最適なゲート ドライバの選択

ワイド バンドギャップ技術への切り替えには、その電気的特性と実現可能な性能から、熟考を重ねたアプローチと慎重な補完部品の選択が必要であり、シリコンを使用した設計とはまったく異なる課題があります。従来のシリコン MOSFET ゲート ドライバでは、適切な電圧レギュレーションが得られなかったり、ワイド バンドギャップ設計で高い同相電圧の過渡現象に対応できなかったりする可能性があるため、スイッチング損失をさらに最小限に抑えるには、ワイド バンドギャップ FET には、ゲート容量を高速に充放電できる適切なゲート ドライバが必要になります。

図 2 に示すように、スイッチング イベントが発生すると、スイッチング ノードの電圧変化によって、ドライバの寄生容量を介して電流が生成されます。ドライバに十分な同相モード過渡耐性 (CMTI) がない場合、図 3 に示すように、同相モード電流によってゲート ドライバの誤動作が発生する可能性があります。

ゲート ドライバの課題や CMTI の問題に対処するために、エンジニアはミラー クランプ、高い CMTI 定格、調整可能なスルーレート機能を備えた新しいゲート ドライバを使用することで、シュートスルーやゲート ドライバの誤動作を防止することができます。TI のUCC5880-Q1 強化絶縁型ゲート ドライバは、最大 20A のリアルタイム可変ゲート ドライブ能力を備えています。この機能を活用すると、安全性と性能に関する目標を達成しながら、電力密度の向上、システム設計の複雑性の緩和とコスト削減を実現できます。TI の 300kW DC/AC 『大出力、高性能車載 SiC トラクション インバータのリファレンス デザイン』には、さまざまな負荷条件で駆動速度を調整することにより、効率と、ここで取り上げた課題のバランスを取る方法を示しています。

スイッチングの高速化はスイッチング損失の低減を意味しますが、不要な電圧リンギングや同相モード ノイズなどの問題につながる可能性もあります。図 4 は、ディスクリート ゲート ドライバを搭載した GaN FET 示します。2 つのデバイス自体の寄生インダクタンスだけでなく、プリント基板 (PCB) の接続銅のトレース インダクタンスもあります。駆動ループの総インダクタンスによって GaN FET の V_DS 遷移が遅くなるため、GaN FET が低減できるスイッチング損失が制限されます。このため、LMG3526R030 (図 5 を参照) などの TI の GaN FET はゲート ドライバを同じパッケージに統合しています。ゲート ドライバが統合されているため、PCB におけるインダクタンス (L_{g_pcb} および L_{s_pcb}) は存在しません。また、ゲート ドライブ ループにはケルビン ソース接続が行われるため (L_cs を最小化)、TI の GaN FET は高い過渡電圧でスイッチングでき、スイッチング損失を最小限に抑えることができます。