マイコンやICを勉強していく中で「ブートストラップ回路」というワードをよく耳にする。
どんな回路なんだろう？
こんな疑問を解消します。
ブートストラップ回路は、主に『ハーフブリッジ回路上段のNch MOSFETを駆動する場合に使用される回路』です。
最近ではハーフブリッジ回路上段にNch MOSFETが使用されることが多いため、ブートストラップの原理は必ず覚えておかなければなりません。
そこで今回は、『ブートストラップ回路の原理』について解説します！
・ 上段をPch-MOSにしない理由
・ ブートストラップ回路の構成と動作原理
・ ブートストラップ回路の注意点
・ ブートストラップ回路と似た回路
・ まとめ
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ブートストラップ回路とは？どんな用途で実装される？
ブートストラップ回路は、『ハーフブリッジ回路上段がNch-MOS』である場合に使用される回路です。
上段のNch-MOSを駆動するためには、MOSのゲート電圧がソース電圧よりも一定以上高くなければなりません。
上段MOSがONするとソース電圧＝VBとなるため、ゲート電圧はVBより高くする必要があります。
しかし、ほとんどの場合『VBは回路内で最大の電圧』であるため、VBより高い電圧をゲートに印加するのは不可能です。
そのため、回路内でVBより高い電圧を生成する回路として、『ブートストラップ回路』が使用されます。
上段をPch-MOSにしない理由
上段をPch-MOSにした場合、『ゲート電圧がVBより低ければMOSは駆動可能』です。
そのため、ブートストラップ回路を使用する必要がありません。
しかし、『Pch-MOSはNch-MOSよりもオン抵抗が高い』ため、電力損失が高くなります。
また、価格もNch-MOSより高いため、Nch-MOSを採用する場合が多いです。
・オン抵抗が高い → 電力損失が高い。
・価格が高い。
回路素子が多くなることよりも、効率やコストを重視する流れなのです。
ブートストラップ回路の構成と動作原理
回路に追加する部品は、『ダイオード』と『コンデンサ』です。
どのようにしてゲート電圧を高めるか説明していきます。
【コンデンサ充電】
まずは、『上段MOSをオフ・下段MOSをオン』することによって図のような経路で電流が流れます。
その結果、コンデンサが充電されます。
【コンデンサ放電】
次に、『上段MOSをオン・下段MOSをオフ』することによって図のような経路で電流が流れます。
その結果、コンデンサから電荷が放電されるため、ゲート電圧が高まるのです。
ダイオードにより、コンデンサから放電された電荷は電源VCに流れません。
ブートストラップ回路の注意点
MOSの駆動周波数が高い場合、『コンデンサの充電時間が不足する』可能性があります。
その結果、コンデンサから放電される電荷が足りなくなり、上段MOSを駆動する十分なゲート電圧まで上昇しなくなるのです。
周波数を上げる際には注意しなければなりません。
ブートストラップ回路と同じく電圧を上昇させる回路
ブートストラップ回路について理解できたら、『チャージポンプ回路』も覚えておくことをオススメします。
コンデンサやスイッチなどを用いて、電圧を上昇させる回路
こちらも、『回路設計する上で必須の基礎知識』です。
知らなかった方は、ぜひ下記をご覧ください。
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ブートストラップ回路の原理まとめ
いかがでしたでしょうか。
電子回路を設計する上で『ブートストラップ回路は必須の知識』です。
ブートストラップ回路の原理をしっかりと理解しましょう。
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