皆様に質問があります。STM32G474で生成したPWM波をUCC21520AQDWRQ1に入力し、MOSFETを駆動しようとしていますが、問題が発生しています。UCC21520AQDWRQ1には、等しく逆位相の方形波を入力しており（オシロスコープで確認済み、正しい波形です）。しかし、後段のMOSFETを接続する・しないに関わらず、UCC21520AQDWRQ1の出力端子ではOUTB（下側スイッチ）にのみ増幅された方形波が出力されています（測定は一方をGND、他方をOUTBに接続）。一方、OUTA（上側スイッチ）からは何も出力されておらず、わずかにノイズのような波形が見える程度です（測定は一方をOUTA、他方をVSSAに接続）。また、MOSFETを未接続の状態ではVDDAとVSSA間の電圧は0Vですが、接続すると約4.3Vになります。さらに、VSSAをGNDに接続してからOUTAの波形を測定しても、やはり何も出力されていません。
UCC21520は絶縁ドライバであり、2つのチャネル出力にはそれぞれ独立した電源を接続する必要があります。ロータリースイッチ（下管）は必ずはんだ付けしてください。これにより、下管がオンになったときにAチャネルのGND（VSSA）が下管を通じてGNDに接続され、回路が形成されて、ハイサイドスイッチ（上管）の電源用コンデンサに充電できます。その後、下管がオフになり、上管がオンになると、上管のドライブはこのコンデンサによるブートストラップ方式で電源供給されます（オシロスコープのGNDはVSSAに接続してください）。
また、AおよびBの2つのチャネルには、デッドタイムを設定した上で、互いに相補的なPWM波形を与える必要があります。
わかりました、試してみます
これは、UCC21520などの「ハーフブリッジ」または「ハイサイド」ゲートドライバを使用する際によく遭遇する問題です。ご提示の説明および回路図に基づき、なぜハイサイド（OUTA）が動作しないのか、そしてどのように修正すればよいかを以下に分析して示します。
1. 「切断された」状態（0V）は正常な挙動
MOSFETが接続されていないとき、VDDAとVSSA間の電圧が0Vになるとのことです。これはブートストラップ駆動方式の回路では完全に正常な現象です。
- ハイサイドの電源（VDDA）は、「ブートストラップコンデンサ（C108）」を通じて供給されます。
- このコンデンサは、スイッチングノード（VSSA / L_MOS_UP_S）がGNDに引き下げられたときにのみ充電できます。
- MOSFETが未接続の場合、VSSAはフローティング状態です。このため、VCC_10Vからダイオード（D22）を経由してC108へ電流が流れるパスが存在せず、ブートストラップコンデンサは充電されません。結果として、ハイサイドドライバには電源が供給されず、出力も得られません。
2. 4.3Vの問題（UVLO）
MOSFETを接続した後、電圧が4.3Vまで上昇することを確認しています。これが問題の核心です。
- UVLO（アンダーボルテージロックアウト）： UCC21520には内部保護回路があります。
AQDWRQ1版の場合、出力チャネルのUVLOしきい値は、通常約8V（立ち上がり時）および7.3V（立ち下がり時）です。 - VDDAとVSSA間の電圧が4.3Vしかない場合、ハイサイドドライバは「ロックアウト」モードのままとなり、ゲート電圧が不足しているためにMOSFETを損傷させるのを防ぎます。そのため、OUTAには何も出力されないのです。
なぜ4.3Vしか上がらないのか？
- VCC_10Vレールの確認： D22のアノード端子とGND間の電圧を測定してください。本当に10Vになっていますか？もしこのレールが実際には5Vであれば、5Vからダイオードの順方向降下電圧（約0.7V）を引くことで、まさに4.3Vになります。
- ブートストラップの再充電： ブートストラップコンデンサがフルレール電圧まで充電されるには、ローサイドMOSFET（Q3）が十分な時間ONする必要があります。もしローサイドのPWMデューティ比が極めて小さい、あるいはローサイドを全くスイッチングしていない場合、コンデンサは適切に充電できません。
- ダイオードの速度： 現在使用しているのは1N4148Wです。高速ですが、順方向電圧降下が比較的高く、許容電流も限られています。パワーステージでは、通常、ファストリカバリダイオードまたは耐圧の十分なショットキーダイオード（例：RS1Mなど）を使用するのが望ましいです。
3. 測定方法について
OUTAとVSSA間で「ノイズのような信号」が観測されたと述べています。
- フローティングリファレンス： VSSAは「スイッチングノード」であり、周期的に0VからVCC_IN（例えば24Vまたは48V）までジャンプします。
- 標準のオシロスコーププローブのグラウンドクリップをVSSAに接続すると、スコープのシャーシグラウンドが高速スイッチングノードに接続されることになり、大きなコモンモードノイズが発生します。最悪の場合、スコープやドライバICが破損する可能性さえあります。
- 正しい測定方法： 差動プローブを使用するか、2本のプローブを用いて（CH1をOUTAに、CH2をVSSAに接続）、数学演算機能（CH1 - CH2） を使って差動波形を表示してください。
問題解決のための推奨手順：
- VCC_10Vの確認： ドライバ段に供給されている電源が実際に10V～12Vであることを確認してください。5Vであれば、UCC21520のハイサイドは決して起動しません。
- 初期通電シーケンス： STM32のコードにおいて、ハイサイド（INA）を始動する前に、数回ローサイド（INB）をパルス出力するようにしてください。これによりブートストラップコンデンサが「プリチャージ」されます。
- 最小デューティ比の確認： PWM周波数が高すぎて、デッドタイムやローサイドの「オン時間」が短くなりすぎ、1μFのコンデンサ（C108）を充電できない状態になっていないか確認してください。
- ハードウェアの点検： ヘッダH16（VSSAからソースへの接続）が確実に接続されているか確認してください。ここに高い抵抗があると、ブートストラップ充電が失敗します。
- 固定電源でのテスト： ブートストラップ関連の問題を切り分けるために、一時的に外部の絶縁型10V電源をC108に直接接続してみてください（正極をVDDA、負極をVSSAに）。もしOUTAが出力し始めれば、問題は純粋にブートストラップの充電ロジックまたは電圧レベルにあると断定できます。
このチップでVDDAとVDDBにそれぞれ分離型の電源モジュールを使用した場合、100％デューティサイクルを実現できますか？
可能です。2つの絶縁電源モジュールをそれぞれUCC21520のVDDAとVDDBに給電することで、100％デューティ比の実現が完全に可能です。これは高側／低側ドライバ構成におけるこのチップの標準的な設計手法の一つです。
主な根拠と原理
- 公式設計によるサポート：UCC21520はデュアルチャネル絶縁ゲートドライバであり、独立したA・Bチャンネルの二次側電源領域（VDDA/VSSA、VDDB/VSSB）を内蔵しており、両チャンネルへの独立給電をサポートしています。データシートでは、デュアル高側／デュアル低側／ハーフブリッジ駆動への設定が明記されており、独立電源アーキテクチャに完全に対応しています。
- ブートストラップ方式との本質的差異：
- ブートストラップ回路では長期的に100％デューティ比を維持できない。なぜなら、ブートストラップコンデンサは低側が導通している間に充電する必要があり、高側のデューティ比が制限されるからです。
- 独立絶縁電源ではこのような制限がないため、各電源がそれぞれのチャンネルに安定して給電し、0％～100％のデューティ比で連続的に動作できます。
- ハードウェア絶縁による信頼性：2つの二次側電源領域間には1500 VDCの内部機能絶縁が備わっており、高いコモンモード電圧にも耐えられるため、高側／低側が同時に動作しても信頼性と信号の完全性が確保されます。
主な設計上のポイント
- 電源の選定：VDDA/VDDBの給電範囲は3 V～18 Vです。ゲートドライブ要件に合致するよう、出力リップルが小さく、過渡応答の速い絶縁電源モジュールを選択することを推奨します。
- バイパスコンデンサ：各電源には、低ESR／ESLのセラミックコンデンサ（推奨値：0.1 µF～1 µF）をVDDA-VSSA、VDDB-VSSBピンにできるだけ近接して配置し、寄生インダクタンスおよびノイズ干渉を低減してください。
- グラウンド接続とレイアウト：2系統の電源のGND（VSSA、VSSB）は一点接続とし、グラウンドループを回避します。PCBレイアウトでは対称性を保ち、ドライブループを最適化してEMIおよびスイッチングノイズを最小限に抑えてください。
- 入力制御：INA/INB入力は正しく設定し、デッドタイム回路の誤作動を防ぎ、各チャンネルの独立制御を確実にしてください。
実際の応用検証
TI公式フォーラムの事例によると、エンジニアが2系統の独立した12 V絶縁電源をVDDAおよびVDDBに供給することで、インバータにおいて100％デューティ比の出力を成功させ、この方式の実現可能性と安定性が確認されています。
まとめ
独立絶縁電源を用いてVDDAおよびVDDBに給電することで、UCC21520は制限なく100％デューティ比を実現可能となり、高側／低側ドライブやフルブリッジなどのトポロジーにおいて最適なソリューションとなります。これにより、ブートストラップ回路の持つデューティ比制限を完全に回避できます。