JP2016208134A - スイッチ駆動回路 - Google Patents
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Abstract
Description
ハイサイド電源部は、ハイサイドの回路用電源である。ラッチ回路は、ハイサイド電源部から電源供給を受けて、ハイサイドスイッチをスイッチングさせる際のハイサイドスイッチ信号の論理レベルをラッチする。ハイサイドドライバは、ハイサイド電源部から電源供給を受けて、ラッチ回路から出力されたハイサイドスイッチ信号により、ハイサイドスイッチを駆動する。ローサイドドライバは、ローサイドの回路用電源から電源供給を受けて、ローサイドスイッチ信号により、ローサイドスイッチを駆動する。ハイサイドスイッチ制御回路は、ハイサイドスイッチのスイッチング停止を行う場合には、ハイサイドスイッチ信号の論理レベルをスイッチング停止に要する停止論理レベルに固定する停止確立状態に設定し、スイッチング駆動を行う場合には、停止確立状態の設定解除を行う。また、ハイサイドスイッチ制御回路は、基準電流を生成する定電流源、抵抗および三端子スイッチを含み、定電流源の入力端と、三端子スイッチの第1の入力端とは、ハイサイド電源部の第1の電位側に接続し、抵抗の一端は、ハイサイド電源部の第2の電位側に接続し、抵抗の他端は、定電流源の出力端と、三端子スイッチの第2の入力端と接続し、三端子スイッチの出力端は、ラッチ回路の入力端に接続する。そして、基準電流を非導通または導通にして三端子スイッチのスイッチング制御を行うことで、ラッチ回路に対して停止確立状態の設定または停止確立状態の解除を行う。
ハイサイド電源部は、ハイサイドの回路用電源である。ラッチ回路は、ハイサイド電源部から電源供給を受けて、ハイサイドスイッチをスイッチングさせる際のハイサイドスイッチ信号の論理レベルをラッチする。ハイサイドドライバは、ハイサイド電源部から電源供給を受けて、ラッチ回路から出力されたハイサイドスイッチ信号により、ハイサイドスイッチを駆動する。ハイサイドスイッチ制御回路は、ハイサイドスイッチのスイッチング停止を行う場合には、ハイサイドスイッチ信号の論理レベルをスイッチング停止に要する停止論理レベルに固定する停止確立状態に設定し、スイッチング駆動を行う場合には、停止確立状態の設定解除を行う。また、ハイサイドスイッチ制御回路は、基準電流を生成する定電流源、抵抗および三端子スイッチを含み、定電流源の入力端と、三端子スイッチの第1の入力端とは、ハイサイド電源部の第1の電位側に接続し、抵抗の一端は、ハイサイド電源部の第2の電位側に接続し、抵抗の他端は、定電流源の出力端と、三端子スイッチの第2の入力端と接続し、三端子スイッチの出力端は、ラッチ回路の入力端に接続し、基準電流を非導通または導通にして三端子スイッチのスイッチング制御を行うことで、ラッチ回路に対して停止確立状態の設定または停止確立状態の解除を行う。
ハイサイド電源部VH1は、ハイサイドの回路用電源となる。ラッチ回路1aは、ハイサイド電源部VH1から電源供給を受けて、ハイサイドスイッチ2Hをスイッチングさせる際のハイサイドスイッチ信号dHの論理レベルをラッチする。
図1(b)は動作例を説明するための図である。基準電流IREFの非導通/導通、三端子スイッチ1b−2のオン/オフおよびラッチ回路1aの停止確立状態の設定/解除の関係を示している。グラフg0は、基準電流IREFの波形を示しており、縦軸は電流、横軸は時間である。
図3はスイッチ駆動装置の構成例を示す図である。スイッチ駆動装置20−1は、ハイサイドのパワー半導体スイッチに、PチャネルMOSFETを使用した場合の装置である。
レベルシフト回路21の入力端子は、制御回路20bの端子a1に接続する。レベルシフト回路21の出力端子は、ドライバ22H−1の入力端子に接続する。
次に負荷運転時のスイッチング動作について説明する。スイッチ駆動装置20、20−1では共に、制御回路20bは、NMOSトランジスタMH1またはPMOSトランジスタMH2をスイッチングするためのハイサイドスイッチ信号d1を、端子a1から出力する。
スイッチ駆動装置20のドライバ22Hは、ラッチ処理後のハイサイドスイッチ信号d1aをNMOSトランジスタMH1のゲートに入力する。また、スイッチ駆動装置20−1のドライバ22H−1は、ラッチ処理後のハイサイドスイッチ信号d1aの論理を反転したハイサイドスイッチ信号d1bを生成して、PMOSトランジスタMH2のゲートに入力する。
ブートストラップ回路では、NMOSトランジスタMH1がオフして、電位Mvが電位Nまで低下する状態のときに、ローサイドの電源部VL1の電圧によってコンデンサを充電しておく。
したがって、スイッチ駆動装置20−1のハイサイドの電源部VH2には、例えば、シリーズレギュレータのような固定電源を使用することができる。なお、スイッチ駆動装置20、20−1のローサイドの電源部VL1については、固定電源が使用できる。
ローサイドの回路は、固定電源である電源部VL1から電源供給を受けているから(制御回路20bも電源部VL1から電源供給されている)、停止信号の論理レベルは変動することがなく、制御回路20から送出される停止信号によって、停止論理が確立されることになる。
また、スイッチ駆動モジュール100aは、スイッチ駆動回路10、制御回路10aおよび電源部VL1を備える。さらに、スイッチ駆動回路10は、ハイサイドスイッチ制御回路11、レベルシフト回路12、ドライバ13H、13Lおよび電源部VH1を含む。
抵抗R2の他端は、インバータ12bの出力端子と、インバータ12cの入力端子と接続する。インバータ12cの出力端子は、ドライバ13Hの入力端子に接続し、ドライバ13Hの出力端子は、NMOSトランジスタMH1のゲートに接続する。
ラッチ回路12−1は、インバータ12a(第1のインバータ)、12b(第2のインバータ)、12c(第3のインバータ)および抵抗R2(第1の抵抗)、R3(第2の抵抗)を含む。なお、ラッチ機能としてのインバータは、インバータ12a、12bであるが、出力レベルを反転するためのインバータ12cも含めてラッチ回路としている。
ラッチ動作について説明する。ハイサイドのNMOSトランジスタMH1のオン、オフを指示するためのパルス信号が、制御回路10aの端子c3、c4から出力される。
すると、ラッチ回路12−1内では、インバータ12aの入力がLレベルになり、インバータ12aの出力はHレベル、インバータ12bの出力はLレベルになる。
すると、ラッチ回路12−1内では、インバータ12bの入力がLレベルになり、インバータ12bの出力はHレベルになる。
次にスイッチ駆動装置100の負荷運転時のスイッチング動作について説明する。図7は負荷運転時のスイッチング波形を示す図である。縦軸は電圧、横軸は時間tである。
ハイサイドスイッチ信号と、ローサイドスイッチ信号とが共にLレベルの場合、NMOSトランジスタMH1、ML1は共にオフであり、出力端子OUTの信号はLレベルとなる。
ハイサイドスイッチ信号がLレベル、ローサイドスイッチ信号がHレベルの場合、NMOSトランジスタMH1、ML1はそれぞれオフ、オンであり、出力端子OUTの信号はLレベルとなる。
〔S1〕制御回路10aは、ST/SP信号をLレベルにして、NMOSトランジスタM3をオフにする。
〔S4〕PMOSトランジスタM5がオフすると、抵抗R1を介してPMOSトランジスタM6のゲート電圧が、電源部VH1の低電位側と同電位になる。したがって、PMOSトランジスタM6はオンする。
〔S6〕インバータ12aの入力はHレベル、インバータ12bの出力はHレベル、インバータ12cの出力はLレベルになるから、ラッチ回路12−1からは、Lレベルの信号がラッチ出力される。
〔S11〕制御回路10aは、ST/SP信号をHレベルにして、NMOSトランジスタM3をオンにする。
〔S16〕ラッチ回路12−1のLレベル出力ラッチ状態が解除され、停止確立状態が解除される。
以上、実施の形態を例示したが、実施の形態で示した各部の構成は同様の機能を有する他のものに置換することができる。また、他の任意の構成物や工程が付加されてもよい。
1a ラッチ回路
1b ハイサイドスイッチ制御回路
1b−1 定電流源
1b−2 三端子スイッチ
1b−3 電流制御スイッチ
1H ハイサイドドライバ
1L ローサイドドライバ
VH1 ハイサイド電源部
VL1 ローサイド電源部
R1 抵抗
2H ハイサイドスイッチ
2L ローサイドスイッチ
5 負荷
IREF 基準電流
dH ハイサイドスイッチ信号
dL ローサイドスイッチ信号
i1 定電流源の入力端
i2 定電流源の出力端
s1 三端子スイッチの第1の入力端
s2 三端子スイッチの第2の入力端
s3 三端子スイッチの出力端
p1 ラッチ回路の入力端
g0 基準電流の波形
T1 基準電流の非導通期間
T2 基準電流の導通期間
D1 ダイオード
L0 コイル
C0 コンデンサ
iH 電流
iL 電流
Claims (7)
- ハイサイドに位置するハイサイドスイッチと、ローサイドに位置するローサイドスイッチとを交互にスイッチングして負荷を作動するスイッチ駆動回路において、
ハイサイドの回路用電源であるハイサイド電源部と、
前記ハイサイド電源部から電源供給を受けて、前記ハイサイドスイッチをスイッチングさせる際のハイサイドスイッチ信号の論理レベルをラッチするラッチ回路と、
前記ハイサイド電源部から電源供給を受けて、前記ラッチ回路から出力された前記ハイサイドスイッチ信号により、前記ハイサイドスイッチを駆動するハイサイドドライバと、
ローサイドの回路用電源から電源供給を受けて、ローサイドスイッチ信号により、前記ローサイドスイッチを駆動するローサイドドライバと、
前記ハイサイドスイッチのスイッチング停止を行う場合には、前記ハイサイドスイッチ信号の論理レベルを前記スイッチング停止に要する停止論理レベルに固定する停止確立状態に設定し、スイッチング駆動を行う場合には、前記停止確立状態の設定解除を行うハイサイドスイッチ制御回路と、
を備え、
前記ハイサイドスイッチ制御回路は、基準電流を生成する定電流源、抵抗および三端子スイッチを含み、
前記定電流源の入力端と、前記三端子スイッチの第1の入力端とは、前記ハイサイド電源部の第1の電位側に接続し、前記抵抗の一端は、前記ハイサイド電源部の第2の電位側に接続し、
前記抵抗の他端は、前記定電流源の出力端と、前記三端子スイッチの第2の入力端と接続し、前記三端子スイッチの出力端は、前記ラッチ回路の入力端に接続し、
前記基準電流を非導通または導通にして前記三端子スイッチのスイッチング制御を行うことで、前記ラッチ回路に対して前記停止確立状態の設定または前記停止確立状態の解除を行う、
ことを特徴とするスイッチ駆動回路。 - ハイサイドに位置するハイサイドスイッチと、ローサイドに位置しそのカソードが前記ハイサイドスイッチ側に位置するローサイドダイオードとを備え、前記ハイサイドスイッチをスイッチングして負荷を作動するスイッチ駆動回路において、
ハイサイドの回路用電源であるハイサイド電源部と、
前記ハイサイド電源部から電源供給を受けて、前記ハイサイドスイッチをスイッチングさせる際のハイサイドスイッチ信号の論理レベルをラッチするラッチ回路と、
前記ハイサイド電源部から電源供給を受けて、前記ラッチ回路から出力された前記ハイサイドスイッチ信号により、前記ハイサイドスイッチを駆動するハイサイドドライバと、
前記ハイサイドスイッチのスイッチング停止を行う場合には、前記ハイサイドスイッチ信号の論理レベルを前記スイッチング停止に要する停止論理レベルに固定する停止確立状態に設定し、スイッチング駆動を行う場合には、前記停止確立状態の設定解除を行うハイサイドスイッチ制御回路と、
を備え、
前記ハイサイドスイッチ制御回路は、基準電流を生成する定電流源、抵抗および三端子スイッチを含み、
前記定電流源の入力端と、前記三端子スイッチの第1の入力端とは、前記ハイサイド電源部の第1の電位側に接続し、前記抵抗の一端は、前記ハイサイド電源部の第2の電位側に接続し、
前記抵抗の他端は、前記定電流源の出力端と、前記三端子スイッチの第2の入力端と接続し、前記三端子スイッチの出力端は、前記ラッチ回路の入力端に接続し、
前記基準電流を非導通または導通にして前記三端子スイッチのスイッチング制御を行うことで、前記ラッチ回路に対して前記停止確立状態の設定または前記停止確立状態の解除を行う、
ことを特徴とするスイッチ駆動回路。 - 前記ハイサイドスイッチ制御回路は、
前記基準電流を非導通にし、前記三端子スイッチの前記第2の入力端の電位を前記ハイサイド電源部の前記第2の電位と同電位にすることで前記三端子スイッチをオンして、前記ラッチ回路の入力端の電位を所定電位に固定して前記停止確立状態を設定し、
前記基準電流を導通して、前記三端子スイッチの前記第2の入力端の電位を前記基準電流と前記抵抗の抵抗値との乗算値の電位にすることで前記三端子スイッチをオフして、前記停止確立状態を解除する、
ことを特徴とする請求項1又は2記載のスイッチ駆動回路。 - 前記ハイサイドスイッチ制御回路は、前記定電流源から出力される前記基準電流の導通、非導通を切り替えるための電流制御スイッチをさらに有することを特徴とする請求項1又は2記載のスイッチ駆動回路。
- 前記定電流源は、第1のPMOSトランジスタと、第2のPMOSトランジスタとを含むカレントミラー回路で構成され、前記三端子スイッチは、第3のPMOSトランジスタで構成され、前記電流制御スイッチは、NMOSトランジスタで構成され、
前記ハイサイド電源部の第1の電位側は、前記第1、第2、第3のPMOSトランジスタのソースに接続し、
前記第1のPMOSトランジスタのゲートは、前記第1のPMOSトランジスタのドレインと、前記第2のPMOSトランジスタのゲートと、前記NMOSトランジスタのドレインと接続し、
前記第2のPMOSトランジスタのドレインは、前記第3のPMOSトランジスタのゲートと、前記抵抗の他端に接続し、前記第3のPMOSトランジスタのドレインは、前記ラッチ回路の入力端に接続する、
ことを特徴とする請求項4記載のスイッチ駆動回路。 - 前記ラッチ回路は、第1のインバータ、第2のインバータ、第3のインバータ、第1の抵抗および第2の抵抗を含み、
前記第1のインバータの入力端は、当該ラッチ回路の入力端になって、前記第3のPMOSトランジスタのドレインと、前記第1の抵抗の一端と接続し、
前記第1のインバータの出力端は、前記第2の抵抗の一端に接続し、前記第2の抵抗の他端は、前記第2のインバータの入力端に接続し、
前記第1の抵抗の他端は、前記第2のインバータの出力端と、前記第3のインバータの入力端に接続し、前記第3のインバータの出力端は、当該ラッチ回路の出力端になって、前記ハイサイドドライバの入力端に接続する、
ことを特徴とする請求項5記載のスイッチ駆動回路。 - 前記電流制御スイッチである前記NMOSトランジスタのゲートには、前記基準電流の導通、非導通を制御するための指示信号が入力し、前記NMOSトランジスタのソースには、前記基準電流を引き込むためのシンク電流源が接続されることを特徴とする請求項5記載のスイッチ駆動回路。
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