたいのですが、あいにく使用しているのが2象限オシロなのですぐにはできません。
理屈の上では、IDはVGSがVthとVmillerの間にあるときに変化するはずです。

図2:VGSとVDSの波形