JP2006187138A - High side drive circuit - Google Patents

High side drive circuit

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high side drive circuit for driving a high side switch efficiently at a high speed through a relatively simple arrangement. <P>SOLUTION: Transistors Q7 and Q8, diodes D1 and D2, capacitors C1 and C2, and a transformer T1 constitute a trigger signal generating section for transforming a PWM signal into a trigger signal. A diode D3 and a capacitor C3 constitute a bootstrap section for turning an N channel transistor Q5 on/off at high speed as a high side power supply. Resistors R1 and R2, diodes D4-D8, transistors Q1 and Q2, and N channel transistors Q3 and Q4 constitute a high side driving signal generating section for transforming a trigger signal V3 into a driving signal of the N channel transistor Q5. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、電源のオン・オフ制御を行うためにハイサイドスイッチを駆動するハイサイド駆動回路に関する。   The present invention relates to a high-side drive circuit that drives a high-side switch to perform on / off control of a power supply.

PWM信号に基づいてハイサイドスイッチを駆動するハイサイド駆動回路としては、大別して、以下に述べる2つの駆動回路が従来から知られている。   As a high-side drive circuit that drives a high-side switch based on a PWM signal, two drive circuits described below have been conventionally known.

第1は、ハイサイド駆動用の専用ICにより、PWM信号をローサイドからハイサイドにシフトしてハイサイドスイッチを駆動するハイサイド駆動回路(第1の従来回路)である。
図4は、従来から知られている、駆動用ICを用いたハイサイド駆動回路のブロック図である。図4に示すハイサイド駆動回路では、5V若しくは3.3Vで動作するPWM信号生成用IC(PWM)から与えられえるPWM信号を、12Vで動作する駆動用ICがレベルシフトし、ハイサイドスイッチとしてのNチャネルトランジスタQ5を駆動する。
The first is a high-side drive circuit (first conventional circuit) that drives the high-side switch by shifting the PWM signal from the low-side to the high-side by a dedicated high-side drive IC.
FIG. 4 is a block diagram of a conventionally known high-side drive circuit using a drive IC. In the high-side drive circuit shown in FIG. 4, the PWM signal that can be given from the PWM signal generation IC (PWM) that operates at 5V or 3.3V is level-shifted by the drive IC that operates at 12V, and serves as a high-side switch. N channel transistor Q5 is driven.

第2は、パワードライブ変圧器を使用してPWM信号をレベルシフトしてハイサイドスイッチを駆動するハイサイド駆動回路(第2の従来回路)である。
図5は、従来から知られている、パワードライブ変圧器を用いたハイサイド駆動回路のブロック図である。図5に示すハイサイド駆動回路では、PWM信号(V1)をパワーアンプ22により増幅し、パワードライブ変圧器T10がハイサイドスイッチとしてのNチャネルトランジスタQ5を制御可能な信号にレベルシフトする回路である。
このようなハイサイド駆動回路の応用例が下記非特許文献1に開示されている。
The second is a high-side drive circuit (second conventional circuit) that drives the high-side switch by level-shifting the PWM signal using a power drive transformer.
FIG. 5 is a block diagram of a conventionally known high-side drive circuit using a power drive transformer. In the high-side drive circuit shown in FIG. 5, the PWM signal (V1) is amplified by the power amplifier 22, and the power drive transformer T10 is level-shifted to a signal that can control the N-channel transistor Q5 as the high-side switch. .
An application example of such a high-side drive circuit is disclosed in Non-Patent Document 1 below.

ルネサス社ホームページ(http://www.renesas.com/)、同期整流型フェーズシフトフルブリッジコントロールIC、品番:HA16163TのデータRenesas website (http://www.renesas.com/), synchronous rectification type phase shift full bridge control IC, product number: data of HA16163T

ところで、上記した第1の従来回路では、駆動用IC内に実装可能なレベルシフト回路の能力に限界があり、駆動用ICが対応可能なスイッチング周波数および出力可能なレベルが限られているため、用途によっては適用できない場合がある。   By the way, in the first conventional circuit described above, there is a limit to the capability of the level shift circuit that can be mounted in the driving IC, and the switching frequency and the level that can be output by the driving IC are limited. Some applications may not be applicable.

上記した第2の従来回路では、パワードライブ変圧器T10を駆動するために、パワーアンプ22が必要となる。また、PWM信号を、NチャネルトランジスタQ5を駆動できるレベルまでシフトする必要があるため、比較的大型の変圧器が必要となる。したがって、変圧器の励磁損失、銅損などを無視することができない。
また、スイッチング時におけるピーク電流が大きいため、変圧器の漏れインダクタンスにより発振する場合があり、スイッチング素子を高速駆動することが実際上困難である。
In the second conventional circuit described above, the power amplifier 22 is required to drive the power drive transformer T10. Further, since it is necessary to shift the PWM signal to a level at which the N-channel transistor Q5 can be driven, a relatively large transformer is required. Therefore, transformer excitation loss, copper loss, etc. cannot be ignored.
Also, since the peak current during switching is large, oscillation may occur due to the leakage inductance of the transformer, and it is practically difficult to drive the switching element at high speed.

したがって、本発明の目的は、比較的簡易な構成で、ハイサイドスイッチを高速かつ効率的に駆動するためのハイサイド駆動回路を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a high-side drive circuit for driving a high-side switch at high speed and efficiently with a relatively simple configuration.

上記課題を克服するために、本発明は、ハイサイドスイッチとしての第1のNチャネルトランジスタと、ローサイドスイッチとしての第2のNチャネルトランジスタと、第1のノードと第1の電源端子間に接続される第1の容量と、前記第1のノードと基準端子間に接続される第2の容量と、PWM信号が与えられる入力端子と前記第1のノード間に1次巻線が接続され、前記第1および第2の容量がPWM信号の立ち上がり/立下りに応じて充放電を交互に繰り返すことで生成される第1のトリガ信号を、反転かつ絶縁して2次巻線に伝達して第2のトリガ信号を生成する変圧器と、第1の電源端子と、前記2次巻線に接続されたノードのうちマイナス電位となる第2のノードとの間に接続され、前記第2のNチャネルトランジスタがオン状態のときに前記第1の電源により充電され、オフ状態のときに前記第2のNチャネルトランジスタのゲートに駆動電圧を与える第3の容量と、ドレインが前記第3の容量に接続され、ソースが前記第1のNチャネルトランジスタのゲートに接続される第3のNチャネルトランジスタと、前記2次巻線に接続されたノードのうちプラス電位となる第3のノードにゲートが接続され、ドレインが前記前記第1のNチャネルトランジスタのゲートに接続され、オン状態では、前記第1のNチャネルトランジスタをオフ状態とするための第4のNチャネルトランジスタと、前記第1の電源端子からの電気信号に応じて、前記第1の電源端子と、前記第3のNチャネルトランジスタのゲートとの間の導通状態を制御する第1のスイッチング素子と、前記第3のノードの極性に応じて、前記第3のNチャネルトランジスタのゲートと、前記第2のノードとの間の導通状態を制御し、前記第4のNチャネルトランジスタよりも動作閾値電圧が低い第2のスイッチング素子と、を備えるハイサイド駆動回路である。   In order to overcome the above problems, the present invention provides a first N-channel transistor as a high-side switch, a second N-channel transistor as a low-side switch, and a connection between a first node and a first power supply terminal. A first capacitor connected between the first node and the first node, a second capacitor connected between the first node and a reference terminal, an input terminal to which a PWM signal is applied, and the first node; The first and second capacitors invert and insulate and transmit the first trigger signal generated by alternately repeating charging and discharging according to the rise / fall of the PWM signal to the secondary winding. The second trigger signal is connected between the transformer, the first power supply terminal, and the second node having a negative potential among the nodes connected to the secondary winding, and the second N-channel transistor is on A third capacitor that is charged by the first power source when in the off state, and that supplies a drive voltage to the gate of the second N-channel transistor when in the off state; and a drain connected to the third capacitor; Is connected to the gate of the first N-channel transistor and the third node having a positive potential among the nodes connected to the secondary winding, and the drain is A fourth N-channel transistor connected to the gate of the first N-channel transistor to turn off the first N-channel transistor in the on state, and an electric signal from the first power supply terminal And a first switching element for controlling a conduction state between the first power supply terminal and the gate of the third N-channel transistor, The conduction state between the gate of the third N-channel transistor and the second node is controlled according to the polarity of the third node, and the operation threshold voltage is lower than that of the fourth N-channel transistor. And a second switching element.

好適には、前記第1および第2のスイッチング素子は、バイポーラトランジスタであり、第2のスイッチング素子のコレクタと、第1のスイッチング素子のベースおよびエミッタとがそれぞれ接続され、第2のスイッチング素子がオン状態のときに前記第1のスイッチング素子がオフ状態となる。   Preferably, the first and second switching elements are bipolar transistors, a collector of the second switching element is connected to a base and an emitter of the first switching element, and the second switching element is When in the on state, the first switching element is in the off state.

好適には、前記第3ノードと、第2のスイッチング素子のベースとの間にレベルシフト手段を設ける。   Preferably, level shift means is provided between the third node and the base of the second switching element.

好適には、制御端子が前記入力端子に接続され、当該制御端子のレベルに応じて、前記第1の電源端子と第4のノードとの導通状態が制御される第3のスイッチング素子と、制御端子が前記入力端子に接続され、当該制御端子のレベルに応じて、前記基準端子と前記第4のノードとの導通状態が制御される第4のスイッチング素子と、をさらに有し、前記第4のノードが前記1次巻線を介して前記第3のノードに接続される。   Preferably, a control terminal is connected to the input terminal, and a third switching element in which a conduction state between the first power supply terminal and the fourth node is controlled according to a level of the control terminal, and a control A fourth switching element having a terminal connected to the input terminal, and a conduction state between the reference terminal and the fourth node controlled according to a level of the control terminal; Are connected to the third node via the primary winding.

本発明によれば、変圧器として小型のパルス変圧器を使用するため、ハイサイドスイッチとしての第1のNチャネルトランジスタを高速かつ効率的に駆動することができる。   According to the present invention, since a small pulse transformer is used as the transformer, the first N-channel transistor as the high-side switch can be driven at high speed and efficiently.

以下、本発明のハイサイド駆動回路の一実施形態を添付図面に関連付けて説明する。
図1は、実施形態に係るハイサイド駆動回路1の回路図である。
Hereinafter, an embodiment of a high-side drive circuit according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a circuit diagram of a high-side drive circuit 1 according to the embodiment.

なお、以下の実施形態の説明において、NチャネルトランジスタQ5、Q6、Q3、Q4は、それぞれ本発明の第1、第2、第3,第4のNチャネルトランジスタに対応する。
変圧器T1は、本発明の変圧器に対応する。
トランジスタQ1、Q2は、それぞれ本発明の第1、第2のスイッチング素子に対応する。
キャパシタC1、C2、C3は、それぞれ本発明の第1、第2、第3の容量に対応する。
ノード101は、本発明の第1の電源端子に対応する。ノード103、104、105、111は、それぞれ本発明の第1、第2、第3、第4のノードに対応する。
In the following description of the embodiments, the N-channel transistors Q5, Q6, Q3, and Q4 correspond to the first, second, third, and fourth N-channel transistors of the present invention, respectively.
The transformer T1 corresponds to the transformer of the present invention.
The transistors Q1 and Q2 correspond to first and second switching elements of the present invention, respectively.
Capacitors C1, C2, and C3 correspond to the first, second, and third capacitors of the present invention, respectively.
The node 101 corresponds to the first power supply terminal of the present invention. Nodes 103, 104, 105, and 111 correspond to the first, second, third, and fourth nodes of the present invention, respectively.

ハイサイド駆動回路1は、入力端子100に印加されるPWM信号V1に基づいて、出力用のハイサイドパワーFETとしてのNチャネルトランジスタQ5を駆動して、入力したPWM信号と同じデューティ比の高電圧(たとえば、100V)を出力端子200から得るための回路である。ローサイドスイッチとしてのNチャネルトランジスタQ6は、端子120によってハイサイド側とは独立に制御可能である。   The high-side drive circuit 1 drives an N-channel transistor Q5 as an output high-side power FET based on the PWM signal V1 applied to the input terminal 100, and a high voltage having the same duty ratio as the input PWM signal. This is a circuit for obtaining (for example, 100 V) from the output terminal 200. The N-channel transistor Q6 as a low-side switch can be controlled independently from the high-side side by a terminal 120.

図1において、端子101には、たとえば12V程度のVccが印加される。端子102は、グランド端子である。   In FIG. 1, Vcc of about 12 V is applied to the terminal 101, for example. The terminal 102 is a ground terminal.

ハイサイド駆動回路1の構成
以下、ハイサイド駆動回路1の構成について説明する。
Hereinafter, the configuration of the high side drive circuit 1 will be described.

(1)トリガ信号生成部
図1において、トランジスタQ7,Q8、ダイオードD1,D2、キャパシタC1,C2、変圧器T1は、トリガ信号生成部を構成する。
トランジスタQ7およびQ8は、PWM信号を電流増幅するためのトランジスタである。キャパシタC1,C2は、数十から数百pF程度の小容量の充放電用のコンデンサである。ダイオードD1,D2は、変圧器T1をリセットするためのダイオードである。
(1) Trigger Signal Generation Unit In FIG. 1, transistors Q7 and Q8, diodes D1 and D2, capacitors C1 and C2, and transformer T1 constitute a trigger signal generation unit.
Transistors Q7 and Q8 are transistors for current amplification of the PWM signal. The capacitors C1 and C2 are capacitors for charging and discharging with a small capacity of about several tens to several hundreds pF. The diodes D1 and D2 are diodes for resetting the transformer T1.

入力端子100は、トランジスタQ7,Q8のベースと接続される。トランジスタQ7,Q8のエミッタ同士がノード111を介して接続される。トランジスタQ7のコレクタと端子101が接続される。トランジスタQ8のコレクタが端子102と接続される。   Input terminal 100 is connected to the bases of transistors Q7 and Q8. The emitters of the transistors Q7 and Q8 are connected to each other through a node 111. The collector of transistor Q7 and terminal 101 are connected. The collector of transistor Q8 is connected to terminal 102.

変圧器T1の一次側の巻線は、ノード111とノード103に接続される。
キャパシタC1とダイオードD1は、ノード103と端子101間に並列に接続される。キャパシタC2とダイオードD2は、ノード103と端子102間に並列に接続される。
The primary winding of the transformer T1 is connected to the nodes 111 and 103.
The capacitor C1 and the diode D1 are connected in parallel between the node 103 and the terminal 101. Capacitor C2 and diode D2 are connected in parallel between node 103 and terminal 102.

PWM信号V1がLレベル(ローレベル)からHレベル(ハイレベル)になる時には、NPN型のトランジスタQ7がオンとなり、PNP型のトランジスタQ8がオフとなる。これにより、端子101→トランジスタQ7→ノード111→変圧器T1の1次巻線の経路で、キャパシタC2が充電されるとともに、キャパシタC1は放電する。
キャパシタC1,C2の容量が小さいため、極めて短い時間内に充放電は完了した後、ダイオードD1の順方向電圧Vにより変圧器T1をリセットすることとなる。
When the PWM signal V1 changes from the L level (low level) to the H level (high level), the NPN transistor Q7 is turned on and the PNP transistor Q8 is turned off. As a result, the capacitor C2 is charged and the capacitor C1 is discharged along the path of the primary winding of the terminal 101 → the transistor Q7 → the node 111 → the transformer T1.
Since the capacitance of the capacitors C1, C2 is small, after charge and discharge was completed within a very short time, and resetting the transformer T1 by the forward voltage V F of the diode D1.

PWM信号V1がHレベルからLレベルになる時には、PNP型のトランジスタQ8がオンとなり、NPN型のトランジスタQ7がオフとなる。これにより、端子101→キャパシタC1→ノード103→変圧器T1の1次巻線→トランジスタQ8の経路で、キャパシタC1が充電されるとともに、キャパシタC2は放電する。
キャパシタC1,C2の容量が小さいため、極めて短い時間内に充放電は完了した後、ダイオードD2の順方向電圧Vにより変圧器T1をリセットすることとなる。
When the PWM signal V1 changes from the H level to the L level, the PNP transistor Q8 is turned on and the NPN transistor Q7 is turned off. As a result, the capacitor C1 is charged and the capacitor C2 is discharged along the path of the terminal 101 → the capacitor C1 → the node 103 → the primary winding of the transformer T1 → the transistor Q8.
Since the capacitance of the capacitors C1, C2 is small, after charge and discharge was completed within a very short time, and resetting the transformer T1 by the forward voltage V F of the diode D2.

以上の動作により、変圧器T1の1次巻線にかかる電圧V2は、入力したPWM信号の立ち上がり/立下りに応じたタイミングで交互に反転したトリガ信号が生成される。   With the above operation, a trigger signal is generated in which the voltage V2 applied to the primary winding of the transformer T1 is alternately inverted at the timing corresponding to the rising / falling of the input PWM signal.

変圧器T1は、1次巻線に生じたトリガ信号を、絶縁かつ反転して2次巻線側に伝達する。図1に示すように、変圧器T1の2次巻線は、ノード104および105に接続されている。
なお、本発明のハイサイド駆動回路において、変圧器T1の巻線比は自由に設定できるが、実施形態に係るハイサイド駆動回路1では1:1の場合を例として説明する。したがって、変圧器T1の2次巻線には、電圧V2をそのまま反転させた電圧V3が発生する。
電圧V3の信号の概略波形が図1に表示されている。
The transformer T1 insulates and inverts the trigger signal generated in the primary winding and transmits it to the secondary winding side. As shown in FIG. 1, the secondary winding of transformer T <b> 1 is connected to nodes 104 and 105.
In the high side drive circuit of the present invention, the turns ratio of the transformer T1 can be freely set. However, in the high side drive circuit 1 according to the embodiment, the case of 1: 1 will be described as an example. Therefore, a voltage V3 obtained by inverting the voltage V2 as it is is generated in the secondary winding of the transformer T1.
A schematic waveform of the signal of voltage V3 is displayed in FIG.

ハイサイド駆動回路1では、キャパシタC1,C2の充放電時間は非常に短いため、変圧器T1の1次巻線のインダクタンス成分を小さくした場合でも、電圧V2に伴う変圧器T1の励磁電流はほとんど少ない。それゆえ、変圧器T1のコアを小さくすることができるので、変圧器T1における損失を小さくすることができる。
したがって、変圧器T1として小型のパルス変圧器を用い、SMDとして基板に実装することが可能である。
In the high-side drive circuit 1, since the charging / discharging time of the capacitors C1 and C2 is very short, even when the inductance component of the primary winding of the transformer T1 is reduced, the exciting current of the transformer T1 accompanying the voltage V2 is almost none. Few. Therefore, since the core of the transformer T1 can be reduced, the loss in the transformer T1 can be reduced.
Therefore, it is possible to use a small pulse transformer as the transformer T1 and mount it on the substrate as an SMD.

(2)ブートストラップ部
図1において、ダイオードD3とキャパシタC3は、ブートストラップ部を構成する。
ブートストラップ部は、NチャネルトランジスタQ3,Q4によって、NチャネルトランジスタQ5のゲート電荷を素早く充電、放電させ、NチャネルトランジスタQ5を高速にオン・オフさせるためのハイサイド用電源として機能する。
キャパシタC3は、上端がノード112に、他端が変圧器T1の2次巻線の一端であるノード104に、それぞれ接続されている。
(2) Bootstrap Unit In FIG. 1, the diode D3 and the capacitor C3 constitute a bootstrap unit.
The bootstrap unit functions as a high-side power source for quickly charging and discharging the gate charge of the N-channel transistor Q5 by the N-channel transistors Q3 and Q4, and turning the N-channel transistor Q5 on and off at high speed.
Capacitor C3 has an upper end connected to node 112 and the other end connected to node 104, which is one end of the secondary winding of transformer T1.

ダイオードD3は、キャパシタC3に充電されるハイサイド用電圧により、キャパシタC3から端子101に対して逆漏れ電流が生じないようにするためのダイオードである。したがって、ダイオードD3は、アノードが端子101に接続され、カソードがキャパシタC3の一端であるノード112と接続される。   The diode D3 is a diode for preventing a reverse leakage current from being generated from the capacitor C3 to the terminal 101 by the high-side voltage charged in the capacitor C3. Therefore, the diode D3 has an anode connected to the terminal 101 and a cathode connected to the node 112 that is one end of the capacitor C3.

ローサイド用のNチャネルトランジスタQ6がオンの時には、VccからダイオードD3→ノード112を経由してキャパシタC3が充電されて、ハイサイド用の電源を生成する。
ハイサイド用のNチャネルトランジスタQ5がオンする時には、NチャネルトランジスタQ3がオンとなるので、キャパシタC3の充電電圧を素早くNチャネルトランジスタQ5のゲートに印加する。
When the low-side N-channel transistor Q6 is on, the capacitor C3 is charged from Vcc via the diode D3 → node 112 to generate a high-side power supply.
When the high-side N-channel transistor Q5 is turned on, the N-channel transistor Q3 is turned on, so that the charging voltage of the capacitor C3 is quickly applied to the gate of the N-channel transistor Q5.

(3)駆動信号生成部
図1において、抵抗R1,R2、ダイオードD4〜D8、トランジスタQ1,Q2、NチャネルトランジスタQ3,Q4は、ハイサイド用の駆動信号生成部を構成する。
駆動信号生成部は、変圧器T1の2次巻線に生じたトリガ信号V3を、NチャネルトランジスタQ5をドライブするための駆動信号に変換するための回路である。
(3) Drive Signal Generation Unit In FIG. 1, resistors R1 and R2, diodes D4 to D8, transistors Q1 and Q2, and N-channel transistors Q3 and Q4 constitute a high-side drive signal generation unit.
The drive signal generation unit is a circuit for converting the trigger signal V3 generated in the secondary winding of the transformer T1 into a drive signal for driving the N-channel transistor Q5.

NチャネルトランジスタQ3は、PWM信号がHレベルのときにオンとなり、キャパシタC3の電圧により、NチャネルトランジスタQ5のゲート容量を充電してNチャネルトランジスタQ5をオンとするための制御用トランジスタである。
図1に示すように、NチャネルトランジスタQ3のゲートは、トランジスタQ1のエミッタに接続される。ドレインは、トランジスタQ1のコレクタに接続される。ソースは、ノード110を介してNチャネルトランジスタQ4のドレインと接続されるとともに、NチャネルトランジスタQ5のゲートと接続される。
The N-channel transistor Q3 is a control transistor that is turned on when the PWM signal is at the H level, charges the gate capacitance of the N-channel transistor Q5 with the voltage of the capacitor C3, and turns on the N-channel transistor Q5.
As shown in FIG. 1, the gate of N-channel transistor Q3 is connected to the emitter of transistor Q1. The drain is connected to the collector of the transistor Q1. The source is connected to the drain of N channel transistor Q4 via node 110 and to the gate of N channel transistor Q5.

NチャネルトランジスタQ4は、PWM信号がLレベルのときにオンとなり、NチャネルトランジスタQ5のゲート電荷を引き抜いて、NチャネルトランジスタQ5をオフとするための制御用トランジスタである。また、PWM信号がHレベルのときにはオフとなり、NチャネルトランジスタQ5のゲート電圧を維持する。
図1に示すように、NチャネルトランジスタQ4のゲートは、変圧器T1の2次巻線の一端のノード105に接続される。ドレインは、ノード110を介してNチャネルトランジスタQ3のソースと接続されるとともに、NチャネルトランジスタQ5のゲートと接続される。ソースは、変圧器T1の2次巻線の一端のノード104に接続される。
The N-channel transistor Q4 is a control transistor that is turned on when the PWM signal is at L level, draws out the gate charge of the N-channel transistor Q5, and turns off the N-channel transistor Q5. When the PWM signal is at the H level, it is turned off and the gate voltage of the N channel transistor Q5 is maintained.
As shown in FIG. 1, the gate of the N-channel transistor Q4 is connected to a node 105 at one end of the secondary winding of the transformer T1. The drain is connected to the source of N channel transistor Q3 via node 110 and to the gate of N channel transistor Q5. The source is connected to node 104 at one end of the secondary winding of transformer T1.

トランジスタQ1は、NチャネルトランジスタQ3のゲート電圧を制御するための制御用トランジスタである。
図1に示すように、トランジスタQ1のベースは、ノード108および抵抗R2を介して、キャパシタC3の一端のノード112と接続されるとともに、ダイオードD7を介して、トランジスタQ2のコレクタに接続される。コレクタは、キャパシタC3の一端のノード112と接続される。エミッタは、ダイオードD8を介して、トランジスタQ2のコレクタと接続される。
PWM信号がHレベルになると、キャパシタC3の電圧およびベース抵抗となる抵抗R2に応じて、トランジスタQ1に対してベース電流が供給され、トランジスタQ1がオンとなる。これにより、NチャネルトランジスタQ3のゲートにはキャパシタC3の電圧が供給され、NチャネルトランジスタQ3はオンとなる。
The transistor Q1 is a control transistor for controlling the gate voltage of the N-channel transistor Q3.
As shown in FIG. 1, the base of the transistor Q1 is connected to the node 112 at one end of the capacitor C3 through the node 108 and the resistor R2, and is connected to the collector of the transistor Q2 through the diode D7. The collector is connected to the node 112 at one end of the capacitor C3. The emitter is connected to the collector of transistor Q2 via diode D8.
When the PWM signal becomes H level, the base current is supplied to the transistor Q1 according to the voltage of the capacitor C3 and the resistor R2 serving as the base resistance, and the transistor Q1 is turned on. As a result, the voltage of the capacitor C3 is supplied to the gate of the N-channel transistor Q3, and the N-channel transistor Q3 is turned on.

トランジスタQ2は、NチャネルトランジスタQ3のゲート電圧を制御するための制御用トランジスタである。
トランジスタQ2のベースは、ノード106、ダイオードD5およびD6を介して、変圧器T1の2次巻線の一端であるノード105と接続される。エミッタは、変圧器T1の2次巻線の一端であるノード104と接続される。
PWM信号がLレベルとなると、ノード106の電位は、Vcc、ダイオードD3および抵抗R1に応じて定まるプラス電位となり、トランジスタQ2がオンする。これにより、ダイオードD7およびD8には、等しい順方向電圧が生じ、トランジスタQ1のベース−エミッタ間電圧がほぼ0となるので、トランジスタQ1がオフとなる。それゆえ、NチャネルトランジスタQ3がオフとなる。
PWM信号がHレベルとなると、トリガ信号電圧V3はマイナスとなり、ノード106の電位もマイナスとなるので、トランジスタQ2がオフする。これにより、トランジスタQ1はオンを維持し、NチャネルトランジスタQ3はオンを維持する。
したがって、トランジスタQ2の導通状態に応じて、NチャネルトランジスタQ3が制御される。
The transistor Q2 is a control transistor for controlling the gate voltage of the N channel transistor Q3.
The base of transistor Q2 is connected to node 105, which is one end of the secondary winding of transformer T1, via node 106 and diodes D5 and D6. The emitter is connected to a node 104 which is one end of the secondary winding of the transformer T1.
When the PWM signal becomes L level, the potential of the node 106 becomes a positive potential determined according to Vcc, the diode D3, and the resistor R1, and the transistor Q2 is turned on. As a result, equal forward voltages are generated in the diodes D7 and D8, and the base-emitter voltage of the transistor Q1 becomes almost zero, so that the transistor Q1 is turned off. Therefore, N channel transistor Q3 is turned off.
When the PWM signal becomes H level, the trigger signal voltage V3 becomes negative and the potential of the node 106 also becomes negative, so that the transistor Q2 is turned off. Thereby, the transistor Q1 is kept on, and the N-channel transistor Q3 is kept on.
Therefore, N channel transistor Q3 is controlled in accordance with the conduction state of transistor Q2.

NチャネルトランジスタQ3,Q4に対して、トランジスタQ1,2をバイポーラ型トランジスタとしている。これは、制御用トランジスタとして高速のスイッチングが可能であることを考慮したためである。
また、トランジスタQ2の動作閾値電圧(VBE:通常0.7V程度)をNチャネルトランジスタQ4の動作閾値電圧(VGS:2.5V以上)よりも低くして、NチャネルトランジスタQ4とトランジスタQ2がスイッチングするタイミングをずらすためでもある。
Transistors Q1 and Q2 are bipolar transistors with respect to N-channel transistors Q3 and Q4. This is because a high-speed switching is possible as a control transistor.
Further, the operation threshold voltage (V BE : usually about 0.7V) of the transistor Q2 is made lower than the operation threshold voltage (V GS : 2.5V or more) of the N-channel transistor Q4, so that the N-channel transistor Q4 and the transistor Q2 This is also for shifting the switching timing.

たとえば、PWM信号がHレベルからLレベルとなった場合には、トリガ信号電圧V3が上昇するので、トランジスタQ2がオンとなり、NチャネルトランジスタQ4がオンとなるが、ここで仮にトランジスタQ2がNチャネルトランジスタQ4よりも先にオンしないとすると、NチャネルトランジスタQ4がオンになる前に、トランジスタQ1およびNチャネルトランジスタQ3をオフにすることができず、NチャネルトランジスタQ3およびQ4がともにオンになる状態が生じてしまう。NチャネルトランジスタQ3およびQ4がともにオンになると、Vcc→Q3→Q4→グランドレベルの経路に貫通電流が発生し、ハイサイド駆動回路1の効率が悪化し、かつ、パワーロスとなる。   For example, when the PWM signal changes from the H level to the L level, the trigger signal voltage V3 increases, so that the transistor Q2 is turned on and the N-channel transistor Q4 is turned on. If the transistor Q4 is not turned on before the transistor Q4, the transistor Q1 and the N channel transistor Q3 cannot be turned off before the N channel transistor Q4 is turned on, and both the N channel transistors Q3 and Q4 are turned on. Will occur. When both N-channel transistors Q3 and Q4 are turned on, a through current is generated in a path of Vcc → Q3 → Q4 → ground level, the efficiency of the high side drive circuit 1 is deteriorated, and power loss is caused.

また、PWM信号がHレベルからLレベルとなった直後は、トランジスタQ2およびNチャネルトランジスタQ4がオンとなり、トランジスタQ1およびNチャネルトランジスタQ3がオフとなる。その後、トリガ信号電圧V3が徐々に低下していく際に、仮に、トランジスタQ2がNチャネルトランジスタQ4よりも先にオフしてしまうと、Vcc→Q3→Q4→グランドの経路に貫通電流が発生し、ハイサイド駆動回路1の効率が悪化し、かつ、パワーロスとなる。したがって、かかる場合に、NチャネルトランジスタQ4をトランジスタQ2よりも先にオフするようにして、変圧器T1のリセット期間中にNチャネルトランジスタQ5のVGSを0Vに維持するようにする。 Immediately after the PWM signal changes from the H level to the L level, the transistor Q2 and the N channel transistor Q4 are turned on, and the transistor Q1 and the N channel transistor Q3 are turned off. Thereafter, when the trigger signal voltage V3 gradually decreases, if the transistor Q2 is turned off before the N-channel transistor Q4, a through current is generated in the path of Vcc → Q3 → Q4 → ground. As a result, the efficiency of the high-side drive circuit 1 deteriorates and power loss occurs. Therefore, in such a case, the N channel transistor Q4 is turned off before the transistor Q2, so that the V GS of the N channel transistor Q5 is maintained at 0 V during the reset period of the transformer T1.

図1に示すように、駆動信号生成部には、変圧器T1の2次巻線の一端であるノード105と、トランジスタQ2のベースと同じ電位となるノード106との間に、ダイオードD5,D6が接続される。このダイオードD5,D6は、レベルシフト回路を構成する。   As shown in FIG. 1, the drive signal generator includes diodes D5 and D6 between a node 105 that is one end of the secondary winding of the transformer T1 and a node 106 that has the same potential as the base of the transistor Q2. Is connected. The diodes D5 and D6 constitute a level shift circuit.

このレベルシフト回路は、トランジスタQ2のベース電位を持ち上げるために設定される。
たとえば、PWM信号がHレベルからLレベルになった直後は、トリガ信号電圧V3が素早く上昇し、その後、キャパシタC1の充電とC2の放電により電圧V3は徐々に低下し、変圧器T1のリセット期間となるが、そのリセット期間中は、ダイオードD2の影響により、若干のマイナスレベルとなる。たとえば、ノード105の電位は−1V程度となるので、かかる場合でも、そのリセット期間中にトランジスタQ1、NチャネルトランジスタQ3をオンさせないように、トランジスタQ2のベース電位を高めるため、レベルシフト回路が設定されている。
This level shift circuit is set to raise the base potential of the transistor Q2.
For example, immediately after the PWM signal changes from the H level to the L level, the trigger signal voltage V3 rises quickly, and then the voltage V3 gradually decreases due to the charging of the capacitor C1 and the discharging of C2, and the reset period of the transformer T1 However, during the reset period, the level is slightly negative due to the influence of the diode D2. For example, since the potential of the node 105 is about −1V, even in such a case, the level shift circuit is set to increase the base potential of the transistor Q2 so that the transistor Q1 and the N-channel transistor Q3 are not turned on during the reset period. Has been.

ハイサイド駆動回路1の動作
次に、ハイサイド駆動回路1の動作について、図2に関連付けて説明する。
図2は、ハイサイド駆動回路1の動作を説明するためのタイミングチャートであり、(a)はPWM信号電圧V1を、(b)はノード111の電圧を、(c)はトリガ信号電圧V2およびV3を、(d)はNチャネルトランジスタQ3のVGSを、(e)はNチャネルトランジスタQ5のVGSを、それぞれ示す。
Operation of High Side Drive Circuit 1 Next, the operation of the high side drive circuit 1 will be described with reference to FIG.
FIG. 2 is a timing chart for explaining the operation of the high-side drive circuit 1, wherein (a) shows the PWM signal voltage V1, (b) shows the voltage at the node 111, (c) shows the trigger signal voltage V2 and V3, (d) shows the V GS of the N-channel transistor Q3, and (e) shows the V GS of the N-channel transistor Q5.

図2では、約9VのPWM信号が印加された場合において、ある時刻92.7μsecから時刻96.1μsecまでの期間についての各信号波形を示している。   FIG. 2 shows signal waveforms for a period from a certain time 92.7 μsec to a time 96.1 μsec when a PWM signal of about 9 V is applied.

(1)時刻92.7μsec〜92.8μsecの期間
この期間は、変圧器T1をリセットするため、|V3|≦V+Vces≦1.4V(Vces:Q7,Q8のコレクタ-エミッタ飽和電圧)となっている。
トリガ信号電圧V3は、NチャネルトランジスタQ4のゲート−ソース間電圧となっているので、NチャネルトランジスタQ4はオフしている。
一方、トランジスタQ2は、ベース電流がVcc→ダイオードD3→抵抗R1を介してベース電流が供給され、オンとなっている。その時、ダイオードD7およびD8がともにオンするので、トランジスタQ1のベース−エミッタ間電圧はほぼ0となり、トランジスタQ1はオフしている。
(1) Time period from 92.7 μsec to 92.8 μsec In this period, in order to reset the transformer T1, | V3 | ≦ V F + Vces ≦ 1.4V (Vces: collector-emitter saturation voltage of Q7, Q8) and It has become.
Since the trigger signal voltage V3 is the gate-source voltage of the N-channel transistor Q4, the N-channel transistor Q4 is off.
On the other hand, the base current is supplied to the transistor Q2 via Vcc → diode D3 → resistor R1, and the transistor Q2 is turned on. At that time, since both the diodes D7 and D8 are turned on, the base-emitter voltage of the transistor Q1 is almost 0, and the transistor Q1 is turned off.

トランジスタQ2およびダイオードD8がオンする結果、NチャネルトランジスタQ3のゲート−ソース間のコンデンサの電荷がトランジスタQ2を経由して放電されてしまうので、NチャネルトランジスタQ3はオフとなっている。
なお、NチャネルトランジスタQ4がオフとなっているので、ハイサイドパワーFETであるNチャネルトランジスタQ5のゲート電荷を充放電することができず、図2(e)に示すように、NチャネルトランジスタQ5のVGS電圧はHレベルのまま維持している。
As a result of turning on the transistor Q2 and the diode D8, the charge of the capacitor between the gate and the source of the N-channel transistor Q3 is discharged via the transistor Q2, so that the N-channel transistor Q3 is turned off.
Since the N-channel transistor Q4 is off, the gate charge of the N-channel transistor Q5, which is a high-side power FET, cannot be charged / discharged. As shown in FIG. The V GS voltage is maintained at the H level.

(2)時刻92.8μsec〜93.1μsecの期間
図2(a)に示すように、PWM信号V1がHレベルからLレベルに立ち下がると、キャパシタC1が充電され、キャパシタC2が放電される結果、図2(c)に示すように、トリガ信号電圧V2が急降下し、そのV2を変圧器T1により反転したトリガ信号電圧V3は急上昇する。
(2) Time period from 92.8 μsec to 93.1 μsec As shown in FIG. 2A, when the PWM signal V1 falls from the H level to the L level, the capacitor C1 is charged and the capacitor C2 is discharged. As shown in FIG. 2C, the trigger signal voltage V2 suddenly drops, and the trigger signal voltage V3 obtained by inverting V2 by the transformer T1 rises rapidly.

トリガ信号電圧V3の急上昇により、トランジスタQ2およびNチャネルトランジスタQ4がオンする。これにより、NチャネルトランジスタQ5のゲート−ソース間のゲート電荷が急速に放電され、図2(e)に示すように、NチャネルトランジスタQ5のVGS電圧は急激に低下し、NチャネルトランジスタQ5がオフする。 The transistor Q2 and the N-channel transistor Q4 are turned on by the rapid rise of the trigger signal voltage V3. As a result, the gate charge between the gate and source of the N-channel transistor Q5 is rapidly discharged, and the V GS voltage of the N-channel transistor Q5 rapidly decreases as shown in FIG. Turn off.

図2(c)のV3の波形に見られるように、一旦トリガ信号電圧V3が急上昇した後は、キャパシタC1の充電とC2の放電に伴い、キャパシタC1,C2および変圧器T1のインダクタンス成分に応じて定まる減衰カーブにより徐々にV3のレベルは低下していく。   As can be seen from the waveform of V3 in FIG. 2 (c), once the trigger signal voltage V3 suddenly rises, it depends on the inductance components of the capacitors C1 and C2 and the transformer T1 as the capacitor C1 is charged and discharged. The level of V3 gradually decreases due to the attenuation curve determined.

さらにトリガ信号電圧V3が低下し、約2V以下となると(時刻93.1μsec付近)、NチャネルトランジスタQ4は、トランジスタQ2より先にオフとなる。NチャネルトランジスタQ3はまだオフのままであるため、NチャネルトランジスタQ5のVGS電圧は変化しない。それゆえ、NチャネルトランジスタQ5は、時刻92.9μsecにオフしてから、PWM信号が再びHレベルに切り替わるまで、VGS=0Vの状態を維持する。 When the trigger signal voltage V3 further decreases to about 2 V or less (near time 93.1 μsec), the N-channel transistor Q4 is turned off before the transistor Q2. Since N-channel transistor Q3 is still off, the V GS voltage of N-channel transistor Q5 does not change. Therefore, the N-channel transistor Q5 maintains the state of V GS = 0V until the PWM signal is switched to the H level again after being turned off at time 92.9 μsec.

(3)時刻93.1μsec〜94.0μsecの期間
さらにトリガ信号電圧V3が低下し、変圧器T1をリセットするため、|V3|≦V+Vces≦1.4Vとなる。このリセット期間中は、NチャネルトランジスタQ5のVGSは、0Vに維持される。
(3) Time period from 93.1 μsec to 94.0 μsec Further, the trigger signal voltage V3 further decreases and the transformer T1 is reset, so that | V3 | ≦ V F + Vces ≦ 1.4V. During this reset period, V GS of N-channel transistor Q5 is maintained at 0V.

(4)時刻94.0μsec〜94.1μsecの期間
時刻94.0μsecになると、図2(a)に示すように、PWM信号V1はLレベルからHレベルに変化する。これにより、キャパシタC1が放電され、キャパシタC2が充電される結果、図2(c)に示すように、トリガ信号電圧V2が急上昇し、そのV2を変圧器T1により反転したトリガ信号電圧V3は急降下する。
(4) Period from Time 94.0 μsec to 94.1 μsec At time 94.0 μsec, the PWM signal V1 changes from L level to H level as shown in FIG. As a result, the capacitor C1 is discharged and the capacitor C2 is charged. As a result, as shown in FIG. 2C, the trigger signal voltage V2 rapidly rises, and the trigger signal voltage V3 obtained by inverting the V2 by the transformer T1 suddenly drops. To do.

ダイオードD5の順方向電圧をVF、ダイオードD6の降伏電圧をVとすると、ノード106は、ノード105に対して(V+V)だけ高い電位を維持される一方で、ダイオードD4がオンするため、トランジスタQ2のベース電位は、−Vにクランプされている。したがって、トリガ信号電圧V3は、−(2V+V)にクランプされる。 When the forward voltage of the diode D5 is V F and the breakdown voltage of the diode D6 is V Z , the node 106 is maintained at a potential higher than the node 105 by (V F + V Z ), while the diode D4 is turned on. to the base potential of the transistor Q2 is clamped to -V F. Therefore, the trigger signal voltage V3 is clamped to − (2V F + V Z ).

その結果、トランジスタQ2がオフするため、ダイオードD7,D8もオフする。そして、トランジスタQ1は抵抗R2をベース抵抗とするベース電流によりオンする。トランジスタQ1がオンした途端、NチャネルトランジスタQ3を急速にオンさせ、NチャネルトランジスタQ5のゲートコンデンサを充電し、図2(e)に示すように、NチャネルトランジスタQ5は、素早くオンする。   As a result, since the transistor Q2 is turned off, the diodes D7 and D8 are also turned off. The transistor Q1 is turned on by a base current whose resistance is the resistor R2. As soon as the transistor Q1 is turned on, the N-channel transistor Q3 is rapidly turned on to charge the gate capacitor of the N-channel transistor Q5, and the N-channel transistor Q5 is quickly turned on as shown in FIG.

(5)時刻94.1μsec〜94.9μsecの期間
次に、キャパシタC1の放電に応じて、トリガ信号電圧V3のマイナス幅が小さくなっていくと共に、V3に対して(V+V)だけ持ち上げられたトランジスタQ2のベース電圧が徐々に上昇する。そして、トランジスタQ2のベース電圧がプラスVより高くなると、トランジスタQ2が再びオンする。
その際に、トランジスタQ2は、NチャネルトランジスタQ4よりも先にオンするように構成されているため、NチャネルトランジスタQ4をオフにした状態で、トランジスタQ1をオフさせる。その結果、NチャネルトランジスタQ3およびQ4がともにオフし、次にPWM信号が立ち下がるタイミング(94.9μsec)すなわち、プラスのトリガ信号電圧が生成されるまで、NチャネルトランジスタQ5がオンの状態を維持する。
(5) Time period from 94.1 μsec to 94.9 μsec Next, as the capacitor C1 is discharged, the negative width of the trigger signal voltage V3 becomes smaller and is raised by (V F + V Z ) with respect to V3. The base voltage of the transistor Q2 is gradually increased. When the base voltage of the transistor Q2 is higher than the positive V F, the transistor Q2 is turned on again.
At this time, since the transistor Q2 is configured to be turned on before the N-channel transistor Q4, the transistor Q1 is turned off while the N-channel transistor Q4 is turned off. As a result, both N-channel transistors Q3 and Q4 are turned off, and the timing at which the PWM signal falls next (94.9 μsec), that is, N-channel transistor Q5 is kept on until a positive trigger signal voltage is generated. To do.

以上、構成および動作について説明したように、本実施形態に係るハイサイド駆動回路は、PWM信号(駆動信号)をハイサイドに伝達する際に、パワードライブ変圧器を使わずに、パルス変圧器を用い、伝達信号(トリガ信号)の幅を短時間としたため、変圧器を駆動するために要する電力(励磁電力等)が極めて少なく、高効率なハイサイド駆動回路を実現することができる。
すなわち、キャパシタC1およびC2は容量が小さく、充放電時間が非常に短いため、変圧器T1の1次側巻線のインダクタンスを少なくした場合でも、入力電圧による変圧器T1の励磁電流はほとんど少ない。したがって、変圧器T1のコアを非常に小さくすることができ、変圧器T1における損失はほとんどない。
As described above, the configuration and operation of the high-side drive circuit according to the present embodiment can be achieved by using a pulse transformer without using a power drive transformer when transmitting a PWM signal (drive signal) to the high side. Since the width of the transmission signal (trigger signal) is short, the power (excitation power, etc.) required for driving the transformer is very small, and a high-efficiency high-side drive circuit can be realized.
That is, since the capacitors C1 and C2 have a small capacity and a very short charge / discharge time, even when the inductance of the primary winding of the transformer T1 is reduced, the exciting current of the transformer T1 due to the input voltage is almost small. Therefore, the core of the transformer T1 can be made very small and there is almost no loss in the transformer T1.

本実施形態に係るハイサイド駆動回路によれば、変圧器を駆動する電力が少なくて済むため、変圧器の小型のSMDタイプにすることができるため、駆動回路を全体的に小型化できる。   According to the high-side drive circuit according to the present embodiment, less power is required to drive the transformer, so that the transformer can be made into a small SMD type, and thus the drive circuit can be downsized as a whole.

本実施形態に係るハイサイド駆動回路によれば、ブートストラップ方式でドライブ電源を生成したため、ハイサイドスイッチを駆動する際に独立した電源を必要としない。したがって、特にハイサイド駆動用の電源に起因する電源ノイズが発生しない。   According to the high side drive circuit according to the present embodiment, since the drive power supply is generated by the bootstrap method, an independent power supply is not required when driving the high side switch. Therefore, power supply noise caused by the high-side drive power supply is not generated.

本実施形態に係るハイサイド駆動回路によれば、トリガ信号の時間幅が極小であるため、広い範囲のデューティ比をもつPWM波形に対応することができるとともに、応答時間が早い。したがって、500kHz以上の高い周波数のスイッチング電源に適用することができる。   According to the high-side drive circuit according to the present embodiment, since the time width of the trigger signal is extremely small, it is possible to deal with PWM waveforms having a wide range of duty ratios and quick response time. Therefore, it can be applied to a switching power supply with a high frequency of 500 kHz or more.

本発明は、上述した実施形態の内容に拘泥せず、様々な改変を行うことによって適用することが可能である。
たとえば、上述したように、図1に示したハイサイド駆動回路1では、PWM信号をトリガ信号に変換するときのドライブパワーが非常に小さくて済む点に着目し、図1に示したハイサイド駆動回路1を簡略化してもよい。
The present invention can be applied by making various modifications without being limited to the contents of the above-described embodiment.
For example, as described above, in the high-side drive circuit 1 shown in FIG. 1, paying attention to the fact that the drive power for converting the PWM signal into the trigger signal can be very small, the high-side drive shown in FIG. The circuit 1 may be simplified.

図3は、ハイサイド駆動回路1の一改良例を示す。
図3に示すハイサイド駆動回路は、図1に示したハイサイド駆動回路1と比較して、入力部のトランジスタQ7およびQ8を省略した点で相違する。図3に示すように、PWM信号により変圧器T1を直接駆動するようにしてもよい。これにより、ハイサイド駆動回路1に対してさらに低コスト、小型化が可能となる。
FIG. 3 shows an improved example of the high-side drive circuit 1.
The high side drive circuit shown in FIG. 3 is different from the high side drive circuit 1 shown in FIG. 1 in that the transistors Q7 and Q8 in the input section are omitted. As shown in FIG. 3, the transformer T1 may be directly driven by a PWM signal. As a result, the high-side drive circuit 1 can be further reduced in cost and size.

実施形態に係るハイサイド駆動回路の回路構成を示す一例である。It is an example which shows the circuit structure of the high side drive circuit which concerns on embodiment. 実施形態に係るハイサイド駆動回路の動作を示すタイミングチャートである。6 is a timing chart showing the operation of the high-side drive circuit according to the embodiment. 実施形態に係るハイサイド駆動回路の回路構成を示す一例である。It is an example which shows the circuit structure of the high side drive circuit which concerns on embodiment. 従来のハイサイド駆動回路の回路構成を示す一例である。It is an example which shows the circuit structure of the conventional high side drive circuit. 従来のハイサイド駆動回路の回路構成を示す一例である。It is an example which shows the circuit structure of the conventional high side drive circuit.

符号の説明Explanation of symbols

T1…変圧器、D1〜D8…ダイオード、R1〜R2…抵抗、C1〜C3…キャパシタ、Q1〜Q2,Q7〜Q8…トランジスタ、Q3〜Q6…Nチャネルトランジスタ。   T1 ... Transformer, D1-D8 ... Diode, R1-R2 ... Resistance, C1-C3 ... Capacitor, Q1-Q2, Q7-Q8 ... Transistor, Q3-Q6 ... N-channel transistor.

Claims (4)

ハイサイドスイッチとしての第1のNチャネルトランジスタと、
ローサイドスイッチとしての第2のNチャネルトランジスタと、
第1のノードと第1の電源端子間に接続される第1の容量と、前記第1のノードと基準端子間に接続される第2の容量と、
PWM信号が与えられる入力端子と前記第1のノード間に1次巻線が接続され、前記第1および第2の容量がPWM信号の立ち上がり/立下りに応じて充放電を交互に繰り返すことで生成される第1のトリガ信号を、反転かつ絶縁して2次巻線に伝達して第2のトリガ信号を生成する変圧器と、
第1の電源端子と、前記2次巻線に接続されたノードのうちマイナス電位となる第2のノードとの間に接続され、前記第2のNチャネルトランジスタがオン状態のときに前記第1の電源により充電され、オフ状態のときに前記第2のNチャネルトランジスタのゲートに駆動電圧を与える第3の容量と、
ドレインが前記第3の容量に接続され、ソースが前記第1のNチャネルトランジスタのゲートに接続される第3のNチャネルトランジスタと、
前記2次巻線に接続されたノードのうちプラス電位となる第3のノードにゲートが接続され、ドレインが前記前記第1のNチャネルトランジスタのゲートに接続され、オン状態では、前記第1のNチャネルトランジスタをオフ状態とするための第4のNチャネルトランジスタと、
前記第1の電源端子からの電気信号に応じて、前記第1の電源端子と、前記第3のNチャネルトランジスタのゲートとの間の導通状態を制御する第1のスイッチング素子と、
前記第3のノードの極性に応じて、前記第3のNチャネルトランジスタのゲートと、前記第2のノードとの間の導通状態を制御し、前記第4のNチャネルトランジスタよりも動作閾値電圧が低い第2のスイッチング素子と、
を備えるハイサイド駆動回路。
A first N-channel transistor as a high-side switch;
A second N-channel transistor as a low-side switch;
A first capacitor connected between a first node and a first power supply terminal; a second capacitor connected between the first node and a reference terminal;
A primary winding is connected between an input terminal to which a PWM signal is applied and the first node, and the first and second capacitors alternately repeat charging and discharging according to the rise / fall of the PWM signal. A transformer that inverts and insulates the generated first trigger signal and transmits it to the secondary winding to generate a second trigger signal;
The first power supply terminal is connected between the second node having a negative potential among the nodes connected to the secondary winding, and the first N-channel transistor is in an ON state. A third capacitor that is charged by the power source of the second power source and supplies a driving voltage to the gate of the second N-channel transistor when the power source is off.
A third N-channel transistor having a drain connected to the third capacitor and a source connected to the gate of the first N-channel transistor;
Of the nodes connected to the secondary winding, a gate is connected to a third node having a positive potential, a drain is connected to a gate of the first N-channel transistor, and in an on state, the first A fourth N-channel transistor for turning off the N-channel transistor;
A first switching element for controlling a conduction state between the first power supply terminal and the gate of the third N-channel transistor in response to an electrical signal from the first power supply terminal;
The conduction state between the gate of the third N-channel transistor and the second node is controlled according to the polarity of the third node, and the operation threshold voltage is higher than that of the fourth N-channel transistor. A low second switching element;
A high-side drive circuit comprising:
前記第1および第2のスイッチング素子は、バイポーラトランジスタであり、
第2のスイッチング素子のコレクタと、第1のスイッチング素子のベースおよびエミッタとがそれぞれ接続され、
第2のスイッチング素子がオン状態のときに前記第1のスイッチング素子がオフ状態となる
請求項1記載のハイサイド駆動回路。
The first and second switching elements are bipolar transistors;
A collector of the second switching element and a base and an emitter of the first switching element are respectively connected;
The high-side drive circuit according to claim 1, wherein the first switching element is turned off when the second switching element is turned on.
前記第3ノードと、第2のスイッチング素子のベースとの間にレベルシフト手段を設ける
請求項1または2に記載のハイサイド駆動回路。
The high-side drive circuit according to claim 1, wherein level shift means is provided between the third node and a base of the second switching element.
制御端子が前記入力端子に接続され、当該制御端子のレベルに応じて、前記第1の電源端子と第4のノードとの導通状態が制御される第3のスイッチング素子と、
制御端子が前記入力端子に接続され、当該制御端子のレベルに応じて、前記基準端子と前記第4のノードとの導通状態が制御される第4のスイッチング素子と、をさらに有し、
前記第4のノードが前記1次巻線を介して前記第3のノードに接続される
請求項1〜3のいずれか一に記載のハイサイド駆動回路。
A third switching element, wherein a control terminal is connected to the input terminal, and a conduction state between the first power supply terminal and the fourth node is controlled according to a level of the control terminal;
A control terminal connected to the input terminal, and a fourth switching element in which a conduction state between the reference terminal and the fourth node is controlled according to a level of the control terminal;
The high side drive circuit according to claim 1, wherein the fourth node is connected to the third node via the primary winding.
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