Nch MOSFETによるHブリッジモータドライバのハイゲートについて

24V駆動のモータドライバをフルNchMOSFETで作ろうとしています。写真は半分だけ載せてあります。（見づらいですが…）
12V駆動では問題なく動くのですが、24Vにするとなるとロー側を先にONしてしまったときにモータの両端の電圧が最初GNDと同電位になってしまい、どうしてもハイゲートの電圧が20Vを超えてしまうと思います。これはもうソフト側で先にハイ側をONにするかブートストラップ方式にするしかないのでしょうか。（できればしたくない）

私は、ゲート-ソース間にツェナーダイオードを並列でつければ20Vを超えないのではないかと考えたのですが、どうも調べたところ損失？がとても大きくなり破壊されるため、直列？で接続するとかいうものを見つけたのですがいまひとつピンと来ません。（ツェナーダイオードは固定したい電圧の端子に並列に接続するもんだと思っていたもので）
個人的にはモータの逆起電力のフォトカプラへの流入防止も兼ねて、ツェナーダイオードに10k~100kΩくらいの抵抗を直列接続したものをゲートソース間に並列に接続すればいいのではと思ってます。

どなたか詳しい方、詳しい解説をお願い致します。

質問者からの補足コメント

• つまりプログラムで対処するしかないということですかね
  できれば回路で対処できればと思っています。

  No.1の回答に寄せられた補足コメントです。 補足日時：2017/01/09 16:57

• 確かに言われてみればそうですね(笑)
  
  あとは普通のダイオードをツェナーと直列にすれば逆起電力の流入阻止になるかなとか考えたのですがいかがでしょうか。
  
  またゲート抵抗に並列でダイオードと抵抗をつなぐとターンOFF時間の高速化できるとわかったのですが、抵抗値は写真のとおりで大丈夫でしょうか（算出方法がよくわかりません）

  
  No.2の回答に寄せられた補足コメントです。 補足日時：2017/01/09 17:56

No.3 ベストアンサー 回答者： xpopo 回答日時： 2017/01/10 20:16

最初の回答で書けばよかったんですが、

＞「24Vにするとなるとロー側を先にONしてしまったときにモータの両端の電圧が最初GNDと同電位になってしまい、どうしてもハイゲートの電圧が20Vを超えてしまう」

　ここでおっしゃってる「ロー側を先にONしてしまった」は右側のロー側のFETのことですね。左側のロー側のFETはそれまでONだったのがOFFになって、その上のハイ側のFETのゲートに２４Vかそれ以上の電圧が印加されるんですよね。
　この時にハイ側のFETソースはモーターの逆起電力でGND以下（正しくは左のロー側のFETのボディーダイオードの順方向電圧分低い電圧、約0.7Vくらい）になってます。こういう状態でハイ側の入力に例えば24Vの電圧が印加されるとゲート－ソース間の大きな内部容量（数千ｐF）へゲートの入力に接続された抵抗、この場合は10Ωを介して充電がかいしされます。
ゲートへの充電が始まるとゲート－ソース間の電圧は最初０Vから始まって徐々に大きくなってゆきます。そしてゲート－ソース間の電圧がFETのゲート閾値電圧（品種によって異なりますが数V）に達するとハイ側のこのFETのドレインからソースへ向かってドレイン電流が流れ始めます。この電流はモーターの逆気電圧を打ち消すように大きな電流となって流れます。その結果、ソース電圧は上昇し始めます。その結果、ゲート－ソース間電圧はソース電圧がドレイン電流の効果で上昇するため、せいぜいゲート閾値電圧の倍程度までしかあがりません。
　この状況を、シミュレーションで確かめてみました。添付したシミュレーションはハイ側のFETのゲート入力電圧Vinが０から24Vまで立ち上がった時のゲート電圧V(g1)、ゲート－ソース間電圧V(G1,M-)とモータのM-端子電圧 V(m-)、FET　M1のドレイン電流Id(M1)を時間０から20nsecまで行ってます。
尚、条件は：
　ハイ側FETがONする直前のモーターの逆起電圧：17V（使用するモーターと負荷の状態によって実際は異なる）
　モーターの電機子抵抗Ra：５Ω
　使用NｃｈFET：Infinion社のBSC027N04LS
　　　　　　　　Ron=3mΩ
　　　　　　　　Vth（ゲート閾値電圧）＝2.89V
　ハイ側FETゲートドライブ入力信号：Vin　　電圧＝24V、立ち上がり時間＝1nsec

No.2 回答者： xpopo 回答日時： 2017/01/09 09:10

追加です。

＞モータの逆起電力のフォトカプラへの流入防止も兼ねて、ツェナーダイオードに10k~100kΩくらいの抵抗を直列接続したものをゲートソース間に並列に接続すればいいのではと思ってます。

回答＞＞
　ツェナーダイオードに10k~100kΩなんて大きな抵抗をゲートソース間に並列に接続してもツェナーダイオードには殆ど電流が流れなくなってしまうので　ゲートソース間　は抑えられなくなってしまいます。つまり効果が無くなってしまいます。

No.1 回答者： xpopo 回答日時： 2017/01/09 09:01

ロー側とハイ側を同時にOffする時間を設けてからハイ側をONにすれば問題なくなります。

ハイ側がONになる瞬間はロー側がONしていなければハイ側のソース電圧はゲート電圧に追従して上がってゆくようになりますので　ハイゲートの電圧が20Vを超えてしまう　ということは起こらなくなります。