ハイサイドとローサイドの違い｜ハイサイドのゲート駆動が難しい理由と3つの解決策

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結論を先に言います。ハイサイドが難しいのは「ソース端子の電位がGNDではなく浮いているから」です。これだけ理解すれば、ブートストラップ回路も絶縁型ドライバも「なるほど、そういうことか」とスッと頭に入ります。

前回の記事で「絶縁型と非絶縁型ゲートドライバの違い」を解説しましたが、そもそも「なぜハイサイドだと特殊な回路が必要なのか」を理解しないと、選定の根っこが理解できません。今回はその大前提を、徹底的に図解します。

ハイサイドスイッチとローサイドスイッチ（ひとことで）

比べる点	ハイサイドスイッチ	ローサイドスイッチ
置き場所	電源（＋V）と負荷の間	負荷とGNDの間
OFFのときの負荷	負荷がGNDの電位になる（電圧がかからない）	負荷に電源の電圧が残る
駆動	ソースが浮くので工夫が要る（ブートストラップ・絶縁電源・Pch）	ソースがGNDなので簡単
よく使われる所	車の負荷（ボディがGND）、電源の入り切り	LED・リレー・ソレノイドの簡単な駆動
ドライバの呼び名	ハイサイドドライバ	ローサイドドライバ

ハーフブリッジでは、上の素子がハイサイド、下の素子がローサイドです。NchとPchの使い分けは、下の「解決策③」で比べています。

ハイサイド・ローサイドとは？位置の話

まずは言葉の意味から。これは難しい話ではありません。負荷（モーターやLEDなど）に対して、MOSFETが「上」にあるか「下」にあるか。それだけです。

水道管をイメージしてください。蛇口（=MOSFET）が、水を使う場所（=負荷）の上流にあるか下流にあるかの違いです。

上流（給水タンク側）に蛇口があるのが「ハイサイド」、下流（排水溝側）に蛇口があるのが「ローサイド」。どちらも水を止める機能は同じですが、蛇口を回す人の足場の高さが違うのです。これが後で重要になります。

NchMOSFETをONするには、ゲート（G）とソース（S）の間に十分な電圧（Vgs = 10V〜15V程度）をかける必要があります。これは絶対のルール。

ローサイド配置では、ソース（S）がGNDに直接つながっている。つまりソースの電位は常に0V。だからゲートに「12V」を入れれば、それがそのまま「Vgs = 12V」になる。

ゲートドライバ自体もシンプルで、安価な非絶縁型ICで十分対応できます。これが「ローサイドは初心者向け」と言われる所以です。

ハイサイド配置では、MOSFETのソース（S）がGNDではなく、負荷の上端につながっています。ここが運命の分かれ目です。

MOSFETの状態	ソースの電位	ゲートに必要な電圧
OFF時	約0V（負荷を通じてGNDへ落ちる）	12V でOK
ON時	電源電圧（例：48V）まで上がる	48V + 12V = 60V 必要！

これが衝撃の事実です。ハイサイドのMOSFETを完全にONさせるには、電源電圧よりも高い電圧をゲートに加えなければならないのです。

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ローサイドは「地面に立っている作業員」。地面（GND）から12cm上のスイッチを押すのは簡単です。

一方ハイサイドは「動くはしごの上の作業員」。はしごの高さが0mのときも10mのときも、常に「足元から12cm上」のスイッチを押し続けなければならない。地面の身長12cmではダメで、はしごが10mに上がったら身長10m12cmないと届かない。

これがハイサイド駆動の難しさです。ソース（=作業員の足元）が動くから、ゲート（=作業員の手）もそれに追従して動かないといけない。

最も多く使われる解決策がブートストラップ回路です。仕組みは「コンデンサに電気を貯めておいて、必要なときに足元から12V持ち上げる」というもの。

ブートストラップでは対応できない場面、つまり「常時ONが必要」「電圧が高すぎる（200V〜800V）」「安全規格対応が必須」の場合に登場するのが絶縁型ゲートドライバです。

発想の転換がポイント。ブートストラップは「足元から電圧を持ち上げる」発想ですが、絶縁型は「ハイサイドのソースを基準にした、独立した電源を最初から用意する」という発想です。

3つ目の解決策は、そもそもPch（PチャネルMOSFET）を使ってしまうこと。Pchはソースを電源側、ドレインを負荷側に置くため、Nchとは逆に「ソースが電源電圧に固定」されます。

そのためPchは「電源スイッチ」「負荷スイッチ」「数A以下のシンプルなON/OFF」といった、低電力・低周波の用途に限定されます。インバータやモーター駆動で使われることはほぼありません。

解決策	適した電力	電圧	代表用途
Pch MOSFET	小（〜数A）	〜30V	電源スイッチ・負荷制御
ブートストラップ	中〜大	12V〜100V	DC-DC・小型モータ
絶縁型ドライバ	大	100V〜800V	産業インバータ・EV