絶対最大定格

絶対最大定格とは、一瞬でも超えてはならない許容値を示したものです。その値を超えるとその半導体は故障する可能性があり、半導体を使用する電子機器は、半導体にその値を超えるストレスが一瞬でも加わらないように設計する必要があります。
また、絶対最大定格は信頼性を保証するものではありません。絶対最大定格の範囲内で使用した場合でも、推奨条件を超えている場合は耐久性が低下し、長期間の使用に耐えない場合があります。
以下に、パワーMOSFETのデータシートに記載されている絶対最大定格の代表項目を示します。パワーMOSFETの種類によって、記載されている絶対最大定格の項目は異なります。

電気的特性

電気的特性とは、温度や電圧、電流などの条件を指定して、製品の性能を表現したものです。
以下に、データシートに記載されている電気的特性の代表項目を示します。パワーMOSFETの種類によって、記載されている電気的特性の項目は異なります。

ドレイン－ソース間降伏電圧V_(BR)DSS

V_(BR)DSSはドレイン－ソース間の降伏電圧です。電気的特性では最小値で規定され、回路動作の安全性のため、実力値に対してマージンを設けます。しかし、V_(BR)DSSとドレイン－ソース間オン抵抗R_DS(ON)はトレードオフの関係があり、V_(BR)DSSのマージンを大きくするとR_DS(ON)が大きくなります。そのため、一般的にV_(BR)DSSのマージンはできるだけ小さくなるように設計されます。また、V_(BR)DSSは正の温度係数をもち、温度が上昇するほどV_(BR)DSSは高くなります。低温時はV_(BR)DSSが低くなることを考慮して回路を設計する必要があります。

ゲートしきい電圧V_GS(TH)

V_GS(TH)はパワーMOSFETがターンオンし、ドレイン電流I_Dが流れ始める際のゲート－ソース間電圧です。負の温度係数をもち、温度が上昇するほどV_GS(TH)は低くなります。回路動作時は高温になり、低い電圧でパワーMOSFETがターンオンしてしまうため、ノイズなどで誤作動しないように、温度特性によるV_GS(TH)の変化を十分に考慮して回路を設計する必要があります。

V_GSはゲート－ソース間の印加電圧です。V_GSでドレイン電流I_Dを制御するため、データシートに記載のI_D – V_GS特性を確認し、必要なI_Dを流せるようにV_GSを設定します。

ドレイン－ソース間オン抵抗R_DS(ON)

R_DS(ON)はドレイン電流I_Dが流れている際のドレイン－ソース間の抵抗成分です。R_DS(ON)が大きくなるほど電力損失が大きくなるため、R_DS(ON)が小さいパワーMOSFETが理想です。また、R_DS(ON)は正の温度係数をもち、温度が上昇するほどR_DS(ON)は大きくなります。高温で使用する場合は、温度特性によるR_DS(ON)の変化を考慮して使用します。また、パワーMOSFETを並列に接続した場合、それぞれのR_DS(ON)にばらつきがあるとR_DS(ON)が小さいパワーMOSFETに多くの電流が流れます。しかし温度上昇によりR_DS(ON)が大きくなるため、流れる電流は減少します。ひとつのパワーMOSFETに集中して電流が流れることなく、それぞれのパワーMOSFETに流れる電流のバランスがとれます。これをパワーMOSFETの自己安定化作用と呼びます。

R_DS(ON)の抵抗成分

以下に、プレーナ型パワーMOSFET（Nチャネル）のR_DS(ON)の抵抗成分を示します。

R_DS(ON)の抵抗成分は以下の式で計算できます。

ここで、
R_SUB：基板抵抗
R_DRIFT：ドリフト抵抗
R_J-FET：J-FET抵抗
R_CH：チャネル抵抗
R_N+：N+層抵抗

耐圧とR_DS(ON)はトレードオフの関係があり、耐圧を高くするとR_DS(ON)は大きくなります。パワーMOSFETの耐圧を高くするためには、上の図に示すN−層を厚くする必要があります。そのため高耐圧パワーMOSFETのR_DS(ON)はドリフト抵抗R_DRIFTに依存します。逆に、低耐圧パワーMOSFETのR_DS(ON)はR_DRIFTよりもチャネル抵抗R_CHに依存します。

容量特性（C_iss、C_oss、C_rss）

以下に示すように、パワーMOSFETは構造上、寄生容量（C_GS、C_GD、C_DS）が生成されます。これらの寄生容量はスイッチング特性に影響します。

入力容量C_iss

入力容量C_issは遅延時間に影響します。C_issが大きいと、パワーMOSFETをターンオン／ターンオフする際に多くの電荷を充電／放電する必要があるため、遅延時間が長くなります。また、C_issが大きいと電力損失も大きくなります。C_issが小さいパワーMOSFETが理想です。
C_issは以下の式で計算できます。

出力容量C_oss

出力容量C_ossはターンオフ特性に影響します。C_ossが大きいと、パワーMOSFETがターンオフした際にドレイン－ソース間電圧V_DSの電圧変化率dv/dtが小さくなり、ノイズの影響を小さくできますが、ターンオフ下降時間t_fが長くなります。
C_ossは以下の式で計算できます。

帰還容量C_rss

帰還容量C_rssは、ミラー容量とも呼ばれます。
C_rssは高周波特性に影響します。C_rssが大きくなるほど、以下の特徴を示します。

• ターンオン時のドレイン－ソース間電圧V_DSの立ち下がり時間が長くなる
  （ターンオン上昇時間t_rが長くなる）
• ターンオフ時のドレイン－ソース間電圧V_DSの立ち上がり時間が長くなる
  （ターンオフ下降時間t_fが長くなる）
• 電力損失が大きくなる

帰還容量C_rssは以下の式で計算できます。

電荷特性（Q_G、Q_GS、Q_GD）

全ゲートチャージ電荷量Q_G、ゲート－ソース間電荷量Q_GS、ゲート－ドレイン間電荷量Q_GDは、パワーMOSFETを駆動させるために必要な電荷量です。これらはスイッチング特性に影響します。値が小さいほど電力損失が小さくなり、高速スイッチングが可能です。

スイッチング特性（t_d(ON)、t_r、t_d(OFF)、t_f）

以下にスイッチング時間の定義を示します。

ターンオン遅延時間t_d(ON)

V_GS設定値の10%からV_DS設定値の90%までの時間

ターンオン上昇時間t_r

V_DS設定値の90%から10%までの時間

ターンオン時間t_ON

t_d(ON)とt_rを合計した時間

ターンオフ時間t_d(OFF)

V_GS設定値の90%からV_DS設定値の10%までの時間です。

ターンオフ下降時間tf

V_DS設定値の10%から90%までの時間

ターンオフ時間t_OFF

t_d(OFF)とt_fを合計した時間

ボディダイオード

パワーMOSFETは、その構造上、ソース–ドレイン間にボディダイオードが生成されます。以下にボディダイオードのI_S – V_SD特性を示します。また、V_SDは負の温度係数をもち、温度が上昇するほどV_SDは低くなります。

以下にボディダイオードの逆方向回復特性を示します。リカバリ電流のピーク値をI_RMと定義します。逆方向回復時間t_rrおよび逆方向回復電荷量Q_rrが小さくなるほど、電力損失が小さくなります。

熱的特性

以下に、データシートに記載されている熱的特性の代表項目を示します。パワーMOSFETの種類によって、記載されている熱的特性の項目は異なります。