6 LM74610-Q1 逆電圧範囲拡張の動作原理

ディプリーション モード MOSFET は、V_GS が MOSFET のスレッショルド電圧より高くなければならない拡張モード MOSFET とは異なり、MOSFET の V_GS が 0V のときにデフォルトでオンになります。ディプリーション MOSFET をオフにするには、V_GS が <0V でなければなりません (一般的な範囲は -1V～-4V)。理想ダイオード センス パスにおけるディプリーション モード MOSFET の影響を分析するために、以下の条件におけるデバイス動作について見てみましょう。

• V_PV– V_PV+ の場合：理想ダイオード コントローラは順方向条件モードで、パワー MOSFET Q₁ とディプリーション FET Q_D の両方をオンに維持します。これらの動作条件では、出力電圧は V_OUT = V_IN – (I_{D_Q1} R_{DS(on)_Q1}) として計算され、V_PV+ に近似します。
• V_PV– < V_PV+ の場合：理想ダイオード コントローラは、MOSFET Q1 がオフで、逆電流がブロックされている状態です。MOSFET Q_D はソース フォロワとしてレギュレーション モードにあり、V_CATHODE を V_ANODE より高く維持します (V_CATHODE = V_IN(V_ANODE)+ (V_GSMAX))。そのため、V_CATHODE から V_ANODE にかかる電圧は、Q_D の絶対最大定格 V_GSMAX (通常は <5V) の範囲内であり、LM74610-Q1 の最大逆電圧 45V の過渡電圧よりもはるかに低くなっています。高い逆電圧 (V_OUT – V_IN) は、Q_D と Q₁ のドレイン - ソース間電圧 (V_DS) によって維持されます。

ディプリーション MOSFET とパワー MOSFET を適切に選択するかどうかは、次のポイントによって決まります。

• Q₁ と Q_D の V_DS 定格は、最大ピーク入力電圧よりも大きいものを選択します。
• パワー パス MOSFET の電力損失が最小になるように R_DS(on) を選択します。FET のドレイン電流 (I_D) は、出力負荷が要求する最大ピーク電流よりも大きくなければなりません。全負荷電流時にパワー MOSFET の両端に 50mV～100mV の電圧降下があるディプリーション MOSFET を選択することが、適切なスタートです。
• R_DS(on) は 数百 Ω の範囲になる可能性があります ( LM74610-Q1 のフローティング ゲート ドライブ アーキテクチャは、カソード ピンのグランドに対するインピーダンスが大きく、コントローラの I_CATHODE はマイクロアンペアの範囲です)。

図 5 に、40V の LM74610-Q1 コントローラを使用した 60V バイパス スイッチ ソリューションのテスト結果を示します。

適切にスケーリングされた MOSFET (Q1 と Q_D) を使用すると、入力電圧範囲は FET の V_DS 定格まで拡張できます。これにより、同じ低電圧コントローラを使用した高電圧設計が可能になります。また、入力電圧範囲を広げることは、エンタープライズ、通信、電動工具、高電圧バッテリ管理の各アプリケーションにも有用です。