JP2016059172A - 電圧制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】出力電圧の立上り時間を調整できるようにする。
【解決手段】立上り時間検出回路140Sは出力電圧VOUTの立上り時間を検出し、立上り時間に応じた立上り時間電圧VTSを生成する。立上り時間比較回路150Sは立上り時間電圧VTSを立上り目標電圧VTRSと比較し、比較結果を表す立上り比較信号SCSを出力する。FET駆動回路170は、立上り比較信号SCSに基づいて上側MOSFET109Sを制御する。立上り調整回路160Sは、立上り調整信号SASに従って立上り時間電圧VTSの変化速度を調整する。
【選択図】図2

Description

本発明は、電圧制御素子を制御する技術に関するものである。
モータドライバまたは電源回路などに搭載されるパワー素子(例えば、MOSFET)の応答性の向上に伴って、パワー素子を駆動させるスイッチング動作において、電圧または電流の変化が急峻になる傾向がある。パワー素子は電力および電圧を制御するための電圧制御素子である。MOSFETは金属酸化膜半導体電界効果トランジスタの略称である。
電圧または電流の急峻な変化は、ノイズを発生させる原因となるため、他の部品または製品の誤動作を招く恐れがある。そこで、電圧および電流の変化を緩やかにする制御が必要となる。
特許文献1および特許文献2はノイズ抑制手法を提案している。
特許文献1の手法は、出力端子の電位情報を基準値と比較し、比較結果に基づいて所定時間の経過後に遅延回路から出力される制御信号に従ってトランジスタのスイッチング動作を制御する、というものである。これにより、所定時間の経過後において出力波形のスルーレートが一定の範囲に保たれる。
この手法において、所定時間(例えば、1マイクロ秒)が出力波形のスルーレートの目標時間(例えば、100ナノ秒)よりも長い場合、所定時間の経過後には出力波形が既に立ち上がった状態である。そのため、特許文献1の手法では、出力波形のスルーレートを調整することができない。
特許文献2の手法は、出力信号のスルーレートを所定時間だけ遅延した遅延信号と出力信号のスルーレートとの位相差を検出し、検出信号に応じて出力バッファの電流駆動力を調整する、というものである。
特許文献2には、遅延回路を調整することによって出力信号のスルーレートを調整できる旨が記載されている。しかし、遅延回路を調整する具体的な方法(例えば、調整量の算出方法)は記載されていない。そのため、特許文献2の手法では、出力信号のスルーレートを目標のスルーレートに調整することができない。
特開平11−308087号公報 特開2008−263349号公報
本発明は、例えば、出力電圧の立上り時間を調整できるようにすることを目的とする。
本発明の電圧制御装置は、
出力電圧を変化させる速さを制御する電圧制御素子と、
前記電圧制御素子によって制御された出力電圧が第一の基準電圧から第二の基準電圧に上がるまでに要した立上り時間を検出し、前記立上り時間の長さに応じた立上り時間電圧を生成する立上り時間検出回路と、
前記立上り時間検出回路によって生成された立上り時間電圧を、前記立上り時間の目標である立上り目標時間を表す立上り目標電圧と比較し、比較結果を表す立上り比較信号を出力する立上り時間比較回路と、
前記立上り時間比較回路によって出力された立上り比較信号に基づいて、前記電圧制御素子を制御する素子制御回路とを備える。
本発明によれば、例えば、出力電圧の立上り時間を調整することができる。
実施の形態1における電子機器200の構成図である。 実施の形態1におけるFET駆動装置100の構成図である。 実施の形態1における出力電圧VOUTの波形を示す図である。 実施の形態1における分圧回路110の一例を示す図である。 実施の形態1における分圧電圧VDIVと比較信号(SC1、SC2)との関係図である。 実施の形態1における立上り時間検出回路140Sの構成例を示す図である。 実施の形態1における立上り時間検出回路140Sと立上り時間比較回路150Sと立上り調整回路160Sとの第一の構成例を示す図である。 実施の形態1における立上り時間検出回路140Sと立上り時間比較回路150Sと立上り調整回路160Sとの第二の構成例を示す図である。 実施の形態2におけるFET駆動装置100の構成図である。 実施の形態3におけるFET駆動装置100の構成図である。 実施の形態4におけるFET駆動装置100の構成図である。
実施の形態1.
出力電圧の立上り時間および立下り時間を調整する形態について説明する。
図1は、実施の形態1における電子機器200の構成図である。
実施の形態1における電子機器200の構成について、図1に基づいて説明する。但し、電子機器200の構成は、図1と同一の構成でなくても構わない。
電子機器200は、制御装置210と、FET駆動装置100(電圧制御装置の一例)と、負荷装置220とを備える。
制御装置210は、制御信号SINおよびその他の信号をFET駆動装置100に入力することによって、FET駆動装置100を制御する。例えば、制御装置210はマイクロコンピュータである。
FET駆動装置100は、制御装置210から入力される信号に従ってMOSFET(図2の109Sおよび109E)を駆動することによって、出力電圧VOUTを負荷装置220に出力する。MOSFETは金属酸化膜半導体電界効果トランジスタの略称である。例えば、FET駆動装置100は、モータを動作させるモータドライバまたは電力を供給する電源回路として機能する。FET駆動装置100の詳細については後述する。
負荷装置220は、FET駆動装置100から出力される出力電圧VOUTを電力として用いて動作する。例えば、負荷装置220はモータである。
図2は、実施の形態1におけるFET駆動装置100の構成図である。
実施の形態1におけるFET駆動装置100の構成について、図2に基づいて説明する。但し、FET駆動装置100の構成は、図2と同一でなくても構わない。
FET駆動装置100は、制御装置210から入力される信号(例えば、制御信号SIN)に従って上側MOSFET109S(第一の電圧制御素子の一例)および下側MOSFET109E(第二の電圧制御素子の一例)を駆動させることによって、出力電圧VOUTを負荷装置220に出力する。
制御信号SINは、出力電圧VOUTの出力を制御する信号である。
図3は、実施の形態1における出力電圧VOUTの波形を示す図である。
図3の(1)は出力電圧VOUTと制御信号SINとの関係を示す図であり、図3の(2)は(1)の一点鎖線Sで囲んだ部分を拡大した図である。図3の(3)は(1)の一点鎖線Eで囲んだ部分を拡大した図である。
図3の(1)において、制御信号SINの電圧がHighレベルである場合、制御信号SINは、出力電圧VOUTの出力を意味する。
制御信号SINの電圧がLowレベルである場合、制御信号SINは、出力電圧VOUTの出力の停止を意味する。
図3の(1)において、出力電圧VOUTは、制御信号SINの電圧がLowレベルからHighレベルに切り替わった後、グランド電圧GNDから出力目標電圧VTARに上がる。
また、出力電圧VOUTは、制御信号SINの電圧がHighレベルからLowレベルに切り替わった後、出力目標電圧VTARからグランド電圧GNDに下がる。
図3の(2)において、出力電圧VOUTが第一の出力基準電圧VREF1から第二の出力基準電圧VREF2に上がるまでに要する時間を立上り時間TSという。
図3の(3)において、出力電圧VOUTが第二の出力基準電圧VREF2から第一の出力基準電圧VREF1に下がるまでに要する時間を立下り時間TEという。
図2に戻り、FET駆動装置100の構成について説明を続ける。
FET駆動装置100は、出力電圧VOUTの立上り時間TSを調整することによって、出力電圧VOUTの立上り時のスルーレートを調整する。スルーレートは出力電圧VOUTが変化する速度である。
また、FET駆動装置100は、出力電圧VOUTの立下り時間TEを調整することによって、出力電圧VOUTの立下り時のスルーレートを調整する。
上側MOSFET109Sおよび下側MOSFET109Eは、電圧源101とグランド102との間に直列に接続される。
上側MOSFET109Sは電圧源101に接続する方のMOSFETであり、下側MOSFET109Eはグランド102に接続する方のMOSFETである。
出力電圧VOUTは、上側MOSFET109Sと下側MOSFET109Eとの間の電圧である。
FET駆動装置100は、分圧回路110と、基準電圧生成回路120と、第一の比較回路131と、第二の比較回路132と、FET駆動回路170(素子制御回路の一例)とを備える。
また、FET駆動装置100は、立上り時間検出回路140Sと、立上り時間比較回路150Sと、立上り調整回路160Sとを備える。
さらに、FET駆動装置100は、立下り時間検出回路140Eと、立下り時間比較回路150Eと、立下り調整回路160Eとを備える。
分圧回路110は、出力電圧VOUTを分圧することによって、第一の比較回路131および第二の比較回路132に入力されることが許容される範囲内の電圧を出力する。
分圧回路110から出力される電圧を分圧電圧VDIVという。分圧電圧VDIVは出力電圧VOUTの大きさに比例する。
基準電圧生成回路120は、第一の分圧基準電圧VDRF1と第二の分圧基準電圧VDRF2とを生成する。
第一の分圧基準電圧VDRF1は第一の出力基準電圧VREF1(図3の(2)参照)を分圧した電圧に相当し、第二の分圧基準電圧VDRF2は第二の出力基準電圧VREF2(図3の(3)参照)を分圧した電圧に相当する。
第一の比較回路131は、分圧電圧VDIVを第一の分圧基準電圧VDRF1と比較し、比較結果に基づいて第一の比較信号SC1を出力する。
第一の比較信号SC1は、分圧電圧VDIVが第一の分圧基準電圧VDRF1よりも大きいか否かを示す信号である。
例えば、分圧電圧VDIVが第一の分圧基準電圧VDRF1よりも小さい場合、第一の比較信号SC1はLowレベルの電圧を有する。
また、分圧電圧VDIVが第一の分圧基準電圧VDRF1よりも大きい場合、第一の比較信号SC1はHighレベルの電圧を有する。
第二の比較回路132は、分圧電圧VDIVを第二の分圧基準電圧VDRF2と比較し、比較結果に基づいて第二の比較信号SC2を出力する。
第二の比較信号SC2は、分圧電圧VDIVが第二の分圧基準電圧VDRF2よりも大きいか否かを示す信号である。
例えば、分圧電圧VDIVが第二の分圧基準電圧VDRF2よりも小さい場合、第二の比較信号SC2はLowレベルの電圧を有する。
また、分圧電圧VDIVが第二の分圧基準電圧VDRF2よりも大きい場合、第二の比較信号SC2はHighレベルの電圧を有する。
立上り時間検出回路140Sは、第一の比較信号SC1と第二の比較信号SC2とに基づいて、立上り時間電圧VTSを出力する。
立上り時間電圧VTSは、立上り時間TSを表す電圧である。例えば、立上り時間電圧VTSの大きさは立上り時間TSの長さに比例する。
立上り時間比較回路150Sは、立上り時間電圧VTSを立上り目標電圧VTRSと比較し、比較結果に基づいて立上り比較信号SCSを出力する。
立上り目標電圧VTRSは、目標の立上り時間を表す電圧である。以下、目標の立上り時間を立上り目標時間TTRSという。
立上り比較信号SCSは、立上り時間TSが立上り目標時間TTRSよりも長いか否かを示す信号である。
例えば、立上り時間電圧VTSが立上り目標電圧VTRSよりも大きい場合、立上り比較信号SCSはHighレベルの電圧を有する。この場合、立上り時間TSは立上り目標時間TTRSよりも長い。
また、立上り時間電圧VTSが立上り目標電圧VTRSよりも小さい場合、立上り比較信号SCSはLowレベルの電圧を有する。この場合、立上り時間TSは立上り目標時間TTRSよりも短い。
立上り調整回路160Sは、制御装置210から入力される立上り調整信号SASに基づいて、立上り時間電圧VTSの変化速度を調整する。この変化速度は単位時間当たりに変化する立上り時間電圧VTSの大きさである。
立下り時間検出回路140Eは、第一の比較信号SC1と第二の比較信号SC2とに基づいて、立下り時間電圧VTEを出力する。
立下り時間電圧VTEは、立下り時間TEを表す電圧である。例えば、立下り時間電圧VTEの大きさは立下り時間TEの長さに比例する。
立下り時間比較回路150Eは、立下り時間電圧VTEを立下り目標電圧VTREと比較し、比較結果に基づいて立下り比較信号SCEを出力する。
立下り目標電圧VTREは、目標の立下り時間を表す電圧である。以下、目標の立下り時間を立下り目標時間TTREという。
立下り比較信号SCEは、立下り時間TEが立下り目標時間TTREよりも長いか否かを示す信号である。
例えば、立下り時間電圧VTEが立下り目標電圧VTREよりも大きい場合、立下り比較信号SCEはHighレベルの電圧を有する。この場合、立下り時間TEは立下り目標時間TTREよりも長い。
また、立下り時間電圧VTEが立下り目標電圧VTREよりも小さい場合、立下り比較信号SCEはLowレベルの電圧を有する。この場合、立下り時間TEは立下り目標時間TTREよりも短い。
立下り調整回路160Eは、制御装置210から入力される立下り調整信号SAEに基づいて、立下り時間電圧VTEの変化速度を調整する。この変化速度は単位時間当たりに変化する立下り時間電圧VTEの大きさである。
FET駆動回路170は、制御信号SINおよび立上り比較信号SCSに基づいて、上側MOSFET109Sを駆動する。
また、FET駆動回路170は、制御信号SINおよび立下り比較信号SCEに基づいて、下側MOSFET109Eを駆動する。
図3の(1)において、制御信号SINの電圧がLowレベルからHighレベルに切り替わった場合、FET駆動回路170は、上側MOSFET109Sをオフからオンに切り替えて、下側MOSFET109Eをオンからオフに切り替える。
その後、出力電圧VOUTはグランド電圧GNDから出力目標電圧VTARに上がり、立上り時間比較回路150Sは立上り比較信号SCSを出力する。
そして、FET駆動回路170は、立上り比較信号SCSに基づいて上側MOSFET109Sのゲート電圧の上昇速度を調整することによって、立上り時間TSを調整する。ゲート電圧は、MOSFETのゲート端子に印加する電圧である。上昇速度は、ゲート電圧が上がる速さである。
立上り時間TSが立上り目標時間TTRSよりも長いことを立上り比較信号SCSが示す場合、FET駆動回路170は、上側MOSFET109Sのゲート電圧の上昇速度を上げる。これにより、次回の立上り時間TSが短くなる。
立上り時間TSが立上り目標時間TTRSよりも短いことを立上り比較信号SCSが示す場合、FET駆動回路170は、上側MOSFET109Sのゲート電圧の上昇速度を下げる。これにより、次回の立上り時間TSが長くなる。
調整後の上昇速度は、出力電圧VOUTの次回の出力開始時に用いられる。
つまり、FET駆動回路170は、出力電圧VOUTの次回の出力開始時に、調整後の上昇速度で、上側MOSFET109Sのゲート電圧を上げる。
図3の(1)において、制御信号SINの電圧がHighレベルからLowレベルに切り替わった場合、FET駆動回路170は、上側MOSFET109Sをオンからオフに切り替えて、下側MOSFET109Eをオフからオンに切り替える。
その後、出力電圧VOUTは出力目標電圧VTARからグランド電圧GNDに下がり、立下り時間比較回路150Eは立下り比較信号SCEを出力する。
そして、FET駆動回路170は、立下り比較信号SCEに基づいて下側MOSFET109Eのゲート電圧の下降速度を調整することによって、立下り時間TEを調整する。下降速度は、ゲート電圧が下がる速さである。
立下り時間TEが立下り目標時間TTREよりも長いことを立下り比較信号SCEが示す場合、FET駆動回路170は、下側MOSFET109Eのゲート電圧の下降速度を上げる。これにより、次回の立下り時間TEが短くなる。
立下り時間TEが立下り目標時間TTREよりも短いことを立下り比較信号SCEが示す場合、FET駆動回路170は、下側MOSFET109Eのゲート電圧の下降速度を下げる。これにより、次回の立下り時間TEが長くなる。
調整後の下降速度は、出力電圧VOUTの次回の出力停止時に用いられる。
つまり、FET駆動回路170は、出力電圧VOUTの次回の出力停止時に、調整後の下降速度で、下側MOSFET109Eのゲート電圧を下げる。
上側MOSFET109Sのゲート電圧の上昇速度は、以下のように調整することができる。下側MOSFET109Eのゲート電圧の下降速度を調整する場合も同様である。
例えば、FET駆動回路170は、上側MOSFET109Sに接続する抵抗回路を備える。そして、FET駆動回路170は、抵抗回路の抵抗値を調整した後に、抵抗回路および上側MOSFET109Sに定電流を流す。これにより、上側MOSFET109Sのゲート電圧の上昇速度を調整することができる。抵抗回路は複数のスイッチを介して上側MOSFET109Sに接続される複数の抵抗を備え、抵抗回路の抵抗値は複数のスイッチを制御することによって変わる。
例えば、FET駆動回路170は、上側MOSFET109Sに流れる電流の大きさを変える電流回路を備える。そして、FET駆動回路170は、電流回路を制御することによって、上側MOSFET109Sに流れる電流の大きさを調整する。これにより、上側MOSFET109Sのゲート電圧の上昇速度を調整することができる。
図4は、実施の形態1における分圧回路110の一例を示す図である。
実施の形態1における分圧回路110の一例について、図4に基づいて説明する。
分圧回路110は、出力電圧VOUTを分圧して分圧電圧VDIVを出力する。
分圧回路110は、直列に接続された第一の分圧抵抗111と第二の分圧抵抗112とを備える。
第一の分圧抵抗111は高電圧(VOUT)側の抵抗であり、第二の分圧抵抗112は低電圧(GND)側の抵抗である。分圧電圧VDIVは、第一の分圧抵抗111と第二の分圧抵抗112との間の電圧である。
分圧電圧VDIVは以下の式(1)で表すことができる。式(1)において、R1は第一の分圧抵抗111の抵抗値であり、R2は第二の分圧抵抗112の抵抗値である。
VIDV=VOUT×(R2/(R1+R2)) 式(1)
図5は、実施の形態1における分圧電圧VDIVと比較信号(SC1、SC2)との関係図である。
第一の比較回路131および第二の比較回路132の動作について、図5に基づいて説明する。
第一の比較回路131は、分圧電圧VDIVを第一の分圧基準電圧VDRF1と比較し、比較結果に基づいて第一の比較信号SC1を出力する。
分圧電圧VDIVが第一の分圧基準電圧VDRF1よりも小さい場合、第一の比較信号SC1はLowレベルの電圧を有する。
分圧電圧VDIVが第一の分圧基準電圧VDRF1よりも大きい場合、第一の比較信号SC1はHighレベルの電圧を有する。
第二の比較回路132は、分圧電圧VDIVを第二の分圧基準電圧VDRF2と比較し、比較結果に基づいて第二の比較信号SC2を出力する。
分圧電圧VDIVが第二の分圧基準電圧VDRF2よりも小さい場合、第二の比較信号SC2はLowレベルの電圧を有する。
分圧電圧VDIVが第二の分圧基準電圧VDRF2よりも大きい場合、第二の比較信号SC2はHighレベルの電圧を有する。
但し、第一の比較信号SC1および第二の比較信号SC2において、Lowレベルの電圧をHighレベルの電圧に置き換えて、Highレベルの電圧をLowレベルの電圧に置き換えても構わない。
立上り時間TSは、第一の比較信号SC1と第二の比較信号SC2とのいずれか一方がHighレベルの電圧を有している時間に相当する。
図5は出力電圧VOUTおよび分圧電圧VDIVの立上り時について示しているが、出力電圧VOUTおよび分圧電圧VDIVの立下り時についても同様である。
図6は、実施の形態1における立上り時間検出回路140Sの構成例を示す図である。
実施の形態1における立上り時間検出回路140Sの構成例について、図6に基づいて説明する。
立上り時間検出回路140Sは、第一の比較信号SC1と第二の比較信号SC2とに基づいて、立上り時間電圧VTSを出力する。
立上り時間検出回路140Sは、電圧源141と、電流源142と、充電スイッチ143と、コンデンサ144と、XOR回路145とを備える。
電圧源141は制御電圧VDDを生成する。
電流源142は、コンデンサ144を充電する充電電流ICHGを生成する。
コンデンサ144は、充電スイッチ143を介して電流源142に接続する。
立上り時間電圧VTSは、コンデンサ144に発生する電圧である。
XOR回路145は、第一の比較信号SC1と第二の比較信号SC2とに基づいて立上り時間TSを検出し、充電スイッチ143を制御する。XORは排他的論理和の略称である。
第一の比較信号SC1と第二の比較信号SC2とのいずれか一方がHighレベル(またはLowレベル)の電圧を有する場合、XOR回路145は、充電スイッチ143をオンにする。つまり、XOR回路145は、立上り時間TSの間、充電スイッチ143をオンにする。
第一の比較信号SC1と第二の比較信号SC2との両方がHighレベルの電圧を有する場合、および、第一の比較信号SC1と第二の比較信号SC2との両方がLowレベルの電圧を有する場合、XOR回路145は、充電スイッチ143をオフにする。つまり、XOR回路145は、立上り時間TSを除いた時間に、充電スイッチ143をオフにする。
XOR回路145の動作により、充電電流ICHGが立上り時間TSにコンデンサ144に流れて、コンデンサ144が充電される。そして、立上り時間TSの長さに応じた大きさの立上り時間電圧VTSが生成される。
立上り時間電圧VTSは、以下の式(2)で表すことができる。式(2)において、Cはコンデンサ144の容量である。
VTS=(ICHG×TS)/C 式(2)
立上り目標電圧VTRSは、立上り目標時間TTRSを用いて、以下の式(3)で表すことができる。
VTRS=(ICHG×TTRS)/C 式(3)
式(2)に示すように、立上り時間電圧VTSは、充電電流ICHGの大きさ及び立上り時間TSの長さに比例し、容量Cの大きさに反比例する。
式(3)に示すように、立上り目標電圧VTRSは、充電電流ICHGの大きさおよび立上り目標時間TTRSの長さに比例し、容量Cの大きさに反比例する。
図6は立上り時間検出回路140Sの構成を示しているが、立下り時間検出回路140Eの構成も図6に示す構成と同じである。
図7は、実施の形態1における立上り時間検出回路140Sと立上り時間比較回路150Sと立上り調整回路160Sとの第一の構成例を示す図である。
実施の形態1における立上り時間検出回路140Sと立上り時間比較回路150Sと立上り調整回路160Sとの第一の構成例について、図7に基づいて説明する。
立上り時間検出回路140Sの構成は、図6と同様である。但し、電流源142が生成する電流は基準電流IREFである。
立上り調整回路160Sは、制御装置210から入力される立上り調整信号SASに従って、充電電流ICHGの大きさを調整する。充電電流ICHGの大きさを調整することによって、立上り時間電圧VTSの変化速度を調整することができる。
立上り調整回路160Sは、充電電流ICHGの大きさを変えるカレントミラー回路として構成することができる。
立上り調整回路160Sは、第一のトランジスタ161と、第一のトランジスタ161に並列に接続する複数の第二のトランジスタ(162A〜162C)と、複数の第二のトランジスタに直列に接続する複数の調整スイッチ(163A〜163C)とを備える。
第一のトランジスタ161には基準電流IREFが流れる。
オン状態の調整スイッチ163に接続した第二のトランジスタ162には、基準電流IREFの大きさに応じた電流が流れる。例えば、基準電流IREFと同じ大きさの電流が流れる。
充電電流ICHGの大きさは、オンの状態の調整スイッチ163に接続する第二のトランジスタ162に流れる電流の合計である。
例えば、n個の調整スイッチ163をオンにすることによって、IREF×nの大きさを有する充電電流ICHGが得られる。
制御装置210は、立上り目標時間TTRSの長さに基づいて充電電流ICHGの大きさを複数の電流量(大、中、小)から選択し、充電電流ICHGの大きさに基づいて立上り調整信号SASを生成する。
例えば、制御装置210は以下のように立上り調整信号SASを生成する。ここで、第一の時間閾値は第二の時間閾値よりも長い時間を示すものとする。
立上り目標時間TTRSが第一の時間閾値よりも長い場合、制御装置210は、充電電流ICHGの大きさとして電流量(小)を選択する。
電流量(小)を選択した場合、制御装置210は、調整スイッチ163Aをオンにして調整スイッチ163Bと調整スイッチ163Cとをオフにする立上り調整信号SASを生成する。
立上り目標時間TTRSが第一の時間閾値よりも短くて第二の時間閾値よりも長い場合、制御装置210は、充電電流ICHGの大きさとして電流量(中)を選択する。
電流量(中)を選択した場合、制御装置210は、調整スイッチ163Aと調整スイッチ163Bとをオンにして調整スイッチ163Cをオフにする立上り調整信号SASを生成する。
立上り目標時間TTRSが第二の時間閾値よりも短い場合、制御装置210は、充電電流ICHGの大きさとして電流量(大)を選択する。
電流量(大)を選択した場合、制御装置210は、全ての調整スイッチ(163A〜163C)をオンにする立上り調整信号SASを生成する。
立上り目標時間TTRSが長い場合、立上り目標時間TTRSに追従して立上り時間TSが長くなり、立上り時間電圧VTSが大きくなる。
この場合、立上り時間電圧VTSが立上り時間比較回路150Sの許容電圧(入力されることが許容される電圧)の範囲を超えてしまい、立上り時間比較回路150Sが正常に動作しない、という可能性がある。その結果、立上り時間比較回路150Sは、正しい立上り比較信号SCSを出力できなくなってしまう。
そこで、制御装置210は、充電電流ICHGが小さくなるように複数の調整スイッチ(163A〜163C)を制御する立上り調整信号SASを生成する。これにより、立上り時間電圧VTSが立上り時間比較回路150Sの許容電圧の範囲に収まる。
立上り目標時間TTRSが短い場合、立上り目標時間TTRSに追従して立上り時間TSが短くなり、立上り時間電圧VTSが小さくなる。
この場合、立上り時間電圧VTSが立上り時間比較回路150Sのオフセット電圧と比較して十分に大きな電圧にならず、立上り時間比較回路150Sが立上り時間電圧VTSを立上り目標電圧VTRSと正しく比較することができない、という可能性がある。その結果、立上り時間比較回路150Sは、正しい立上り比較信号SCSを出力できなくなってしまう。
そこで、制御装置210は、充電電流ICHGが大きくなるように複数の調整スイッチ(163A〜163C)を制御する立上り調整信号SASを生成する。これにより、立上り時間電圧VTSが立上り時間比較回路150Sのオフセット電圧と比較して十分に大きな電圧になる。
また、制御装置210は、上記の式(3)を計算することによって、立上り目標電圧VTRSの大きさを算出する。そして、制御装置210は、立上り目標電圧VTRSを立上り時間比較回路150Sに出力する。
図7は立上り時間検出回路140Sと立上り時間比較回路150Sと立上り調整回路160Sとの構成を示しているが、立下り時間検出回路140Eと立下り時間比較回路150Eと立下り調整回路160Eとの構成についても図7と同じである。
図8は、実施の形態1における立上り時間検出回路140Sと立上り時間比較回路150Sと立上り調整回路160Sとの第二の構成例を示す図である。
実施の形態1における立上り時間検出回路140Sと立上り時間比較回路150Sと立上り調整回路160Sとの第二の構成例について、図8に基づいて説明する。
立上り時間検出回路140Sの構成は、図6と同様である。
但し、電流源142が生成する電流は基準電流IREFである。また、立上り時間検出回路140Sは、互いに並列に接続される複数のコンデンサ(144A〜144C)を備える。
立上り調整回路160Sは、制御装置210から入力される立上り調整信号SASに従って、複数のコンデンサ(144A〜144C)の合計容量CNを調整する。複数のコンデンサ(144A〜144C)の合計容量を調整することによって、立上り時間電圧VTSの変化速度を調整することができる。
立上り調整回路160Sは、第一のトランジスタ161と、第一のトランジスタ161に並列に接続する第二のトランジスタ162と、複数のコンデンサに直列に接続する複数の調整スイッチ(163A〜163C)とを備える。
第一のトランジスタ161には基準電流IREFが流れて、第二のトランジスタ162には充電電流ICHGが流れる。充電電流ICHGの大きさは基準電流IREFに比例する。例えば、充電電流ICHGの大きさは基準電流IREFと同じである。
充電電流ICHGは、オン状態の調整スイッチ163に接続するコンデンサ144に流れて、そのコンデンサ144を充電する。
立上り時間電圧VTSは、オン状態の調整スイッチ163に接続するコンデンサ144に充電される電圧である。
制御装置210は、立上り目標時間TTRSの長さに基づいて合計容量CNの大きさを複数の容量(大、中、小)から選択し、合計容量CNの大きさに基づいて立上り調整信号SASを生成する。
例えば、制御装置210は以下のように立上り調整信号SASを生成する。ここで、第一の時間閾値は第二の時間閾値よりも長い時間を示すものとする。
立上り目標時間TTRSが第一の時間閾値よりも長い場合、制御装置210は、合計容量CNの大きさとして容量(小)を選択する。
容量(小)を選択した場合、制御装置210は、調整スイッチ163Aをオンにして調整スイッチ163Bと調整スイッチ163Cとをオフにする立上り調整信号SASを生成する。
立上り目標時間TTRSが第一の時間閾値よりも短くて第二の時間閾値よりも長い場合、制御装置210は、合計容量CNの大きさとして容量(中)を選択する。
容量(中)を選択した場合、制御装置210は、調整スイッチ163Aと調整スイッチ163Bとをオンにして調整スイッチ163Cをオフにする立上り調整信号SASを生成する。
立上り目標時間TTRSが第二の時間閾値よりも短い場合、制御装置210は、合計容量CNの大きさとして容量(大)を選択する。
容量(大)を選択した場合、制御装置210は、全ての調整スイッチ(163A〜163C)をオンにする立上り調整信号SASを生成する。
つまり、立上り目標時間TTRSが長い場合、制御装置210は、合計容量CNが小さくなるように複数の調整スイッチ(163A〜163C)を制御する立上り調整信号SASを生成する。
また、立上り目標時間TTRSが短い場合、制御装置210は、合計容量CNが大きくなるように複数の調整スイッチ(163A〜163C)を制御する立上り調整信号SASを生成する。
また、制御装置210は、上記の式(3)を計算することによって、立上り目標電圧VTRSの大きさを算出する。そして、制御装置210は、立上り目標電圧VTRSを生成する。
図8は立上り時間検出回路140Sと立上り時間比較回路150Sと立上り調整回路160Sとの構成を示しているが、立下り時間検出回路140Eと立下り時間比較回路150Eと立下り調整回路160Eとの構成についても図8と同じである。
実施の形態1により、出力電圧VOUTの立上り時間TSおよび立下り時間TEを調整することができる。
実施の形態2.
出力電圧VOUTの立下り時間TEを調整する形態について説明する。
以下、実施の形態1と異なる事項について主に説明する。説明を省略する事項については実施の形態1と同様である。
図9は、実施の形態2におけるFET駆動装置100の構成図である。
実施の形態2におけるFET駆動装置100の構成について、図9に基づいて説明する。
FET駆動装置100は、実施の形態1(図2参照)で説明した上側MOSFET109Sの代わりに、負荷回路103を備える。例えば、負荷回路103は抵抗素子である。
FET駆動装置100は、下側MOSFET109Eを制御することによって出力電圧VOUTを出力する。FET駆動装置100はローサイドドライバとして機能する。
FET駆動装置100は、実施の形態1(図2参照)で説明した構成のうち、立上り時間検出回路140Sと、立上り時間比較回路150Sと、立上り調整回路160Sとを備えない。これらの構成は、上側MOSFET109Sを制御するための構成であり、実施の形態2では不要である。
FET駆動装置100のその他の構成については実施の形態1と同様である。
実施の形態2により、出力電圧VOUTの立下り時間TEを調整することができる。
実施の形態3.
出力電圧VOUTの立上り時間TSを調整する形態について説明する。
以下、実施の形態1と異なる事項について主に説明する。説明を省略する事項については実施の形態1と同様である。
図10は、実施の形態3におけるFET駆動装置100の構成図である。
実施の形態3におけるFET駆動装置100の構成について、図10に基づいて説明する。
FET駆動装置100は、実施の形態1(図2参照)で説明した下側MOSFET109Eの代わりに、負荷回路103を備える。例えば、負荷回路103は抵抗素子である。
FET駆動装置100は、上側MOSFET109Sを制御することによって出力電圧VOUTを出力する。FET駆動装置100はハイサイドドライバとして機能する。
FET駆動装置100は、実施の形態1(図2参照)で説明した構成のうち、立下り時間検出回路140Eと、立下り時間比較回路150Eと、立下り調整回路160Eとを備えない。これらの構成は、下側MOSFET109Eを制御するための構成であり、実施の形態3では不要である。
FET駆動装置100のその他の構成については実施の形態1と同様である。
実施の形態3により、出力電圧VOUTの立上り時間TSを調整することができる。
実施の形態4.
出力電圧VOUTの立上り時間TSおよび立下り時間TEを調整する形態について説明する。
以下、実施の形態1と異なる事項について主に説明する。説明を省略する事項については実施の形態1と同様である。
図11は、実施の形態4におけるFET駆動装置100の構成図である。
実施の形態4におけるFET駆動装置100の構成について、図11に基づいて説明する。
FET駆動装置100は、実施の形態1(図2参照)で説明した立上り時間検出回路140Sと立下り時間検出回路140Eとの代わりに、遷移時間検出回路140を備える。
遷移時間検出回路140は、出力電圧VOUTの立上り時に立上り時間電圧VTS(実施の形態1参照)に相当する遷移時間電圧VTを出力し、出力電圧VOUTの立下り時に立下り時間電圧VTE(実施の形態1参照)に相当する遷移時間電圧VTを出力する。
遷移時間検出回路140の構成は、立上り時間検出回路140Sおよび立下り時間検出回路140Eと同じである(図6から図8参照)。
FET駆動装置100は、実施の形態1(図2参照)で説明した立上り時間比較回路150Sおよび立下り時間比較回路150Eの代わりに、遷移時間比較回路150を備える。
遷移時間比較回路150は、遷移時間電圧VTを、制御装置210(図1参照)から入力される遷移目標電圧VTRと比較し、比較結果を示す遷移比較信号SCを出力する。遷移比較信号SCは、立上り比較信号SCSおよび立下り比較信号SCE(実施の形態1参照)に相当する。
遷移時間比較回路150の構成は、立上り時間比較回路150Sおよび立下り時間比較回路150Eと同じである(図1、図7または図8参照)。
FET駆動装置100は、実施の形態1(図2参照)で説明した立上り調整回路160Sおよび立下り調整回路160Eの代わりに、遷移調整回路160を備える。
遷移調整回路160は、制御装置210(図1参照)から入力される遷移調整信号SAに基づいて、遷移時間電圧VTの変化速度を調整する。
遷移調整回路160の構成は、立上り調整回路160Sおよび立下り調整回路160Eと同じである(図7または図8参照)。
制御装置210(図1参照)は、出力電圧VOUTの立上り時に立上り調整信号SAS(実施の形態1参照)に相当する遷移調整信号SAを遷移調整回路160に入力する。また、制御装置210は、立上り目標電圧VTRS(実施の形態1参照)に相当する遷移目標電圧VTRを遷移時間比較回路150に入力する。
制御装置210は、出力電圧VOUTの立下り時に立下り調整信号SAE(実施の形態1参照)に相当する遷移調整信号SAを遷移調整回路160に入力する。また、制御装置210は、立下り目標電圧VTRE(実施の形態1参照)に相当する遷移目標電圧VTRを遷移時間比較回路150に入力する。
制御装置210は、制御信号SINおよび極性信号POLEをFET駆動回路170に入力する。極性信号POLEは、制御信号SINに同期した信号である。
FET駆動回路170は、制御装置210から入力される極性信号POLEに基づいて、上側MOSFET109Sと下側MOSFET109Eとのいずれかを選択する。そして、FET駆動回路170は、選択した方のMOSFETのゲート電圧の変化速度を制御する。
制御信号SINが出力電圧VOUTの出力の開始を指示する場合、極性信号POLEは上側MOSFET109Sを指定する。この場合、FET駆動回路170は、遷移比較信号SCに基づいて、上側MOSFET109Sのゲート電圧の上昇速度を調整する。
制御信号SINが出力電圧VOUTの出力の停止を指示する場合、極性信号POLEは下側MOSFET109Eを指定する。この場合、FET駆動回路170は、遷移比較信号SCに基づいて、下側MOSFET109Eのゲート電圧の下降速度を調整する。
FET駆動装置100のその他の構成については実施の形態1と同様である。
実施の形態4により、出力電圧VOUTの立上り時間TSおよび立下り時間TEを調整することができる。
また、出力電圧VOUTの立上り時と出力電圧VOUTの立下り時との両方で各種回路(140、150、160)を共用することにより、FET駆動装置100に必要な回路を減らしてFET駆動装置100を小型化することができる。
各実施の形態において、MOSFETは電力および電圧を制御する電圧制御装置(パワー素子ともいう)の一例であり、MOSFETの代わりに他の電圧制御素子が用いられてもよい。
例えば、MOSFETの代わりにIGBTまたはSiC素子が用いられてもよい。IGBTは絶縁ゲートバイポーラトランジスタの略称であり、SiCはシリコンカーバイドの略称である。
各実施の形態は、電子機器200(特に、FET駆動装置100)の形態の一例である。
つまり、電子機器200は、各実施の形態で説明した構成要素の一部を備えなくても構わない。また、電子機器200は、各実施の形態で説明していない構成要素を備えても構わない。
100 FET駆動装置、101 電圧源、102 グランド、103 負荷回路、109S 上側MOSFET、109E 下側MOSFET、110 分圧回路、111 第一の分圧抵抗、112 第二の分圧抵抗、120 基準電圧生成回路、131 第一の比較回路、132 第二の比較回路、140 遷移時間検出回路、140S 立上り時間検出回路、140E 立下り時間検出回路、141 電圧源、142 電流源、143 充電スイッチ、144 コンデンサ、145 XOR回路、150 遷移時間比較回路、150S 立上り時間比較回路、150E 立下り時間比較回路、160 遷移調整回路、160S 立上り調整回路、160E 立下り調整回路、161 第一のトランジスタ、162 第二のトランジスタ、163 調整スイッチ、170 FET駆動回路、200 電子機器、210 制御装置、220 負荷装置。

Claims (7)

  1. 出力電圧を変化させる速さを制御する電圧制御素子と、
    前記電圧制御素子によって制御された出力電圧が第一の基準電圧から第二の基準電圧に上がるまでに要した立上り時間を検出し、前記立上り時間の長さに応じた立上り時間電圧を生成する立上り時間検出回路と、
    前記立上り時間検出回路によって生成された立上り時間電圧を、前記立上り時間の目標である立上り目標時間を表す立上り目標電圧と比較し、比較結果を表す立上り比較信号を出力する立上り時間比較回路と、
    前記立上り時間比較回路によって出力された立上り比較信号に基づいて、前記電圧制御素子を制御する素子制御回路と
    を備えることを特徴とする電圧制御装置。
  2. 前記電圧制御装置は、
    前記立上り時間電圧の変化速度を調整する立上り調整回路を備え、
    前記立上り時間検出回路は、前記立上り調整回路によって調整された変化速度で前記立上り時間に変化させた電圧を前記立上り時間電圧として生成する
    ことを特徴とする請求項1に記載の電圧制御装置。
  3. 前記立上り時間検出回路は、充電されることによって前記立上り時間電圧を生成するコンデンサを備え、
    前記立上り調整回路は、前記立上り時間検出回路に備わるコンデンサを充電する充電電流の大きさを調整することによって、前記立上り時間電圧の変化速度を調整する
    ことを特徴とする請求項2に記載の電圧制御装置。
  4. 前記立上り時間検出回路は、充電されることによって前記立上り時間電圧を生成する複数のコンデンサを備え、
    前記立上り調整回路は、前記立上り時間検出回路に備わる複数のコンデンサからコンデンサを選択し、選択したコンデンサに充電電流を流すことによって、前記立上り時間電圧の変化速度を調整する
    ことを特徴とする請求項2に記載の電圧制御装置。
  5. 前記電圧制御素子は、出力電圧を上げる速さを制御する第一の電圧制御素子であり、
    前記電圧制御装置は、
    出力電圧を下げる速さを制御する第二の電圧制御素子と、
    前記電圧制御素子によって制御された出力電圧が前記第二の基準電圧から第一の基準電圧に下がるまでに要した立下り時間を検出し、前記立下り時間の長さに応じた立下り時間電圧を生成する立下り時間検出回路と、
    前記立下り時間検出回路によって生成された立下り時間電圧を、前記立下り時間の目標である立下り目標時間を表す立下り目標電圧と比較し、比較結果を表す立下り比較信号を出力する立下り時間比較回路とを備え、
    前記素子制御回路は、外部から入力される制御信号が出力電圧の立上りを指示する場合に前記立上り比較信号に基づいて前記第一の電圧制御素子を制御し、前記制御信号が出力電圧の立下りを指示する場合に前記立下り比較信号に基づいて前記第二の電圧制御素子を制御する
    ことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の電圧制御装置。
  6. 出力電圧を変化させる速さを制御する電圧制御素子と、
    前記電圧制御素子によって制御された出力電圧が第二の基準電圧から第一の基準電圧に下がるまでに要した立下り時間を検出し、前記立下り時間の長さに応じた立下り時間電圧を生成する立下り時間検出回路と、
    前記立下り時間検出回路によって生成された立下り時間電圧を、前記立下り時間の目標である立下り目標時間を表す立下り目標電圧と比較し、比較結果を表す立下り比較信号を出力する立下り時間比較回路と、
    前記立下り時間比較回路によって出力された立下り比較信号に基づいて、前記電圧制御素子を制御する素子制御回路と
    を備えることを特徴とする電圧制御装置。
  7. 出力電圧を上げる速さを制御する第一の電圧制御素子と、
    出力電圧を下げる速さを制御する第二の電圧制御素子と、
    前記第一の電圧制御素子によって制御された出力電圧が第一の基準電圧から第二の基準電圧に上がるまでに要した立上り時間、または、前記第二の電圧制御素子によって制御された出力電圧が前記第二の基準電圧から前記第一の基準電圧に下がるまでに要した立下り時間を遷移時間として検出し、前記遷移時間の長さに応じた遷移時間電圧を生成する遷移時間検出回路と、
    前記遷移時間検出回路によって前記遷移時間電圧を、前記遷移時間の目標である遷移目標時間を表す遷移目標電圧と比較し、比較た結果を表す遷移比較信号を出力する遷移時間比較回路と、
    外部から入力される制御信号が出力電圧の立上りを指示する場合に前記遷移比較信号に基づいて前記第一の電圧制御素子を制御し、前記制御信号が出力電圧の立下りを指示する場合に前記遷移比較信号に基づいて前記第二の電圧制御素子を制御する素子制御回路と
    を備えることを特徴とする電圧制御装置。
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