JP2016063648A - Drive device - Google Patents
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Description
本発明は、スイッチング素子を駆動する駆動装置に関する。 The present invention relates to a drive device that drives a switching element.
従来、電圧を変換するコンバータや電路を開閉するスイッチ回路にスイッチング素子が用いられる。スイッチング素子は、該スイッチング素子によってオン/オフされる電圧よりも高い電圧で駆動される場合があり、この場合は高電圧を供給する電圧源が必要とされる。例えば、特許文献1には、発振回路が発振するパルス信号に基づいて高電圧を生成するチャージポンプ回路を備えるハイサイド駆動回路が記載されている。 Conventionally, a switching element is used for a converter that converts a voltage and a switch circuit that opens and closes an electric circuit. The switching element may be driven with a voltage higher than a voltage that is turned on / off by the switching element. In this case, a voltage source that supplies a high voltage is required. For example, Patent Document 1 describes a high-side drive circuit including a charge pump circuit that generates a high voltage based on a pulse signal oscillated by an oscillation circuit.
しかし、特許文献1に記載された技術ではスイッチング素子をオン/オフにする必要がない状態であってもチャージポンプ回路が動作し、無駄な消費電流やノイズが発生するという問題が存在する。 However, the technique described in Patent Document 1 has a problem that the charge pump circuit operates even when the switching element does not need to be turned on / off, and wasteful current consumption and noise are generated.
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、無駄な消費電流及びノイズを低減することが可能なスイッチング素子の駆動装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a switching element driving device capable of reducing wasteful current consumption and noise.
本発明に係る駆動装置は、スイッチング素子を、該スイッチング素子によってオン/オフされる電圧より高い電圧で駆動する駆動回路と、該駆動回路に供給する電圧を生成する生成回路とを備える駆動装置において、前記生成回路は、パルス信号を周期的に発振する発振回路及び該発振回路が発振した周期的なパルス信号の信号レベルの変化に応じて充放電されるキャパシタを有し、該キャパシタの充電電圧に前記周期的なパルス信号を重畳することにより、前記周期的なパルス信号の波高より高い電圧を生成するようにしてあり、前記駆動回路が前記スイッチング素子を駆動しない場合、前記発振回路の発振周期を延長する延長手段又は前記発振回路の発振を停止する停止手段を備えることを特徴とする。 A driving device according to the present invention is a driving device including a driving circuit that drives a switching element at a voltage higher than a voltage that is turned on / off by the switching element, and a generation circuit that generates a voltage to be supplied to the driving circuit. The generation circuit includes an oscillation circuit that periodically oscillates a pulse signal and a capacitor that is charged and discharged according to a change in the signal level of the periodic pulse signal oscillated by the oscillation circuit. By superimposing the periodic pulse signal on, a voltage higher than the pulse height of the periodic pulse signal is generated, and when the drive circuit does not drive the switching element, the oscillation period of the oscillation circuit And a stop means for stopping the oscillation of the oscillation circuit.
本発明によれば、発振回路が発振した周期的なパルス信号の信号レベルの変化に応じてキャパシタを充放電し、キャパシタの充電電圧にパルス信号を重畳して高電圧を生成し、生成した高電圧をスイッチング素子の駆動回路に供給する。駆動回路がスイッチング素子を駆動する必要がない場合、前記発振回路の発振周期を延長するか、又は前記発振回路の発振を停止する。これにより、生成回路の無駄な消費電流及びノイズが低減される。 According to the present invention, the capacitor is charged / discharged in accordance with the change in the signal level of the periodic pulse signal oscillated by the oscillation circuit, and the high voltage is generated by superimposing the pulse signal on the charge voltage of the capacitor. A voltage is supplied to the drive circuit of the switching element. When the drive circuit does not need to drive the switching element, the oscillation cycle of the oscillation circuit is extended or the oscillation of the oscillation circuit is stopped. Thereby, useless current consumption and noise of the generation circuit are reduced.
本発明に係る駆動装置は、前記発振回路で、抵抗器及びコンデンサの組み合わせによる時定数に応じた周期で前記パルス信号を発振するようにしてあり、前記延長手段は、複数の前記組み合わせを切り替えて、前記時定数が大きくなるようにしてあることを特徴とする。 In the driving device according to the present invention, the oscillation circuit oscillates the pulse signal at a cycle according to a time constant by a combination of a resistor and a capacitor, and the extension means switches a plurality of the combinations. The time constant is made large.
本発明によれば、抵抗器及びコンデンサの組み合わせを変更することにより、発振回路の動作周期を延長するため、生成回路の消費電流及びノイズが低減される。 According to the present invention, by changing the combination of the resistor and the capacitor, the operating cycle of the oscillation circuit is extended, so that the consumption current and noise of the generation circuit are reduced.
本発明に係る駆動装置は、前記停止手段は前記発振回路への電源供給をオフするようにしてあることを特徴とする。 The drive device according to the present invention is characterized in that the stopping means turns off power supply to the oscillation circuit.
本発明によれば、発振回路への電源の供給を停止することにより、発振回路の発振が停止する。これにより、生成回路の無駄な消費電流及びノイズが低減される。 According to the present invention, the oscillation of the oscillation circuit is stopped by stopping the supply of power to the oscillation circuit. Thereby, useless current consumption and noise of the generation circuit are reduced.
本発明によれば、前記発振回路の発振周期を延長することにより、生成回路の無駄な消費電流及びノイズを低減することが可能となる。また、前記発振回路の発振を停止することにより、生成回路の無駄な消費電流及びノイズを低減することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to reduce unnecessary current consumption and noise of the generation circuit by extending the oscillation cycle of the oscillation circuit. Further, by stopping the oscillation of the oscillation circuit, it is possible to reduce unnecessary current consumption and noise of the generation circuit.
以下、本発明に係るスイッチング素子の駆動装置についてその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
(実施の形態1)
図1は、実施の形態1に係る駆動装置の概略構成を示すブロック図である。駆動装置はスイッチング素子であるFET10及び11夫々をオン/オフ駆動する。FET10及び11はブリッジ回路を構成し、ハイサイド側にFET10が配され、ローサイド側にFET11が配されている。FET10のドレインはバッテリ12と接続され、ソースはFET11のドレイン及び負荷13の一端と接続されている。FET11のソース及び負荷13の他端は接地電位に接続されている。なお、FET10及び11はハーフブリッジ回路又はフルブリッジ回路のいずれを構成しても良い。
Hereinafter, a switching element driving apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings illustrating embodiments thereof.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of the driving apparatus according to the first embodiment. The driving device drives the
駆動装置は、生成回路14及びブートストラップ回路40(駆動回路に相当)を備える。生成回路14は、ブートストラップ回路40に供給する電圧を生成する。生成回路14は、発振回路20及び該発振回路20に接続されたチャージポンプ回路30を有する。チャージポンプ回路30はダイオード50,51を各別に介してブートストラップ回路40に接続されている。ブートストラップ回路40はFET10,11夫々のゲートに接続されている。発振回路20は、Vcc(5V)から電源が供給されている。チャージポンプ回路30及びブートストラップ回路40は、バッテリ12から電源が供給されている。
The driving device includes a
FET10がオフであり、FET11がオンである期間が短い場合、後述するようにコンデンサ42がFET10を駆動できる電圧まで十分に充電できず、FET10がオンできなくなるため、発振回路20及びチャージポンプ回路30により、ブートストラップ回路40に足りない分の電圧を重畳させる。即ち、生成回路14は、ブートストラップ回路40に供給する電圧を生成する。
When the
図2は、発振回路20及びチャージポンプ回路30の接続構成を示す回路図である。発振回路20は、シュミットトリガ回路21と、該シュミットトリガ回路21の入力端子に夫々の一端が接続された抵抗器22,23及びコンデンサ24と、抵抗器22及び23夫々の他端に一端が接続されたスイッチ25及び26とを有する。スイッチ25及び26の他端はシュミットトリガ回路21の出力端子に接続されている。コンデンサ24の他端は接地電位に接続されている。
FIG. 2 is a circuit diagram showing a connection configuration of the
なお、本実施の形態1では、抵抗器23の抵抗値を抵抗器22の抵抗値よりも大きくしてある。スイッチ25及び26は、駆動装置の外部に配されたCPU15からの駆動信号によりいずれか一方がオンとなるようになっている。
In the first embodiment, the resistance value of the
チャージポンプ回路30はデッドタイム回路31と、該デッドタイム回路31にベースが夫々接続されたpnp型のトランジスタ34及びnpn型トランジスタ35を有する。トランジスタ34及び35はトーテムポール接続されている。トランジスタ34のエミッタはバッテリ12に接続され、トランジスタ35のエミッタは接地電位に接続されている。チャージポンプ回路30は、トランジスタ34及び35夫々のコレクタに一端が接続されたキャパシタ33と該キャパシタ33の他端に、その一端が接続された抵抗32とを有する。抵抗32の他端はダイオード50,51の間に接続されている。
The
発振回路20が有するシュミットトリガ回路21の出力端子は、チャージポンプ回路30が有するデッドタイム回路31に接続されている。
An output terminal of the Schmitt
図3A及び図3Bは、ブートストラップ回路40の接続構成を示す回路図である。図3AはFET10がオフ、FET11がオンの場合に対応している。また、図3BはFET10がオン、FET11がオフの場合に対応している。PWM回路60からPWM信号が入力されFET10及び11のオンオフが制御される。PWM回路60は、CPU15によりその動作が制御される。ブートストラップ回路40は、アノードがバッテリ12に接続されたダイオード41と、ダイオード41のカソードに一端が接続されたコンデンサ42とコンデンサ42の他端に一端が接続された抵抗器43と、c接点型のスイッチ44,45とを有する。抵抗器43の他端はFET10及び11の接続点に接続されている。
3A and 3B are circuit diagrams showing a connection configuration of the
スイッチ44の共通端子はFET10のゲートに接続され、常開端子はダイオード41及びコンデンサ42の接続点に接続され、常閉端子はコンデンサ42及び抵抗器43の接続点に接続されている。
スイッチ45の共通端子はFET11のゲートに接続され、常閉端子はバッテリ12に接続され、常開端子は接地電位に接続されている。スイッチ44、45の夫々は、PWM回路60からのPWM信号により共通端子の接続先が切り換わる。
The common terminal of the
The common terminal of the
ダイオード50はカソードがコンデンサ42の一端に接続されている。ダイオード51はアノードが、FET10のソースに接続されている。
The
ダイオード50はブートストラップ回路40からチャージポンプ回路30に電流が逆流することを防止する。ダイオード50,51はFET10のソース電位をコンデンサ42の一端の電位にクランプする。
The
以下、本実施の形態1に係る駆動装置の動作について説明する。図2に示す発振回路20では、コンデンサ24の電圧、即ちシュミットトリガ回路21の入力端子の電圧が閾値より低い場合、シュミットトリガ回路21の出力端子の電圧がハイレベルとなり、コンデンサ24が抵抗器22又は23を介して充電される。その後、コンデンサ24が充電されてシュミットトリガ回路21の入力端子の電圧が閾値より高くなった場合、シュミットトリガ回路21の出力端子の電圧はローレベルとなり、コンデンサ24の充電電圧が抵抗器22又は23を介して放電される。つまり、発振回路20の発振周波数はコンデンサ24と抵抗器22又は23との時定数の大/小によって低/高に変化する。
Hereinafter, the operation of the driving apparatus according to the first embodiment will be described. In the
本実施の形態1では、抵抗器23の抵抗値の方が抵抗器22の抵抗値より大きいので、スイッチ25がオンである場合と比較して、スイッチ26がオンである場合の方が発振周波数は低くなる。これにより、発振によって消費されるエネルギーが少なく、発生するノイズも少ない。
In the first embodiment, since the resistance value of the
チャージポンプ回路30では、発振回路20で生成されたパルス信号がデッドタイム回路31に入力される。デッドタイム回路31により、パルス信号に遅延時間が設けられ、トランジスタ34,35が同時にオンして貫通電流が流れることが防止される。これによりトランジスタ34,35は交互にオンオフされ、キャパシタ33が充放電される。抵抗32によりキャパシタ33を充放電させる電流が制限される。
In the
ブートストラップ回路40では、FET10がオフ、FET11がオンとなる場合、図3Aに示す様に、スイッチ44及び45は共通端子と常閉端子とが接続される。これにより、FET10のソース及びゲート間の電圧が0となり、FET10はオフとなる。また、スイッチ45を介してFET11のソース及びゲート間にバッテリ12の電圧が印加され、FET11はオンとなる。コンデンサ42は、バッテリ12の電圧によりダイオード41、抵抗器43、FET11を介して充電される。
In the
一方、FET10がオン、FET11がオフとなる場合、図3Bに示す様にスイッチ44及び45は共通端子と常開端子とが接続される。これにより、コンデンサ42の充電電圧がFET10のソース及びゲート間に印加されてFET10がオンとなる。また、FET11はソース及びゲート間の電圧が0となるのでオフとなる。
On the other hand, when the
PWM回路60からのPWM信号のデューティが大きい場合、即ち、FET10がオフであり、FET11がオンである期間が短い場合、コンデンサ42の充電が十分に行われないこととなる。このため、FET10がオン期間にFET10のソース及びゲート間に印加される電圧が低下し、FET10が完全にはオンとならない。そこで、チャージポンプ回路30により充電されたキャパシタ33に並列接続され、ブートストラップ回路40により充電されたコンデンサ42により、FET10のゲート及びソース間に印加される電圧を持ち上げる。これにより、PWM信号のデューティが大きい場合であってもFET10を確実にオンとすることが可能となる。
When the duty of the PWM signal from the
以上の構成により、ブートストラップ回路40で、FET10、11のオンオフ期間に応じてコンデンサ42を充放電させ、チャージポンプ回路30で、発振回路20の発振周波数のタイミングに応じてキャパシタ33を充放電させる。コンデンサ42の充電電圧が不足している場合、並列接続したキャパシタ33及び42により、FET10,11のゲート、ソース間電圧を持ち上げ、FET10,11を駆動させる。
With the above configuration, the
即ち、発振回路20が発振した周期的なパルス信号の信号レベルの変化に応じてキャパシタ33を充放電し、キャパシタ33の充電電圧にパルス信号を重畳して高電圧を生成し、生成した高電圧を、FET10,11を駆動するブートストラップ回路40に供給する。
That is, the
FET10,11を駆動する必要がない場合、発振回路20の発振周期を延長することにより、発振回路20及びチャージポンプ回路30の無駄な消費電流及びノイズを低減できる。また、発振回路20を停止させないので、ブリッジ回路を再度駆動する場合に、発振回路20及びチャージポンプ回路30の立ち上がりが遅れない。
When there is no need to drive the
抵抗器22,23及びコンデンサ24の組み合わせを変更することにより、発振回路20の動作周期を延長するため、発振回路20及びチャージポンプ回路30の無駄な消費電流及びノイズを低減できる。
By changing the combination of the
なお、本実施の形態1では、発振回路20が、抵抗器22,23及びコンデンサ24を有する構成としたが、発振回路20が、抵抗器22又は23のいずれかを有し、コンデンサ24の他にもう一つコンデンサを有する構成としてもよい。また、発振回路20が、三つ以上のコンデンサを有する構成とし、これらのコンデンサをスイッチにより切り替えて、発振回路20が発振するパルス信号の周期を三段階以上に変更できる構成としてもよい。更に、駆動装置は、バッテリ12に代えて、キャパシタ等の蓄電素子で構成してもよい。
In the first embodiment, the
(変形例)
図4は、変形例に係るチャージポンプ回路の接続構成を示す回路図である。変形例では、駆動装置は、チャージポンプ回路30に代えてチャージポンプ回路70により構成される。チャージポンプ回路70は、反転増幅器71と、該反転増幅器71の入力端子にアノードが接続されたダイオード72と、ダイオード72のカソード及び反転増幅器71の出力端子の間に接続されたキャパシタ73とを有する。更に、チャージポンプ回路70は、ダイオード72のカソードにアノードが接続されたダイオード74とダイオード74のカソード及び接地電位の間に接続されたコンデンサ75とを有する。
(Modification)
FIG. 4 is a circuit diagram showing a connection configuration of a charge pump circuit according to a modification. In the modification, the drive device is configured by a
発振回路20が有する反転増幅回路21の出力端子は、チャージポンプ回路70が有する反転増幅器71の入力端子に接続されている。
An output terminal of the inverting
チャージポンプ回路70では、反転増幅器71の入力端子の電圧がハイレベルの場合、反転増幅器71の出力端子の電圧はローレベルであるので、キャパシタ73がダイオード72を介して、反転増幅器71の入出力の電圧差によって充電される。
In the
反転増幅器71の入力端子の電圧がローレベルの場合、反転増幅器71の出力端子の電圧はハイレベルであるので、ダイオード74に反転増幅器71の出力電圧とキャパシタ73の充電電圧とを加えた電圧が印加されてコンデンサ75が充電される。つまり、ダイオード72,74における順方向電圧降下を無視した場合、コンデンサ75は反転増幅器71及びキャパシタ73夫々の出力電圧の和に相当する電圧で充電される。
When the voltage at the input terminal of the inverting
チャージポンプ回路70を用いた場合であっても、上記と同様にコンデンサ42の充電電圧が不足している場合、並列接続したコンデンサ42及びキャパシタ73により、FET10,11のゲート、ソース間電圧を持ち上げ、FET10,11を駆動させることができる。
Even when the
(実施の形態2)
図5は、実施の形態2に係る駆動装置の概略構成を示すブロック図である。実施の形態1と同様の構成については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
(Embodiment 2)
FIG. 5 is a block diagram showing a schematic configuration of the driving apparatus according to the second embodiment. About the structure similar to Embodiment 1, the same code | symbol is attached | subjected and the detailed description is abbreviate | omitted.
実施の形態2に係る駆動装置は、実施の形態1の構成に加え、Vcc及び発振回路20の間に接続される切替回路80を備える。切替回路80は、CPU15からの駆動信号により、Vccから発振回路20への電源供給をオン/オフする。
上述のブリッジ回路がチャージポンプ回路30及びブートストラップ回路40によって駆動される場合、切替回路80により、発振回路20への電源供給はオンとなる。また、前記ブリッジ回路が駆動されない場合、切替回路80により、発振回路20への電源供給がオフとなり、発振回路20が停止する。
In addition to the configuration of the first embodiment, the drive device according to the second embodiment includes a switching
When the bridge circuit described above is driven by the
実施の形態1と同様に、ブートストラップ回路40で、FET10、11のオンオフ期間に応じてコンデンサ42を充放電させ、チャージポンプ回路30で、発振回路20の発振周波数のタイミングに応じてキャパシタ33を充放電させる。コンデンサ42の充電電圧が不足している場合、並列接続したキャパシタ33及び42により、FET10,11のゲート、ソース間電圧を持ち上げ、FET10,11を駆動させる。
As in the first embodiment, the
即ち、発振回路20が発振した周期的なパルス信号の信号レベルの変化に応じてキャパシタ33を充放電し、キャパシタ33の充電電圧にパルス信号を重畳して高電圧を生成し、生成した高電圧を、FET10,11を駆動するブートストラップ回路40に供給する。
FET10,11を駆動する必要がない場合、発振回路20の発振を停止することにより、発振回路20及びチャージポンプ回路30の無駄な消費電流及びノイズを低減できる。
That is, the
When the
発振回路20へのVccの動作電力の供給を停止すことにより、発振回路20の発振が停止する。これにより、発振回路20及びチャージポンプ回路30の無駄な消費電流及びノイズが低減される。
By stopping the supply of Vcc operating power to the
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。即ち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。 The embodiment disclosed this time is to be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the meanings described above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims. That is, embodiments obtained by combining technical means appropriately changed within the scope of the claims are also included in the technical scope of the present invention.
10、11 FET
14 生成回路
20 発振回路
22、23 抵抗器
24 コンデンサ
25、26 スイッチ
30 チャージポンプ回路
33、73 キャパシタ
40 ブートストラップ回路
80 切替回路
10, 11 FET
14
Claims (3)
前記生成回路は、パルス信号を周期的に発振する発振回路及び該発振回路が発振した周期的なパルス信号の信号レベルの変化に応じて充放電されるキャパシタを有し、該キャパシタの充電電圧に前記周期的なパルス信号を重畳することにより、前記周期的なパルス信号の波高より高い電圧を生成するようにしてあり、
前記駆動回路が前記スイッチング素子を駆動しない場合、前記発振回路の発振周期を延長する延長手段又は前記発振回路の発振を停止する停止手段を備えること
を特徴とする駆動装置。 In a driving device comprising: a driving circuit that drives a switching element at a voltage higher than a voltage that is turned on / off by the switching element; and a generation circuit that generates a voltage to be supplied to the driving circuit.
The generation circuit includes an oscillation circuit that periodically oscillates a pulse signal and a capacitor that is charged and discharged according to a change in the signal level of the periodic pulse signal oscillated by the oscillation circuit. A voltage higher than the pulse height of the periodic pulse signal is generated by superimposing the periodic pulse signal,
A drive device comprising: extension means for extending an oscillation cycle of the oscillation circuit or stop means for stopping oscillation of the oscillation circuit when the drive circuit does not drive the switching element.
前記延長手段は、複数の前記組み合わせを切り替えて、前記時定数が大きくなるようにしてあること
を特徴とする請求項1に記載の駆動装置。 The oscillation circuit oscillates the pulse signal at a period according to a time constant by a combination of a resistor and a capacitor,
The driving device according to claim 1, wherein the extension means switches a plurality of the combinations so that the time constant increases.
を特徴とする請求項1に記載の駆動装置。 The driving apparatus according to claim 1, wherein the stopping unit is configured to turn off power supply to the oscillation circuit.
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