アプリケーションノート 4190

DS39XX CCFLコントローラのゲート駆動能力の増大

筆者: Shoumin Liu

要約: DS3988、DS3991、DS3992、およびDS3994は液晶ディスプレイ(LCD)のバックライト用の冷陰極蛍光ランプ(CCFL)用のコントローラです。各コントローラチャネルはCCFLへの給電に必要とする高電圧AC波形にDC電圧を変換するための2つのロジックレベルのMOSFETを駆動します。アプリケーションによっては、1つのチャネルでより大きい駆動能力と高いゲートソース間電圧を必要とするパワーMOSFETを複数のランプを駆動するために使います。このアプリケーションノートはDS39xxコントローラの駆動能力を高めてこれらの大電力のMOSFETを効率よく駆動することができる方法について述べます。

DS39xxゲートドライバ

DS3988DS3991DS3992、およびDS3994の各コントローラは2つのゲートドライバを備えています。各ゲートドライバは1個のロジックレベルのMOSFETを駆動することができます。ゲートドライバの出力の電荷負荷は最大20nCでハイレベルの出力電圧はおよそVCC (5V)です。このゲート駆動能力はほとんどのロジックレベルのMOSFETを駆動するのに充分です。

しかし、LCDモニタやTVの物理的なサイズが大きくなるにつれて、多くのアプリケーションで複数のランプを駆動することが各コントローラチャネルに要求されます。例えば、DS3991は大型のLCD TVにおけるすべてのランプを制御するために使用することができます。多数のランプを確実に駆動するためには、大電流のパワーMOSFETが必要です。他の新しいアプリケーションでは大型TVの電流を減らすために非常に高い入力電圧(400V程度)を使用して、その場合CCFLは最大200Wまで使用することができます。後者のこのようなアプリケーションではランプの駆動に高電圧のパワーMOSFETも必要とします。

パワーMOSFETには通常はロジックレベルのMOSFETに比べてより大きいゲート電荷があります。その結果、ゲートドライバはそのゲート容量を急速に充電および放電するために充分に大きいピーク駆動電流を備えなければなりません。パワーMOSFETは、また、効率良くオンにするためにより高いゲートソース間電圧を必要とします。

DS39xxに内蔵のゲートドライバでは大きいパワーMOSFETをじかに駆動することはできません。しかし、この問題は解決することができます。このアプリケーションノートはDS39xxのコントローラがパワーMOSFETを駆動することができるようにDS39xxのゲート駆動能力を増強するための簡単な外部回路の使用方法を説明します。

ゲート駆動能力を増強する回路

図1はゲート駆動能力を増強する回路の詳細を示しています。

Figure 1. External circuitry required to enhance DS39xx gate-drive capacity.
図1. DS39xxのゲート駆動能力を増強するために必要な外部回路。

図1において、GAとGBはCCFLコントローラからのゲート駆動出力です。Q2/Q3/Q5/Q6はNPNの汎用トランジスタでGAおよびGBのレベルを5Vから12Vにシフトします。その後、信号はそれぞれQ1/Q7およびQ4/Q8で構成される2つのトーテムポールドライバから出力します。出力駆動信号はGA_12VおよびGB_12Vと示されています。トーテムポールのドライバはパワーMOSFETがオンになるときにMOSFETのゲート容量を非常に高速に充電することができ、またMOSFETがオフになるときにそのゲート電荷を非常に高速で放電することもできます。Q1/Q4/Q7/Q8は中位のパワートランジスタとして充分なピーク電流の供給能力を保証します。

図2はGAとGB、およびGA_12VとGB_12Vの波形を示しています。

Figure 2. Waveforms of the logic-level gate-drive signals (GA and GB) and the 12V-level gate-drive signals (GA_12V and GB_12V).
図2. ロジックレベルゲート駆動信号(GAとGB)および12Vレベルのゲート駆動信号(GA_12VとGB_12V)の波形。

GA_12VおよびGB_12VはパワーMOSFETをプッシュプル方式で直接駆動します。いくらかの回路を追加すると、これらはハーフブリッジまたはフルブリッジ方式として使用することができます。(詳細はお問い合わせください。)

推奨するトランジスタの部品番号

表1は図1のトランジスタとして推奨する部品番号を示しています。

表1. 推奨するトランジスタの部品番号
Designator Description Suggested Part Numbers
Q2/Q3/Q5/Q6 NPN general-purpose transistor MMBT3904 or equivalent
Q1/Q4 NPN medium-power transistor FMMT493, ZXTN2038F, or equivalent
Q7/Q8 PNP medium-power transistor FMMT593, ZXTP2039F, or equivalent
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