電源回路設計の要となるパワーMOSFET。スイッチング電源・モータードライバ・EVインバータまで、あらゆる電力変換に使われます。STMicroelectronicsのMDmesh技術を中心に、選定基準から損失計算・熱設計まで実践的に解説します。
パワーMOSFET選定の5つのキーパラメータ
| パラメータ | 記号 | 選定ポイント |
|---|---|---|
| 耐圧 | VDS(max) | 最大入力電圧×1.5〜2倍のマージン確保 |
| オン抵抗 | RDS(on) | 低いほど導通損失減。高耐圧品はRDS(on)が高い |
| ゲート電荷量 | Qg | 小さいほどスイッチング損失減 |
| 許容損失 | PD(max) | 熱抵抗と周囲温度から最大許容損失を計算 |
| 逆回復時間 | trr | 同期整流回路ではtrrが短い品種を選ぶ |
STMicro MDmeshテクノロジーの優位性
MDmesh DM2（ハイパーフラッシュ）：超低Qg×低RDS(on)の両立。650V耐圧クラスで業界最高水準の効率を実現。太陽光インバータ・EV充電器で多用。
MDmesh K5：600〜800V対応でスーパージャンクション構造採用。業務用電源・UPS向け高効率品。
STripFET（低圧向け）：30〜100V対応で超低RDS(on)。DC-DCコンバータ・BMSに最適。
損失計算と熱設計の実践
// 損失計算式（参考）
P_cond = I_rms^2 * RDS_on // 導通損失
P_sw = 0.5 * V_DS * I_D * (t_r + t_f) * f_sw // スイッチング損失
P_total = P_cond + P_sw
P_cond = I_rms^2 * RDS_on // 導通損失
P_sw = 0.5 * V_DS * I_D * (t_r + t_f) * f_sw // スイッチング損失
P_total = P_cond + P_sw
// 接合温度確認（125C以下が目標）
T_j = T_amb + P_total * Rth_ja
// 数値例: RDS_on=50mOhm, I_rms=5A
// P_cond = 25 * 0.05 = 1.25W
TO-220パッケージの場合、適切なヒートシンクと絶縁シートの組み合わせで接合温度を125°C以下に抑えるのが設計目標です。STM32のタイマーでPWM生成→ゲートドライバIC→MOSFET駆動が標準構成。
電源設計書籍・参考資料
電源設計・パワーエレクトロニクス書籍
スイッチング電源設計書籍
よくある質問 Q&A
N-chとP-ch MOSFETの使い分けは？
N-chは低RDS(on)・高性能でロー・サイドスイッチに多用。P-chはハイ・サイドスイッチで回路が簡単になりますが、同じ耐圧でRDS(on)が2〜3倍高い。高効率が必要なハイ・サイドにはN-chをブートストラップ回路で駆動するのが一般的です。
SiC MOSFETとSi MOSFETの違いは？
SiC MOSFETはSiより高い耐圧（1200V以上）・低スイッチング損失・高接合温度（175°C以上）を実現。EV・太陽光・産業インバータで急速普及中。価格はSi比2〜5倍ですが高効率化によるシステムコスト削減効果が大きい。
ESD保護は必要ですか？
パワーMOSFETのゲートは静電気に極めて敏感。実装時のESD対策（リストバンド・マット）は必須。ゲート-ソース間に10kΩ程度の抵抗でノイズによる誤点弧を防止します。
まとめ
5パラメータで選定VDS・RDS(on)・Qg等を確認
MDmesh DM2が高効率スーパージャンクション技術
損失計算は必須導通＋スイッチング損失を算出
SiC MOSFETが次世代EV・高効率電源の主役に
本記事の計算式は参考値です。実際の設計は各デバイスのデータシートを必ずご確認ください。楽天アフィリエイトリンクが含まれます。
