BOM 見積電子部品ドライバー IC チップ IR2103STRPBF

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ゲートドライバー

ゲート ドライバは、コントローラ IC から低電力入力を受け取り、IGBT やパワー MOSFET などの高電力トランジスタのゲートに大電流駆動入力を生成するパワー アンプです。ゲート ドライバーは、オンチップまたはディスクリート モジュールとして提供できます。基本的に、ゲート ドライバーはレベル シフターとアンプの組み合わせで構成されます。ゲート ドライバー IC は、制御信号 (デジタルまたはアナログ コントローラー) とパワー スイッチ (IGBT、MOSFET、SiC MOSFET、および GaN HEMT) の間のインターフェイスとして機能します。統合されたゲート ドライバ ソリューションは、設計の複雑さ、開発時間、部品表 (BOM)、および基板スペースを削減し、個別に実装されたゲート ドライバ ソリューションよりも信頼性を向上させます。

歴史

1989 年、International Rectifier (IR) は初のモノリシック HVIC ゲート ドライバー製品を導入しました。この高電圧集積回路 (HVIC) テクノロジーは、700 V および 1400 V を超えるブレークダウン電圧を備えたバイポーラ、CMOS、横型 DMOS デバイスを統合した特許取得済みの独自のモノリシック構造を使用しています。 V は 600 V および 1200 V の動作オフセット電圧に対応します。[2]

この混合信号 HVIC テクノロジーを使用すると、高電圧レベルシフト回路と低電圧アナログおよびデジタル回路の両方を実装できます。600 V または 1200 V を「フロート」できる高電圧回路 (ポリシリコン リングで形成された「ウェル」内) を、残りの低電圧回路から離れた同じシリコン上に配置する機能、ハイサイドパワー MOSFET または IGBT は、降圧、同期昇圧、ハーフブリッジ、フルブリッジ、三相などの多くの一般的なオフライン回路トポロジーに存在します。フローティング スイッチを備えた HVIC ゲート ドライバは、ハイサイド、ハーフブリッジ、三相構成を必要とするトポロジに最​​適です。[3]

目的

対照的に、バイポーラトランジスタ, MOSFETは、オンまたはオフに切り替えられない限り、一定の電力入力を必要としません。MOSFET の絶縁されたゲート電極は、コンデンサ(ゲート コンデンサ)、MOSFET がオンまたはオフに切り替わるたびに充電または放電する必要があります。トランジスタがオンになるには特定のゲート電圧が必要であるため、ゲート コンデンサは、トランジスタがオンになるために少なくとも必要なゲート電圧まで充電する必要があります。同様に、トランジスタをオフにするには、この電荷を消散する必要があります。つまり、ゲート コンデンサを放電する必要があります。

トランジスタは、オンまたはオフに切り替えられても、非導通状態から導通状態にすぐには切り替わりません。また、一時的に高電圧をサポートし、大電流を流すことができます。したがって、ゲート電流がトランジスタに印加されてスイッチングが引き起こされると、場合によってはトランジスタを破壊するのに十分な量の熱が発生します。したがって、スイッチング時間を最小限に抑えるために、スイッチング時間をできるだけ短くする必要があります。スイッチング損失[de]。一般的なスイッチング時間はマイクロ秒の範囲です。トランジスタのスイッチング時間は、電流量に反比例します。現在ゲートを充電するために使用されます。したがって、多くの場合、スイッチング電流は数百の範囲で必要になります。ミリアンペア、またはその範囲内でもアンペア。一般的なゲート電圧が約 10 ～ 15V の場合、数ワットスイッチを駆動するにはかなりの電力が必要になる場合があります。大電流が高周波でスイッチングされる場合、たとえば、DC-DCコンバータまたは大きい電気モーター、十分に高いスイッチング電流とスイッチング電力を提供するために、複数のトランジスタが並列に提供されることがあります。

トランジスタのスイッチング信号は通常、論理回路またはマイクロコントローラー、通常は数ミリアンペアの電流に制限される出力信号を提供します。その結果、そのような信号によって直接駆動されるトランジスタはスイッチングが非常に遅くなり、それに応じて電力損失が大きくなります。スイッチング中、トランジスタのゲート コンデンサは非常に急速に電流を引き込む可能性があり、論理回路またはマイクロコントローラーで電流の過剰引き込みを引き起こし、過熱を引き起こして永久的な損傷やチップの完全な破壊につながる可能性があります。これを防ぐために、マイコンの出力信号とパワートランジスタの間にゲートドライバが設けられています。

チャージポンプでよく使用されますHブリッジハイサイド n チャネルを駆動するゲート用のハイサイド ドライバーパワーMOSFETそしてIGBT。これらのデバイスは性能が良いため使用されますが、電源レールより数ボルト高いゲート駆動電圧が必要です。ハーフブリッジの中心がLowになると、コンデンサはダイオードを介して充電され、この電荷は後でハイサイドFETのゲートをソースまたはエミッタピンの電圧よりも数ボルト高い電圧で駆動してスイッチをオンにするために使用されます。この戦略は、ブリッジが定期的に切り替えられ、別個の電源を実行する必要があるという複雑さを回避し、より効率的な n チャネル デバイスをハイ スイッチとロー スイッチの両方に使用できる場合にうまく機能します。