JAJAA99 October 2025 LM2005 , LM2101 , LM2103 , LM2104 , LM2105 , UCC27444 , UCC27517
はじめに
従来のディスクリートによるゲート ドライバ構成は、不要な複雑さを招き、基板サイズを増大させるだけでなく、性能のばらつきも生じさせます。UCC27517A、UCC27444 および LM2x0x ファミリは、こうした課題に直接対応する、コスト効率に優れた高性能ゲート ドライバ IC です。重要なドライブ機能と保護機能を単一の IC に統合することで、抵抗、コンパレータ、レベル シフタ、ブートストラップ回路などの追加部品を削減できます。
これらのデバイスは、低電圧〜中電圧のモータ制御および電力スイッチング用途向けに最適化されており、コストに敏感な多くのアプリケーション、電動工具、掃除機、バッテリ遮断システムなどで選好されています。
UCC27517A、UCC27444、LM2X0X ファミリを採用することで、設計者は部品表 (BOM) の点数を大幅に削減し、PCB レイアウトを簡素化するとともに、性能を維持または向上させながら、電源設計におけるスマートな統合アプローチを実現し、システム全体の信頼性を高めることができます。
図 1 BJT ゲート ドライバ トポロジディスクリート実装によるゲート ドライバの課題
設計者は、初期の部品コストを抑えるためにディスクリート構成のゲート ドライバを使用することがよくあります。しかし実際には、この戦略には多くの潜在的な問題が伴い、当初のコスト削減効果が徐々に失われていきます。
実際の顧客ユース ケースでは、以下のような課題が頻繁に発生します。
| BOM 点数の増加と調達課題 | レイアウトの複雑化と設計期間の長期化 | フィールド故障率の上昇と信頼性リスク |
|---|---|---|
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これらの課題は、特に電動工具、掃除機、バッテリ駆動システムのような大量生産品やスペース制約の厳しいアプリケーションにおいて顕著であり、基板スペース、設計期間、BOM コストが極めて重要な要素となります。
このような理由から、UCC27517A、UCC27444、LM2x0x シリーズといった統合型ゲート ドライバが近年ますます支持を集めています。これらのデバイスは、必要なゲート ドライブ機能をすべて小型パッケージに集約し、設計の複雑さを低減しつつ性能を向上させ、システム コストの削減にも寄与することで、前述の課題に正面から対応します。
ディスクリート設計の背景
ディスクリート構成のゲート ドライバは、主要な機能を実行・実現するために個別部品を組み合わせて構成されます。一般的なディスクリート ゲート ドライバでは、入力制御信号を検出するためにオペアンプまたはコンパレータ、レベル シフトおよび信号バッファ用にトランジスタまたはロジック ゲートを使用し、ハイ サイド スイッチングにはブートストラップ回路 (ダイオードと抵抗) を用います。スイッチング速度の調整やゲートの過電圧保護には、ゲート抵抗やツェナー ダイオードが一般的に使用されます。これらの部品は相互に連携して動作し、パワー MOSFET や IGBT をオン/オフさせるために必要な電圧およびタイミングを生成します。
しかし、各機能が別々の部品で構成されているため、設計には精密な協調、特性合わせ、そして配線が不可欠となります。タイミングの不一致、寄生要素による干渉、レイアウト上の制約などが、性能や信頼性に影響を及ぼす可能性があります。まさにこの複雑さこそが、UCC27517A、UCC27444、UCC21X シリーズといった統合型ゲート ドライバが解消することを目的としている点であり、これらの機能をすべて単一の小型かつ高効率な IC に統合することで問題を取り除きます。
| 特長 | ディスクリート部品設計 | ゲート ドライバ IC ソリューション (統合型) |
|---|---|---|
| UVLO | いいえ (追加の部品が必要) | 統合 |
| ドライバ電流の入力依存性 | 入力に直接比例 | 制御入力に関わらず一定 |
| レベル シフト | 通常 5 個以上の追加部品が必要 | 外付け回路不要 |
| シュート スルー保護 | なし | はい (使用可能だが必須ではない) |
| ノイズ耐性 | 不良 | 非常に良好 |
| HS dV/dt | 不明であり、レイアウトや部品配置に注意が必要 | データ シートに記載あり |
| 保護機能 | 追加部品と実装スペース | 統合型オプション |
| コスト | より高く | より低く |
| BOM 点数 | 10 またはそれ以上 | 5 |
レイアウトの図
図 2 ディスクリート レイアウト
図 3 統合型レイアウトコスト競争力のある統合型デバイス
複数のディスクリート部品を組み合わせてゲート ドライバ回路を構成する代わりに、設計者は UCC27517A、UCC27444、LM2x0x シリーズといった統合型ゲート ドライバ IC を使用できます。これらのデバイスは、信号コンディショニング、レベル シフト、保護機能といった重要な機能を単一のコスト最適化されたコンパクトなパッケージに統合し、ゲート ドライバの実装を簡素化することを目的としています。
| UCC27517A | UCC27444 | LM2x0x |
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図 4 UCC27517A：DBV パッケージ