DESIGN TIPS International Rectifier DESIGN TIPS DT 92-4AJ ・APPLICATION ENG・・233 KANSAS ST.・・EL SEGUNDO,CA.90245・・TEL（310））322-3331・・FAX（310））322-3332 INTERNATIONAL RECTIFIER・簡単なハイサイドドライブによる高周波スイッチングおよび連続オンタイム Laszlo Kiraly はじめに一般に、低電力用途におけるハイサイドスイッチには、ゲート駆動回路が簡単な P チャンネルパワー MOSFET が使用される。Pチャンネルデバイスの場合、電圧・電流ともそのパワーレベルを上げると、ON 抵抗を高くして電圧範囲を限定し、しかも複雑なゲート駆動回路を構成しなければならないため、このデバイスの利点が急速に無くなってしまう。これを N チャンネルデバイスに切り換えると、上記 P チャンネルの問題は解決するが、ゲート駆動回路はさらに複雑な構成を採用しなければならない。パワーレベルを高くするには、ハイサイドスイッチとして IGBT を使用するのが最もよい解決法であるが、現時点で利用できる IGBT はすべて N チャンネルデバイスである。本論文では、特殊設計の IC1 個と受動部品数個を用いて、N チャンネルゲート駆動回路の問題を解決する回路設計について述べる。専用のハイサイドドライバで問題解決 IR 社の < コントロール IC> ドライバは、スイッチング用途時に最大動作電圧 DC500V で動作する MOSFET あるいは IGBT に対し、グランドリファレンス型ロジックレベル入力および図1 高速スイッチング、連続オンタイムおよびスイッチング高エネルギー低インピーダンス型ゲートドライブを実現するデバイスの保護を実現するハイサイドドライブ回路 IC である。この < コントロール IC> は、ブートストラップ方式により M O S ゲートデバイスのゲート電圧を発生させ、ハイサイドドライバのフローティング部を励起するものである。ブートストラップ回路の利点は、簡単な構成と高速スイッチングにあるが、ブートストラップ用コンデンサをチャージ状態に維持するには M O S ゲートデバイスを一定時間ごとに OFF しなければならないという問題が残る。そこで、簡単なチャージポンプを付加することにより、ブートストラップ回路の高速スイッチングおよびチャージポンプ回路の連続オンタイム両性能を達成することが出来た。 Page1 DESIGN TIPS 回路および試験結果起動時の回路波形を図 2 に示す。IGBT が ON になると、ブートストラップダイオードが + 1 2 V 電源に接続されているこの回路の概略図を図 1 に示す。チャージポンプとブートス IR2125のリード8から切り離され、その結果、ブートストラットラップ回路を協調動作させるためにIR2125コントロールIC プコンデンサの電圧が降下し始める。同時に、555 タイマのを選定した。IR2125 は、このほかにも過電流シャットダウンリード 1 とグランド間に接続されている 100k Ω抵抗が 100nF 機能をもっており、MOS ゲートデバイスに対して保護の役割コンデンサの充電を開始し、CMOS(MAXIM 社 ICL715551PA) を分担している。なお、この IC に低動作電流条件を与えるたタイマの電源電圧を発生する。この電源電圧の上昇に伴ってめ、チャージポンプには 555CMOS タイマを使用している。チャージポンプの出力電圧も上昇する。チャージポンプは、この電圧をブートストラップコンデンサ内に維持し、IR2125 IGBT が OFF 時には、ブーストラップコンデンサが 10DF6 ダの不足電圧限界レベル以下にならないようにしている。イオードと負荷抵抗を介して充電される。また、ON 時には、 100k Ω接地抵抗によって、555 タイマのリード 1 ∼ 8 間に接続設計上の考慮事項した 100nF コンデンサを充電し、IR2125 のリード 5 基準電圧 15V を発生する。チャージポンプは、1N4148 ダイオード 2 個と 10nF コンデンサ 1 個で構成され、555 タイマのリード 3 における 7.5kHz 方形波を Vs 基準電圧 +15V に変換し、ブートストラップコンデンサを充電する。 - 555 の絶対最大電圧は18Vである。この値をツェナーダイオードとその許容値の選定時に考慮する。 - IR2125 の VB ピン(IQBS)における電源電流は温度上昇に比例して増大する。 - 100k Ω 1W 抵抗は、IR2125 のハイサイドにおける最大電源電流、最小動作電源電圧およびタイミング条件に応じて決定される。結論本論文で紹介した簡単かつ低コストのチャージポンプ回路は、ブートストラップ回路における最大オンタイム限界値の問題を解決することができる。この回路は、ブートストラップとチャージポンプ両者の特長を生かして、すぐれたスイッチングスピードと定常動作を保証するので、N チャンネル M O S ゲートパワーデバイスをハイサイドスイッチとして使用できる。結果として、システム全体の効率が向上し、電圧範囲が広くとれるだけでなく、必要なパワーデバイスのコスト低減につながるものである。図 2 起動時波形 Page2