一般に、スイッチング電力損失を最小限に抑えるため、ターンオン時およびターンオフ時のパワー スイッチのスイッチング速度はできるだけ高速にする必要があります。ゲート ドライバ デバイスは、ターゲットのパワー MOSFET で目標のスイッチング速度を達成するために必要なピーク電流を供給できる必要があります。スイッチング速度のシステム要件は一般に、パワー MOSFET のドレイン-ソース間電圧 (dV_DS/dt など) のスルーレートとして記述されます。たとえば、連続導通モード (CCM) 昇圧 PFC コンバータ アプリケーションにおいて、SPP20N60C3 パワー MOSFET を DC バス電圧 400V を使用して 20V/ns 以上の dV_DS/dt でターンオンする必要があるというシステム要件がある場合があります。この種のアプリケーションは誘導性ハード スイッチング アプリケーションであり、スイッチング電力損失を低減することが重要です。この要件は、パワー MOSFET のターンオン イベント時のドレイン-ソース間電圧スイング全体 (オフ状態の 400Vからオン状態の V_DS(on)) が約 20ns 以内に完了する必要があることを意味します。ドレイン-ソース間の電圧スイングが発生すると、パワー MOSFET のミラー電荷 (SPP20N60C3 データシートに記載されている Q_GD パラメータの標準値は 33nC) がゲート ドライバのピーク電流によって供給されます。パワー MOSFET の誘導性スイッチング メカニズムによれば、この時点でのパワー MOSFET のゲート-ソース間電圧はミラー プラトー電圧であり、通常はパワー MOSFET のスレッショルド電圧 V_GS(TH) よりも数ボルト高い値です。

目標の dV_DS/dt を達成するには、ゲート ドライバが Q_GD の充電量を 20ns 以内で供給できる必要があります。つまり、ゲート ドライバが 1.65A (= 33nC/20ns) 以上のピーク電流を供給する必要があります。UCC27301A ゲート ドライバは、3.7A のピーク ソーシング電流を供給でき、設計要件を明確に上回るとともに、必要なスイッチング速度を満たすことができます。オーバードライブ機能により、パワー MOSFET の Q_GD パラメータの部品間変動に対して追加マージンが得られるほか、外部ゲート抵抗を挿入し、スイッチング速度を効率と EMI の最適化のバランスを取って柔軟に調整できます。ただし、実用的な設計では、PCB のゲート ドライブ回路の寄生配線インダクタンスが、パワー MOSFET のスイッチング速度に対して決定的な役割を果たします。この寄生配線インダクタンスには、ゲート ドライバの出力電流パルスの di/dt を制限する効果があります。これを説明するため、ゲート ドライバからの出力電流パルスの波形が三角波プロファイルに近似できるとします。このプロファイルでは、三角波下の面積
(½ × I_PEAK × 時間) が、パワー MOSFET の総ゲート電荷 (SPP20N60C3 パワー MOSFET のデータシートの Q_G パラメータ = 87nC (標準値)) に等しくなります。寄生配線インダクタンスにより di/dt が制限されると、パワー MOSFET のスイッチングに必要な Q_G を供給する必要のある時間内に、ゲート ドライバの最大ピーク電流能力が完全に達成されない状況が発生する可能性があります。つまり、必要な Q_G は依然として供給されますが、式の時間パラメータが支配的であり、電流パルスの I_PEAK 値はデバイスの真のピーク電流能力よりもはるかに小さくなります。このため、理論的な計算でゲート ドライバが目標のスイッチング速度を達成できることが示されても、目的のスイッチング速度を達成できない場合があります。そのため、ゲート ドライバ デバイスをパワー MOSFET の非常に近くに配置し、PCB の配線インダクタンスを最小限に抑えて厳密なゲート駆動ループを設計することが、ゲート ドライバのピーク電流能力を最大限に実現するために重要です。