ゲートドライブ回路の構成

こんにちは、以下について質問させてください。


ゲートに印加する周波数を低周波(100kHz未満)で設計しようと考えていて、FETをパワフルに動作させるためにプッシュプルでゲートをドライブさせようと考えています。




FETのゲート部分が等価的にコンデンサになっているため、低周波におけるゲートの入力インピーダンスは高いが、
高周波の場合、入力インピーダンスが下がるため、これをパワフルに(高速に)ドライブするには出力インピーダンスの低いエミッタフォロワプッシュプルが良いという情報を得ました。

これに関して低周波の時は入力インピーダンスが高いため、エミッタフォロワプッシュプル回路は向かないと思い、これをエミッタ接地にしようとしたのですがいくら調べても
プッシュプルをエミッタ接地で設計した回路を見かけなかったのですが、何かマズイ点えもあるんでしょうか？？
エミッタ接地なら出力インピーダンスが高かったはずなのでちょうどいいように思えるのですが…

No.3 ベストアンサー 回答者： tance 回答日時： 2009/03/25 20:53

tanceです。

tadysさんの回答のとおりです。インピーダンスマッチングを考える
必要はありません。その理由は詳しく説明すると大変ですが、概略は
MOS-FETのゲートには本質的にエネルギーを与えるのが目的ではない
ので、電力伝送効率を考える必要がないのと、時間のレンジがせいぜい
100nsecのオーダーなので,FETのゲートドライブの線が30mもあれば
問題かもしれませんが、そんなに長いとインダクタンスでドライブ
電流が流せなくなってゲートの電荷をコントロールできないので、
ゲート線は短いハズだからです。

なお、プッシュプルと言っても、両ONに気をつけなくても良い回路が
あります。図１は簡単な回路ですが、ON側もOFF側もエミッタフォロワ
で低インピーダンス駆動しています。ただし、このトランジスタ部
には電圧ゲインがないので、0～12Vという大きな振幅の駆動信号が
必要です。

図２はQ4のエミッタ接地で、普通の論理レベルを0～12Vに増幅して
いますが、その0～12Vの信号に図１の回路をつないだと思って
ください。ただ、Q2の代わりにD1がOFF側の電流をゲートから吸い出す
形になっています。

どちらも両ONはまず気にする必要がありません。

No.4 回答者： tance 回答日時： 2009/03/25 21:04

ちょっと図が見づらかったでしょうか。

今度はどうでしょう。

この回答へのお礼

お返事ありがとうございます
返事遅れてしまいすみませんでした
とても参考になりました。ありがとうございました。

お礼日時：2009/04/05 20:52

No.2 回答者： tadys 回答日時： 2009/03/25 10:02

MOSFETをドライブする回路ではインピーダンスマッチングなど考慮する必要はありません。

MOSFETをドライブする回路の出力インピーダンスは低くないと具合が悪いのです。
考慮すべきはゲート容量をどれだけの時間でチャージできるかです。

MODFETをオン／オフするために必要なゲートのチャージ量はデータシートに記載されていますから
この値と必要なスイッチング時間からゲートドライブ回路に必要な電流値が求まります。
参考URLの2SK2956をオンさせるのに必要なチャージ量は5ページの入力ダイナミック特性から約30nc(ナノクーロン)と分かります。
ゲートのチャージ時間を0.1usとすると Q=i*t から
i=Q/t=30e-9/0.1e-6=0.3 = 300mA
となります。
つまり300mA以上の駆動力が無いと2SK2956を0.1usでオンさせることは出来ないわけです。
エミッタ接地でもこの条件がクリアできればいいわけですがオンとオフのトランジスタを独立に制御する回路が必要になる事と
2つのトランジスタが同時にオンにならないように制御したりするので回路が複雑になるためメリットはありません。

参考URL：http://www.ee.kochi-ct.ac.jp/~shiba/lib/devices/ …

この回答へのお礼

お返事ありがとうございます
＞＞MOSFETをドライブする回路ではインピーダンスマッチングなど考慮する必要はありません。

そうだったんですか…てっきり使う周波数によって変化するゲートのインピーダンスに入力側を合わせて設計するものだとばかり思ってました。

＞＞MOSFETをドライブする回路の出力インピーダンスは低くないと具合が悪いのです。
インピーダンス＝整合した方が都合が良いと思ってたので、なんだか不思議な感じがします。
理由はいまいち解りませんがその辺も含めて勉強していきます。

お礼日時：2009/03/25 19:27

No.1 回答者： tance 回答日時： 2009/03/25 08:52

パワーFETをスイッチとして使うという前提のもとですが、ゲートを

高いインピーダンスで駆動した方が良いという理由はほとんどないと
思います。注意してほしいのは、ゲートドライブの繰り返し周波数
ではなく、立ち上がり立ち下がり時間の仕様です。

たとえ、スイッチング周波数が100Hzでもハイパワーのスイッチをする
場合はゲートのドライブはできるだけ「四角い波形」にしなくては
発熱が大きくなってしまいます。

ON～OFFの途中やOFF～ONの途中はとんでもない大パワーの損失がFET
内部に生じるので、その時間を極力短くする努力が必要です。

NチャンネルMOS-FETのゲートドライブにNPNのエミッタ接地が良いと思う
理由は何でしょうか。また、プッシュプルのディメリットは何で
しょうか。

この回答へのお礼

お返事ありがとうございます

＞＞NPNのエミッタ接地が良いと思う理由は何でしょうか

ゲートに送るPWMを見るとtanceさんの表現のように四角い波形に近かったので、あとはこれを効率的に伝送するためには、両者のインピーダンスを整合する必要があるのではないか？100kHzならばインピーダンスは、まだ高めだろう、ならエミッタ接地でインピーダンス整合をすれば良いのでは？ということで今回の考えに至りました。

＞＞プッシュプルのディメリット
部品の選定、バイアス等の設計の面倒さ、両方ONにならないようにするための工夫が必要である程度のデメリットしか思い浮かばなかったのですが
…

お礼日時：2009/03/25 19:21