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⚡ ドライバーIC | Driver IC

高耐圧デバイス（LDMOS, HV-CMOS, SOI, さらにはGaN/SiC）を実際のシステムで動作させるためには、それらを駆動・保護する ドライバーIC が不可欠である。
Driver ICs are indispensable for operating high-voltage devices such as LDMOS, HV-CMOS, SOI, and next-generation GaN/SiC in real systems, providing both drive capability and protection.

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📌 1. 基本的な役割 / Fundamental Roles

• 論理信号とパワーデバイスの橋渡し
  ロジックレベル（1.8–5V）を数十〜数百Vのデバイス駆動信号へ変換
  Bridging logic-level signals (1.8–5V) to high-voltage drive signals (tens to hundreds of volts).

• ゲート駆動
  MOSFET/IGBT/GaN/SOIなどのデバイスを高速・効率的にスイッチング
  Providing high-speed and efficient switching for MOSFETs, IGBTs, GaN, and SOI devices.

• 保護機能
  UVLO, OCP, OTP, ショートスルー防止など、システムの安全動作を確保
  Ensuring system safety through UVLO, OCP, OTP, and shoot-through prevention.

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🏗️ 2. 実現プロセスとデバイス選択 / Process & Device Options

• LDMOS (Laterally Diffused MOS)
  高耐圧・低オン抵抗、モータ・電源ICの定番
  Provides high-voltage tolerance with low on-resistance, standard for motor drivers and power ICs.

• HV-CMOS
  ロジックと高耐圧デバイスを同一チップ内に実現可能
  Enables integration of logic and high-voltage devices on the same die.

• SOI技術
  サブストレート電流を遮断し、ラッチアップ耐性を強化
  Suppresses substrate currents and improves latch-up immunity.

• GaN/SiC対応
  数百V/ns以上のdv/dt環境に耐える絶縁ドライバが必須
  Requires isolated drivers robust against dv/dt > hundreds of V/ns.

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🔋 3. 回路アーキテクチャ / Circuit Architectures

• ローサイドドライバ / Low-Side Driver
  GND基準、シンプルで安価。電源系に広く利用
  Ground-referenced, simple, and low-cost. Widely used in power supplies.

• ハイサイドドライバ / High-Side Driver
  高電位側を制御。Bootstrap方式では100%デューティ不可
  Controls the high-side switch. Bootstrap method cannot achieve 100% duty cycle.

• ハーフブリッジドライバ / Half-Bridge Driver
  DC-DC変換・インバータで必須。デッドタイム制御が課題
  Essential in DC-DC converters and inverters; dead-time control is critical.

• 絶縁型ゲートドライバ / Isolated Gate Driver
  フォトカプラ, 磁気結合, 静電結合方式で数百V/nsに対応
  Uses optical, magnetic, or capacitive isolation to handle dv/dt of several hundred V/ns.

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🛠 4. 設計課題と版図ルール / Design Challenges & Layout Rules

• 高dv/dt耐性
  配線寄生を抑え、シールド・ガードリングを駆使
  Suppress parasitics, employ shielding and guard rings.

• ラッチアップ防止
  Deep N-Well・SOI絶縁でサブストレート電流を制御
  Deep N-well or SOI isolation to block substrate currents.

• レベルシフトの消費電力
  静的電流を削減する動的シフト方式の採用
  Adopt dynamic level shifting to minimize static power consumption.

• 熱設計とEMI
  高速スイッチング時の発熱・EMIを考慮した版図設計が必要
  Thermal and EMI-aware layout is critical under high-speed switching.

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🏭 5. 応用ケーススタディ / Application Case Studies

• 電源変換 / Power Conversion
  DC-DCコンバータ、AC-DCインバータでのスイッチング効率とEMI抑制
  Balancing switching efficiency and EMI reduction in DC-DC and AC-DC converters.

• モータ制御 / Motor Control
  BLDC/PMSMの駆動でトルクリップル低減、デッドタイム最適化
  Reducing torque ripple and optimizing dead time in BLDC/PMSM drives.

• 圧電デバイス駆動 / Piezoelectric Actuator Driving
  高電圧チャージポンプ＋Hブリッジ。インクジェットPZT駆動で実用化
  High-voltage charge pump + H-bridge; realized in inkjet PZT actuator driving.

• パワーアンプ / Power Amplifiers
  RF・オーディオ用途で高速・大電流スイッチングが要求される
  Requires fast, high-current switching for RF and audio amplifiers.

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🚀 6. 今後の展望 / Future Outlook

• GaN/SiC時代のドライバIC
  数百V/nsのdv/dtに耐える設計標準化が進む
  Design standards for dv/dt > hundreds of V/ns are emerging in the GaN/SiC era.

• システムインパッケージ (SiP)
  パワーデバイス＋ドライバICの一体化で寄生成分を大幅低減
  Integration of power devices and driver ICs into SiPs drastically reduces parasitics.

• AI/デジタル制御連携
  LLM＋FSM＋PIDのように、制御アルゴリズム層との共設計が重要に
  Co-design with control algorithms (e.g., LLM + FSM + PID) will be increasingly critical.

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🔗 参考リンク / References

• IEEE JSSC, TED: Gate Driver Circuit Design
• 各社アプリケーションノート (TI, Infineon, Rohm, Onsemi, Renesas)
• LDMOS デバイス設計
• HV-CMOS 概要

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