pチャンネルパワーMOSFETの駆動回路：Design Ideas

[Suded Emmanuel，EDN]

　動作電圧が100Vを超えるような回路において、ハイサイド用スイッチとしてpチャンネルMOSFETを使用することができれば、設計の簡素化が可能になる。その場合、MOSFETの駆動による損失を低減するために、ゲート−ソース間容量（入力容量）の充放電を高速化する必要がある。本稿では、この課題に対応可能な回路を紹介する。

　図1に示した回路において、Q₇は米International Rectifier社のpチャンネルMOSFET「IRF5305」である。同MOSFETは、ソース−ドレイン間の電圧として55Vを許容できる。緑色の破線で囲った回路部（抵抗R₁、R₂、トランジスタQ₁、Q₂、ツェナーダイオードD₄、コンデンサC₁から成る部分）は、オペアンプIC_1Aのグラウンド端子に38V、つまり50Vの電源レールより12V低い電圧を供給する。すなわち、IC_1Aは電源電圧が50V、グラウンドが38Vで動作することになる。

図1　pチャンネルMOSFETの駆動回路　電源電圧が50V、グラウンド電圧が38Vで動作するオペアンプIC_1AがパワーMOSFETのQ₇を駆動する。

　Q₇の駆動には、パルス発生源またはPWM（パルス幅変調）信号発生源からのパルス列を使用する。このパルス列の最大周波数は60kHzで、デューティサイクルは可変とする。そして、このパルス列は、赤色の破線で囲った回路部（トランジスタQ₄、抵抗R₃、R₄、R₅、ショットキーダイオードD₂、ツェナーダイオードD₃から成る部分）に入力される。この回路はレベルシフトの機能を持ち、Q₄がオンになると、D₃両端間の電圧が10Vになる。D₃のアノード端子は、IC_1Aの非反転入力端子（3番端子）に接続されている。そのため、IC_1Aの出力として、Q₇のゲートに40V（50Vの電源レールから10V低い電圧）が供給される。これにより、Q₇はオンになる。一方、青色の破線で囲った回路部（抵抗R₆、R₇、R₈、R₉、R₁₀、トランジスタQ₃、Q₅、Q₆、ショットキーダイオードD₁から成る部分）は、D₃のアノード電圧を高速で50Vに変化させ、それによりQ₇がオフになるよう働く。トランジスタQ₅がオフになるとQ₆がオンになり、その結果、Q₃がオンになる。それに伴ってD₃のアノード電圧が急速に50Vになり、バッファアンプIC_1Aを介して、この電圧がQ₇のゲートに加わる仕組みだ。ショットキーダイオードD₁とD₂は、それぞれQ₅とQ₄のオフ作動を高速化するように働く。IC_1Aとしては、米ON Semiconductor社のデュアルオペアンプ「MC33072」のうち1素子を使用している。同製品のスルーレートは13V/μsで、10nFの容量負荷を駆動できる。そのため、Q₇の高速なスイッチングが行える。具体的には、Q₇の出力の立ち上がり/降下時間として、約500nsという性能が得られる。