アクティブ放電型ゲート駆動回路

第3章 ノーマリオフGaN HEMTのゲート駆動回路

第3章 ノーマリオフGaN HEMTのゲート駆動回路

Ids[A]

0 -5 -10

0

Vds[V]

3 2

1 4 5

-3 -2 -1 -15

-20 20 15 10 5

0V -1V -2V Vgs

2.5V

1.5V 2V

図3.4 GaN HEMTの電流‐電圧特性

R

V

R

C

R

R

C

v

D

v

v

i

Q

図3.5 アクティブ放電型ゲート駆動回路

第3章 ノーマリオフGaN HEMTのゲート駆動回路

アクティブ放電型ゲート駆動回路は6つの動作モードに分けられる（図3.6）。

＜MODE 1＞

モード1ではGaN HEMTの入力容量を低抵抗R2と分圧コンデンサC2の直列回路 を介して充電する。ここで，R2<<Rg2, R3の条件において回路設計を行うため，主電 流は低抵抗側の回路を流れると考えることができる。

＜MODE 2＞

モード2ではGaN HEMTの入力容量がゲート‐ソース間ダイオードの閾値電圧ま で充電されると，ダイオードを通る経路に電流が転流する。ここではまだ分圧コン デンサC2は完全に充電されていないため直列回路側を主電流が流れる。

＜MODE 3＞

モード3では分圧コンデンサC₂が完全に充電され主電流が高抵抗R_g2を通る経路

と，p型MOSFETの駆動用コンデンサC3を充電する経路に転流する。高抵抗Rg2を

通る経路で定常的に電流を流入させ，オン状態を維持させる。

＜MODE 4＞

モード4では分圧コンデンサC2の充電電圧を利用し，入力容量に蓄電された電荷 を急速に放電させる。ここで，時定数C₂R₂とC₃R₃は，C₂R₂ << C₃R₃であるため分圧 コンデンサC₂による電流経路を優先的に考えることができる。ここで，理想的には スイッチ Q1は瞬間的に点弧するはずであるが，スイッチ Q1の入力容量や回路構成 上の寄生成分，また，オン時間などの影響によりゲート信号がオフになってからQ₁

第3章 ノーマリオフGaN HEMTのゲート駆動回路

が実際に点弧するまでには遅延が生じる。そのため，回路パラメータは C2 >> Ciss

であり，V_C2 > V_Cissであることからキャパシタ分圧型ゲート駆動回路と同様に，入力

容量は負電圧に再充電される。その後，スイッチQ1が点弧すると回路構成上の寄生 抵抗により決定する時定数において放電する。

＜MODE 5＞

モード5ではコンデンサC2とC3の放電が継続する。

＜MODE 6＞

モード 6 では分圧コンデンサ C₂が完全に放電する。また，ゲート‐ソース間を Dgの閾値電圧にクランプし続けるため，C₃はオフ期間中放電し続ける。

第3章 ノーマリオフGaN HEMTのゲート駆動回路

v

v

v

v

Mode 1 Mode 2 Mode 3 Mode 4 Mode 5 Mode 6

MODE 1

MODE 2

MODE 3 MODE 4

MODE 5 MODE 6

R₃ C₃

R_g2 R₂ C₂

D_g

D_gs C_iss Q₁

R₃ C₃

R_g2 R₂ C₂

D_g

D_gs C_iss Q₁

R₃ C₃

R_g2 R₂ C₂

D_g

D_gs C_iss Q₁

R₃ C₃

R_g2 R₂ C₂

v_g

D_g

D_gs C_iss Q₁

R₃ C₃

R_g2 R₂ C₂

v_g

D_g

D_gs C_iss Q₁

R₃ C₃

R_g2 R₂ C₂

v_g

D_g

D_gs C_iss Q₁

図3.6 アクティブ放電型ゲート駆動回路のモード遷移図

第3章 ノーマリオフGaN HEMTのゲート駆動回路