JP2016154313A - レベルシフト回路 - Google Patents
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Abstract
【課題】ハイサイドの出力素子を直接に高速でオン/オフすることができるレベルシフト回路を提供する。
【解決手段】一実施形態のレベルシフト回路は、入力電圧をレベルシフトした出力電圧を生成する第1トランジスタと、該第1トランジスタのゲート電圧を制御する制御回路と、第2乃至第5トランジスタと、第1および第2パルス信号生成回路とを持つ。第2トランジスタは、前記第1トランジスタを駆動するために前記第1トランジスタのゲートに第1の電流を流す。第3トランジスタは、前記第1トランジスタをオフにするために前記制御回路のトランジスタのゲートに第2の電流を与える。前記第4および第5トランジスタは、前記第1トランジスタがオフ、オンに切り替わるときに前記第2および第1の電流をそれぞれ増加させる。前記第1および第2パルス回路は、前記第4および第5トランジスタの駆動をそれぞれ制御する。
【選択図】図1
Description
図1は、実施形態1によるレベルシフト回路を備える出力スイッチング素子駆動回路の概略構成を示す回路図の一例である。図1に示すように、本実施形態の出力スイッチング素子駆動回路は、レベルシフト回路100と、ハイサイドスイッチング素子HSS1と、ローサイドスイッチング素子LSS1とを備える。
否定論理和回路NOR1は、ノードN1とノードN2との間に設けられ、高電位側電源Vccaと低電位側電源(接地電位)Vssが供給される。否定論理和回路NOR1は、入力電圧Vinが一方の入力端子IT1に入力され、他方の入力端子IT2がノードN3に接続されてバッファBUFF1の出力電圧(ローサイドスイッチング素子LSS1のゲート電圧)が入力され、これらの電圧の否定論理和を出力する。
パルス信号生成回路41は、遅延回路Delay1と論理積回路AND11とを有する。
遅延回路Delay1は、入力端子がノードN6に接続され、出力端子がノードN5に接続され、インバータINV1の出力信号INV1_outが入力され、出力信号INV1_outの立ち上がり信号に対して所定期間だけ遅延した信号をノードN5に出力する。
論理積回路AND12は、ノードN9に接続された非反転入力端子と、遅延回路Delay2の出力端子に接続された反転入力端子と、Nch MISトランジスタNMT8のゲートに接続された出力端子とを有する。
I2=I11+ID(NMT8)
となる。
I11<<ID(NMT8)
となるようにトランジスタNMT4,NMT8の素子サイズを設定することにより、HSS1駆動電流I2を大幅に増大させることが可能である。
ton(HSS1)≒入力容量Ciss(HSS1)×VD3/I2
I1=I11+ID(NMT7)
となる。
I11<<ID(NMT7)
となるようにトランジスタNMT3,NMT7の素子サイズを設定することにより、PMT6駆動電流I1を大幅に増大させることが可能である。
図3は、実施形態2によるレベルシフト回路120を備える出力スイッチング素子駆動回路の概略構成を示す回路図の一例である。
I2=I11+ID(NMT8)
となる。
I11<<ID(NMT8)
となるようにドレイン電流ID(NMT8)の値を適切に設定することにより、バッファ回路を使用することなく、ハイサイドスイッチング素子HSS1を直接に高速でオンさせることができる。
I1=I11+ID(NMT7)
となる。
I11<<ID(NMT7)
となるようにドレイン電流ID(NMT7)の値を適切に設定することにより、Nch MISトランジスタNMT7を使用しない場合と比較してPch MISトランジスタPMT6を高速に駆動してハイサイドスイッチング素子HSS1を時刻T6の手前でオフさせることができる。
実施形態1による出力スイッチング素子駆動回路では、ハイサイドスイッチング素子HSS1がオフの間、Pch MISトランジスタPMT6がオン状態を持続してハイサイドスイッチング素子HSS1のゲート電位を高電位側電源Vccbと同一にしている(ゲートソース間電圧HSS1_VGSの真理値=H)。
I2=I11+ID(NMT8)
となり、ハイサイドスイッチング素子HSS1のオン時スイッチング時間ton(HSS1)は、本実施形態では
ton(HSS1)≒入力容量Ciss(HSS1)×(VD3−VF4)/I2
で近似されるので、ドレイン電流ID(NMT8)の値を適切に設定すれば、バッファ回路を使用することなく、上述した実施形態1と同様に、ハイサイドスイッチング素子HSS1を直接に高速でオンさせることができる。
図7は、実施形態4によるレベルシフト回路140を備える出力スイッチング素子駆動回路の概略構成を示す回路図の一例である。本実施形態の出力スイッチング素子駆動回路は、図1に示す回路構成に加え、ハイサイドスイッチング素子HSS1がオフの間にハイサイド側の出力が反転することを防止するための反転防止回路60をさらに含む。本実施形態の出力スイッチング素子駆動回路のその他の構成は、図1に示す回路と実質的に同一である。
PMT5_VGS=HSS1_VGS − R1×ID(PMT11)
と表すことができる。
PMT5_Vth>HSS1_VGS − R1×ID(PMT11)
が成立するようにR1とID(PMT11)とを任意に設定すれば、図8のタイミングチャートに示すように、レベルシフト回路140のハイサイド側出力の反転を防止することができる。
Claims (7)
- 入力電圧をレベルシフトした出力電圧を生成する第1トランジスタと、
前記第1トランジスタのゲート電圧を制御する制御回路と、
前記第1トランジスタを駆動するために前記第1トランジスタのゲートに第1の電流を与える第2トランジスタと、
前記第1トランジスタをオフにするために前記制御回路のトランジスタのゲートに第2の電流を与える第3トランジスタと、
前記第1トランジスタがオフにスイッチングするとき、前記第2の電流を増加させるよう設けられた第4トランジスタと、
前記第1トランジスタがオンにスイッチングするとき、前記第1の電流を増加させるよう設けられた第5トランジスタと、
前記第4トランジスタの駆動を制御する第1パルス信号生成回路と、
前記第5トランジスタの駆動を制御する第2パルス信号生成回路と、を備える、
レベルシフト回路。 - 前記第4トランジスタは前記第3トランジスタに直列接続されるとともに前記第1パルス信号生成回路から出力する第1パルス信号を入力する制御端子を有し、
前記第5トランジスタは前記第2トランジスタに直列接続されるとともに前記第2パルス信号生成回路から出力する第2パルス信号を入力する制御端子を有することを特徴とする請求項1に記載のレベルシフト回路。 - 前記低電位側電源に一端が接続され、前記第1トランジスタに直列に他端が接続され、前記第1のトランジスタとは逆導電型の第6トランジスタをさらに備え、
前記第1パルス信号生成回路は、入力信号に対し遅延する遅延信号を出力する遅延回路を含み、
前記第6トランジスタは、前記入力信号と前記遅延信号とに基づいて駆動されることを特徴とする請求項1に記載に記載のレベルシフト回路。 - 前記前記第1のトランジスタに並列に接続された、前記第1のトランジスタとは逆導電型の第7トランジスタと、
前記第7トランジスタを駆動する第1回路をさらに備えることを特徴とする請求項3に記載に記載のレベルシフト回路。 - 前記第1のトランジスタがオフの時に前記第1のトランジスタのゲートを前記制御回路から電気的に切り離す第1の素子をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載のレベルシフト回路。
- 前記第1の素子はダイオードおよびトランジスタを含むことを特徴とする請求項5に記載に記載のレベルシフト回路。
- 前記第1のトランジスタがオフの時に該オフ状態を前記第5トランジスタがオンするまで固定する第2回路をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載に記載のレベルシフト回路。
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