MOSFET RDS(on)·VGS(th) 의미
MOSFET 데이터시트를 보면 RDS(on)과 VGS(th)라는 항목을 자주 볼 수 있습니다.
둘 다 MOSFET의 ON 상태와 관련 있지만 의미는 다릅니다.
가장 간단하게 보면
RDS(on) = MOSFET이 충분히 켜졌을 때 Drain-Source 사이의 저항
VGS(th) = MOSFET이 막 도통을 시작하는 Gate-Source 문턱전압
입니다. Infineon도 VGS(th)를 Drain과 Source 사이에 전도경로가 형성되기 시작하는 최소 Gate-Source 전압으로 설명합니다.
RDS(on)이란?
RDS(on)은 Drain-to-Source On Resistance의 약자입니다.
MOSFET이 ON 상태일 때 Drain과 Source 사이에 남아 있는 저항을 의미합니다.
예를 들어 데이터시트에
RDS(on) = 10mΩ @ VGS=10V
라고 적혀 있다면 Gate에 10V를 인가한 조건에서 Drain-Source 사이의 ON 저항이 약 10mΩ이라는 뜻입니다.
RDS(on)이 낮을수록 전압강하와 도통손실을 줄이는 데 유리합니다.
RDS(on)이 왜 중요할까?
MOSFET이 켜져 있을 때 발생하는 대표적인 도통손실은 간단히
P ≈ I² × RDS(on)
으로 볼 수 있습니다.
예를 들어
전류 = 10A
RDS(on) = 10mΩ = 0.01Ω
이라면
P = 10² × 0.01 = 1W
정도의 도통손실이 발생합니다.
따라서 큰 전류를 스위칭하는 회로에서는 RDS(on)이 매우 중요한 선택 기준입니다.
VGS(th)는 무엇일까?
VGS(th)는 Gate Threshold Voltage, 즉 게이트 문턱전압입니다.
예를 들어
VGS(th) = 1~3V
라고 적혀 있다면 Gate-Source 전압이 그 부근에 도달하면서 MOSFET에 아주 작은 Drain 전류가 흐르기 시작한다는 의미입니다.
중요한 점은 VGS(th)는 MOSFET을 완전히 켜는 전압이 아니라는 것입니다.
Infineon의 MOSFET 데이터시트 설명에서도 VGS(th)는 보통 µA 수준의 매우 작은 Drain 전류 조건에서 측정됩니다.
VGS(th)가 2V면 2V로 완전히 켜질까?
그렇지 않습니다.
예를 들어
VGS(th) = 2V
인 MOSFET이라도 2V에서는 단지 전류가 흐르기 시작할 뿐입니다.
큰 부하전류를 흘리면서 낮은 RDS(on)을 얻으려면 더 높은 Gate 전압이 필요할 수 있습니다.
그래서 데이터시트에서는 VGS(th)보다 RDS(on)이 어떤 VGS에서 보장되는지를 확인하는 것이 더 중요합니다.
예를 들어
RDS(on) = 8mΩ @ VGS=10V
RDS(on) = 12mΩ @ VGS=4.5V
처럼 표시될 수 있습니다.
3.3V MCU로 MOSFET을 직접 구동할 수 있을까?
VGS(th)만 보고 판단하면 안 됩니다.
예를 들어 VGS(th)가 1.5V라고 해도 데이터시트에서 RDS(on)이
VGS=10V
에서만 규정되어 있다면 3.3V Gate 구동에서 충분히 낮은 저항이 보장되지 않을 수 있습니다.
반대로 RDS(on)이
VGS=4.5V
VGS=2.5V
등 낮은 Gate 전압에서도 규정된 MOSFET은 Logic-Level 제품일 가능성이 높습니다.
TI도 일반적으로 RDS(on)이 VGS 4.5V 이하에서 규정된 제품을 Logic-Level MOSFET으로 보는 기준을 설명합니다.
RDS(on)은 항상 같은 값일까?
아닙니다.
RDS(on)은 특히
Gate 전압
Drain 전류
접합온도
에 따라 달라집니다.
일반적인 실리콘 MOSFET은 온도가 올라갈수록 RDS(on)이 증가하는 특성을 보입니다. Infineon도 RDS(on)이 양의 온도계수를 가지며 접합온도가 상승하면 값이 증가한다고 설명합니다.
따라서 데이터시트의 25℃ 조건에서 5mΩ이라고 해서 실제 고온 동작에서도 계속 5mΩ인 것은 아닙니다.
RDS(on)과 VGS(th) 차이
| 구분 | RDS(on) | VGS(th) |
|---|---|---|
| 의미 | ON 상태 Drain-Source 저항 | 도통이 시작되는 Gate 전압 |
| 단위 | Ω, mΩ | V |
| 낮을수록 | 도통손실 감소 | 더 낮은 Gate 전압에서 켜지기 시작 |
| 주요 용도 | 손실·발열 계산 | 턴온 시작점 확인 |
| 주의점 | VGS·온도 조건 확인 | 완전한 ON 전압이 아님 |
즉 두 값은 서로 관련은 있지만 같은 의미가 아닙니다.
실제 데이터시트는 어떻게 읽을까?
다음과 같은 사양이 있다고 가정해보겠습니다.
VGS(th): 1.0~2.5V
RDS(on): 8mΩ @ VGS=10V
RDS(on): 12mΩ @ VGS=4.5V
이를 해석하면
1.0~2.5V
MOSFET이 도통을 시작하는 문턱전압
8mΩ @ 10V
Gate를 10V로 구동했을 때의 ON 저항
12mΩ @ 4.5V
Gate를 4.5V로 구동하면 ON 저항이 더 높아짐
이라는 의미입니다.
따라서 실제 회로에서는 내가 사용할 Gate 전압에서 보장된 RDS(on) 값을 확인해야 합니다.
정리
MOSFET의 RDS(on)과 VGS(th)는 다음처럼 구분하면 쉽습니다.
RDS(on) = MOSFET이 충분히 ON됐을 때의 저항
VGS(th) = MOSFET이 막 켜지기 시작하는 Gate 전압
특히 VGS(th)가 낮다고 해서 그 전압에서 MOSFET이 완전히 켜지는 것은 아닙니다.
MOSFET을 선택할 때는 VGS(th) → 실제 Gate 구동전압 → 해당 VGS에서의 RDS(on) → Drain 전류 → 온도에 따른 RDS(on) 변화를 함께 확인하는 것이 중요합니다.
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