MOSFET의 동작원리와 특징 및 활용 - ①

이번 포스트에선 MOSFET에 대해 알아보고 MOSFET을 이용한 회로 구성 방법에 대해 알아보기로 한다.

MOSFET은 매우 다양한 용도로 사용될 수 있는데 본 포스트에선 MOSFET을 switching의 용도로 사용 할
때 고려되는 부분에 포인트를 맞추고 설명토록 한다.

Transistor는 크게 BJT와 FET로 나눌 수 있는데 우리가 일반적으로 말하는 transistor가 BJT 이며 FET라고
부르는 소자가 이번에 살펴볼 MOSFET이다.

다음과 같은 순서로 포스트를 진행하고자 한다.

1. MOSFET의 개요

2. MOSFET의 특징

3. MOSFET datasheet 알고 보기

4. MOSFET을 이용하여 회로 구성하기

본 포스트에서 1, 2, 3번 항목을 다루고 다음 포스트에서 4번 항목을 다루기로 한다.

☞ MOSFET의 동작원리와 특징 및 활용 - ②

우선 MOSFET을 취급하는데 주의할 점에 대해서 참고 문헌인 INTERNATIONAL RECTIFIER社의
application note에 자세히 나와있으니 한 번 짚고 넘어간다.

Application note에 의하면 MOSFET device를 취급할 땐 매우 주의를 기울여야 한다고 한다.
왜냐하면 power소자인 MOSFET은 매우 큰 입력 capacitance를 가지고 있기 때문에 lead에 언제든
큰 정전하가 내포되어 있을 수 있다.
그래서 anti-static이 고려되어있는 table이나 장비를 사용하지 않은 접촉, human touch는 device를 파손시킬 수 있다.

실제로 디버깅 할 때 MOSFET이 잘 망가진다. 이거.. 설계 잘못해서 그런거 아닌가 하는 걱정을
불러일으키기 때문에 취급에 주의하여 그런 factor들을 만들지 않아야 겠다.

1. MOSFET의 개요
   FET는 전계에 의한... 정공이... ...  ...P/N접합의.... 어쩌고.. 저쩌고..   ... 머리... 아픕니다.
   우리가 필요한 내용만 알아봅시다.

   [FET의 구조]
   gate, source, drain pin으로 이루어져 있으며 다음과 같은 package들이 있다.

   [FET의 동작 원리]
   gate에 전압을 걸어서 source와 drain에 흐르는 전류를 제어

   [FET의 분류]
   FET는 다음의 세가지로 분류할 수 있다.
   ① MOSFET (Metal Oxide Semiconductor FET)
       gate부분이 반도체의 산화 피막상의 금속 전극, 집적회로의 주류, 우린 이 소자만 알면 된다.
   ② JFET
       gate부분이 이종 반도체의 접합...  pass
   ③ MEFET
       gate부분이 금속 전극과 반도체에 집적... pass

2. MOSFET의 특징
   - n 채널, p 채널 type이 있다

   - n 채널 type device를 OFF 하려면 source 보다 gate 전압을 낮게 한다 (gate를 LOW).

   - p 채널 type device를 OFF 하려면 gate 전압을 0V 이상으로 입력한다 (gate를 HIGH).

   - gate가 전압으로 구동되기 때문에 소비 전력이 작다

   - 접합형 트랜지스터보다 고밀도 집적에 우수하여 많이 사용되고 있다

   - source와 drain가 동일한 구조한 구조로 되어있는 대칭형 소자다
      (전류가 source -> drain으로 흐를수도 있고 source <- drain으로도 흐를 수 있는 양방향 소자)

   - Power MOSFET은 제조할 때 diode (기생 다이오드 또는 body diode)가 자연히 생성된다고 하며
      diode를 제거한 device도 있다.

3. MOSFET datasheet 알고 보기
   P channel MOSFET의 datasheet에 나와있는 electrical characteristic을 살펴보고 각 각이 무슨 뜻인지,
   그에 따른 device선정은 어떻게 해야 하는지 살펴본다.
  
   MOSFET의 기호는 다음과 같다.

   p channel과 n channel은 gate의 화살표로 구분함을 알 수 있다.

   아래는 요 몇년간 잘 사용하고 있는 INTERNATIONAL RECTIFIER社의 p channel MOSFET 제품의
   datasheet에서 발췌한 table이다.

   각 파라미터가 의미하는것을 파악하면 원하는 회로에 적용할지 여부를 판단할 수 있게된다.

   Device 내부에 diode가 들어있음을 알 수 있고 p channel type임을 알 수 있다.

- VDS
   source에 걸리는 전압과 drain에 걸리는 전압이며 최대 20V를 넘어선 안된다.
- ID
   source와 drain을 통해 흘릴 수 있는 continuous 파형의 최대 전류값이며 3.7A까지 가능하다.
- IDM
   source와 drain을 통해 흘릴 수 있는 pulse 파형의 최대 전류값이며 22A까지 가능하다.
- VGS
   source와 drain을 OFF시키기 위해서 gate에 입력될 수 있는 최대 전압은 12V 이다.
   gate에 0V를 넣어주면 device가 ON이 되어 source에서 drain으로 전류가 흐른다.
   gate에 0V 이상을 넣어주면 되면 device가 OFF된다.

[참고]
The Do's and Don'ts of Using MOS-Gated Transistors
- INTERNATIONAL RECTIFIER -