ゲートドライブ回路

こんにちは、と言うかお久しぶりです。Lokiです。
半年以上も前に、テスラコイルの実験し次第記事書くとか言いながら全然書いてなかったので、少々書こうと思います。いえ、実験の記事を書くのではなく回路の設計に関して書きます。

ゲートドライブ回路

パワーエレクトロニクスに於いてパワー素子のゲートを駆動する回路はとても重要です。ゲートをいかに速くon-offできるかで回路の性能が決まってきます。IGBTのゲートはMOSFETのゲートと等価と考えることができるので、ここではMOSFETに還元して考察していきたいと思います。
MOSFETのゲートは容量性負荷であり、ゲートを駆動するという事は数pF程度のキャパシタンスの電荷を高速で充放電することに変わりありません。そこで利用されるのが大電流の吐き出し・吸出しができる回路です。大電流と言っても数A程度です。
テスラコイルではブリッジ回路のハイサイドを制御するのにパルストランスを利用している人が多いですので、パルストランスを利用した駆動回路を見ていきます。ただし、制御回路とゲートドライブ回路は絶縁する必要があるのであえてパルストランスを使う必要があるのかあまりわかりませんが....ゲートドライブ回路の保護という目的では有効かも知れません。

普通ゲートの手前には抵抗を入れます。これはゲートの寄生容量による発振などを防ぐ目的でつけられます。on時間に関してはこの抵抗による変化はほとんどありませんが、off時間に関しては抵抗０Ωのときと比べてかなりずれ下がってしまいます。そこでoff時における抵抗部分のインピーダンスを下げる目的でダイオードやPNPトランジスタなどを用います。そうすることでMOSFETの高速スイッチングを実現します。

このほかに、フォトカプラを利用して絶縁することもできますがこれだとゲートの数だけ別電源を用意する必要が出てきます。ただこの別電源の数はブートストラップ回路などを利用することで減らすことは可能なので、そんなに複雑な回路を組む必要性はなくなるでしょう。(ハイサイドを駆動できるゲートドライブICは利用していたりする)


ここで言ったようなゲートドライブ回路は、N-channelタイプのMOSFETを複数利用したブリッジ回路において有効です。プッシュプルで組むのであればもう少しきれいな回路を組むことが可能だと思われます。
なんだか、言っていることゴチャゴチャになりましたがこの記事は自分の頭を整理するためのメモみたいなものなので参考程度にしてもらえたら幸いです。では