ハイサイド・ドライバーでIGBTを駆動：Design Ideas パワー関連と電源

低電力/中電力の電源システムに向けたパルス幅変調（PWM）器とハイサイド・スイッチのインターフェース回路を紹介する。FETを2つ使えば、大電力用途に対応することも可能だ。

[Carlisle Dolland，Honeywell Engines and Systems]

　図1は、低電力/中電力の電源システムに向けたパルス幅変調（PWM）器とハイサイド・スイッチのインターフェース回路である。ハイサイド・スイッチにはIGBT（insulate gate bipolar transistor）、もしくはMOSFETを使える。ICL7667やMIC4423のようなFETドライバーをバッファとして使用すれば、この回路をTTL/CMOS回路とHブリッジ回路のインターフェースに使うことも可能である。

図1　低コストで実現できるハイサイド・スイッチ駆動回路

　この回路の入力部であるOAの電位が上がると、D₁が導通状態になる。その結果、電流がR₁を介して流れ、FETのゲート容量が充電される。FETのターンオン時間は、R₁の値と駆動信号に対する出力インピーダンスで決まる。FETのゲート容量が充電されると、R₁の両端の電圧はほとんど0Vになり、Q₁はオフ状態になる。その後パルス幅変調器がデッドタイムに入ると、ゲート容量に充電された電荷がQ₁とR₂を通して放電される。FETのターンオフ時間は、R₂とQ₁のh_FEで決まる。この回路を使えば、150ns以下のターンオン/ターンオフ時間を実現できる。

　大きな電力を必要とする電源システムには、FETを2つ使うことで対応できる（図2）。このターンオン時間を決めるのは、R₁とR₂の値と、パルス幅変調器もしくはFETドライバーの出力インピーダンスである。一方、ターンオフ時間は、R₁とR₂の値と、Q₁とQ₂のh_FEの値で決まる。ショットキー・バリアー・ダイオードであるD₃とD₄は、駆動信号が負の場合に、Q₁とQ₂のコレクター‐ベース接合部を介して電流が流れることを防止する。この回路で得られるターンオン時間とターンオフ時間は、トランスの出力インピーダンスに依存するが、それぞれ50ns以下、100ns以下である。

図2　並列に接続した2つのFETで大電力用途に対応

Design Ideas〜回路設計アイデア集

【アナログ機能回路】：フィルタ回路や発振回路、センサー回路など

【パワー関連と電源】：ノイズの低減手法、保護回路など

【ディスプレイとドライバ】：LEDの制御、活用法など

【計測とテスト】：簡易テスターの設計例、旧式の計測装置の有効な活用法など

【信号源とパルス処理】：その他のユニークな回路

---

※本記事は、2008年7月29日にEDN Japan臨時増刊として発刊した「珠玉の電気回路200選」に掲載されたものです。著者の所属や社名、部品の品番などは掲載当時の情報ですので、あらかじめご了承ください。
「珠玉の電気回路200選」：EDN Japanの回路アイデア寄稿コラム「Design Ideas」を1冊にまとめたもの。2001〜2008年に掲載された記事の中から200本を厳選し、5つのカテゴリに分けて収録した。