JP2014158192A - Drive circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電力用半導体装置(パワーデバイス)を駆動する駆動回路に関するものであり、特に入力信号のレベルを変換するレベルシフト回路を備える駆動回路に関するものである。 The present invention relates to a drive circuit for driving a power semiconductor device (power device), and more particularly to a drive circuit including a level shift circuit for converting the level of an input signal.
パワーデバイスとしてのインバータは、600〜1200V程度の高電位(以下「VP電位」)と接地電位(以下「GND電位」)との間にトーテムポール接続した高電位側(P側)スイッチングデバイスと低電位側(N側)スイッチングデバイスとから構成される。そのため、インバータの駆動回路は、P側スイッチングデバイスを駆動するP側駆動回路と、N側スイッチングデバイスを駆動するN側駆動回路とを含む構成となる。 An inverter as a power device has a high-potential side (P-side) switching device connected to a totem pole between a high potential of about 600 to 1200 V (hereinafter “VP potential”) and a ground potential (hereinafter “GND potential”) and a low potential. It is composed of a potential side (N side) switching device. Therefore, the inverter drive circuit includes a P-side drive circuit that drives the P-side switching device and an N-side drive circuit that drives the N-side switching device.
N側スイッチングデバイスはGND電位を基準電位として動作するが、P側スイッチングデバイスはN側スイッチングデバイスとの接続点の電位(以下「VS電位」)を基準電位として動作するため、P側駆動回路には、入力信号を、VS電位を基準電位とする信号に変換するレベルシフト回路が設けられる。 The N-side switching device operates using the GND potential as the reference potential, but the P-side switching device operates using the potential at the connection point with the N-side switching device (hereinafter referred to as “VS potential”) as a reference potential. Is provided with a level shift circuit for converting an input signal into a signal having the VS potential as a reference potential.
P側駆動回路の動作電源はVS電位が基準電位となるので、GND電位に対して浮動するフローティング電源となる。すなわち、P側駆動回路の動作電源電位(以下「VB電位」)は、P側およびN側スイッチングデバイスのオン(導通)、オフ(非導通)に伴って、GND電位からVP電位の間を浮動することになる。 The operating power supply of the P-side drive circuit is a floating power supply that floats with respect to the GND potential because the VS potential is the reference potential. That is, the operating power supply potential (hereinafter referred to as “VB potential”) of the P-side drive circuit floats between the GND potential and the VP potential as the P-side and N-side switching devices are turned on (conductive) and turned off (non-conductive). Will do.
このVB電位の変動は、レベルシフト回路を構成するMOSトランジスタの寄生コンデンサに電流(dv/dt変位電流)を流し、レベルシフト回路から誤信号を出力させる原因となる。例えば、下記の特許文献1では、その誤信号に起因するP側駆動回路の誤動作を防止する技術が提案されている。 The fluctuation of the VB potential causes a current (dv / dt displacement current) to flow through the parasitic capacitor of the MOS transistor constituting the level shift circuit, and causes an error signal to be output from the level shift circuit. For example, Patent Document 1 below proposes a technique for preventing a malfunction of a P-side drive circuit caused by the error signal.
特許文献1では、電力消費を抑えるために、直流の入力信号を、P側スイッチングデバイスをオンさせるパルス信号(オン信号)とオフさせるパルス信号(オフ信号)の2つに分割しており、P側駆動回路は、オン信号とオフ信号をそれぞれVS電位を基準電位とする信号に変換する2つのレベルシフト回路を備えている。また、2つのレベルシフト回路でレベル変換されたオン信号とオフ信号は、RSフリップフロップ回路によってP側スイッチングデバイスを駆動する一つの直流信号に複号される。 In Patent Document 1, in order to reduce power consumption, a DC input signal is divided into a pulse signal (ON signal) for turning on a P-side switching device and a pulse signal (OFF signal) for turning off a P-side switching device. The side drive circuit includes two level shift circuits that convert the on signal and the off signal into signals having the VS potential as a reference potential. The on signal and the off signal that have been level-converted by the two level shift circuits are decoded into one DC signal that drives the P-side switching device by the RS flip-flop circuit.
特許文献1では、dv/dt変位電流が2つのレベルシフト回路で同時に誤信号を生じさせるという仮定のもと、2つのレベルシフト回路が同時に出力した信号を誤信号とみなして遮断する誤動作防止回路(ロジックフィルタ)を、P側駆動回路に設けている。 In Patent Document 1, a malfunction prevention circuit that considers a signal output from two level shift circuits at the same time as an error signal and shuts it off under the assumption that a dv / dt displacement current causes an error signal simultaneously in the two level shift circuits. (Logic filter) is provided in the P-side drive circuit.
しかし、特許文献1の誤動作防止回路は、製造上のバラツキにより、オン信号の誤信号とオフ信号の誤信号とが異なるタイミングで生じる場合には、誤信号を完全に遮断することはできない。 However, the malfunction prevention circuit of Patent Document 1 cannot completely shut off an error signal when an ON signal error signal and an OFF signal error signal occur at different timings due to manufacturing variations.
本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、dv/dt変位電流に起因してレベルシフト回路から出力される誤信号による誤動作をより確実に防止できる駆動回路を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a drive circuit that can more reliably prevent a malfunction due to a false signal output from a level shift circuit due to a dv / dt displacement current. For the purpose.
本発明に係る駆動回路は、直流信号である入力信号を、所定電位を基準とする信号にレベルシフトしたレベルシフト信号に変換するレベルシフト回路と、前記所定電位の変動に起因するdv/dt変位電流の発生を検知し、当該dv/dt変位電流の発生を示す検知信号を出力するdv/dt検知回路と、前記レベルシフト信号を駆動信号の出力回路へ伝達すると共に、前記検知信号に応じて前記レベルシフト信号をマスクするマスク回路とを備え、前記レベルシフト回路は、直列接続した第1負荷素子および前記入力信号により制御される第1スイッチング素子を有し、前記第1負荷素子の電圧降下に対応する信号を前記レベルシフト信号として出力し、前記dv/dt検知回路は、直列接続した第2負荷素子および定常状態でオフに固定される第2スイッチング素子を有し、前記第2負荷素子の電圧降下に対応する信号を前記検知信号として出力するものである。 The drive circuit according to the present invention includes a level shift circuit that converts an input signal, which is a direct current signal, into a level shift signal that is level-shifted to a signal based on a predetermined potential, and a dv / dt displacement caused by the variation of the predetermined potential. A dv / dt detection circuit that detects the generation of current and outputs a detection signal indicating the generation of the dv / dt displacement current, and transmits the level shift signal to the output circuit of the drive signal, and according to the detection signal A mask circuit for masking the level shift signal, the level shift circuit having a first load element connected in series and a first switching element controlled by the input signal, and a voltage drop of the first load element Is output as the level shift signal, and the dv / dt detection circuit is fixed off in a steady state with the second load element connected in series. A second switching element, and outputs a signal corresponding to the voltage drop of the second load element as the detection signal.
本発明によれば、レベルシフト信号LSがdv/dt変位電流の検知信号に応じてマスクされるので、dv/dt変位電流に起因するレベルシフト信号LSの誤信号が出力回路に伝達することを防ぎ、駆動回路の誤動作を防止できる。また、入力信号として直流信号を用いるため、オン信号の誤信号とオフ信号の誤信号との発生タイミングを考慮する必要がない。 According to the present invention, since the level shift signal LS is masked according to the detection signal of the dv / dt displacement current, the error signal of the level shift signal LS caused by the dv / dt displacement current is transmitted to the output circuit. And malfunction of the drive circuit can be prevented. In addition, since a DC signal is used as an input signal, it is not necessary to consider the generation timing of an ON signal error signal and an OFF signal error signal.
<実施の形態1>
図1は、実施の形態1係る駆動回路の構成を示す図である。当該駆動回路は、VP電位とGND電位との間にトーテムポール接続されたP側およびN側スイッチングデバイス10,20からなるハーフブリッジ型のパワーデバイス(インバータ)を駆動するものである。
<Embodiment 1>
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a drive circuit according to the first embodiment. The driving circuit drives a half-bridge type power device (inverter) composed of P-side and N-
P側スイッチングデバイス10は、N側スイッチングデバイス20との接続点の電位(VS電位)を基準電位として動作する。一方、N側スイッチングデバイス20は、GND電位を基準電位として動作する。実施の形態1の駆動回路は、P側スイッチングデバイス10を駆動するP側駆動回路100と、N側スイッチングデバイス20を駆動するN側駆動回路200とを備えているが、N側駆動回路200については本願発明との関係が薄いため、説明を省略する。
The P-
P側駆動回路100は、レベルシフト回路110、マスク回路120、出力回路130およびdv/dt検知回路140を備えている。また、P側駆動回路100には、電源150(P側電源)から、VS電位を基準にして、動作電源電位(VB電位)が供給される。
The P-
本実施の形態では、P側スイッチングデバイス10を制御するための入力信号DCは、GND電位を基準とする直流信号である。レベルシフト回路110は、入力信号DCを、VS電位を基準電位とするレベルシフト信号LSに変換する。
In the present embodiment, the input signal DC for controlling the P-
レベルシフト回路110は、入力信号DCが供給されるゲートを有するスイッチング素子である高耐圧電界効果トランジスタ(高圧MOSトランジスタ)111と、高圧MOSトランジスタ111のドレインとVB電位との間に接続する負荷素子としての抵抗素子112と、高圧MOSトランジスタ111のドレインに現れる信号を受けてレベルシフト信号LSを出力するインバータ114とを備えている。高圧MOSトランジスタ111のソースはGND電位に接続されている(すなわち、抵抗素子112および高圧MOSトランジスタ111は、VB電位とGND電位との間に直列接続している)。また、レベルシフト回路110には、アノードがVS電位に接続し、カソードが高圧MOSトランジスタ111のドレインに接続したダイオード113が設けられている。ダイオード113は、VS電位をクランプするためのものである。
The
dv/dt検知回路140は、VB電位の変動によって生じるdv/dt変位電流の発生を検知するものであり、dv/dt変位電流を検知すると検知信号を出力する。以下、この検知信号を「マスク信号MS」と称す。
The dv /
dv/dt検知回路140は、レベルシフト回路110と同様に、高圧MOSトランジスタ141と、高圧MOSトランジスタ141のドレインとVB電位との間に接続する負荷素子としての抵抗素子142とを備えている。但し、高圧MOSトランジスタ141のゲートは、ソースと共にGND電位に接続され、定常状態でオフに固定されるように構成されている(すなわち、抵抗素子142および高圧MOSトランジスタ141はVB電位とGND電位との間に直列接続している)。さらに、dv/dt検知回路140は、高圧MOSトランジスタ141のドレインに現れる信号を受けるインバータ144と、インバータ144の出力を受けるインバータ145とを備えている。インバータ145の出力がマスク信号MSとなる。また、dv/dt検知回路140には、アノードがVS電位に接続し、カソードが高圧MOSトランジスタ141に接続したダイオード143が設けられている。
Similarly to the
マスク回路120はDラッチ回路121によって構成される。Dラッチ回路121は、ストローブ端子(STB端子)がH(High)レベルのときは、入力端子(D端子)のレベルを出力端子(Q端子)に伝達し、STB端子がL(Low)レベルのときは、D端子からQ端子への信号の伝達を遮断して、直前の出力レベルを保持するように動作する。
The
図2は、Dラッチ回路121の回路図の一例である。Dラッチ回路121は、スイッチ素子SW1,SW2と、インバータIV1〜IV4とから構成できる。STB端子がHレベルのときは、インバータIV1の出力(a点)がLレベル、インバータIV2の出力(b点)がHレベルになるので、スイッチ素子SW1がオン、スイッチ素子SW2がオフとなる。この状態では、スイッチ素子SW1が、D端子の信号をインバータIV3,IV4を通してQ端子へと伝達する。
FIG. 2 is an example of a circuit diagram of the
また、STB端子がLレベルのときは、インバータIV1の出力(a点)がHレベル、インバータIV2の出力(b点)がLレベルになるので、スイッチ素子SW1がオフ、スイッチ素子SW2がオンとなる。この状態では、スイッチ素子SW1はD端子の信号を遮断し、スイッチ素子SW2とインバータIV3,IV4が、それまでのスイッチ素子SW1の出力(c点)とQ端子のレベルを保持する。 When the STB terminal is at L level, the output (point a) of the inverter IV1 is at H level and the output of the inverter IV2 (point b) is at L level, so that the switch element SW1 is off and the switch element SW2 is on. Become. In this state, the switch element SW1 cuts off the signal at the D terminal, and the switch element SW2 and the inverters IV3 and IV4 hold the output (point c) of the switch element SW1 and the level of the Q terminal so far.
図1に示すように、Dラッチ回路121のD端子には、レベルシフト回路110が出力するレベルシフト信号LSが入力される。また、Dラッチ回路121のSTB端子には、dv/dt検知回路140が出力するマスク信号MSが入力される。
As shown in FIG. 1, the level shift signal LS output from the
Dラッチ回路121の出力信号(Q端子の信号)は、出力回路130に入力される。出力回路130は、Dラッチ回路121の出力信号の駆動能力を上げて、P側スイッチングデバイス10の駆動信号を出力するバッファ回路である。
An output signal (Q terminal signal) of the
P側駆動回路100の動作について説明する。ここではdv/dt変位電流が生じていない定常状態を想定する。定常状態では、dv/dt検知回路140の高圧MOSトランジスタ141はオフしているので、インバータ144の入力はHレベルである。よって、インバータ145の入力はLレベルであり、インバータ145が出力するマスク信号MSはHレベルである。従って、Dラッチ回路121のSTB端子はHレベルである。
The operation of the P-
P側スイッチングデバイス10をオンさせる場合、入力信号DCがHレベルにされる。すると、レベルシフト回路110では、高圧MOSトランジスタ111がオンし、抵抗素子112に電圧降下が発生して、インバータ114の入力がLレベルになる。よって、Dラッチ回路121のD端子に入力されるレベルシフト信号LSはHレベルになる。Dラッチ回路121のSTB端子はHレベルなので、Dラッチ回路121のD端子がHレベルになると、Q端子もHレベルに変化する。その結果、出力回路130にHレベルの信号が入力され、出力回路130がP側スイッチングデバイス10をオンにする。
When the P-
また、P側スイッチングデバイス10をオフさせる場合、入力信号DCがLレベルにされる。すると、レベルシフト回路110において、高圧MOSトランジスタ111がオフし、抵抗素子112に電圧降下が生じなくなり、インバータ114の入力がHレベルになるので、Dラッチ回路121のD端子に入力されるレベルシフト信号LSはLレベルになる。Dラッチ回路121のSTB端子はHレベルなので、Dラッチ回路121のD端子がLレベルになると、Q端子もLレベルに変化する。その結果、出力回路130にLレベルの信号が入力され、出力回路130がP側スイッチングデバイス10をオフにする。
When the P-
次に、レベルシフト回路110の高圧MOSトランジスタ111の寄生コンデンサに、dv/dt変位電流が流れる過渡状態におけるレベルシフト回路110の動作を説明する。図3は、その動作を示すタイミング図である。ここでは、P側スイッチングデバイス10がオフしている定常状態において、VS電位が変動して、それに伴いVB電位が変動する場合を示している。
Next, the operation of the
VB電位が変動して、レベルシフト回路110の高圧MOSトランジスタ111の寄生コンデンサにdv/dt変位電流が流れると、抵抗素子112に電圧降下が発生するため、P側駆動回路100からレベルシフト信号LSがHレベルになる誤信号が出力され、それがDラッチ回路121のD端子に入力される。
When the VB potential fluctuates and a dv / dt displacement current flows through the parasitic capacitor of the high
一方、高圧MOSトランジスタ111にdv/dt変位電流が流れるのと同じタイミングで、dv/dt検知回路140の高圧MOSトランジスタ141の寄生コンデンサにもdv/dt変位電流が流れる。それにより、抵抗素子142に電圧降下が生じ、インバータ144の入力がLレベル、インバータ145の入力がHレベルになる。その結果、dv/dt検知回路140が出力するマスク信号MSはLレベルになる。マスク信号MSがLレベルになると、図3のようにDラッチ回路121のSTB端子はLレベルになる。
On the other hand, at the same timing when the dv / dt displacement current flows to the high
STB端子がLレベルになると、Dラッチ回路121(図2)のスイッチ素子SW1がオフ(非導通)になるため、D端子に入力されているレベルシフト信号LSの誤信号はQ端子に伝達されない。また、スイッチ素子SW2がオン(導通)になるためQ端子のレベルは誤信号発生前の状態(Lレベル)に維持される。 When the STB terminal becomes L level, the switch element SW1 of the D latch circuit 121 (FIG. 2) is turned off (non-conducting), so that an error signal of the level shift signal LS input to the D terminal is not transmitted to the Q terminal. . Further, since the switch element SW2 is turned on (conductive), the level of the Q terminal is maintained in the state before the generation of the error signal (L level).
その後、VB電位の変動がおさまると、レベルシフト回路110の高圧MOSトランジスタ111のdv/dt変位電流が流れなくなる。応じて、レベルシフト信号LSはLレベルに戻り、Dラッチ回路121のD端子に入力されていた誤信号が消滅する。またこのとき、dv/dt検知回路140の高圧MOSトランジスタ141にもdv/dt変位電流が流れなくなるので、マスク信号MSはHレベルになり、Dラッチ回路121のSTB端子がHレベルに戻る。その結果、Dラッチ回路121はD端子の信号をQ端子へと伝達するようになり、P側駆動回路100は通常の動作を実行可能な状態に戻る。
Thereafter, when the fluctuation of the VB potential is reduced, the dv / dt displacement current of the high
このように、Dラッチ回路121は、dv/dt変位電流が発生している間、マスク信号MSがLレベルになるのに応じて、レベルシフト回路110が出力するレベルシフト信号LSをマスクするように動作する。これにより、dv/dt変位電流に起因してレベルシフト信号LSに誤信号に発生しても、それが出力回路130に伝達されることが防止され、P側駆動回路100の誤動作が防止される。
In this way, the
また本実施の形態では、レベルシフト回路110に入力される入力信号DCを、1系統の直流信号としているため、特許文献1のようにオン信号の誤信号とオフ信号の誤信号との発生タイミングを考慮する必要がない。
In this embodiment, since the input signal DC input to the
[第1の変形例]
VB電位とVS電位の差が小さくなると、レベルシフト回路110において、高圧MOSトランジスタ111を流れる電流が小さくなるため、インバータ114に入力される信号の振幅が小さくなる。その場合、インバータ114がチャタリングを起こして、P側駆動回路100の動作が不安定になるおそれがある。
[First Modification]
When the difference between the VB potential and the VS potential is reduced, the current flowing through the high-
この問題を解決するために、インバータ114をシュミットトリガ回路に置き換えてもよい。シュミットトリガ回路のしきい値電圧はヒステリシス特性を持つため、チャタリングを防止でき、それによりP側駆動回路100の動作が不安定になることを防止できる。
In order to solve this problem, the
シュミットトリガ回路の入力をLレベルにして、その出力がHレベルになった後は、上記のヒステリシス特性により、シュミットトリガ回路のしきい値電圧は上がる。そのため、シュミットトリガ回路は、振幅の小さな入力信号DCを用いてその出力をHレベルに保つことができる。よって、高圧MOSトランジスタ111を流れる電流を意図的に小さくして、消費電力の低減を図ることもできる。
After the input of the Schmitt trigger circuit is set to the L level and the output thereof is set to the H level, the threshold voltage of the Schmitt trigger circuit rises due to the hysteresis characteristics described above. Therefore, the Schmitt trigger circuit can maintain the output at the H level using the input signal DC having a small amplitude. Therefore, the current flowing through the high
[第2の変形例]
dv/dt検知回路140において、抵抗素子142をツェナーダイオードに置換えてもよい。その場合、dv/dt変位電流の発生時に、高圧MOSトランジスタ141のドレインのレベルが下がる速度が高速になり、dv/dt検知回路140が出力するマスク信号MSがLレベルになるタイミングが早くなる。それにより、レベルシフト回路110から誤信号が出力されるよりも早く、Dラッチ回路121のSTB端子をLレベルにでき、Dラッチ回路121において、より確実に誤信号をマスクできるようになる。
[Second Modification]
In the dv /
<実施の形態2>
図4は、実施の形態2に係る駆動回路の構成を示す図である。当該駆動回路は、図1の構成に対し、P側駆動回路100のレベルシフト回路110の後段と、dv/dt検知回路140の後段に、それぞれ遅延回路161,162を挿入したものである。
<Embodiment 2>
FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of a drive circuit according to the second embodiment. In the drive circuit, delay
遅延回路161は、レベルシフト信号LSの立ち上がりタイミングを遅らせるように機能する(立ち下がりタイミングは殆ど遅延させない)。また、遅延回路162は、マスク信号MSの立ち上がりタイミングを遅らせるように機能する(立ち下がりタイミングは殆ど遅延させない)。
The
図5に、実施の形態2におけるDラッチ回路(マスク回路)の動作を示す。本実施の形態では、レベルシフト信号LSの凸パルスの前縁(リーディングエッジ)が遅延時間td1だけ遅れた信号がDラッチ回路121のD端子に入力され、マスク信号MSの凹パルスの後縁(トレーディングエッジ)が遅延時間td2だけ遅れた信号が入力される。つまり、遅延回路161は、レベルシフト信号LSの凸パルスの幅を狭めるパルス幅変換回路として機能し、遅延回路162は、マスク信号MSの凹パルスの幅を広げるパルス幅変換回路として機能する。
FIG. 5 shows the operation of the D latch circuit (mask circuit) in the second embodiment. In the present embodiment, a signal whose leading edge (leading edge) of the convex pulse of the level shift signal LS is delayed by the delay time td1 is input to the D terminal of the
その結果、dv/dt変位電流が発生したときは、STB端子がLレベルに変化した後にD端子がHレベルに変化し、その後、D端子がLレベルに変化した後にSTB端子がHレベルに変化するようになる。つまり、dv/dt変位電流の発生に起因してD端子がHレベルに変化する間(誤信号が発生している間)、必ずSTB端子がLレベルになるので、レベルシフト信号LSの誤信号をより確実にマスクできるようになり、誤動作防止の効果が高くなる。 As a result, when a dv / dt displacement current is generated, the D terminal changes to H level after the STB terminal changes to L level, and then the STB terminal changes to H level after the D terminal changes to L level. To come. That is, since the STB terminal is always at the L level while the D terminal changes to the H level due to the occurrence of the dv / dt displacement current (while the error signal is generated), the error signal of the level shift signal LS. Can be more reliably masked, and the effect of preventing malfunction is enhanced.
遅延回路161,162のぞれぞれは、例えば、図6に示す遅延回路によって実現できる。この遅延回路は、入力信号(レベルシフト信号LSまたはマスク信号MSに相当)を受けるインバータIV11と、インバータIV11の出力を受けるインバータIV12と、インバータIV11とインバータIV12との接続点(e点)に接続したキャパシタC10とから構成される。
Each of the
図6の遅延回路を、入力信号の立ち上がりタイミングだけを遅らせる(立ち下がりタイミングを遅らせない)ように動作させる手法としては、例えば、キャパシタC10の充電速度と放電速度に差をつけることが考えられる。例えば、インバータIV11は、図7のように、キャパシタC10を充電するトランジスタTcと、キャパシタC10を放電するトランジスタTdとから構成できるが、トランジスタTdがキャパシタC10を放電するときの電流Idを、トランジスタTcがキャパシタC10を充電するときに流す電流Icよりも小さくするとよい。 As a method of operating the delay circuit of FIG. 6 so as to delay only the rising timing of the input signal (not delaying the falling timing), for example, it is conceivable to make a difference between the charging speed and the discharging speed of the capacitor C10. For example, as shown in FIG. 7, the inverter IV11 can be composed of a transistor Tc that charges the capacitor C10 and a transistor Td that discharges the capacitor C10. However, the current Id when the transistor Td discharges the capacitor C10 is changed to the transistor Tc. Is smaller than the current Ic that flows when charging the capacitor C10.
その場合の遅延回路の動作を図8に示す。図中の「Vth」は、インバータIV12のしきい値電圧を示している。キャパシタC10を放電する電流Idが小さいため、入力信号の立ち上がり時にはe点のレベルが低下する速度が遅く、その分だけ出力信号(インバータIV12の出力)の立ち上がりタイミングが遅れる。一方、キャパシタC10を充電する電流Icは大きいため、入力信号の立ち下がり時にはe点のレベルが速く上昇し、出力信号の立ち下がりタイミングは遅れない。 The operation of the delay circuit in that case is shown in FIG. “Vth” in the figure indicates the threshold voltage of the inverter IV12. Since the current Id that discharges the capacitor C10 is small, the speed at which the level at the point e decreases when the input signal rises, and the rise timing of the output signal (output of the inverter IV12) is delayed by that amount. On the other hand, since the current Ic for charging the capacitor C10 is large, the level at the point e rises quickly when the input signal falls, and the fall timing of the output signal is not delayed.
また、別の手法としては、インバータIV12のしきい値電圧Vthを下げることが考えられる。その場合の遅延回路の動作を図9に示す。インバータIV2のしきい値電圧Vthが低いため、入力信号の立ち上がり時には、e点のレベルが十分に低下するまでインバータIV1の出力が反転せず、その分だけ出力信号の立ち上がりタイミングが遅れる。一方、入力信号の立ち下がり時には、e点のレベルがすぐにしきい値電圧Vthを超えるので、出力信号の立ち下がりタイミングは遅れない。 As another method, it is conceivable to lower the threshold voltage Vth of the inverter IV12. The operation of the delay circuit in that case is shown in FIG. Since the threshold voltage Vth of the inverter IV2 is low, when the input signal rises, the output of the inverter IV1 is not inverted until the level at the point e is sufficiently lowered, and the rise timing of the output signal is delayed by that amount. On the other hand, when the input signal falls, the level at the point e immediately exceeds the threshold voltage Vth, so the fall timing of the output signal is not delayed.
<実施の形態3>
図10は、実施の形態3に係る駆動回路の構成を示す図である。当該駆動回路は、図1の構成に対し、P側駆動回路100に高速化回路170を設けたものである。
<Embodiment 3>
FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of a drive circuit according to the third embodiment. The drive circuit is obtained by providing a speed-
高速化回路170は、入力信号DCを反転するインバータ171と、インバータ171の出力の立ち上がり時にワンショットのパルス信号を出力するパルス生成回路172と、当該パルス信号を受けるレベルシフト回路と、当該レベルシフト回路の出力によって駆動されるPチャネル型の高圧MOSトランジスタ178とから構成される。
The speed-
高速化回路170内のレベルシフト回路は、パルス生成回路172からのパルス信号が供給されるゲートを有する高圧MOSトランジスタ173と、高圧MOSトランジスタ173のドレインとVB電位との間に接続する抵抗素子174と、高圧MOSトランジスタ173のドレインに現れる信号を受けるインバータ176と、インバータ176の出力を受けるインバータ177とを備えている。高圧MOSトランジスタ173のソースはGND電位に接続されている。また、このレベルシフト回路には、アノードがVS電位に接続し、高圧MOSトランジスタ173のドレインに接続したダイオード175が設けられている。
The level shift circuit in the
高圧MOSトランジスタ178は、インバータ177の出力が供給されるゲートを有し、レベルシフト回路110の抵抗素子112に並列に接続されている。
The high-
高速化回路170は、レベルシフト回路110の高圧MOSトランジスタ111のオフ期間、少なくとも高圧MOSトランジスタ111のターンオフ時に動作する。すなわち、入力信号DCがHレベルからLレベルに変化すると、インバータ171の出力がLレベルからHレベルに変化し、その立ち上がりに応じてパルス生成回路172がワンショットのパルス信号を出力する。このパルス信号は高圧MOSトランジスタ173をオンにし、抵抗素子174に電圧降下が生じて、インバータ176の入力がLレベルになる。応じて、インバータ176の出力がHレベルになり、インバータ177の出力がLレベルになって、高圧MOSトランジスタ178がオンになる。
The speed-
一方、レベルシフト回路110では、入力信号DCがLレベルになったことにより高圧MOSトランジスタ111がオフし、そのドレインのレベルが上昇するが、このとき抵抗素子112に並列接続した高圧MOSトランジスタ178がオンすることで、回路の時定数が小さくなり、高圧MOSトランジスタ111のドレインのレベルの立ち上がり速度が速くなる。その結果、レベルシフト回路110の応答速度が上がり、動作の高速化が可能になる。
On the other hand, in the
なお、高速化回路170の高圧MOSトランジスタ173を、入力信号DCとは逆相の直流信号で駆動させ(すなわち、パルス生成回路172を省略する)、高圧MOSトランジスタ111がオフしている間、高圧MOSトランジスタ178が継続してオンするように構成してもよいが、その場合は、高圧MOSトランジスタ173がオンする時間が長くなるため、消費電力が増大する。本実施の形態のように、パルス生成回路172をパルス信号で駆動させ、高圧MOSトランジスタ111のターンオフ時のみに高圧MOSトランジスタ173オンさせることで、消費電力の増加を抑えることができる。
The high-
<実施の形態4>
図11は、実施の形態4に係る駆動回路の構成を示す図である。当該駆動回路は、図1の構成に対し、レベルシフト回路110の入力段にインバータ115を設け、出力段にインバータ116を追加したものである。
<Embodiment 4>
FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration of a drive circuit according to the fourth embodiment. The drive circuit is obtained by adding an
本実施の形態では、実施の形態1の場合に対して、レベルシフト回路110の高圧MOSトランジスタ111がオンする期間とオフする期間が逆になる。すなわち、高圧MOSトランジスタ111は、入力信号DCがHレベルになってP側スイッチングデバイス10がオンしている間、オフになり、入力信号DCをLレベルになってP側スイッチングデバイス10がオフしている間、オンになる。
In the present embodiment, the period during which the high
P側およびN側スイッチングデバイス10のスイッチングによって、VB電位は高圧状態(VP側)と低圧状態(GND側)とを遷移するが、本実施の形態によれば、定常状態でVB電位が低圧状態になるとき(P側スイッチングデバイス10がオフのとき)に高圧MOSトランジスタ111がオンすることになる。本発明において、入力信号DCが直流信号であるため、高圧MOSトランジスタ111がオンする時間が比較的長く、消費電力の増大が問題となるが、本実施の形態では、VB電位が低圧状態になるときに高圧MOSトランジスタ111がオンするため、電力消費の増大を抑制できる。
The VB potential transitions between a high voltage state (VP side) and a low voltage state (GND side) by switching of the P side and N
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。 It should be noted that the present invention can be freely combined with each other within the scope of the invention, and each embodiment can be appropriately modified or omitted.
10 P側スイッチングデバイス、20 N側スイッチングデバイス、100 P側駆動回路、110 レベルシフト回路、111,141,173,178 高圧MOSトランジスタ、112,142,174 抵抗素子、113,143 ダイオード、114〜116,144〜145,171,176,177 インバータ、120 マスク回路、121 Dラッチ回路、130 出力回路、140 dv/dt検知回路、150 P側電源、161,162 遅延回路、170 高速化回路、172 パルス生成回路、200 N側駆動回路。 10 P side switching device, 20 N side switching device, 100 P side drive circuit, 110 level shift circuit, 111, 141, 173, 178 high voltage MOS transistor, 112, 142, 174 resistance element, 113, 143 diode, 114-116 , 144 to 145, 171, 176, 177 Inverter, 120 mask circuit, 121 D latch circuit, 130 output circuit, 140 dv / dt detection circuit, 150 P side power supply, 161, 162 delay circuit, 170 high speed circuit, 172 pulses Generation circuit, 200 N side drive circuit.
Claims (8)
前記所定電位の変動に起因するdv/dt変位電流の発生を検知し、当該dv/dt変位電流の発生を示す検知信号を出力するdv/dt検知回路と、
前記レベルシフト信号を駆動信号の出力回路へ伝達すると共に、前記検知信号に応じて前記レベルシフト信号をマスクするマスク回路とを備え、
前記レベルシフト回路は、直列接続した第1負荷素子および前記入力信号により制御される第1スイッチング素子を有し、前記第1負荷素子の電圧降下に対応する信号を前記レベルシフト信号として出力し、
前記dv/dt検知回路は、直列接続した第2負荷素子および定常状態でオフに固定される第2スイッチング素子を有し、前記第2負荷素子の電圧降下に対応する信号を前記検知信号として出力する
ことを特徴とする駆動回路。 A level shift circuit that converts an input signal, which is a DC signal, into a level shift signal that is level-shifted to a signal with a predetermined potential as a reference;
A dv / dt detection circuit that detects the occurrence of a dv / dt displacement current due to the fluctuation of the predetermined potential and outputs a detection signal indicating the occurrence of the dv / dt displacement current;
A mask circuit for transmitting the level shift signal to an output circuit of a drive signal and masking the level shift signal according to the detection signal;
The level shift circuit includes a first load element connected in series and a first switching element controlled by the input signal, and outputs a signal corresponding to a voltage drop of the first load element as the level shift signal,
The dv / dt detection circuit includes a second load element connected in series and a second switching element fixed off in a steady state, and outputs a signal corresponding to a voltage drop of the second load element as the detection signal. A driving circuit.
請求項1記載の駆動回路。 2. The drive circuit according to claim 1, wherein the mask circuit is a D latch circuit including an input terminal to which the level shift signal is supplied, a strobe terminal to which the detection signal is supplied, and an output terminal connected to the output circuit.
請求項1または請求項2記載の駆動回路。 The drive circuit according to claim 1, wherein the level shift circuit further includes a Schmitt trigger circuit to which a signal appearing at a connection point between the first load element and the first switching element is input.
請求項1から請求項3のいずれか一項記載の駆動回路。 The drive circuit according to any one of claims 1 to 3, wherein the second load element is a Zener diode.
前記検知信号は、そのパルス幅を広げる第2のパルス幅変換回路を介して前記マスク回路に供給される
請求項1から請求項4のいずれか一項記載の駆動回路。 The level shift signal is supplied to the mask circuit via a first pulse width conversion circuit that narrows the pulse width,
5. The drive circuit according to claim 1, wherein the detection signal is supplied to the mask circuit via a second pulse width conversion circuit that widens the pulse width. 6.
前記第3スイッチング素子は、前記第1スイッチング素子のオフ期間にオンするように制御されている
請求項1から請求項5のいずれか一項記載の駆動回路。 A third switching element connected in parallel to the first load element;
6. The drive circuit according to claim 1, wherein the third switching element is controlled to be turned on during an off period of the first switching element.
請求項6記載の駆動回路。 The drive circuit according to claim 6, wherein the third switching element is controlled to be turned on only when the first switching element is turned off.
請求項1から請求項7のいずれか一項記載の駆動回路。 The level shift circuit is configured to output the level shift signal for turning off a switching device driven by the drive circuit when the first switching element is turned off. Item 8. The drive circuit according to any one of Items 7.
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