2019年8月11日スポンサーリンクゲート駆動回路において、『駆動ICの消費電力』、『ゲート抵抗の消費電力』、『ゲート駆動回路の消費電力』の式、計算方法について説明します。一般的には上図のようにゲート駆動回路は、駆動ICとゲート抵抗RGで構成されており、駆動ICのゲート駆動端子はゲート抵抗RGを介してMOSFRTのゲート(G)に接続されています。駆動IC内のスイッチ(トランジスタ等)がON/OFFを行い、ゲート駆動端子の電圧がHigh電圧(図ではVG)とLow電圧(図では0V)と変化することで、MOSFETを制御しています。駆動ICは外部から入力電圧VDDが供給されています。MOSFETのゲート(G)を駆動する方法は大きく2つあります。入力電圧VDDをそのままゲート電圧VGとして用いる方法。入力電圧VDDを駆動IC内のレギュレータで降圧して、ゲート電圧VGにしてからゲート駆動に用いる方法(上図の例です)。駆動ICのゲート駆動端子の電圧がHigh電圧(図ではVG)となると、MOSFETのゲートソース間電圧vGSが立ち上がります。ゲートソース間電圧vGSが0VからVGとなるときにゲートに蓄積される電荷量(ゲート入力電荷量)QgがQgpになるとします。この時、『駆動ICの消費電力PIC』、『ゲート抵抗の消費電力PRG』、『ゲート駆動回路の消費電力PSW』は、\begin{eqnarray}P_{IC}&=&Qgp(V_{DD}-V_{G})f_{SW}\\P_{RG}&=&QgpV_{G}f_{SW}\\P_{SW}&=&P_{IC}+P_{RG}=QgpV_{DD}f_{SW}\end{eqnarray}となります。ここで、fSWはスイッチング周波数です。この式より、ゲート入力電荷量Qgpが大きいほど、入力電圧VDDが高いほど、スイッチング周波数fSWが早いほど、ゲート駆動回路の消費電力PSWが大きくなることがわかります。実際には駆動ICの漏れ電流による消費電力などがあるので、ゲート駆動回路の消費電力はもう少し大きくなります。駆動ICの漏れ電流による消費電力については下記を参照してください。入力電圧VDD=10V、ゲート電圧VG=8V、MOSFETのゲート入力電荷量Qg=30nC、スイッチング周波数fSW=500kHzとすると、ゲート駆動回路の消費電力PSWは\begin{eqnarray}P_{SW}=QgpV_{DD}f_{SW}=0.15[W]\end{eqnarray}となります。上図の回路において『駆動ICの消費電力PIC』、『ゲート抵抗の消費電力PRG』、『ゲート駆動回路の消費電力PSW』が、\begin{eqnarray}P_{IC}&=&Qgp(V_{DD}-V_{G})f_{SW}\\P_{RG}&=&QgpV_{G}f_{SW}\\P_{SW}&=&P_{IC}+P_{RG}=QgpV_{DD}f_{SW}\end{eqnarray}となる理由を求めます。上図の回路の原理について説明します。上図では、入力電圧VDDを駆動IC内のレギュレータで降圧し、ゲート電圧VGにしています。ゲート抵抗RGに流れるゲート電流をiG(t)、ゲートソース間電圧をvGS(t)、ゲートソース間電圧vGS(t)が0VからVGになった時のゲート入力電荷量QgをQgpとしています。t=0において、駆動IC内のハイサイドスイッチがオンすると、ゲート電流iGが流れ、MOSFETのゲートに電荷が溜まります。t=T1でゲートソース間電圧vGSの電圧がVG、ゲート電流iGが0、ゲート入力電荷量QgがQgpになったとします。これから各消費電力を求める上で以下の式を用います。}}i_{G}(t)=\displaystyle\frac{dQg}{dt}\end{eqnarray}これは、ゲート入力電荷量Qgはゲート電流iG(t)を時間で積分すると求めることを示している式です。-VGの電圧が印加されており、電流iG(t)が流れています。\int_{0}^{T_1}(V_{DD}-V_{G})i_{G}(t)dt\end{eqnarray}となります。\int_{0}^{Qgp}(V_{DD}-V_{G})\displaystyle\frac{dQg}{dt}dt\\&=&Qgp(V_{DD}-V_{G})\end{eqnarray}なります。上式は駆動IC内のハイサイドスイッチのオン1回における消費エネルギーEICです。これにスイッチング周波数fSWをかけることで、駆動ICの消費電力PICを求めることができ、\begin{eqnarray}P_{IC}&=&Qgp(V_{DD}-V_{G})f_{SW}\end{eqnarray}となります。\int_{0}^{T_1}V_{G}i_{G}(t)dt\end{eqnarray}となります。\int_{0}^{Qgp}V_{G}\displaystyle\frac{dQg}{dt}dt\\&=&QgpV_G\end{eqnarray}となります。これは、下図の赤の領域と青の領域の合計になります。\int_{0}^{Qgp}v_{GS}(t)dQg\\\end{eqnarray}となります。これは上図の青の領域になります。ゲート駆動端子からの供給エネルギーEICGからゲートに蓄積されるエネルギーEGを引くと、ゲート抵抗RGで消費されるエネルギーERGONを求めることができます。\int_{0}^{Qgp}v_{GS}(t)dQg\end{eqnarray}となります、上図の赤の領域になります。駆動IC内のオフ時、ゲートに蓄積されたエネルギーEGがゲート抵抗RGで消費されます。\int_{0}^{Qgp}v_{GS}(t)dQg\end{eqnarray}となります。\int_{0}^{Qgp}v_{GS}(t)dQg\right)\\&=&QgpV_{G}&=&E_{ICG}\end{eqnarray}となります。ゲート抵抗RGの消費エネルギーERGはゲート駆動端子から供給されるエネルギーEICGに等しくなります。今まで求めたのは1回のスイッチングにおいて、ゲート抵抗RGで消費されるエネルギーERGです。これにスイッチング周波数fSWをかけることで、ゲート抵抗RGの消費電力PRGを求めることができ、\begin{eqnarray}P_{RG}&=&QgpV_{G}f_{SW}\end{eqnarray}となります。ゲート駆動回路の消費電力ゲート駆動回路の消費電力PSWは駆動ICの消費電力PICとゲート抵抗RGの消費電力PRGを足すことで求めることができ、\begin{eqnarray}P_{SW}&=&P_{IC}+P_{RG}\\&=&Qgp(V_{DD}-V_{G})f_{SW}+QgpV_{G}f_{SW}\\&=&QgpV_{DD}f_{SW}\end{eqnarray}となります。回路レギュレータを逆電流等から守る『保護ダイオード』についてこの記事ではレギュレータを保護するための保護ダイオードについて説明します。『式』の導出方法を図を用いて説明します!この記事では加算回路の式の導出方法を図を用いて分かりやすく説明します。Circuit)の式を示します。...回路ラッチ回路(自己保持回路)とは?トランジスタを使用した回路と動作についてラッチ回路(自己保持回路)とは一度スイッチをオンしたら、そのスイッチをオフしてもオン状態を保持する回路のことです。ICの消費電流によって生じる消費電力ゲート駆動回路による消費電力には、MOSFETを駆動する時に発生する消費電力(ドライブ電力)以外に、ICの消費電流によって発生する消費電力があります。この記事ではLLCコンバータの設計方法を詳しく説明します。以下に今回設計するLLCコンバータの仕様を示します。この仕様を満たすように設計を進めます。AFFINGER5.。