ハイサイドMOSFETドライバー用のブートストラップ回路

NチャネルハイサイドMOSFETをスイッチングするためのMOSFETドライバーICのブートストラップドライバーの動作に非常に精通しています。基本的な操作は、このサイトおよびその他で網羅されています。

私が理解していないのは、ハイサイドドライバー回路自体です。優れたドライバは大量の電流をプッシュおよびプルするため、IC内にVHピンをハイまたはローに駆動する別のトランジスタペアが存在することは理にかなっています。私が調べたいくつかのデータシートは、Pチャネル/ Nチャネルペア（またはPNP / NPN）を使用していることを示しているようです。ICチップの構造を取り去ると、回路は次のようになります。

^{この回路のシミュレーション – CircuitLabを使用して作成された回路図}

再帰の問題を導入したばかりのようです。「フローティング」としてマークされたノードが任意の高電圧になる可能性があると仮定すると、ドライバーを駆動するためにさらに別のドライバーを必要としないM3およびM4をどのように駆動しますか（など）。これは、ハイサイドドライバーが最終的に何らかのロジックレベルの信号によって制御されることを前提としています。

言い換えると、任意の高いフローティング電圧が与えられた場合、M3とM4のプッシュプル駆動は、チップ外から発生するロジックレベルの信号によってどのようにアクティブになりますか？

明確化のポイント：私が尋ねている特定の質問は、ロジックレベルの信号でハイサイドプッシュプルブートストラップドライブをアクティブにすることだけに関係しています。ハイサイド電圧が比較的低い場合、これは些細なことであると認識しています。ただし、電圧がトランジスタの標準的なVdsおよびVgs定格を超えると、これが難しくなります。何らかの種類の絶縁回路が関与すると予想されます。まさにその回路がどのように見えるかは私の質問です。

M4がPチャネルFET（またはPNP）である場合、別のブートストラップ回路は必要ないことを認識しています。しかし、外部トランジスタが前後に切り替わるときに、M4とM3の両方に対して適切なVgsを生成する回路を考えるのに問題があります。

以下は、上で描いたものと同様の回路を示す2つの異なるデータシートからのスクリーンキャプチャです。どちらも、「ブラックボックス」ドライバー回路に関する詳細には触れません。

MIC4102YMから：

そして、FAN7380：

^{この回路のシミュレーション – CircuitLabを使用して作成された回路図}

$V_{cc}$$V_\text{High Voltage}$$V_{BS}$

$V_\text{Boot Strap}$

以下の回路図では、VCCは回路の残りの電圧源です。MOSFETがオフのとき、ブートストラップ回路のグランドは回路のグランドに接続されるため、C1とC2はVccのレベルまで充電されます。入力信号が到着してMOSFETをオンにすると、ゲート駆動回路のグランドがMOSFETのドレイン電圧まで上昇します。D1ダイオードはこの高電圧をブロックするため、C1とC2はオン時間中に駆動回路に給電します。MOSFETが再びオフになると、C1とC2は失われた電荷をVCCから補充します。

設計基準：

• RBは、D1を損傷しない範囲でできるだけ低く選択する必要があります。
• C2の容量は、最長のオン時間中に駆動回路に供給するのに十分なものを選択する必要があります。
• $V_\text{High Voltage} - V_\text{CC}$

入力信号は、ブートストラップ回路から分離する必要があります。可能性のあるアイソレータは次のとおりです。

オプトカプラー

$\mu$$\mu$

パルストランス

パルストランスは、矩形パルスを転送するための空間タイプのトランスです。寄生容量と寄生インダクタンスを避けるために巻数が少なく、巻数の減少によるインダクタンスの損失を補償するためのコアが大きくなっています。彼らは、フォトカプラよりもはるかに高速です。遅延時間は一般に100ns未満です。上の画像は説明のみを目的としています。実際には、それらが提供できる電流は、MOSFETを高速で駆動するには不十分です。そのため、実際には追加の回路が必要です。

絶縁ゲートドライバー

絶縁ゲート駆動は比較的新しい技術です。ゲート駆動の複雑さはすべて1つのチップにカプセル化されています。パルストランスと同じくらい高速ですが、数アンペアのピークゲート電流を提供できます。一部の製品にはオンチップの絶縁型DC-DCコンバータも含まれているため、ブートストラップも必要ありません。ただし、これらのすべてのスーパー機能にはコストがかかります。

ええと、ICには内部の「レベルシフト」回路があります。

レベルシフト回路は次のようになります。これはFAN7380と同様です。

$V_{SRC}$$V_{BST}$

以下はIR2110のブロック図です（International Rectifier AN978-bより）：