JP2000308367A - 半導体装置及びインバータ装置 - Google Patents

半導体装置及びインバータ装置

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JP2000308367A
JP2000308367A JP11110836A JP11083699A JP2000308367A JP 2000308367 A JP2000308367 A JP 2000308367A JP 11110836 A JP11110836 A JP 11110836A JP 11083699 A JP11083699 A JP 11083699A JP 2000308367 A JP2000308367 A JP 2000308367A
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Yasunori Kurihara
康範 栗原
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電源に急激な変動が生じても、期待通りに動
作することを可能にする半導体装置及びインバータ装置
を得る。 【解決手段】 電位差変動検出回路Yは、第1電位VB
と第2電位VAとの間に互いに直列に接続された第1直
流短絡素子B1及び交流短絡素子A1、入力端子が第1
直流短絡素子B1と交流短絡素子A1との間に接続さ
れ、第1制御信号OS1を出力する第1インバータG1
を含む。能動回路X1は、第1電位VBと第2電位VA
との電位差によって駆動し、第2制御信号OS2を出力
する。受動回路X2は第2制御信号OS2によって制御
される。信号伝搬阻止回路X3は第1制御信号OS1
が”H”のとき、能動回路X1から受動回路X2へ第2
制御信号OS2の立ち上がりが伝搬するのを阻止する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、負荷(例えばモー
タ)を駆動するためのインバータ装置及び例えばインバ
ータ装置に適用される半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の半導体装置の一例としてレベルシ
フト回路を用いて説明する。レベルシフト回路は、例え
ば、インバータ装置に適用され、外部からの制御信号の
立ち上がりや立ち下がりに応じてレベルが設定された信
号を出力する。
【0003】図12は従来のレベルシフト回路の回路図
である。図12のレベルシフト回路の動作について図1
3を用いて説明すると、要するに、能動回路X1は反転
増幅回路であり、時刻t0から時刻t4に示すように、
信号Sa,Sbの”H”あるいは”L”に応じて、信号
Sf,Sbを”H”あるいは”L”にする。受動回路X
2は、信号Sf,Sgに従順に制御され、信号Sfの立
ち上がりを受けると、信号SPを”H”にセットし、信
号Sgの立ち上がりを受けると、信号SPを”L”にリ
セットする。
【0004】ところが、能動回路X1は、第1電位VB
と第2電位VAとの電位差(能動回路X1の電源)の変
動で誤動作しやすく、間違った信号Sf,Sgを出力す
る。従順な受動回路X2は、信号Sf,Sgが間違って
いるとも知らず、信号Sf,Sgに従う。その結果、信
号SPは期待通りにならないことがある。
【0005】例えば、図13の時刻t4から時刻t5に
示すように、信号SPが”L”の場合、信号Sa,Sb
が共に”L”に保たれていれば、信号SPは”L”に保
たれることが期待される。しかし、時刻t5において第
1電位VBが急上昇すると、トランジスタT2a,T2
bのドレイン電極とソース電極との間の電位差が急激に
変動する。トランジスタT2a,T2bにはそれぞれ、
ドレイン電極とソース電極との間に容量Cp2a,Cp2bが
寄生しているので、容量Cp2a,Cp2bに電流が流れる。
その電流は抵抗器R2a,R2bに流れ、抵抗器R2
a,R2bによる電圧降下が生じる。その結果、トラン
ジスタT2a,T2bと抵抗器R2a,R2bとの間の
信号Sc,Sdは低下し、インバータG2a,G2bが
出力する信号Sf,Sgは”L”から”H”に立ち上が
る。これによって、信号SPは期待に反して”L”か
ら”H”になってしまうことがある。
【0006】そこで、ロジックフィルタG8(図14)
を設けた。ロジックフィルタG8の動作を図15に示
す。ロジックフィルタG8は、信号Sf,Sgが共に”
H”でないとき(ケースTA,TB,TC)のとき、信
号Sf,Sgに等しい信号Sfb,SgbをRSフリッ
プフロップ回路G7のセット端子S、リセット端子Rに
出力する。一方、信号Sf,Sgが共に”H”のときは
(ケースTD)、ロジックフィルタG8は、信号Sf,
Sgが共に”L”の間違いであるとして、RSフリップ
フロップ回路G7のセット端子S、リセット端子Rに共
に”L”の信号Sfb,Sgbを出力する。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところが、ロジックフ
ィルタG8を設けたにもかかわらず、実際には、信号S
Pは期待通りにならないという問題点が生じた。なぜな
ら、製造上のバラツキのため、例えば、インバータG2
aの閾値Vta(図16)とインバータG2bの閾値Vtb
とが厳密に同じにならないことがある。図16に示すよ
うに、インバータG2bの閾値VtbがインバータG2a
の閾値Vtaと比較して少し低い場合、図16に示すよう
に、時刻t5において第1電位VBが急上昇し、同時に
信号Sf,Sgが”L”から”H”になったとしても、
第1電位VBが安定する時刻t8を過ぎて、今度は緩や
かに信号Sc,Sdが”L”から”H”に回復すれば、
信号Sf,Sgのうち、信号Sgが先に”L”になる
(時刻t9b)。これによって、信号Sfgは”L”に
なり、信号Sfbが立ち上がるので、信号SPは期待に
反し”H”にセットされてしまう。
【0008】本発明は、以上の問題点を解決するために
なされたものであり、電源に急激な変動が生じても、期
待通りに動作することを可能にする半導体装置及びイン
バータ装置を得ることを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項1に係る
課題解決手段は、第1電位と第2電位との間に互いに直
列に接続された第1直流短絡素子及び交流短絡素子、入
力端子が前記第1直流短絡素子と前記交流短絡素子との
間に接続され、第1制御信号を出力する第1インバータ
を含む電位差変動検出回路と、前記第1電位と前記第2
電位とを受け、前記第1電位と前記第2電位との電位差
によって駆動し、第2制御信号を出力する能動回路と、
前記第2制御信号を受け、当該第2制御信号によって制
御される受動回路と、前記能動回路と前記受動回路との
間に介在し、前記第1制御信号が所定レベルのとき、前
記能動回路から前記受動回路へ前記第2制御信号が伝搬
するのを阻止する信号伝搬阻止回路とを備える。
【0010】本発明の請求項2に係る課題解決手段にお
いて、前記受動回路は、順序回路を含む。
【0011】本発明の請求項3に係る課題解決手段にお
いて、前記交流短絡素子は第1トランジスタであり、前
記能動回路は、前記第1電位と前記第2電位との間に互
いに直列に接続された第2直流短絡素子及び第2トラン
ジスタ、入力端子が前記第2直流短絡素子と第2トラン
ジスタとの間に接続されている第2インバータを含む。
【0012】本発明の請求項4に係る課題解決手段は、
前記第1及び第2トランジスタに流れる電流を制限する
ための電流制限回路をさらに備える。
【0013】本発明の請求項5に係る課題解決手段にお
いて、前記第1直流短絡素子は抵抗器を含む。
【0014】本発明の請求項6に係る課題解決手段にお
いて、前記第1直流短絡素子は第3トランジスタを含
む。
【0015】本発明の請求項7に係る課題解決手段は、
負荷を接続するための端子と、直流を交流に変換して前
記端子に出力するためのインバータ部と、請求項1から
6までのいずれかに記載の半導体装置、前記端子の電位
を基準として前記第1電位を生成する電源を有し、前記
インバータ部を制御するための制御回路とを備える。
【0016】
【発明の実施の形態】発明の概念.従来の2つの目的回
路X(図12及び図14)を比較してみる。図12の目
的回路Xでは、能動回路X1に従順なRSフリップフロ
ップ回路G7は、信号Sf,Sgに制御される。一方、
図14の目的回路Xはというと、ロジックフィルタG8
は、図12のRSフリップフロップ回路G7同様、信号
Sf,Sgに制御されている。つまり、図14のロジッ
クフィルタG8は、能動回路X1に従順に制御される受
動回路X2という概念に吸収されると考えることができ
る。したがって、図12の目的回路Xと、それを改良し
たはずの図14の目的回路Xとは、共に能動回路X1及
び受動回路X2で構成され、概念的には全く変わってい
ないのである。
【0017】さらに、信号Sf,Sgがそれぞれ”
H”,”L”のときは、能動回路X1が正常に動作して
いる場合(時刻t1〜t2(図13))と、能動回路X
1が誤動作している場合(時刻t9b〜t9a(図1
6))とがある。したがって、受動回路X2は、能動回
路X1が誤動作しているかどうかを信号Sf,Sgのみ
から分かるはずがない。
【0018】そこで、本発明では図1に示すように、目
的回路Xの誤動作の原因となる第1電位VBと第2電位
VAとの電位差(電源)を監視し、期待通りに動作する
ように、目的回路Xを操るための第三者(電位差変動検
出回路Y)を設けることにした。
【0019】電位差変動検出回路Yは、第1直流短絡素
子B1、交流短絡素子A1及び第1インバータG1を含
む。
【0020】直流短絡素子とは、例えば抵抗器であり、
基本的には2端子素子であって、この2端子間を直流的
に短絡するものである。
【0021】交流短絡素子とは、例えばコンデンサであ
り、基本的には2端子素子であって、この2端子間を交
流的に短絡し、かつ、直流的に開放するものである。
【0022】第1直流短絡素子B1及び交流短絡素子A
1は互いに直列に第1電位VBと第2電位VAとの間に
接続されている。つまり、第1直流短絡素子B1は、一
端が第1電位VBを受け、他端が交流短絡素子A1の一
端に接続されている。交流短絡素子A1の他端は第2電
位VAを受ける。
【0023】第1インバータG1の入力端子は第1直流
短絡素子B1と交流短絡素子A1との間の共通接続点に
接続されている。
【0024】次に動作について説明する。目的回路X
は、第1電位VBと第2電位VAとの電位差を電源とし
て駆動する。
【0025】一方、電位差変動検出回路Yは、第1電位
VBと第2電位VAとの電位差が安定していると、交流
短絡素子A1の両端は開放されることになるので、第1
インバータG1の入力端子の電位は第1電位VBであ
り、第1インバータG1は例えば”L”レベルの第1制
御信号OS1を出力する。次に、第1電位VBと第2電
位VAとの電位差に変動が生じると、交流短絡素子A1
の両端は交流的に短絡することになるので、第1インバ
ータG1の入力端子の電位が第1電位VBから第2電位
VAへ近づく。これによって、第1インバータG1は第
1制御信号OS1を”L”レベルから”H”レベルにす
る。
【0026】以上のように、電位差変動検出回路Yは、
第1電位VBと第2電位VAとの電位差の変動が生じる
と、例えば”H”レベルの第1制御信号OS1で目的回
路Xを操る。ここで、たとえ、第1電位VBと第2電位
VAとの電位差の変動が目的回路Xの動作に影響を与え
て目的回路X内の一部で誤動作が生じたとしても、電位
差変動検出回路Yは、目的回路Xを操ることによって目
的回路Xの動作を補正し、目的回路Xを期待通りに動作
させることができる可能となる。
【0027】上記の発明の概念を例えばモータを駆動す
るためのインバータシステムに応用したものを次の実施
の形態1〜4で説明する。
【0028】実施の形態1.図2は本発明の実施の形態
1〜4のインバータシステムの回路図である。図2のイ
ンバータシステムは制御用の電源E3と、電力用(例え
ば1200V)の電源E2と、電源E2を交流に変換し
て負荷300に出力するためのインバータ装置200
と、インバータ装置200を制御するためのCPU10
0とを備える。なお、発明の概念はインバータ装置20
0内のレベルシフト回路212に適用されている。
【0029】インバータ装置200は、端子P1〜P7
と、電源E2を交流に変換して端子P5に出力するため
のインバータ部220と、インバータ部220を制御す
るための制御回路210とを含む。CPU100は端子
P1,P3に接続される。電源E3は端子P2,P4に
接続される。電源E2は端子P6,P7に接続される。
負荷300は端子P5に接続される。制御回路210は
例えばハイブリッドICに内蔵されている。端子P4あ
るいはP7は安定した動作を提供するため接地しておく
ことが望ましい。
【0030】制御回路210は端子P1〜P5に接続さ
れ、インバータ部220へ信号SPP,SNNを出力す
る。制御回路210は電源E1、ワンショット回路21
1、レベルシフト回路212、ドライバ213,224
を含む。ワンショット回路211は端子P1に接続さ
れ、レベルシフト回路212へ信号Sa,Sbを出力す
る。レベルシフト回路212は信号Sa,Sbを受け、
信号SPを出力する。ドライバ213は信号SPを受
け、信号SPPを出力する。ドライバ214は端子P3
に接続され、信号SNNを出力する。
【0031】ドライバ213,224の各々は、インバ
ータIN、トランジスタTa,Tb、抵抗器Ra,Rb
を含む。インバータINの出力端子はトランジスタT
a,Tbのゲート電極に接続されている。トランジスタ
Taのドレイン電極は抵抗器Raの一端に接続されてい
る。抵抗器Raの他端は抵抗器Rbの一端に接続されて
いる。抵抗器Rbの他端はトランジスタTbのドレイン
電極に接続されている。ドライバ213では、インバー
タINの入力端子が信号SPを受け、トランジスタTa
のソース電極及びバックゲート電極が電源E1の高電位
(第1電位VB)側に接続され、トランジスタTbのソ
ース電極及びバックゲート電極が電源E1の低電位(電
位VS)側に接続され、抵抗器Ra,Rbの共通接続点
から信号SPPが出力される。ドライバ214では、イ
ンバータINの入力端子が端子P3に接続され、トラン
ジスタTaのソース電極及びバックゲート電極が端子P
2に接続され、トランジスタTbのソース電極及びバッ
クゲート電極が端子P4に接続され、抵抗器Ra,Rb
の共通接続点から信号SNNが出力される。
【0032】インバータ部220は端子P5〜P7に接
続され、信号SPP,SNNを受け、パワートランジス
タ回路221,222を含む。パワートランジスタ回路
221は、コレクタ電極が端子P6に接続され、エミッ
タ電極がパワートランジスタ222のコレクタ電極に接
続され、ベース電極が信号SPPを受ける。一方、パワ
ートランジスタ222は、エミッタ電極が端子P7に接
続され、ベース電極が信号SNNを受ける。
【0033】端子P5はパワートランジスタ221,2
22の共通接続点、ドライバ213のトランジスタTb
のソース電極、電源E1の低電位側に接続されている。
端子P7,P4は互いに共通に接続されている。インバ
ータシステムに接続される負荷300は例えばモータで
ある。
【0034】次に、インバータシステムの動作について
説明する。インバータ装置200は、インバータ部22
0のパワートランジスタ221,222が適切にオン、
オフを繰り返すことによって、電源E2を交流に変換し
て端子P5から負荷300へ出力する。
【0035】パワートランジスタ221,レベルシフト
回路212のオン、オフの制御はCPU100が制御回
路210を介して行う。パワートランジスタ222のオ
ン、オフの制御について、CPU100が”H”の信号
SNを端子P3に出力すると、制御回路210のドライ
バ214はそれに応じて”H”の信号SNNを出力す
る。これによって、パワートランジスタ222はオンす
る。逆に、CPU100が”L”の信号SNを端子P3
に出力すると、パワートランジスタ222はオフする。
同じように、CPU100が端子P1に”H”あるい
は”L”の信号SPを出力するのに応じて、パワートラ
ンジスタ221はオンあるいはオフする。
【0036】ところで、制御回路210の消費電力を削
減するために様々な工夫がなされている。例えば、電源
E1は、端子P5の電位VSを基準として所要の電圧だ
け高い第1電位VBを、電位VSの電位の変動を利用し
て生成する。また、ワンショット回路211及びレベル
シフト回路212も、消費電力を削減する目的で設けら
れたものである。ワンショット回路211は、図3に示
すように、信号SPの立ち上がり、立ち下がりに応じ
て、信号Sa,Sbを短い間だけ”H”(セットパルス
PS、リセットパルスPR)にする。レベルシフト回路
212は主としてRSフリップフロップで構成され、図
3に示すように、セットパルスPSに応じて信号SP
を”H”にセットし、リセットパルスPRに応じて信号
SPを”L”にリセットする。
【0037】発明の概念が適用されたレベルシフト回路
212の内部構成を図4に示す。レベルシフト回路21
2は、図1同様、目的回路X、電位差変動検出回路Yを
含む。
【0038】目的回路Xは、能動回路X1、受動回路X
2、信号伝搬阻止回路X3を含む。能動回路X1は第1
電位VBと第2電位VAとを受け、第2制御信号OS2
を出力する。信号伝搬阻止回路X3は能動回路X1と受
動回路X2との間に介在し、第2制御信号OS2と電位
差変動検出回路Yが出力する第1制御信号OS1とを受
け、第3制御信号OS3を出力する。受動回路X2は第
3制御信号OS3を受け、第3制御信号OS3によって
制御される。
【0039】能動回路X1は、第2トランジスタT2、
第2直流短絡素子B2、第2インバータG2を含む。第
2トランジスタT2は互いに並列するpチャネルのトラ
ンジスタT2a,T2bを含む。第2直流短絡素子B2
は互いに並列する抵抗器R2a,R2bを含む。第2イ
ンバータG2は互いに並列するインバータG2a,G2
bを含む。
【0040】抵抗器R2a、トランジスタT2a及びイ
ンバータG2aは反転増幅回路を構成する。抵抗器R2
aの一端は第1電位VBを受ける。トランジスタT2a
は、ゲート電極が信号Saを受け、ドレイン電極が抵抗
器R2aの他端及びインバータG2aの入力端子に接続
され、ソース電極及びバックゲート電極が第2電位VA
を受ける。
【0041】抵抗器R2b、トランジスタT2b及びイ
ンバータG2bは別の反転増幅回路を構成する。抵抗器
R2bの一端は第1電位VBを受ける。トランジスタT
2bは、ゲート電極が信号Sbを受け、ドレイン電極が
抵抗器R2bの他端及びインバータG2bの入力端子に
接続され、ソース電極及びバックゲート電極が第2電位
VAを受ける。
【0042】Sc、Sd、Sf、Sgはそれぞれインバ
ータG2aの入力端子、インバータG2bの入力端子、
インバータG2aの出力端子、インバータG2bの出力
端子の信号である。信号Sf及び信号Sgは第2制御信
号OS2を構成する。
【0043】電位差変動検出回路Yは、図1同様、交流
短絡素子A1、第1直流短絡素子B1、第1インバータ
G1を含む。交流短絡素子A1はpチャネルの第1トラ
ンジスタT1を含む。第1直流短絡素子B1は抵抗器R
1を含む。抵抗器R1の一端は第1電位VBを受ける。
第1トランジスタT1は、ドレイン電極が抵抗器R1の
他端及び第1インバータG1の入力端子に接続され、ゲ
ート電極、ソース電極及びバックゲート電極が第2電位
VAを受ける。Seは第1インバータG1の入力端子の
信号である。第1制御信号OS1は第1インバータG1
の出力端子の信号である。
【0044】また、第1インバータG1、インバータG
2a、インバータG2bの各々は、素子数をできるだけ
減らすため、2つのトランジスタで構成された、周知の
インバータを採用することが望ましい。
【0045】以上のように、能動回路X1と電位差変動
検出回路Yとは互いに同じ構成要素で構成されている。
つまり、能動回路X1及び電位差変動検出回路Yの各々
は、第1電位VBと第2電位VAとの間に、互いに直列
に接続された直流短絡素子(B1,B2)及びトランジ
スタ(T1,T2)と、入力端子が直流短絡素子とトラ
ンジスタとの間に接続されているインバータ(G1,G
2)とで構成される。
【0046】なお、第1トランジスタT1のソース電極
とドレイン電極との間には、寄生の容量Cp1を介して交
流的に電流iが流れることがあっても、ゲート電極、ソ
ース電極及びバックゲート電極が常に第2電位VAを受
けているので直流的に電流が流れることはない。よっ
て、寄生の容量Cp1を有する第1トランジスタT1は交
流短絡素子A1の概念に該当する。
【0047】信号伝搬阻止回路X3は、インバータG
3,G4、否定論理和回路G5,G6を含む。インバー
タG3は入力端子が信号Sfを受け、出力端子が否定論
理和回路G5の一方入力端子に接続されている。インバ
ータG4は入力端子が信号Sgを受け、出力端子が否定
論理和回路G6の一方入力端子に接続されている。否定
論理和回路G5,G6の他方入力端子は第1制御信号O
S1を受ける。Sh、Siはそれぞれ否定論理和回路G
5,G6の出力端子の信号であり、第3制御信号OS3
を構成する。
【0048】受動回路X2は、セット端子Sが信号Sh
を受け、リセット端子Rが信号Siを受け、データ出力
端子Qから信号SPを出力するRSフリップフロップ回
路G7(順序回路)を含む。
【0049】また、インバータG2a,G2b,G3,
G4、否定論理和回路G5,G6、フリップフロップ回
路G7には、電源として例えば、第1電位VBと電位V
Sとの間の電圧が与えられている。
【0050】次に、図4のレベルシフト回路212の動
作を図5及び図6を用いて説明する。電位VSに変動が
ほとんどなく、第1電位VBと第2電位VAとの電位差
が安定している場合(図5)、第1トランジスタT1の
容量Cp1には電流iが流れず、第1トランジスタT1の
ソース電極とドレイン電極との間は直流的に開放されて
いるので、信号Seは”H”(ここでは、第1電位VB
の電位)であり、第1インバータG1は”L”の第1制
御信号OS1を出力する。第1制御信号OS1が”L”
のとき、信号伝搬阻止回路X3内の否定論理和回路G
5,G6はそれぞれインバータと等価になるので、信号
伝搬阻止回路X3は、信号Sf,Sgと等価な信号S
h,Siを受動回路X2のRSフリップフロップ回路G
7へ出力する。受動回路X2のRSフリップフロップ回
路G7は、信号Shの立ち上がりを受けると信号SP
を”H”にセットし、信号Siの立ち上がりを受けると
信号SPを”L”にリセットする。
【0051】次に、端子P5(図2参照)の電位がフロ
ーティング状態のとき(パワートランジスタ221,2
22が共にオフのとき)にパワートランジスタ221が
オンすると、端子P5の電位VSは電源E2によって急
上昇し(例えば1200V分)、第1電位VBが急上昇
する(図6の時刻t5)。すると、第1トランジスタT
1の容量Cp1には、電流iが交流短絡素子A1に流れ、
抵抗器R1の両端間の電位差(電圧VR)が上昇すると
ともに、信号Seは下降する。なお、電流i、電圧VR
はそれぞれ、 i=Cp×dV/dt ……式1 VR =R×i ……式2 である。dV/dtは第1トランジスタT1のソース電
極とドレイン電極との間の電位差の変動、Cpは容量C
p1の値、Rは抵抗器R1の抵抗値である。
【0052】信号Seが下降し、第1インバータG1の
閾値Vt1以下になると、第1インバータG1は、第1制
御信号OS1を”L”から”H”にする。第1制御信号
OS1が”H”のときは、信号伝搬阻止回路X3内の否
定論理和回路G5,G6はそれぞれ”L”の信号Sh,
Siを出力する。その後、電位VSが安定し、第1電位
VBと第2電位VAとの電位差が安定すると(時刻t
8)、第1制御信号OS1は”H”から”L”に戻る。
【0053】以上のように、信号伝搬阻止回路X3は第
1制御信号OS1が”L”のときは第2制御信号OS2
を第3制御信号OS3として出力し、逆に、第1制御信
号OS1が”H”のときは、能動回路X1から受動回路
X2へ第2制御信号OS2が伝搬するのを阻止し、第3
制御信号OS3を”L”に固定する。よって、第1電位
VBと第2電位VAとの電位差によって駆動する能動回
路X1は、第1電位VBと第2電位VAとの電位差の変
動によって、能動回路X1が誤動作し、間違って第2制
御信号OS2の立ち上がりを出力したとしても、信号伝
搬阻止回路X3は、能動回路X1から受動回路X2へ第
2制御信号OS2の立ち上がりが伝搬するのを阻止す
る。これによって、間違った第2制御信号OS2の立ち
上がりによって受動回路X2が制御されることはなく、
受動回路X2は期待通りに信号SPを”L”に保持す
る。よって、信号SPに基づいて制御されるパワートラ
ンジスタ221(図2)が間違ってオンするのを防ぐこ
とができ、ワンショット回路211及びレベルシフト回
路212の目的(消費電力の削減)を妨げることはな
い。
【0054】また、第1電位VBと第2電位VAとの間
の電位差が安定しているときは、抵抗器R1及びトラン
ジスタT1に電流が流れないので、電位差変動検出回路
Yはほとんど電力を消費しない。よって、電位差変動検
出回路Yに消費される電力がワンショット回路211及
びレベルシフト回路212の上記の目的を妨げることは
ほとんどない。
【0055】また、RSフリップフロップ回路G7で
は、立ち上がり(極性の変化)という非常に瞬間的な変
化を受けるだけで、信号SPは例えば”L”から”H”
へと大きく変わってしまう。よって、RSフリップフロ
ップ回路G7に代表されるような順序回路を受動回路X
2が含む場合に、本発明を適用することが効果的であ
る。
【0056】ところで、信号伝搬阻止回路X3が、たと
え、微差であっても、第1制御信号OS1の立ち上がり
を受ける前に、間違った第2制御信号OS2の立ち上が
りを受ければ、間違った第2制御信号OS2の立ち上が
りがRSフリップフロップ回路G7に与えられてしま
い、信号SPが”L”から”H”になることが考えられ
る。これを解決するには、例えば、トランジスタT2
a,T2b,T1のサイズを互いに等しく設定し、抵抗
器R2a,R2b,R1の抵抗値を互いに等しく設定す
る。そして、製造上のバラツキを考慮しても、第1イン
バータG1の閾値Vt1がインバータG2aの閾値Vta及
びインバータG2bの閾値Vtbのいずれよりも高く設定
すればよい。この場合を図7を用いて詳しく説明する。
【0057】能動回路X1は電位差変動検出回路Yと同
じような構成なので、電位差変動検出回路Yと同じよう
に動作する。つまり、第1電位VBに急激な変動が起こ
ると(図7の時刻t5)、その変動に応じた電流が第1
トランジスタT1,T2a,T2bに同様に流れ、信号
Se,Sc,Sdが同様に下降するが、第1インバータ
G1の閾値Vt1をインバータG2a,G2bの閾値Vt
a,Vtbのいずれもより高く設定しているので、第1制
御信号OS1、信号Sf,Sgのうち、まず、第1制御
信号OS1が”L”から”H”に立ち上がり(時刻t
6)、その後、信号Sf,Sgが”L”から”H”に立
ち上がる(時刻t7)。
【0058】次に、電位VSが安定し、第1電位VBと
第2電位VAとの電位差が安定すると(時刻t8)、信
号Se,Sc,Sdは同様に上昇するが、第1制御信号
OS1、信号Sf,Sgのうち、まず、信号Sf,Sg
が”H”から”L”に立ち下がり(時刻t9)、その
後、第1制御信号OS1が”H”から”L”に立ち下が
る(時刻t10)。
【0059】以上のように、第1電位VBと第2電位V
Aとの電位差に変動が生じたとき、能動回路X1が間違
って第2制御信号OS2の立ち上がりを出力する前に、
電位差変動検出回路Yが”H”の第1制御信号OS1を
出力するように設定したことによって、信号伝搬阻止回
路X3は”H”の第1制御信号OS1を受けた後、間違
った第2制御信号OS2の立ち上がりを受けることにな
る。これによって、信号伝搬阻止回路X3は間違った第
2制御信号OS2の立ち上がりが能動回路X1から受動
回路X2へ伝搬するのを確実に阻止することができるの
で、間違った第2制御信号OS2の立ち上がりによって
受動回路X2が制御されることを確実に防ぐことができ
る。そして、上記の第1制御信号OS1、第2制御信号
OS2の立ち上がりのタイミングの設定は、もし、能動
回路X1と電位差変動検出回路Yとが互いに同じように
構成されていなければ、その構成上の違い及び製造上の
バラツキを考慮しなければならない。能動回路X1と電
位差変動検出回路Yとが互いに同じように構成したこと
によって、そのタイミングの設定を、例えば第1インバ
ータG1の閾値Vt1をインバータG2a,G2bの閾値
Vta,Vtbのいずれもより高く設定だけで、容易に実現
できるのである。
【0060】実施の形態2.図8は本発明の実施の形態
2のレベルシフト回路212の回路図である。図8のレ
ベルシフト回路212は、図4のレベルシフト回路21
2の抵抗器R2a,R2b,R1をそれぞれnチャネル
の第3トランジスタT3a,T3b,T3cに置き換
え、信号印加回路Zを加えたものである。信号印加回路
Zはnチャネルの第3トランジスタT3d及び定電流源
IS1を含む。
【0061】第3トランジスタT3aは、ソース電極及
びバックゲート電極が第1電位VBを受け、ドレイン電
極がトランジスタT2aのドレイン電極に接続されてい
る。第3トランジスタT3bは、ソース電極及びバック
ゲート電極が第1電位VBを受け、ドレイン電極がトラ
ンジスタT2bのドレイン電極に接続されている。第3
トランジスタT3cは、ソース電極及びバックゲート電
極が第1電位VBを受け、ドレイン電極が第1トランジ
スタT1のドレイン電極に接続されている。第3トラン
ジスタT3dは、ソース電極及びバックゲート電極が第
1電位VBを受け、ドレイン電極が定電流源IS1の一
端に接続されている。定電流源IS1の他端は第2電位
VSを受ける。第3トランジスタT3a,T3b,T3
c,T3dは、それらのゲート電極が定電流源IS1の
一端に接続され、カレントミラーを構成している。
【0062】次に図8のレベルシフト回路212の動作
を説明する。第1直流短絡素子B1に流れ込む電流と第
1直流短絡素子B1の両端に生じる電圧との関係を図9
に示す。第3トランジスタT3cは抵抗器R1(図4)
と比較して、電流iが小さく変動しても、電圧VRが大
きく変動する。これによって、電位差変動検出回路Yは
感度が良くなり、第1電位VBと第2電位VAとの電位
差の変動を即座に検出して”H”の第1制御信号OS1
を出力することができる。
【0063】また、第3トランジスタT3a,T3b,
T3cを同じサイズにし、信号印加回路Zから第3トラ
ンジスタT3a,T3b,T3cのゲート電極へ同じ信
号を与えるように設定することで、実施の形態1で説明
した第1制御信号OS1、第2制御信号OS2の立ち上
がりのタイミングの設定が容易になる。
【0064】さらに、第3トランジスタT3a,T3
b,T3cの回路面積を抵抗器R2a,R2b,R1
(図4)と比較して小さくすることができる。
【0065】実施の形態3.図10は本発明の実施の形
態3のレベルシフト回路212の回路図である。図10
のレベルシフト回路212は、図4のレベルシフト回路
212の電流制限回路Wを加えたものである。電流制限
回路Wはpチャネルの第4トランジスタT4a,T4
b,T4c,T4d及び定電流源IS2を含む。
【0066】第4トランジスタT4aは、ソース電極及
びバックゲート電極が第2電位VSを受け、ドレイン電
極がトランジスタT2aのソース電極に接続されてい
る。第4トランジスタT4bは、ソース電極及びバック
ゲート電極が第2電位VSを受け、ドレイン電極がトラ
ンジスタT2bのソース電極に接続されている。第4ト
ランジスタT4cは、ソース電極及びバックゲート電極
が第2電位VSを受け、ドレイン電極が第1トランジス
タT1のソース電極に接続されている。第4トランジス
タT4dは、ソース電極が第2電位VSを受け、ドレイ
ン電極が定電流源IS2の一端に接続されている。定電
流源IS2の他端は電源VCCを受ける。第4トランジス
タT4a,T4b,T4c,T4dは、それらのゲート
電極が定電流源IS2の一端に接続され、カレントミラ
ーを構成している。
【0067】次に図10のレベルシフト回路212の動
作を説明する。第4トランジスタT4a,T4b,T4
c,T4dは、カレントミラーを構成しているので、ト
ランジスタT2a,T2b,T1の各々に流れる電流は
定電流源IS2が生成する参照電流Iref内に制限され
る。これによって、能動回路X1及び電位差変動検出回
路Yの消費電力を小さくすることができる。また、制御
回路210(図2)が1チップのICの場合、動作保証
温度に制限(例えば150℃)があるので、能動回路X
1及び電位差変動検出回路Yの消費電力(発熱量)を小
さくすることによって、制御回路210の温度を動作保
証温度より十分低くすることができる。特に、端子P5
(図2)に接続される負荷300が頻繁に変動しやすい
場合に効果的である。なぜなら、このような負荷300
の場合は、端子P5の電位VSが頻繁に変動し、第1電
位VBと第2電位VAとの電位差も頻繁に変動して、能
動回路X1及び電位差変動検出回路Yに電流が生じやす
いからである。
【0068】実施の形態4.図11は本発明の実施の形
態4のレベルシフト回路212の回路図である。図11
に示すように、実施の形態2と実施の形態3とを組み合
わせてもよい。
【0069】変形例.なお、信号の極性の変化(立ち上
がり、あるいは立ち下がり)に応じて制御される回路は
RSフリップフロップ回路G7の他であってもよい。
【0070】また、信号印加回路Z(図8、図11)の
内部構成は、第3トランジスタT3a,T3b,T3c
のゲート電極へ同じ信号を与えることができればよく、
図示する以外でもよい。
【0071】また、電流制限回路W(図10、図11)
の内部構成は、トランジスタT2a,T2b,T1の各
々に流れる電流を制限できればよく、図示する以外でも
よい。また、電流制限回路Wの定電流源IS2の電源V
CCは、例えば図2の電源E3であってもよい。
【0072】また、実施の形態で既述のトランジスタは
バイポーラトランジスタでもよい。
【0073】また、実施の形態1〜4では、能動回路X
1は、2つの反転増幅回路を含むが、1つあるいは3つ
以上の反転増幅回路を含んでいてもよい。
【0074】さらに、直流短絡素子は抵抗器やトランジ
スタの他であってもよい。
【0075】また、受動回路X2及び信号伝搬阻止回路
X3の各々の電源は、能動回路X1と異なっていても良
い。
【0076】また、本発明の半導体装置は、レベルシフ
ト回路の他に適用してもよい。
【0077】さらに、図1を参照して、交流短絡素子A
1にバイパスコンデンサとしての機能を持たせることも
できる。つまり、第1電位VBと第2電位VAとを提供
する出力端子と目的回路Xの電源端子との間に電位差変
動検出回路Yを設けることによって、電源の第1電位V
Bから高周波ノイズが発生しても、この高周波ノイズ
を、目的回路Xへ伝搬する前に、電位差変動検出回路Y
の第1直流短絡素子B1及び交流短絡素子A1を介して
第2電位VAへ逃がして消滅させることができる。そし
て、高周波ノイズが発生してから消滅するまでの間、高
周波ノイズの一部が目的回路Xへ伝搬したとしても、第
1制御信号OS1によって目的回路Xが誤動作するのを
防ぐことができる。図4、図8、図10及び図11のレ
ベルシフト回路212についても同様である。
【0078】
【発明の効果】請求項1に記載の発明によると、第1電
位と第2電位との電位差が安定していると、交流短絡素
子の両端は開放されているので、第1インバータの入力
端子の電位は第1電位であり、第1インバータは所定の
第1レベルの第1制御信号を出力する。一方、第1電位
と第2電位との電位差に変動が生じると、交流短絡素子
の両端が短絡し、第1インバータの入力端子の電位が第
1電位から第2電位へ近づくことによって、第1インバ
ータは、第1制御信号を第1レベルから所定の第2レベ
ルにする。このように、電位差変動検出回路は、第1電
位と第2電位との電位差が変動しているかどうかを検出
する。よって、第1電位と第2電位との電位差の変動に
よって、能動回路が誤動作して間違った第2制御信号を
出力したとしても、信号伝搬阻止回路は、能動回路から
受動回路へ第2制御信号が伝搬することを防ぐ。これに
よって、間違った第2制御信号によって受動回路が制御
されることはなく、受動回路は期待通りに動作すること
ができる。しかも、電位差変動検出回路は、信号伝搬阻
止回路を制御する一方で、第1電位から生じたノイズを
第2電位へ逃がして、能動回路へノイズが伝搬するのを
防ぐという作用も奏することができる。
【0079】請求項2に記載の発明によると、例えばR
Sフリップフロップでは、極性の変化という非常に瞬間
的な変化を受けるだけで、出力信号のレベルが例えば”
L”から”H”へと大きく変わってしまう。このよう
に、RSフリップフロップに代表されるような順序回路
を含む受動回路に本発明を適用することが効果的であ
る。
【0080】請求項3に記載の発明によると、第1電位
と第2電位との電位差に変動が生じたとき、能動回路が
間違った第2制御信号を出力する前に、電位差変動検出
回路が所定レベルの第1制御信号を出力するように設定
すれば、信号伝搬阻止回路は所定レベルの第1制御信号
を受けた後、間違った第2制御信号を受けることになる
ので、間違った第2制御信号によって受動回路が制御さ
れることを確実に防ぐことができる。その設定は、電位
差変動検出回路を能動回路と同じ構成要素で構成したこ
とによって、製造上のバラツキがあっても、容易に実現
できる。
【0081】請求項4に記載の発明によると、電位差変
動検出回路及び能動回路の消費電力を小さくすることが
できる。
【0082】請求項5に記載の発明によると、第1電流
短絡素子を簡単に構成できる。
【0083】請求項6に記載の発明によると、交流短絡
素子に流れる電流が小さく変動しても、大きく変動する
電圧を生成することができる。これによって、電位差変
動検出回路は第1電位と第2電位との電位差の変動を即
座に検出することができる。
【0084】請求項7に記載の発明によると、インバー
タ装置は端子の電位が変動しても期待通りの動作するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の半導体装置の概念を示す回路図であ
る。
【図2】 本発明の実施の形態1〜4のインバータシス
テムを示す回路図である。
【図3】 本発明の実施の形態1〜4のワンショット回
路の動作を示すタイミングチャートである。
【図4】 本発明の実施の形態1のレベルシフト回路を
示す回路図である。
【図5】 本発明の実施の形態1のレベルシフト回路の
動作を示すタイミングチャートである。
【図6】 本発明の実施の形態1のレベルシフト回路の
動作を示すタイミングチャートである。
【図7】 本発明の実施の形態1のレベルシフト回路の
動作を示すタイミングチャートである。
【図8】 本発明の実施の形態2のレベルシフト回路を
示す回路図である。
【図9】 本発明の実施の形態1及び2の直流短絡素子
の電流−電圧特性を示すグラフである。
【図10】 本発明の実施の形態3のレベルシフト回路
を示す回路図である。
【図11】 本発明の実施の形態4のレベルシフト回路
を示す回路図である。
【図12】 従来のレベルシフト回路を示す回路図であ
る。
【図13】 従来のレベルシフト回路の動作を示すタイ
ミングチャートである。
【図14】 従来の他のレベルシフト回路を示す回路図
である。
【図15】 従来のレベルシフト回路の動作を示すタイ
ミングチャートである。
【図16】 従来のレベルシフト回路の動作を示すタイ
ミングチャートである。
【符号の説明】
A1 交流短絡素子、B1 第1直流短絡素子、G1
第1トランジスタ、G2 第2トランジスタ、VB 第
1電位、VA 第2電位、W 電流制限回路、X 目的
回路、X1 能動回路、X2 受動回路、X3 信号伝
搬阻止回路、Y電位差変動検出回路、210 制御回
路、220 インバータ部。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1電位と第2電位との間に互いに直列
    に接続された第1直流短絡素子及び交流短絡素子、入力
    端子が前記第1直流短絡素子と前記交流短絡素子との間
    に接続され、第1制御信号を出力する第1インバータを
    含む電位差変動検出回路と、 前記第1電位と前記第2電位とを受け、前記第1電位と
    前記第2電位との電位差によって駆動し、第2制御信号
    を出力する能動回路と、 前記第2制御信号を受け、当該第2制御信号によって制
    御される受動回路と、 前記能動回路と前記受動回路との間に介在し、前記第1
    制御信号が所定レベルのとき、前記能動回路から前記受
    動回路へ前記第2制御信号が伝搬するのを阻止する信号
    伝搬阻止回路と、を備えた半導体装置。
  2. 【請求項2】 前記受動回路は、順序回路を含む請求項
    1記載の半導体装置。
  3. 【請求項3】 前記交流短絡素子は第1トランジスタで
    あり、 前記能動回路は、 前記第1電位と前記第2電位との間に互いに直列に接続
    された第2直流短絡素子及び第2トランジスタ、入力端
    子が前記第2直流短絡素子と第2トランジスタとの間に
    接続されている第2インバータを含む請求項2記載の半
    導体装置。
  4. 【請求項4】 前記第1及び第2トランジスタに流れる
    電流を制限するための電流制限回路をさらに備えた請求
    項3記載の半導体装置。
  5. 【請求項5】 前記第1直流短絡素子は抵抗器を含む請
    求項1から4までのいずれかに記載の半導体装置。
  6. 【請求項6】 前記第1直流短絡素子は第3トランジス
    タを含む請求項1から4までのいずれかに記載の半導体
    装置。
  7. 【請求項7】 負荷を接続するための端子と、 直流を交流に変換して前記端子に出力するためのインバ
    ータ部と、 請求項1から6までのいずれかに記載の半導体装置、前
    記端子の電位を基準として前記第1電位を生成する電源
    を有し、前記インバータ部を制御するための制御回路
    と、を備えたインバータ装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN109586605A (zh) * 2019-01-15 2019-04-05 哈尔滨工业大学 一种抑制直流链尖峰电压的y源逆变器

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