CN115118148A - 高侧晶体管的驱动电路、切换电路、dc/dc转换器的控制器 - Google Patents

高侧晶体管的驱动电路、切换电路、dc/dc转换器的控制器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高侧晶体管的驱动电路、切换电路、DC/DC转换器的控制器。本发明提供一种消减了消耗电力的驱动电路。脉冲产生器(410)响应输入信号(HIN)的第1边沿、第2边沿，分别产生固定时间内成为高电平的第1脉冲(Sp1)、第2脉冲(Sp2)。开漏电路(420)响应第1脉冲(Sp1)、第2脉冲(Sp2)，其第1输出节点(OUT1)、第2输出节点(OUT2)分别成为低电平。第1电流镜电路(430)使开漏电路(420)的第1输出节点(OUT1)中所流通的第1电流(I1)折返。第2电流镜电路(432)使开漏电路(420)的第2输出节点(OUT2)中所流通的第2电流(I2)折返。第1锁存电路(440)响应作为第1电流镜电路(430)的输出的第3电流(I3)、与作为第2电流镜电路(432)的输出的第4电流(I4)而状态变迁。

Description

高侧晶体管的驱动电路、切换电路、DC/DC转换器的控制器
技术领域
本发明涉及一种高侧晶体管的驱动电路。
背景技术
在DC/DC转换器、电力转换装置或马达驱动电路等各种应用中，使用包含功率晶体管及其驱动电路(栅极驱动电路)的切换电路。
图1是切换电路的电路图。切换电路100R具备高侧晶体管MH、低侧晶体管ML、高侧驱动电路200R、及低侧驱动电路110。
高侧晶体管MH设置在输入端子(或输入线)IN与切换端子(或切换线)VS之间，低侧晶体管ML设置在切换端子VS与接地端子GND之间。高侧驱动电路200R根据控制输入HIN来驱动高侧晶体管MH，低侧驱动电路110根据控制输入LIN来驱动低侧晶体管ML。
在高侧晶体管MH导通、低侧晶体管ML断开时，切换端子VS中产生输入电压VIN，在高侧晶体管MH断开、低侧晶体管ML导通时，切换端子VS中产生接地电压VGND(0V)。在高侧晶体管MH及低侧晶体管ML双方断开的期间，切换端子VS成为高阻抗。切换电路100R通过切换这三种状态来对未图示的负载供给电力。
作为高侧晶体管MH，有时使用N型(N通道)。为了使高侧晶体管MH接通，维持导通状态，需在其栅极源极间施加超出FET(Field Effect Transistor，场效应晶体管)的栅极阈值VGS(th)的电压。在高侧晶体管MH导通时，切换线VS的电压VS、即高侧晶体管MH的源极电压与输入电压VIN实质上相等，因此为了维持高侧晶体管MH的导通，需对高侧晶体管MH的栅极施加比VIN+VGS(th)高的栅极信号。
为了产生比输入电压VIN高的栅极信号而设置自举电路。自举电路包含自举电容C1及整流元件D1。自举电容C1设置在自举端子(或自举线)VB与切换端子VS之间。经由整流元件D1对自举端子VB施加直流电压VREG(＞VGS(th))。自举线VB成为高侧的电源线，切换线VS成为高侧的接地线(基准电位)。
在切换电压VS为低(0V)时，电容C1经由整流元件D1而充电，其两端间电压为ΔV＝VREG－Vf。Vf为整流元件D1的电压降。如果切换电压VS上升，那么自举端子VB的电压VB一边维持VB＝VS+ΔV一边上升。通过自举电路将VB端子与VS端子间的电位差保持为ΔV。
高侧驱动电路200R具备缓冲器(驱动器)210及电平移位电路220。对缓冲器210的上侧电源端子供给电压VB，对其下侧电源端子供给电压VS。缓冲器210将使VB为高电平、VS为低电平的栅极电压供给至高侧晶体管MH的栅极。
电平移位电路220将逻辑电平(VDD－0V)的二进制控制信号HIN转换成VB－VS的二进制中间信号LVSFTOUT。
[背景技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本专利特开2012-70333号公报
[专利文献2]日本专利特开2020-088842号公报
发明内容
[发明要解决的问题]
在高侧电源线的电压成为几十伏或几百伏的应用中，即使是少许的电流也会成为较大的消耗电力。因此期望在驱动电路中尽力削减稳态电流。
本发明是鉴于该课题而完成，其某一形态的例示性目的之一在于提供一种消减了消耗电力的驱动电路。
[解决问题的技术手段]
本发明的某一形态涉及一种N通道或NPN型的高侧晶体管的驱动电路。驱动电路具备：电平移位电路，将输入信号电平移位成使高侧电源线的电压为高电平、高侧接地线的电压为低电平的信号；及缓冲器，根据电平移位电路的输出而驱动高侧晶体管。电平移位电路具备：脉冲产生器，响应输入信号的第1边沿而产生固定时间内成为高电平的第1脉冲、及响应输入信号的第2边沿而产生固定时间内成为高电平的第2脉冲；开漏电路，响应第1脉冲，第1输出节点成为低电平，并响应第2脉冲，第2输出节点成为低电平；第1电流镜电路，其输入节点与开漏电路的第1输出节点连接，使开漏电路的第1输出节点中所流通的第1电流折返；第2电流镜电路，其输入节点与开漏电路的第2输出节点连接，使开漏电路的第2输出节点中所流通的第2电流折返；以及第1锁存电路，响应作为第1电流镜电路的输出的第3电流、与作为第2电流镜电路的输出的第4电流而状态变迁。
本发明的另一形态也还是一种驱动电路。该驱动电路具备：脉冲产生器，响应输入信号的第1边沿而产生固定时间内成为高电平的第1脉冲、及响应输入信号的第2边沿而产生固定时间内成为高电平的第2脉冲；作为高耐压元件的第1晶体管，在其栅极接收第1脉冲；作为高耐压元件的第2晶体管，在其栅极接收第2脉冲；第3晶体管，设置在第1晶体管的源极与接地间，其栅极以定电压偏压；第4晶体管，设置在第2晶体管的源极与接地间，其栅极以定电压偏压；第1电流镜电路，与高侧电源线连接，其输入节点与第1晶体管的漏极连接；第2电流镜电路，与高侧电源线连接，其输入节点与第2晶体管的漏极连接；第1逆变器，设置在高侧电源线与高侧接地线之间，其输入节点与第1电流镜电路的输出节点连接；以及第2逆变器，设置在高侧电源线与高侧接地线之间，其输入节点与第2电流镜电路的输出节点及第1逆变器的输出节点连接，其输出节点与第1逆变器的输入节点连接。
此外，将以上的构成要素任意组合所得的构成、以及将本发明的构成要素或表达在方法、装置、系统等之间相互替换所得的构成，仍作为本发明的形态而有效。
[发明的效果]
根据本发明的某一形态，可减少高侧晶体管的驱动电路中的高耐压元件的个数。
附图说明
图1是切换电路的电路图。
图2是实施方式1的切换电路的电路图。
图3是图2的切换电路的动作波形图。
图4是表示图2的切换电路的构成例的电路图。
图5是实施方式2的电平移位电路的电路图。
图6是实施方式3的切换电路的电路图。
图7是表示图6的电平移位电路的具体构成例的电路图。
图8是DC/DC转换器的控制器的电路图。
图9是具备驱动电路的逆变器装置的电路图。
具体实施方式
(实施方式的概要)
对本发明的若干例示性实施方式的概要进行说明。该概要是作为下述详细说明的引子，以实施方式的基本理解为目的，将一个或多个实施方式的若干概念简化说明，并非限定发明或揭示的广度。另外，该概要并非可考虑的所有实施方式的总括概要，并不限定实施方式的不可或缺的构成要素。为方便起见，“一实施方式”有时用作指本说明书中揭示的一个实施方式(实施例或变化例)或多个实施方式(实施例或变化例)。
一实施方式的驱动电路是将N通道或NPN型的高侧晶体管作为驱动对象，该驱动电路具备：电平移位电路，将输入信号电平移位成使高侧电源线的电压为高电平、高侧接地线的电压为低电平的信号；及缓冲器，根据电平移位电路的输出来驱动高侧晶体管。电平移位电路具备：脉冲产生器，响应输入信号的第1边沿而产生固定时间内成为高电平的第1脉冲、及响应输入信号的第2边沿而产生固定时间内成为高电平的第2脉冲；开漏电路，响应第1脉冲，第1输出节点成为低电平，并响应第2脉冲，第2输出节点成为低电平；第1电流镜电路，其输入节点与开漏电路的第1输出节点连接，使开漏电路的第1输出节点中所流通的第1电流折返；第2电流镜电路，其输入节点与开漏电路的第2输出节点连接，使开漏电路的第2输出节点中所流通的第2电流折返；以及第1锁存电路，响应作为第1电流镜电路的输出的第3电流、与作为第2电流镜电路的输出的第4电流而状态变迁。
该构成中，根据输入信号的边沿而产生脉冲信号，根据脉冲信号而使锁存的状态变迁，因此不流通稳态电流，从而可削减消耗电流。
一实施方式中，开漏电路也可包含：作为高耐压元件的第1晶体管，其栅极接收第1脉冲，其漏极与第1输出节点连接；以及作为高耐压元件的第2晶体管，其栅极接收第2脉冲，其漏极与第2输出节点连接。该构成中，第1晶体管与第2晶体管这两个成为高耐压元件，其余为低耐压元件即可，所以可减小芯片面积。
一实施方式中，开漏电路也可还包含：第3晶体管，设置在第1晶体管的源极与接地间，其栅极以定电压偏压；以及第4晶体管，设置在第2晶体管的源极与接地间，其栅极以定电压偏压。该构成中，根据第3晶体管及第4晶体管的尺寸，可规定第1电流及第2电流的电流量，进而可规定第3电流及第4电流的电流量。换句话说，在能够使第1锁存电路确实地状态变迁的范围内，可将第1电流及第2电流设计得尽可能小，从而可削减电路电流。
一实施方式中，也可以为，第1锁存电路包含交叉耦合的第1逆变器及第2逆变器。也可以为，第3晶体管及第4晶体管具有与第1逆变器及第2逆变器各自的低侧晶体管相同或比它大的尺寸。由此，可使第1锁存电路确实地状态变迁。
一实施方式中，也可以为，驱动电路还具备辅助电路，所述辅助电路响应高侧电源线的电压的上升而对第1晶体管的漏极供给第1辅助电流，并对第2晶体管的漏极供给第2辅助电流。由此，可使在高侧电源线上升时诱发的第3电流、第4电流减小，从而可防止第1锁存电路的误动作。
一实施方式中，也可以为，辅助电路包含电容元件、及设置在电容元件与高侧电源线之间的阻抗电路，对应于阻抗电路的电压降而产生第1辅助电流及第2辅助电流。可由电容元件检测出高侧电源线的电压的上升。
一实施方式中，也可以为，电容元件包含第5晶体管，所述第5晶体管是与第1晶体管及第2晶体管相同类型的高耐压元件，且栅极源极间被连接。通过利用作为第1晶体管及第2晶体管的寄生电容的复制品的第5晶体管的寄生电容，可产生与第1晶体管及第2晶体管的漏极电压的变动滞后相应的辅助电流。
一实施方式中，也可以为，辅助电路还包含：第6晶体管，设置在高侧电源线与第1晶体管的漏极之间，在其栅极源极间接收阻抗电路的电压降；以及第7晶体管，设置在高侧电源线与第2晶体管的漏极之间，在其栅极源极间接收阻抗电路的电压降。
一实施方式中，也可以为，驱动电路还包含将第1锁存电路的输出锁存的第2锁存电路。
一实施方式中，第2锁存电路，第2锁存电路包含：第3逆变器，接收第1锁存电路的第1输出；第4逆变器，接收第1锁存电路的第2输出；第8晶体管，设置在第3逆变器与高侧接地线之间，其栅极与第4逆变器的输出节点连接；以及第9晶体管，设置在第4逆变器与高侧接地线之间，其栅极与第3逆变器的输出节点连接。
一实施方式的驱动电路是将N通道或NPN型的高侧晶体管作为驱动对象。该驱动电路具备：脉冲产生器，响应输入信号的第1边沿而产生固定时间内成为高电平的第1脉冲、及响应输入信号的第2边沿而产生固定时间内成为高电平的第2脉冲；作为高耐压元件的第1晶体管，在其栅极接收第1脉冲；作为高耐压元件的第2晶体管，在其栅极接收第2脉冲；第3晶体管，设置在第1晶体管的源极与接地间，其栅极以定电压偏压；第4晶体管，设置在第2晶体管的源极与接地间，其栅极以定电压偏压；第1电流镜电路，与高侧电源线连接，其输入节点与第1晶体管的漏极连接；第2电流镜电路，与高侧电源线连接，其输入节点与第2晶体管的漏极连接；第1逆变器，设置在高侧电源线与高侧接地线之间，其输入节点与第1电流镜电路的输出节点连接；以及第2逆变器，设置在高侧电源线与高侧接地线之间，其输入节点与第2电流镜电路的输出节点及第1逆变器的输出节点连接，其输出节点与第1逆变器的输入节点连接。
一实施方式中，也可以为，驱动电路还具备：作为高耐压元件的第5晶体管，其栅极及源极接地；阻抗元件，设置在第5晶体管的漏极与高侧电源线之间；第6晶体管，设置在高侧电源线与第1晶体管的漏极之间，在其栅极连接有阻抗元件的低电位侧的节点；以及第7晶体管，设置在高侧电源线与第2晶体管的漏极之间，在其栅极连接有阻抗元件的低电位侧的节点。
一实施方式中，也可以为，驱动电路被一体集成化在一个半导体基板。“一体集成化”包含将电路的构成要素全部形成在半导体基板上的情况、及将电路的主要构成要素一体集成化的情况，也可以将一部分电阻或电容等设置在半导体基板的外部，以便调节电路常数。通过将电路集成化在一个芯片上而可削减电路面积，并且可将电路元件的特性均匀地保持。
(实施方式)
以下，一边参照附图一边对实施方式进行说明。对于各附图中所示之相同或同等的构成要素、部件、及处理，标注相同的符号，适当省略重复的说明。另外，实施方式是例示而并非限定发明，实施方式中记述的所有特征及其组合未必为发明的本质。
本说明书中，所谓“部件A与部件B连接的状态”，除将部件A与部件B物理性直接连接的情况外，也包含将部件A与部件B经由不会对它们的电连接状态造成实质性影响、或不会损及由它们的结合而发挥的功能或效果的其它部件而间接连接的情况。
同样地，所谓“部件C设置在部件A与部件B之间的状态”，除将部件A与部件C、或部件B与部件C直接连接的情况外，也包含经由不会对它们的电连接状态造成实质性影响、或不会损及由它们的结合而发挥的功能或效果的其它部件而间接连接的情况。
另外，所谓“信号A(电压、电流)对应于信号B(电压、电流)”，是指信号A与信号B具有关联，具体而言，是指(i)信号A是信号B的情况；(ii)信号A与信号B成比例的情况；(iii)信号A是将信号B进行电平移位所得的情况；(iv)信号A是将信号B放大所得的情况；(v)信号A是将信号B反转所得的情况；(vi)或以上所述情况的任意组合等。对于业者可理解，“对应”的范围是根据信号A、B的种类、用途而定。
(实施方式1)
图2是实施方式1的切换电路100的电路图。切换电路100具备输入(VIN)引脚、自举(VB)引脚、切换(VS)引脚、及接地(GND)引脚。以下的说明中，将引脚也称为端子或线。
切换电路100是具备高侧晶体管MH、低侧晶体管ML、高侧驱动电路300及低侧驱动电路110，且将它们集成化为半导体芯片的IC(Integrated Circuit，集成电路)。
高侧晶体管MH是N通道或NPN型，设置在VIN引脚与VS引脚之间。低侧晶体管ML的类型与高侧晶体管MH相同，设置在VS引脚与GND引脚之间。与图1同样地，切换电路100通过所谓自举电路而在高侧电源线(自举线)VB产生比输入电压VIN高的高电平电压(VB)。将由未图示的调节器电路产生的内部电压VREG经由二极管D1施加至自举线VB。当自外部电源供给已稳定化成适当的电压电平的直流电压的情况下，省略调节器电路。
低侧驱动电路110根据控制信号LIN而驱动低侧晶体管ML。
高侧驱动电路300根据控制信号HIN而驱动高侧晶体管MH。高侧驱动电路(以下，也简称为驱动电路)300具备缓冲器(驱动器)310及电平移位电路400。
电平移位电路400将使GND引脚的电压为低电平、电源电压VCC为高电平的逻辑电平的输入信号HIN转换成使自举线VB的电压VB为高电平、切换线VS的电压VS为低电平的中间信号LVSFTOUT。缓冲器310根据电平移位电路400的输出LVSFTOUT而驱动高侧晶体管MH。
电平移位电路400具备脉冲产生器410、开漏电路420、第1电流镜电路430、第2电流镜电路432、第1锁存电路440、及输出电路450。
脉冲产生器410响应输入信号HIN的第1边沿(例如正边沿)而产生固定时间内成为高电平的第1脉冲Sp1、及响应输入信号HIN的第2边沿(例如负边沿)而产生固定时间内成为高电平的第2脉冲Sp2。
开漏电路420具有第1输出节点OUT1、及第2输出节点OUT2。开漏电路420响应第1脉冲Sp1的断言(assert)(高)而在第1输出节点OUT1产生低电平，并响应第2脉冲Sp2的断言(高)而在第2输出节点OUT2产生低电平。
第1电流镜电路430及第2电流镜电路432与自举线VB连接。第1电流镜电路430的输入节点IN与开漏电路420的第1输出节点OUT1连接，第1电流镜电路430使开漏电路420的第1输出节点OUT1中所流通的第1电流I1折返。将第1电流镜电路430的输出电流称为第3电流I3。
第2电流镜电路432的输入节点IN与开漏电路420的第2输出节点OUT2连接，第2电流镜电路432使开漏电路420的第2输出节点OUT2中所流通的第2电流I2折返。将第2电流镜电路432的输出电流称为第4电流I4。
第1锁存电路440设置在自举线VB与切换线VS之间。第1锁存电路440响应来自第1电流镜电路430的第3电流I3、及来自第2电流镜电路432的第4电流I4而状态变迁。具体而言，如果供给第3电流I3，那么第1锁存电路440变迁为第1状态(Q＝H)，如果供给第4电流I4，那么第1锁存电路440变迁为第2状态(Q＝L)。
电平移位电路400输出对应于第1锁存电路440的状态的信号LVSFTOUT。在第1锁存电路440的后段，也可设置包含触发器或缓冲器等的输出电路450。在缓冲器310的输入阻抗充分高的情况下，也可省略输出电路450。
以上是切换电路100的构成。接下来说明它的动作。图3是图2的切换电路100的动作波形图。
在时刻t0之前，输入信号HIN为低，第1锁存电路440为第2状态(Q＝L)，电平移位电路400的输出LVSFTOUT也为低(＝VS)。
在时刻t0，如果输入信号HIN变迁为高，那么脉冲产生器410输出在特定时间τ的期间成为高电平的第1脉冲Sp1。响应该第1脉冲Sp1，在开漏电路420的第1输出节点OUT1流通第1电流I1，并且利用第1电流镜电路430使所述电流折返，将第3电流I3输入至第1锁存电路440。由此，第1锁存电路440变迁为第1状态(Q＝H)。其结果，电平移位电路400的输出LVSFTOUT也变迁为高。
在时刻t1，如果输入信号HIN变迁为低，那么脉冲产生器410输出在特定时间τ的期间成为高电平的第2脉冲Sp2。响应第2脉冲Sp2，在开漏电路420的第2输出节点OUT2流通第2电流I2，并且利用第2电流镜电路432使所述电流折返，将第4电流I4输入至第1锁存电路440。由此，第1锁存电路440变迁为第2状态(Q＝L)。其结果，电平移位电路400的输出LVSFTOUT变迁为低。
以上是切换电路100的动作。根据该切换电路100，基于输入信号HIN的边沿而产生脉冲信号Sp1、Sp2，基于脉冲信号Sp1、Sp2而将间断性脉冲的第3电流I3、第4电流I4供给至第1锁存电路440，使第1锁存电路440的状态变迁。第1锁存电路440的状态确定后不会流通稳态电流，所以可削减消耗电流。
另外，供给至第1锁存电路440的电流I3、I4可根据开漏电路420的输出阻抗(也就是电流I1、I2的电流量)、及第1电流镜电路430、第2电流镜电路432的镜比率(电流放大率)而设计。因此，通过以可使第1锁存电路440的状态确实变迁的方式规定脉冲电流I3、I4的电流量，可使电路动作稳定。
接下来说明电平移位电路400的具体构成例。图4是表示图2的切换电路100的构成例的电路图。
脉冲产生器410的构成并不特别限定，例如包含边沿检测电路412、及缓冲器414、416。边沿检测电路412响应输入信号HIN的第1边沿而产生固定时间内成为高电平的边沿检测信号HIN_Edge1，并响应输入信号HIN的第2边沿而产生固定时间内成为高电平的边沿检测信号HIN_Edge2。边沿检测电路412可使用公知技术，例如可由延迟电路与逻辑栅极的组合而构成。两个边沿检测信号HIN_Edge1、HIN_Edge2经由缓冲器414、416而输出。
开漏电路420包含第1晶体管M1及第2晶体管M2。第1晶体管M1及第2晶体管M2是高耐压元件。作为高耐压元件，宜为DMOS(Double-Diffused MOS，双重扩散场效晶体管)构造的晶体管，但也可使用具有其它构造的晶体管，例如HVMOS(High Voltage MOSFET，高压场效晶体管)、LDMOS(Lateral Diffusion MOSFET，横向扩散场效晶体管)、IGBT(InsulatedGate Bipolar Transistor，绝缘栅双极晶体管)、SiC(Silicon Carbide，碳化硅)-JFET(Junction Field-Effect Transistor，结型场效晶体管)、及SIC-MOSFET(碳化硅场效晶体管)等。关于未特别明确记载为高耐压元件的其它晶体管，是具有通常耐压的MOSFET。
对第1晶体管M1的栅极输入第1脉冲Sp1，其源极接地，其漏极是开漏电路420的第1输出节点OUT1。对第2晶体管M2的栅极输入第2脉冲Sp2，其源极接地，其漏极是开漏电路420的第2输出节点OUT2。
对第1晶体管M1的栅极输入第1脉冲Sp1，其源极接地。对第2晶体管M2的栅极输入第2脉冲Sp2，其源极接地。
第1电流镜电路430是由将栅极共同连接的成对的PMOS晶体管MP11、MP12而构成。在PMOS晶体管MP11、MP12的栅极源极间也可设置电阻R1。
第2电流镜电路432是由将栅极共同连接的成对的PMOS晶体管MP21、MP22而构成。在PMOS晶体管MP21、MP22的栅极源极间也可设置电阻R2。
第1二极管D21设置在第1电流镜电路430的输入节点即PMOS晶体管MP11的漏极、与切换线VS之间。由第1二极管D21可将第1电流镜电路430的输入节点的电位以VS－Vf为下限而钳位，从而可防止对第1电流镜电路430施加过电压。同样地，第2二极管D22设置在第2电流镜电路432的输入节点即PMOS晶体管MP21的漏极、与切换线VS之间。由第2二极管D22可将第2电流镜电路432的输入节点的电位以VS－Vf为下限而钳位，从而可防止对第2电流镜电路432施加过电压。
第1锁存电路440包含交叉耦合的第1逆变器INV1及第2逆变器INV2。具体而言，第1逆变器INV1的输入节点与第2逆变器INV2的输出节点连接，第1逆变器INV1的输出节点与第2逆变器INV2的输入节点连接。
第1逆变器INV1的输入节点与第1电流镜电路430的输出节点连接。如果流通第3电流I3，那么以第1逆变器INV1的输入节点成为高电平的方式发挥作用，第1逆变器INV1的输出节点变迁为低电平。因为第1逆变器INV1的输出节点与第2逆变器INV2的输入节点连接，因此，以第2逆变器INV2的输出节点成为高电平的方式进行反馈。以此方式将第1锁存电路440以第1状态被锁存。
另外，第2逆变器INV2的输入节点与第2电流镜电路432的输出节点连接。如果流通第4电流I4，那么以第2逆变器INV2的输入节点成为高电平的方式发挥作用，第2逆变器INV2的输出节点变迁为低电平。因为第2逆变器INV2的输出节点与第1逆变器INV1的输入节点连接，因此，以第1逆变器INV1的输出节点成为低电平的方式进行反馈。以此方式将第1锁存电路440以第2状态被锁存。
本例中，输出电路450包含第2锁存电路452。第2锁存电路452包含第3逆变器INV3、第4逆变器INV4、第8晶体管M8、及第9晶体管M9。第3逆变器INV3接收第1锁存电路440的第1输出(例如非反转输出)Q。第4逆变器INV4接收第1锁存电路440的第2输出(例如反转输出)QB。第8晶体管M8设置在第3逆变器INV3与切换线VS之间，其栅极与第4逆变器INV4的输出节点连接。第9晶体管M9设置在第4逆变器INV4与切换线VS之间，其栅极与第3逆变器INV3的输出节点连接。
通过在第1锁存电路440的后段插入第2锁存电路452，可确实控制高侧晶体管MH的导通、断开状态。
缓冲器310将电平移位电路400的输出LVSFTOUT反转，并施加至高侧晶体管MH的栅极。
(实施方式2)
图5是实施方式2的电平移位电路400A的电路图。除第1晶体管M1、第2晶体管M2之外，开漏电路420还具备第3晶体管M3、第4晶体管M4。
第3晶体管M3是NMOS晶体管，设置在第1晶体管M1的源极与接地之间。第4晶体管M4是NMOS晶体管，设置在第2晶体管M2的源极与接地之间。第3晶体管M3及第4晶体管M4的栅极以定电压(例如电源电压Vcc)偏压。
关于开漏电路420以外的区块，也可与图4同样地构成。
该构成中，根据第3晶体管M3及第4晶体管M4的尺寸而决定第1电流I1的路径的阻抗及第2电流I2的路径的阻抗，所以可规定第1电流I1及第2电流I2的电流量，进一步可规定第3电流I3及第4电流I4的电流量。换句话说，在能够使第1锁存电路440确实地状态变迁的范围，可将第1电流I1及第2电流I2尽可能小地设计，从而可削减电路电流。
也可将第1电流镜电路430的传输比(I3/I1)及第2电流镜电路432的传输比(I4/I2)分别设计为1。该情况下，第3晶体管M3及第4晶体管M4的尺寸只要设为与第1逆变器INV1及第2逆变器INV2各自的低侧的NMOS晶体管相同或比它大的尺寸即可。由此，通过第3电流I3及第4电流I4能够使第1锁存电路440确实地状态变迁。
(实施方式3)
图6是实施方式3的切换电路100B的电路图。驱动电路300B的电平移位电路400B除具备图2的电平移位电路400外，还具备辅助电路460。
在由DMOS晶体管之类的高耐压元件构成第1晶体管M1及第2晶体管M2的情况下，在第1晶体管M1的漏极与接地之间、以及第2晶体管M2的漏极与接地之间可存在寄生电容Cp1、Cp2。这些寄生电容Cp1、Cp2对第1锁存电路440的状态造成不良影响。
具体而言，在自举线VB的电压VB上升时，随之，第1晶体管M1及第2晶体管M2的漏极电压应上升，但如果寄生电容Cp1、Cp2较大，那么上升滞后。这样一来，为了使寄生电容Cp1的电压上升，自第1电流镜电路430流入第1电流I1，诱发第3电流I3。另外，为了使寄生电容Cp2的电压上升，自第2电流镜电路432流入第2电流I2，诱发第4电流I4。如果第3电流I3与第4电流I4存在失衡，那么会导致第1锁存电路440误动作。
辅助电路460是为了降低寄生电容Cp1、Cp2的影响而设置。辅助电路460响应自举线VB(高侧电源线)的电压VB的上升，对第1晶体管M1的漏极、即寄生电容Cp1供给第1辅助电流Ia1，并对第2晶体管M2的漏极、即寄生电容Cp2供给第2辅助电流Ip2。
对驱动电路300B的动作进行说明。如果自举线VB(高侧电源线)的电压VB上升，那么辅助电路460产生第1辅助电流Ia1、第2辅助电流Ia2。
将第1辅助电流Ia1与第1电流镜电路430的输入节点中所流通的第1电流I1一起供给至第1晶体管M1的寄生电容Cp1，使第1晶体管M1的漏极电压上升。即，与不存在第1辅助电流Ia1的情况相比，第1电流镜电路430中所流通的第1电流I1减少了相当于Ia1的量。由此，可减少第3电流I3。
同样地，将辅助电流Ia2与第2电流镜电路432的输入节点中所流通的第2电流I2一起供给至第2晶体管M2的寄生电容Cp2，使第2晶体管M2的漏极电压上升。即，与不存在辅助电流Ia2的情况相比，第2电流镜电路432中所流通的第2电流I2减少了相当于Ia2的量。由此，可减少第4电流I4。
这样，通过追加辅助电路460，在自举线VB的电压VB上升时，可使供给至第1锁存电路440的电流I3、I4减少，从而可防止第1锁存电路440误动作。
图7是表示图6的电平移位电路400B的具体构成例的电路图。
辅助电路460包含电容元件C3、阻抗电路462、第6晶体管M6、及第7晶体管M7。阻抗电路462与电容元件C3串联设置在自举线(高侧电源线)VB与低侧的接地之间。
电容元件C3可由与第1晶体管M1及第2晶体管M2相同类型的高耐压元件的第5晶体管M5的寄生电容而构成。第5晶体管M5的栅极源极间被接线，从而被固定为断开状态。
在自举线VB的电压VB上升时，电容元件C3的电压(即第5晶体管M5的漏极电压)滞后而变化，阻抗电路462的两端间电压(电压降)增大。
辅助电路460根据阻抗电路462的电压降而产生第1辅助电流Ia1及第2辅助电流Ia2。并不限于此，阻抗电路462包含电阻R3及二极管D3。也可省略二极管D3，另外，也可使用适当偏压的晶体管代替电阻R3。
第6晶体管M6是P通道MOSFET，设置在自举线VB与第1晶体管M1的漏极之间，在其栅极源极间接收阻抗电路462的电压降。第7晶体管M7是P通道MOSFET，设置在自举线VB与第2晶体管M2的漏极之间，在其栅极源极间接收阻抗电路462的电压降。
对图7的辅助电路460的动作进行说明。第5晶体管M5是与第1晶体管M1、第2晶体管M2相同的高耐压元件，其寄生电容C3成为寄生电容Cp1、Cp2的复制品。如果自举线VB的电压VB急剧上升，那么由该寄生电容C3而使第5晶体管M5的漏极电压的变化滞后，在阻抗电路462(电阻R3)产生较大的电压降，第6晶体管M6、第7晶体管M7的栅极源极间电压增大。由此，第6晶体管M6、第7晶体管M7中流通辅助电流Ia1、Ia2。
从图7的构成中省略了第3晶体管M3、第4晶体管M4的构成、或在图4的构成中追加了辅助电路460的构成成为本发明的一形态。
(用途)
接下来说明驱动电路300的用途。驱动电路300可用于DC/DC转换器。图8是DC/DC转换器600的控制器500的电路图。DC/DC转换器600是同步整流型的降压(Buck)转换器，除控制器500外，还具备电容C1、C2及电感L1。
控制器500具备高侧晶体管MH、低侧晶体管ML、脉冲调制器510、低侧驱动电路520及驱动电路(高侧驱动电路)300。脉冲调制器510以DC/DC转换器600的输出(输出电压、输出电流、或负载的状态)接近目标的方式产生脉冲信号HIN、LIN。例如脉冲调制器510可使输出电压VOUT接近目标电压VREF(定电压控制)，也可使输出电流IOUT接近目标电流IREF(定电流控制)。
高侧驱动电路300根据脉冲信号HIN而驱动N通道或NPN型的高侧晶体管MH。另外，低侧驱动电路520根据脉冲信号LIN而驱动低侧晶体管ML。
驱动电路300可用于逆变器装置。图9是具备驱动电路300的逆变器装置700的电路图。逆变器装置700具备三相逆变器710、及U相、V相、W相的驱动电路720U、720V、720W。三相逆变器710具有高侧晶体管MHU、MHV、MHW及低侧晶体管MLU、MLV、MLW。驱动电路720#(#＝U、V、W)包含高侧驱动电路300与低侧驱动电路730。
以上，根据实施方式对本发明进行了说明。该实施方式为例示，业者可理解，对于所述各构成要素或各处理过程的组合能够有各种变化例，而且这样的变化例也属于本发明的范围。以下，对这样的变化例进行说明。
(第1变化例)
实施方式中将高侧晶体管MH作为N通道MOSFET进行了说明，但也可为NPN型双极晶体管，也可为IGBT。该情况下，只要将栅极、源极、漏极改称为基极、射极、漏极即可。
(第2变化例)
实施方式中，对将高侧晶体管MH与驱动电路300集成化在相同的IC的情况进行了说明，但并不限于此，高侧晶体管MH也可为分立零件。
(第3变化例)
在图8的DC/DC转换器600中，也可将低侧晶体管ML替换为二极管。另外，DC/DC转换器600的拓扑结构并不限定于降压型，也可为具备高侧晶体管的其它形式。
(第4变化例)
切换电路100的用途并不限定于DC/DC转换器或逆变器装置。例如切换电路100也能够应用于双向转换器、电池的充电电路、音频用D级放大器。
(第5变化例)
实施方式中，对高侧电源线为自举线、高侧接地线为切换线、且它们的电压摆动的构成进行了说明，但本发明或本发明的应用并不限于此，也可应用于高侧电源线及高侧接地线的电压稳定的电路。该情况下，可省略辅助电路460。
实施方式只不过表示本发明的原理、应用，对于实施方式，在不脱离权利要求书规定的本发明的思想的范围，允许多种变化例或配置的变更。
[符号的说明]
100 切换电路
MH 高侧晶体管
ML 低侧晶体管
300 驱动电路
310 缓冲器
400 电平移位电路
410 脉冲产生器
412 边沿检测电路
414,416 缓冲器
420 开漏电路
M1 第1晶体管
M2 第2晶体管
M3 第3晶体管
M4 第4晶体管
430 第1电流镜电路
432 第2电流镜电路
440 第1锁存电路
INV1 第1逆变器
INV2 第2逆变器
450 输出电路
452 第2锁存电路
INV3 第3逆变器
INV4 第4逆变器
M8 第8晶体管
M9 第9晶体管
460 辅助电路
462 阻抗电路
M5 第5晶体管
M6 第6晶体管
M7 第7晶体管
500 控制器
510 脉冲调制器
520 低侧驱动电路
600 DC/DC转换器
700 逆变器装置。

Claims (14)

1.一种驱动电路，是N通道或NPN型的高侧晶体管的驱动电路，
具备电平移位电路，所述电平移位电路将输入信号电平移位成使高侧电源线的电压为高电平、高侧接地线的电压为低电平的信号，
所述电平移位电路具备：
脉冲产生器，响应所述输入信号的第1边沿而产生固定时间内成为高电平的第1脉冲、及响应所述输入信号的第2边沿而产生固定时间内成为高电平的第2脉冲；
开漏电路，响应所述第1脉冲，第1输出节点成为低电平，并响应所述第2脉冲，第2输出节点成为低电平；
第1电流镜电路，其输入节点与所述开漏电路的所述第1输出节点连接，使所述开漏电路的所述第1输出节点中所流通的第1电流折返；
第2电流镜电路，其输入节点与所述开漏电路的所述第2输出节点连接，使所述开漏电路的所述第2输出节点中所流通的第2电流折返；以及
第1锁存电路，响应作为所述第1电流镜电路的输出的第3电流、与作为所述第2电流镜电路的输出的第4电流而状态变迁。
2.根据权利要求1所述的驱动电路，其中
所述开漏电路包含：
作为高耐压元件的第1晶体管，在其栅极接收所述第1脉冲，其漏极与所述第1输出节点连接；以及
作为高耐压元件的第2晶体管，在其栅极接收所述第2脉冲，其漏极与所述第2输出节点连接。
3.根据权利要求2所述的驱动电路，其中
所述开漏电路还包含：
第3晶体管，设置在所述第1晶体管的源极与接地间，其栅极以定电压偏压；以及
第4晶体管，设置在所述第2晶体管的源极与接地间，其栅极以定电压偏压。
4.根据权利要求3所述的驱动电路，其中
所述第1锁存电路包含交叉耦合的第1逆变器及第2逆变器，
所述第3晶体管及所述第4晶体管具有与所述第1逆变器及所述第2逆变器各自的低侧晶体管相同或比它大的尺寸。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的驱动电路，还具备辅助电路，所述辅助电路响应所述高侧电源线的电压的上升而对所述第1晶体管的所述漏极供给第1辅助电流，并对所述第2晶体管的所述漏极供给第2辅助电流。
6.根据权利要求5所述的驱动电路，其中
所述辅助电路包含：
第5晶体管，是与所述第1晶体管及所述第2晶体管相同类型的高耐压元件，源极直接或间接接地，栅极被施加偏压；以及
阻抗电路，设置在所述第5晶体管的漏极与所述高侧电源线之间；且
对应于所述阻抗电路的电压降而产生所述第1辅助电流及所述第2辅助电流。
7.根据权利要求6所述的驱动电路，其中
所述辅助电路还包含：
第6晶体管，设置在所述高侧电源线与所述第1晶体管的所述漏极之间，在其栅极源极间接收所述阻抗电路的所述电压降；以及
第7晶体管，设置在所述高侧电源线与所述第2晶体管的所述漏极之间，在其栅极源极间接收所述阻抗电路的所述电压降。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的驱动电路，其中
所述驱动电路还包含将所述第1锁存电路的输出锁存的第2锁存电路。
9.根据权利要求8所述的驱动电路，其中
所述第2锁存电路包含：
第3逆变器，接收所述第1锁存电路的第1输出；
第4逆变器，接收所述第1锁存电路的第2输出；
第8晶体管，设置在所述第3逆变器与所述高侧接地线之间，其栅极与所述第4逆变器的输出节点连接；以及
第9晶体管，设置在所述第4逆变器与所述高侧接地线之间，其栅极与所述第3逆变器的输出节点连接。
10.一种驱动电路，是N通道或NPN型的高侧晶体管的驱动电路，具备：
脉冲产生器，响应输入信号的第1边沿而产生固定时间内成为高电平的第1脉冲、以及响应所述输入信号的第2边沿而产生固定时间内成为高电平的第2脉冲；
作为高耐压元件的第1晶体管，在其栅极接收所述第1脉冲；
作为高耐压元件的第2晶体管，在其栅极接收所述第2脉冲；
第3晶体管，设置在所述第1晶体管的源极与接地间，其栅极以定电压偏压；
第4晶体管，设置在所述第2晶体管的源极与接地间，其栅极以定电压偏压；
第1电流镜电路，与高侧电源线连接，其输入节点与所述第1晶体管的漏极连接；
第2电流镜电路，与所述高侧电源线连接，其输入节点与所述第2晶体管的所述漏极连接；
第1逆变器，设置在所述高侧电源线与高侧接地线之间，其输入节点与所述第1电流镜电路的输出节点连接；以及
第2逆变器，设置在所述高侧电源线与所述高侧接地线之间，其输入节点与所述第2电流镜电路的输出节点及所述第1逆变器的输出节点连接，其输出节点与所述第1逆变器的输入节点连接。
11.根据权利要求10所述的驱动电路，还具备：
作为高耐压元件的第5晶体管，其栅极及源极接地；
阻抗元件，设置在所述第5晶体管的漏极与所述高侧电源线之间；
第6晶体管，设置在所述高侧电源线与所述第1晶体管的所述漏极之间，在其栅极连接有所述阻抗元件的低电位侧的节点；以及
第7晶体管，设置在所述高侧电源线与所述第2晶体管的所述漏极之间，在其栅极连接有所述阻抗元件的低电位侧的节点。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的驱动电路，其被一体集成化在一个半导体基板。
13.一种切换电路，具备：
高侧晶体管，设置在输入线与切换线之间；
低侧晶体管，设置在所述切换线与接地线之间；以及
权利要求1至12中任一项所述的驱动电路，驱动所述高侧晶体管。
14.一种控制器，是DC/DC转换器的控制器，具备：
脉冲调制器，以所述DC/DC转换器的输出接近目标的方式产生脉冲信号；以及
权利要求1至12中任一项所述的驱动电路，根据所述脉冲信号而驱动N通道或NPN型的高侧晶体管。
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