JP2017046470A - Drive power supply circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ローサイドスイッチ素子及びハイサイドスイッチ素子を駆動する駆動電源回路に関する。 The present invention relates to a drive power supply circuit that drives a low-side switch element and a high-side switch element.
電子機器において、外部電源から供給される入力電圧よりも高い電圧又は低い電圧を負荷回路に供給するため、昇圧型や降圧型のスイッチング方式の電源装置が用いられている（例えば、非特許文献１）。このうち、非絶縁の降圧型の電源装置では、例えばＦＥＴ（Field effect transistor）等からなるハイサイドスイッチ素子とローサイドスイッチ素子とが直列に接続されたトーテムポール回路が設けられている。ハイサイドスイッチ素子は駆動回路からのハイサイド制御電圧に応じてオンオフし、ローサイドスイッチ素子は駆動回路からのローサイド制御電圧に応じてハイサイドスイッチ素子のオンオフとは逆位相でオンオフする（例えば、特許文献１）。このようなスイッチング動作により入力電圧が時間分割され、インダクタ、コンデンサ等からなる平滑化回路により平滑化されることにより、所望の電圧が生成される。 In an electronic device, in order to supply a voltage higher or lower than an input voltage supplied from an external power source to a load circuit, a step-up or step-down switching type power supply device is used (for example, Non-Patent Document 1). ). Among these, a non-insulated step-down power supply device is provided with a totem pole circuit in which a high-side switch element and a low-side switch element made of, for example, an FET (Field effect transistor) or the like are connected in series. The high-side switch element is turned on / off according to the high-side control voltage from the drive circuit, and the low-side switch element is turned on / off in a phase opposite to the on-off state of the high-side switch element according to the low-side control voltage from the drive circuit (for example, patent Reference 1). By such a switching operation, the input voltage is time-divided and smoothed by a smoothing circuit including an inductor, a capacitor, and the like, thereby generating a desired voltage.
上記のような降圧型の電源装置において、ハイサイドスイッチ素子及びローサイドスイッチ素子は、外部電源から供給される入力電圧と同程度の電圧値を有する駆動電圧によって夫々駆動される。従って、入力電圧の電圧値が低い場合には、ハイサイド制御電圧及びローサイド制御電圧はいずれも低電圧となる。このため、高い駆動電圧を必要とする素子をハイサイドスイッチ素子及びローサイドスイッチ素子として用いることができないという問題があった。 In the step-down power supply device as described above, the high-side switch element and the low-side switch element are each driven by a drive voltage having a voltage value comparable to the input voltage supplied from the external power supply. Therefore, when the voltage value of the input voltage is low, both the high side control voltage and the low side control voltage are low. For this reason, there is a problem that elements that require a high drive voltage cannot be used as the high-side switch element and the low-side switch element.
また、高い駆動電圧を必要とするハイサイドスイッチ素子及びローサイドスイッチ素子を低電圧で駆動した場合、ハイサイドスイッチ素子及びローサイドスイッチ素子が完全なオン状態とならず、相当程度の抵抗値をもった不完全なオン状態となる。従って、電力損失が大きくなってしまうという問題があった。 In addition, when the high-side switch element and the low-side switch element that require a high driving voltage are driven at a low voltage, the high-side switch element and the low-side switch element are not completely turned on and have a considerable resistance value. Incomplete on-state. Therefore, there is a problem that power loss becomes large.
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、外部電源からの入力電圧よりも高い電圧値を有する駆動電圧を生成するとともに電力損失の低減を図ることが可能な駆動電源回路を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and provides a drive power supply circuit capable of generating a drive voltage having a voltage value higher than an input voltage from an external power supply and reducing power loss. The purpose is to do.
本発明の駆動電源回路は、外部電源からの入力電圧に基づいて、前記外部電源の低電位電源出力端に接続されたローサイドスイッチ素子と前記外部電源の高電位電源出力端に接続されたハイサイドスイッチ素子との接続端に接続された出力ラインからスイッチング電圧を出力する電圧出力回路において、前記ローサイドスイッチ素子を駆動する第１駆動電圧と前記ハイサイドスイッチ素子を駆動する第２駆動電圧とを生成する駆動電源回路であって、前記外部電源の前記高電位電源出力端にアノードが接続された第１のダイオードと、一端が前記第１のダイオードのカソードに接続され、他端が前記出力ラインに接続された第１のコンデンサと、アノードが前記第１のコンデンサ及び前記第１のダイオードの接続端に接続された第２のダイオードと、一端が前記第２のダイオードのカソードに接続され、他端が前記外部電源の前記低電位電源出力端に接続された第２のコンデンサと、を含む補助電源回路を有し、前記第２のコンデンサの充電電圧に基づいて、前記入力電圧よりも大なる電圧値を有する前記第１駆動電圧を生成する、ことを特徴とする。 The drive power supply circuit according to the present invention includes a low-side switch element connected to the low-potential power output terminal of the external power supply and a high-side connected to the high-potential power output terminal of the external power supply based on an input voltage from the external power supply. In a voltage output circuit for outputting a switching voltage from an output line connected to a connection end with a switch element, a first drive voltage for driving the low-side switch element and a second drive voltage for driving the high-side switch element are generated. A first power supply circuit having an anode connected to the high potential power supply output terminal of the external power supply, one end connected to the cathode of the first diode, and the other end connected to the output line. A first capacitor connected, and a second diode having an anode connected to a connection end of the first capacitor and the first diode; And a second capacitor having one end connected to the cathode of the second diode and the other end connected to the low-potential power supply output terminal of the external power supply. The first drive voltage having a voltage value larger than the input voltage is generated based on a charging voltage of the second capacitor.
本発明によれば、外部電源からの入力電圧よりも高い電圧値を有する駆動電圧を生成するとともに電力損失の低減を図ることが可能となる。 According to the present invention, it is possible to generate a drive voltage having a voltage value higher than an input voltage from an external power supply and reduce power loss.
以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図１は、実施例１における電源装置の構成を示す回路図である。電源装置は、非絶縁の降圧型電源であり、外部電源ＥＶ（入力電圧Ｖｉｎ）に接続された電圧出力回路１０と、電圧出力回路１０に接続された平滑化回路ＳＣとを有し、負荷回路ＬＤに降圧電源を供給する。 1 is a circuit diagram illustrating a configuration of a power supply device according to a first embodiment. The power supply device is a non-isolated step-down power supply, and includes a voltage output circuit 10 connected to an external power supply EV (input voltage Vin) and a smoothing circuit SC connected to the voltage output circuit 10, and a load circuit Step-down power is supplied to the LD.
電圧出力回路１０は、ローサイドスイッチ素子Ｑ１、ハイサイドスイッチ素子Ｑ２、ドライバＩＣ１１、起動用回路１２及び補助電源回路１３を含む。電圧出力回路１０は、電源電圧ラインＰＬを介して、外部電源ＥＶのプラス端子（高電位電源出力端）に接続されている。また、電圧出力回路１０は、グランドラインＧＬを介して、外部電源ＥＶのマイナス端子（低電位電源出力端）に接続されている。また、電圧出力回路１０は、スイッチラインＳＬを介して、平滑化回路ＳＣに接続されている。 The voltage output circuit 10 includes a low-side switch element Q1, a high-side switch element Q2, a driver IC 11, a starting circuit 12, and an auxiliary power circuit 13. The voltage output circuit 10 is connected to the plus terminal (high potential power supply output terminal) of the external power supply EV through the power supply voltage line PL. The voltage output circuit 10 is connected to the negative terminal (low potential power supply output terminal) of the external power supply EV through the ground line GL. The voltage output circuit 10 is connected to the smoothing circuit SC through the switch line SL.
ローサイドスイッチ素子Ｑ１及びハイサイドスイッチ素子Ｑ２は、例えばｎチャネル型のＧａＮ−ＦＥＴから構成されている。ローサイドスイッチ素子Ｑ１及びハイサイドスイッチ素子Ｑ２は、電源電圧ラインＰＬとグランドラインＧＬとの間において直列に接続され、トーテムポール回路を構成している。すなわち、ローサイドスイッチ素子Ｑ１のドレインとハイサイドスイッチ素子Ｑ２のソースとが接続されている。また、ハイサイドスイッチ素子Ｑ２のドレインは電源ラインＰＬを介して外部電源ＥＶのプラス端子に接続され、ローサイドスイッチ素子Ｑ１のソースはグランドラインＧＬを介して外部電源ＥＶのマイナス端子に接続されている。 The low-side switch element Q1 and the high-side switch element Q2 are composed of, for example, an n-channel GaN-FET. The low side switch element Q1 and the high side switch element Q2 are connected in series between the power supply voltage line PL and the ground line GL to form a totem pole circuit. That is, the drain of the low side switch element Q1 and the source of the high side switch element Q2 are connected. The drain of the high side switch element Q2 is connected to the positive terminal of the external power supply EV via the power supply line PL, and the source of the low side switch element Q1 is connected to the negative terminal of the external power supply EV via the ground line GL. .
ローサイドスイッチ素子Ｑ１及びハイサイドスイッチ素子Ｑ２は、相補的にオン状態又はオフ状態となる。すなわち、ローサイドスイッチ素子Ｑ１は、ハイサイドスイッチ素子Ｑ２とは逆位相でオンオフする。ローサイドスイッチ素子Ｑ１及びハイサイドスイッチ素子Ｑ２は、この相補的なオンオフの動作によりスイッチング電圧ＳＶを生成し、ローサイドスイッチ素子Ｑ１及びハイサイドスイッチ素子Ｑ２の接続端に接続されたスイッチラインＳＬを出力ラインとして、スイッチング電圧ＳＶを出力する。ローサイドスイッチ素子Ｑ１がオン且つハイサイドスイッチ素子Ｑ２がオフである場合、スイッチング電圧ＳＶの電圧値（すなわち、スイッチラインＳＬの電位）はグランドラインＧＬの電位と等しくなる。一方、ローサイドスイッチ素子Ｑ１がオフ且つハイサイドスイッチ素子Ｑ２がオンである場合、スイッチング電圧ＳＶの電圧値は電源電圧ラインＰＬの電位と等しくなる。 The low side switch element Q1 and the high side switch element Q2 are complementarily turned on or off. That is, the low side switch element Q1 is turned on and off in the opposite phase to the high side switch element Q2. The low-side switch element Q1 and the high-side switch element Q2 generate a switching voltage SV by this complementary ON / OFF operation, and output the switch line SL connected to the connection end of the low-side switch element Q1 and the high-side switch element Q2 as an output line. As a result, the switching voltage SV is output. When the low-side switch element Q1 is on and the high-side switch element Q2 is off, the voltage value of the switching voltage SV (that is, the potential of the switch line SL) is equal to the potential of the ground line GL. On the other hand, when the low side switch element Q1 is off and the high side switch element Q2 is on, the voltage value of the switching voltage SV is equal to the potential of the power supply voltage line PL.
ドライバＩＣ１１は、電源端子ＶＤＤ及びフィードバック端子ＦＢを有する。電源端子ＶＤＤは、起動用回路１２及び電源電圧ラインＰＬを介して、外部電源ＥＶのプラス端子に接続されている。フィードバック端子ＦＢは、平滑化回路ＳＣの抵抗ＲＡ及びＲＢの接続点に接続されている。ドライバＩＣ１１は、ＦＥＴドライバＦＤを含む。 The driver IC 11 has a power supply terminal VDD and a feedback terminal FB. The power supply terminal VDD is connected to the positive terminal of the external power supply EV through the startup circuit 12 and the power supply voltage line PL. The feedback terminal FB is connected to a connection point between the resistors RA and RB of the smoothing circuit SC. The driver IC 11 includes an FET driver FD.
ＦＥＴドライバＦＤは、ハイサイド駆動端子ＨＤＲＶ、ローサイド駆動端子ＬＤＲＶ、ブート端子ＢＯＯＴ及びスイッチ端子ＳＷを有する。ハイサイド駆動端子ＨＤＲＶは、ハイサイドスイッチ素子Ｑ２のゲートに接続されている。ローサイド駆動端子ＬＤＲＶは、ローサイドスイッチ素子Ｑ１のゲートに接続されている。 The FET driver FD has a high side drive terminal HDRV, a low side drive terminal LDRV, a boot terminal BOOT, and a switch terminal SW. The high side drive terminal HDRV is connected to the gate of the high side switch element Q2. The low side drive terminal LDRV is connected to the gate of the low side switch element Q1.
起動用回路１２は、外部電源ＥＶのプラス端子に順方向に接続されたダイオードＤ０を含む。ダイオードＤ０のアノードは、外部電源ＥＶのプラス端子に接続されている。ダイオードＤ０のカソードは、ドライバＩＣ１１の電源端子ＶＤＤ及び補助電源回路１３のコンデンサＣ２の一端に接続されている。ダイオードＤ０は、外部電源ＥＶからの入力電圧Ｖｉｎの印加に応じてドライバＩＣ１１及びコンデンサＣ２に電流を供給するとともに、逆流を防止する整流作用を有する。 Start-up circuit 12 includes a diode D0 connected in the forward direction to the positive terminal of external power supply EV. The anode of the diode D0 is connected to the positive terminal of the external power supply EV. The cathode of the diode D0 is connected to the power supply terminal VDD of the driver IC 11 and one end of the capacitor C2 of the auxiliary power supply circuit 13. The diode D0 supplies a current to the driver IC 11 and the capacitor C2 in accordance with the application of the input voltage Vin from the external power supply EV, and has a rectifying action that prevents backflow.
補助電源回路１３は、電源電圧ラインＰＬ、グランドラインＧＬ及びスイッチラインＳＬに接続されている。補助電源回路１３は、第１のダイオードであるダイオードＤ１、第２のダイオードであるダイオードＤ２、第３のダイオードであるダイオードＤ３、第１のコンデンサであるコンデンサＣ１、第２のコンデンサであるコンデンサＣ２、第３のコンデンサであるコンデンサＣ３を含む。 The auxiliary power supply circuit 13 is connected to the power supply voltage line PL, the ground line GL, and the switch line SL. The auxiliary power supply circuit 13 includes a diode D1 that is a first diode, a diode D2 that is a second diode, a diode D3 that is a third diode, a capacitor C1 that is a first capacitor, and a capacitor C2 that is a second capacitor. And a capacitor C3 which is a third capacitor.
ダイオードＤ１は、外部電源ＥＶのプラス端子から見て順方向に接続されている。すなわち、ダイオードＤ１のアノードは、電源電圧ラインＰＬを介して外部電源ＥＶのプラス端子に接続されている。また、ダイオードＤ１のカソードは、コンデンサＣ１の一端に接続されている。 The diode D1 is connected in the forward direction when viewed from the positive terminal of the external power supply EV. That is, the anode of the diode D1 is connected to the plus terminal of the external power supply EV through the power supply voltage line PL. The cathode of the diode D1 is connected to one end of the capacitor C1.
コンデンサＣ１は、ダイオードＤ１に直列に接続されている。コンデンサＣ１の一端はダイオードＤ１のカソードに接続され、他端はスイッチラインＳＬに接続されている。 The capacitor C1 is connected in series with the diode D1. One end of the capacitor C1 is connected to the cathode of the diode D1, and the other end is connected to the switch line SL.
ダイオードＤ２は、ダイオードＤ１と直列且つ同方向に接続されている。ダイオードＤ２のアノードは、ダイオードＤ１及びコンデンサＣ１の接続端に接続されている。ダイオードＤ２のカソードは、コンデンサＣ２の一端に接続されている。 The diode D2 is connected in series and in the same direction as the diode D1. The anode of the diode D2 is connected to the connection end of the diode D1 and the capacitor C1. The cathode of the diode D2 is connected to one end of the capacitor C2.
コンデンサＣ２は、ダイオードＤ２に直列に接続されている。コンデンサＣ２の一端は、ダイオードＤ２のカソードに接続されている。コンデンサＣ２の他端は、グランドラインＧＬを介して外部電源ＥＶのマイナス端子に接続されている。 The capacitor C2 is connected in series with the diode D2. One end of the capacitor C2 is connected to the cathode of the diode D2. The other end of the capacitor C2 is connected to the negative terminal of the external power supply EV through the ground line GL.
ダイオードＤ３は、ダイオードＤ１及びダイオードＤ２に直列に接続されている。すなわち、ダイオードＤ３のアノードは、ダイオードＤ２及びコンデンサＣ２の接続端に接続されている。ダイオードＤ３のカソードは、コンデンサＣ３の一端に接続されている。 The diode D3 is connected in series with the diode D1 and the diode D2. That is, the anode of the diode D3 is connected to the connection end of the diode D2 and the capacitor C2. The cathode of the diode D3 is connected to one end of the capacitor C3.
コンデンサＣ３は、ダイオードＤ３に直列に接続されている。コンデンサＣ３の一端は、ダイオードＤ３のカソードに接続されている。コンデンサＣ３の他端は、スイッチラインＳＬに接続されている。 The capacitor C3 is connected in series with the diode D3. One end of the capacitor C3 is connected to the cathode of the diode D3. The other end of the capacitor C3 is connected to the switch line SL.
起動用回路１２及び補助電源回路１３は、外部電源ＥＶからの入力電圧Ｖｉｎに基づいて、ローサイドスイッチ素子Ｑ１を駆動する第１駆動電圧ＶＬと、ハイサイドスイッチ素子Ｑ２を駆動する第２駆動電圧ＶＨと、を生成する。以下、起動用回路１２及び補助電源回路１３を総称して、駆動電源回路１４（図１中の一点鎖線部）と称する。 The startup circuit 12 and the auxiliary power supply circuit 13 are based on the input voltage Vin from the external power supply EV, and the first drive voltage VL that drives the low-side switch element Q1 and the second drive voltage VH that drives the high-side switch element Q2. And generate. Hereinafter, the starting circuit 12 and the auxiliary power circuit 13 are collectively referred to as a drive power circuit 14 (a chain line portion in FIG. 1).
平滑化回路ＳＣは、インダクタＬ１、コンデンサＣ４、抵抗ＲＡ及びＲＢを含む。インダクタＬ１の一端は、スイッチラインＳＬを介してローサイドスイッチ素子Ｑ１のドレイン及びハイサイドスイッチ素子Ｑ２のソースに接続されている。インダクタＬ１の他端は負荷回路ＬＤに接続されている。コンデンサＣ４は、スイッチラインＳＬとグランドラインＧＬとの間に、負荷回路ＬＤと並列に接続されている。抵抗ＲＡ及びＲＢは直列に接続され、スイッチラインＳＬとグランドラインＧＬとの間に負荷回路ＬＤ及びコンデンサＣ４とは並列に接続されている。抵抗ＲＡと抵抗ＲＢとの接続点は、ドライバＩＣ１１のフィードバック端子ＦＢに接続されている。平滑化回路ＳＣは、ローサイドスイッチ素子Ｑ１及びハイサイドスイッチ素子Ｑ２の接続端からスイッチラインＳＬを介して供給されたスイッチング電圧を平滑化して内部電源電圧を生成し、負荷回路ＬＤに供給する。 Smoothing circuit SC includes an inductor L1, a capacitor C4, and resistors RA and RB. One end of the inductor L1 is connected to the drain of the low side switch element Q1 and the source of the high side switch element Q2 via the switch line SL. The other end of the inductor L1 is connected to the load circuit LD. The capacitor C4 is connected in parallel with the load circuit LD between the switch line SL and the ground line GL. The resistors RA and RB are connected in series, and the load circuit LD and the capacitor C4 are connected in parallel between the switch line SL and the ground line GL. A connection point between the resistor RA and the resistor RB is connected to the feedback terminal FB of the driver IC 11. The smoothing circuit SC smoothes the switching voltage supplied from the connection end of the low side switch element Q1 and the high side switch element Q2 via the switch line SL, generates an internal power supply voltage, and supplies the internal power supply voltage to the load circuit LD.
次に、上記構成を有する電圧出力回路１０におけるローサイドスイッチ素子Ｑ１及びハイサイドスイッチ素子Ｑ２の駆動に係る動作について、図２〜７を参照して説明する。 Next, operations related to driving of the low-side switch element Q1 and the high-side switch element Q2 in the voltage output circuit 10 having the above configuration will be described with reference to FIGS.
図２は、電源装置の起動直後の動作状態、すなわち電圧出力回路１０に外部電源ＥＶから入力電圧Ｖｉｎが印加された直後の状態における電流の流れを模式的に示す図である。外部電源ＥＶから入力電圧Ｖｉｎが印加されると、図に矢印で示す電流経路によって電圧出力回路１０に電流が供給される。すなわち、起動用回路１２のダイオードＤ０を経由してドライバＩＣ１１に電流が供給され、電源端子ＶＤＤに入力電圧Ｖｉｎが印加される。これにより、ドライバＩＣ１１の電源がオン状態となる。また、起動用回路１２のダイオードＤ０を経由してコンデンサＣ２に電流が供給され、コンデンサＣ２の充電が開始される。 FIG. 2 is a diagram schematically showing a current flow in an operation state immediately after the power supply device is started, that is, a state immediately after the input voltage Vin is applied to the voltage output circuit 10 from the external power supply EV. When the input voltage Vin is applied from the external power supply EV, a current is supplied to the voltage output circuit 10 through a current path indicated by an arrow in the figure. That is, a current is supplied to the driver IC 11 via the diode D0 of the startup circuit 12, and the input voltage Vin is applied to the power supply terminal VDD. As a result, the power source of the driver IC 11 is turned on. Further, a current is supplied to the capacitor C2 via the diode D0 of the starting circuit 12, and charging of the capacitor C2 is started.
図３は、図２に示した起動直後の動作状態の後、ローサイドスイッチ素子Ｑ１がオンとなり、ハイサイドスイッチ素子Ｑ２がオフとなる動作状態における電流の流れを模式的に示す図である。スイッチラインＳＬの電位はグランドラインＧＬの電位と等しい。図に矢印で示すように、電源電圧ラインＰＬを通って補助電源回路１３に供給された電流は、ダイオードＤ１を介してコンデンサＣ１に供給される。これにより、コンデンサＣ１は入力電圧Ｖｉｎの電圧値（以下、単に電圧値Ｖｉｎと称する）に充電される。 FIG. 3 is a diagram schematically showing a current flow in an operation state in which the low-side switch element Q1 is turned on and the high-side switch element Q2 is turned off after the operation state immediately after startup shown in FIG. The potential of the switch line SL is equal to the potential of the ground line GL. As indicated by arrows in the figure, the current supplied to the auxiliary power supply circuit 13 through the power supply voltage line PL is supplied to the capacitor C1 via the diode D1. As a result, the capacitor C1 is charged to the voltage value of the input voltage Vin (hereinafter simply referred to as the voltage value Vin).
図４は、図３に示した動作状態の後、ローサイドスイッチ素子Ｑ１がオフとなり、ハイサイドスイッチ素子Ｑ２がオンとなる動作状態における電流の流れを模式的に示す図である。スイッチラインＳＬの電位は電源電圧ラインＰＬの電位（すなわち、電圧値Ｖｉｎ）と等しい。図に矢印で示すように、コンデンサＣ１からダイオードＤ２を経由する電流経路によって、コンデンサＣ２が充電される。この際、スイッチラインＳＬの電位である電圧値Ｖｉｎを基準として、コンデンサＣ１の充電電圧（すなわち、電圧値Ｖｉｎ）がコンデンサＣ２に充電される。従って、コンデンサＣ２は、グランドラインＧＬの電位を基準とすると、電圧値Ｖｉｎの２倍の電圧値（以下、電圧値２Ｖｉｎと称する）に充電される。 FIG. 4 is a diagram schematically showing a current flow in an operation state in which the low-side switch element Q1 is turned off and the high-side switch element Q2 is turned on after the operation state shown in FIG. The potential of the switch line SL is equal to the potential of the power supply voltage line PL (that is, the voltage value Vin). As indicated by an arrow in the figure, the capacitor C2 is charged by a current path from the capacitor C1 through the diode D2. At this time, the charging voltage (that is, the voltage value Vin) of the capacitor C1 is charged to the capacitor C2 with reference to the voltage value Vin that is the potential of the switch line SL. Therefore, the capacitor C2 is charged to a voltage value that is twice the voltage value Vin (hereinafter referred to as a voltage value 2Vin) with reference to the potential of the ground line GL.
図５は、図４に示した動作状態の後、ローサイドスイッチ素子Ｑ１がオンとなり、ハイサイドスイッチ素子Ｑ２がオフとなる動作状態における電流の流れを模式的に示す図である。スイッチラインＳＬの電位はグランドラインＧＬの電位と等しい。図に矢印で示すように、コンデンサＣ２からダイオードＤ３を経由する電流経路によって、コンデンサＣ３が充電される。コンデンサＣ３は、コンデンサＣ２の充電電圧（すなわち、電圧値２Ｖｉｎ）によって充電される。すなわち、コンデンサＣ３の充電電圧は、電圧値２Ｖｉｎとなる。 FIG. 5 is a diagram schematically showing a current flow in an operation state in which the low-side switch element Q1 is turned on and the high-side switch element Q2 is turned off after the operation state shown in FIG. The potential of the switch line SL is equal to the potential of the ground line GL. As indicated by an arrow in the figure, the capacitor C3 is charged by a current path from the capacitor C2 via the diode D3. The capacitor C3 is charged by the charging voltage of the capacitor C2 (that is, the voltage value 2Vin). That is, the charging voltage of the capacitor C3 has a voltage value of 2Vin.
また、図５に示す動作状態において、矢印で示すように、コンデンサＣ２からドライバＩＣ１１の電源端子ＶＤＤに向かう電流経路によって、ドライバＩＣ１１に電流が供給される。従って、ドライバＩＣ１１の電源端子ＶＤＤには、電圧値２Ｖｉｎの電圧が印加される。すなわち、図２で示した動作状態において電源端子ＶＤＤには電圧値Ｖｉｎが印加されていたが、図５に示す動作状態では、電源端子ＶＤＤに印加される電圧は電圧値２Ｖｉｎに切り替わる。ローサイドスイッチ素子Ｑ１のゲートには、ドライバＩＣ１１のローサイド駆動端子ＬＤＲＶを介して、電圧値２Ｖｉｎが印加される。すなわち、ローサイドスイッチ素子Ｑ１の駆動電圧である第１駆動電圧ＶＬは、電圧値２Ｖｉｎとなる。 Further, in the operation state shown in FIG. 5, as indicated by an arrow, a current is supplied to the driver IC 11 through a current path from the capacitor C2 toward the power supply terminal VDD of the driver IC 11. Therefore, a voltage of 2Vin is applied to the power supply terminal VDD of the driver IC 11. That is, the voltage value Vin is applied to the power supply terminal VDD in the operation state shown in FIG. 2, but in the operation state shown in FIG. 5, the voltage applied to the power supply terminal VDD is switched to the voltage value 2Vin. A voltage value 2Vin is applied to the gate of the low-side switch element Q1 via the low-side drive terminal LDRV of the driver IC 11. That is, the first drive voltage VL that is the drive voltage of the low-side switch element Q1 has a voltage value of 2Vin.
図６は、コンデンサＣ３が電圧値２Ｖｉｎに充電された後、ローサイドスイッチ素子Ｑ１がオフとなり、ハイサイドスイッチ素子Ｑ２がオンとなる動作状態における電流の流れを模式的に示す図である。スイッチラインＳＬの電位は電源電圧ラインＰＬの電位と等しい。図に矢印で示すように、電流はコンデンサＣ３からドライバＩＣ１１のブート端子ＢＯＯＴに入力され、ハイサイド駆動端子ＨＤＲＶから出力される。コンデンサＣ３の充電電圧の電圧値は２Ｖｉｎであるため、ハイサイドスイッチ素子Ｑ２のゲートには、ゲートに電圧値２Ｖｉｎが印加される。すなわち、ハイサイドスイッチ素子Ｑ２の駆動電圧である第２駆動電圧ＶＨは、電圧値２Ｖｉｎとなる。 FIG. 6 is a diagram schematically showing a current flow in an operating state in which the low-side switch element Q1 is turned off and the high-side switch element Q2 is turned on after the capacitor C3 is charged to the voltage value 2Vin. The potential of the switch line SL is equal to the potential of the power supply voltage line PL. As shown by the arrows in the figure, the current is input from the capacitor C3 to the boot terminal BOOT of the driver IC 11 and output from the high side drive terminal HDRV. Since the voltage value of the charging voltage of the capacitor C3 is 2Vin, the voltage value 2Vin is applied to the gate of the high-side switch element Q2. That is, the second drive voltage VH that is the drive voltage of the high-side switch element Q2 has a voltage value of 2Vin.
図７は、図２〜６に示した動作状態におけるスイッチラインＳＬの電位、コンデンサＣ１の電圧値、コンデンサＣ２の電圧値及びコンデンサＣ３の電圧値を示す電圧波形図である。図中、Ｔ０は起動直後の動作状態の期間（図２）であり、Ｔ１は、ローサイドスイッチ素子Ｑ１がオン且つハイサイドスイッチ素子Ｑ２がオフの期間（図３及び図５）であり、Ｔ２はローサイドスイッチ素子Ｑ１がオフ且つハイサイドスイッチ素子Ｑ２がオンの期間（図４及び図６）である。スイッチラインＳＬの電位は、期間Ｔ１でグランドレベルＧＮＤとなり、期間Ｔ２で電圧値Ｖｉｎとなる。 FIG. 7 is a voltage waveform diagram showing the potential of the switch line SL, the voltage value of the capacitor C1, the voltage value of the capacitor C2, and the voltage value of the capacitor C3 in the operation state shown in FIGS. In the figure, T0 is a period of the operating state immediately after startup (FIG. 2), T1 is a period (FIGS. 3 and 5) in which the low-side switch element Q1 is on and the high-side switch element Q2 is off, and T2 is This is a period (FIGS. 4 and 6) in which the low-side switch element Q1 is OFF and the high-side switch element Q2 is ON. The potential of the switch line SL becomes the ground level GND in the period T1, and becomes the voltage value Vin in the period T2.
コンデンサＣ１は、上記の通り電圧値Ｖｉｎで充電される。従って、スイッチラインＳＬの電位を基準とすると、コンデンサＣ１の充電電圧は、期間Ｔ１及びＴ２を通して電圧値Ｖｉｎとなる。 The capacitor C1 is charged with the voltage value Vin as described above. Therefore, when the potential of the switch line SL is used as a reference, the charging voltage of the capacitor C1 becomes the voltage value Vin through the periods T1 and T2.
コンデンサＣ２は、上記の通り電圧値２Ｖｉｎで充電される。従って、グランドラインＧＬの電位を基準とすると、コンデンサＣ２の充電電圧は、期間Ｔ１及びＴ２を通して電圧値２Ｖｉｎとなる。よって、ローサイドスイッチ素子Ｑ１は、電圧値２Ｖｉｎの第１駆動電圧ＶＬで駆動される。 The capacitor C2 is charged with the voltage value 2Vin as described above. Therefore, when the potential of the ground line GL is used as a reference, the charging voltage of the capacitor C2 becomes a voltage value 2Vin throughout the periods T1 and T2. Therefore, the low-side switch element Q1 is driven with the first drive voltage VL having a voltage value of 2Vin.
コンデンサＣ３は、上記の通り電圧値２Ｖｉｎで充電される。従って、スイッチラインＳＬの電位を基準とすると、コンデンサＣ３の充電電圧は、期間Ｔ１及びＴ２を通して電圧値２Ｖｉｎとなる。よって、ハイサイドスイッチ素子Ｑ２は、電圧値２Ｖｉｎの第２駆動電圧ＶＨで駆動される。 The capacitor C3 is charged with the voltage value 2Vin as described above. Therefore, when the potential of the switch line SL is used as a reference, the charging voltage of the capacitor C3 becomes the voltage value 2Vin through the periods T1 and T2. Therefore, the high side switch element Q2 is driven by the second drive voltage VH having a voltage value of 2Vin.
以上のように、本実施例の駆動電源回路１４において、補助電源回路１３のコンデンサＣ２は、電圧値２Ｖｉｎに充電される。そして、かかる電圧値２Ｖｉｎの電圧が、ドライバＩＣ１１を介してローサイドスイッチ素子Ｑ１のゲートに印加される。すなわち、ローサイドスイッチ素子Ｑ１の第１駆動電圧ＶＬは、外部電源ＥＶからの入力電圧Ｖｉｎよりも高い電圧値となる。 As described above, in the drive power supply circuit 14 of the present embodiment, the capacitor C2 of the auxiliary power supply circuit 13 is charged to the voltage value 2Vin. Then, the voltage having the voltage value 2Vin is applied to the gate of the low-side switch element Q1 via the driver IC11. That is, the first drive voltage VL of the low-side switch element Q1 has a voltage value higher than the input voltage Vin from the external power supply EV.
また、補助電源回路１３のコンデンサＣ３は、電圧値２Ｖｉｎに充電される。そして、かかる電圧値２Ｖｉｎの電圧が、ドライバＩＣ１１を介してハイサイドスイッチ素子Ｑ２のゲートに印加される。すなわち、ハイサイドスイッチ素子Ｑ２の第２駆動電圧ＶＨは、外部電源ＥＶからの入力電圧Ｖｉｎよりも高い電圧値となる。 Further, the capacitor C3 of the auxiliary power circuit 13 is charged to a voltage value of 2Vin. Then, the voltage having the voltage value 2Vin is applied to the gate of the high-side switch element Q2 via the driver IC11. That is, the second drive voltage VH of the high side switch element Q2 has a higher voltage value than the input voltage Vin from the external power supply EV.
従って、外部電源からの入力電圧が低い場合であっても、高い駆動電圧でハイサイドスイッチ素子及びローサイドスイッチ素子を駆動することが可能となる。また、低電圧でハイサイドスイッチ素子及びローサイドスイッチ素子を駆動することに伴う電力損失を低減することが可能となる。 Therefore, even when the input voltage from the external power supply is low, the high-side switch element and the low-side switch element can be driven with a high drive voltage. In addition, it is possible to reduce power loss associated with driving the high-side switch element and the low-side switch element with a low voltage.
図８は、実施例２における電源装置の構成を示す回路図である。以下、実施例１と同様の構成については同じ符号を付し、説明を省略する。 FIG. 8 is a circuit diagram illustrating a configuration of the power supply device according to the second embodiment. Hereinafter, the same reference numerals are given to the same components as those in the first embodiment, and the description thereof is omitted.
電圧出力回路２０は、起動用回路１２と補助電源回路２１とからなる駆動電源回路２３を有する。補助電源回路２１は、実施例１で示した補助電源回路１３の構成（ダイオードＤ１、ダイオードＤ２、ダイオードＤ３、コンデンサＣ１、コンデンサＣ２及びコンデンサＣ３）に加えて、ツェナーダイオードＤ４と抵抗Ｒ１とからなる電圧制御回路２２を含む。 The voltage output circuit 20 includes a drive power supply circuit 23 including a startup circuit 12 and an auxiliary power supply circuit 21. The auxiliary power circuit 21 includes a Zener diode D4 and a resistor R1 in addition to the configuration of the auxiliary power circuit 13 (diode D1, diode D2, diode D3, capacitor C1, capacitor C2, and capacitor C3) shown in the first embodiment. A voltage control circuit 22 is included.
ツェナーダイオードＤ４は、カソードがコンデンサＣ２の一端、アノードがコンデンサＣ２の他端に夫々接続され、コンデンサＣ２と並列に接続されている。また、ツェナーダイオードＤ４は、抵抗Ｒ１を挟んでダイオードＤ２とは逆方向に接続されている。本実施例において、ツェナーダイオードＤ４のツェナー電圧Ｖｚの電圧値（以下、単に電圧値Ｖｚと称する）は、Ｖｉｎよりも大きく、２Ｖｉｎよりも小さい（Ｖｉｎ＜Ｖｚ＜２Ｖｉｎ）。電圧制御回路２２は、かかるツェナーダイオードＤ４の作用により、第１駆動電圧ＶＬ及び第２駆動電圧ＶＨの電圧値の制御を行う。 The Zener diode D4 has a cathode connected to one end of the capacitor C2, an anode connected to the other end of the capacitor C2, and is connected in parallel with the capacitor C2. The Zener diode D4 is connected in the opposite direction to the diode D2 with the resistor R1 interposed therebetween. In this embodiment, the voltage value of the Zener voltage Vz of the Zener diode D4 (hereinafter simply referred to as voltage value Vz) is larger than Vin and smaller than 2 Vin (Vin <Vz <2Vin). The voltage control circuit 22 controls the voltage values of the first drive voltage VL and the second drive voltage VH by the action of the Zener diode D4.
抵抗Ｒ１は、ダイオードＤ２のカソードとツェナーダイオードＤ４及びコンデンサＣ２の接続端との間に挿入されている。すなわち、抵抗Ｒ１は、一端がダイオードＤ２のカソードに接続され、他端がダイオードＤ３のアノード、ツェナーダイオードＤ４のカソード及びコンデンサＣ２の一端に接続されている。 The resistor R1 is inserted between the cathode of the diode D2 and the connection end of the Zener diode D4 and the capacitor C2. That is, the resistor R1 has one end connected to the cathode of the diode D2, and the other end connected to the anode of the diode D3, the cathode of the Zener diode D4, and one end of the capacitor C2.
電圧制御回路２２は、かかるツェナーダイオードＤ４の作用により、第１駆動電圧ＶＬ及び第２駆動電圧ＶＨの電圧値を電圧値Ｖｚに制御する動作を行う。また、ダイオードＤ２とツェナーダイオードＤ４との間に挿入された抵抗Ｒ１有することにより、ツェナーダイオードＤ４に流れる電流は制限され、過電流の流入が防止される。 The voltage control circuit 22 performs an operation of controlling the voltage values of the first drive voltage VL and the second drive voltage VH to the voltage value Vz by the action of the Zener diode D4. In addition, by having the resistor R1 inserted between the diode D2 and the Zener diode D4, the current flowing through the Zener diode D4 is limited and the inflow of overcurrent is prevented.
次に、電圧制御回路２２を含む電圧出力回路２０におけるローサイドスイッチ素子Ｑ１及びハイサイドスイッチ素子Ｑ２の駆動に係る動作について、図９〜１３を参照して説明する。 Next, operations related to driving of the low-side switch element Q1 and the high-side switch element Q2 in the voltage output circuit 20 including the voltage control circuit 22 will be described with reference to FIGS.
図９は、電源装置の起動直後の動作状態、すなわち電圧出力回路２０に外部電源ＥＶから入力電圧Ｖｉｎが印加された直後の状態における電流の流れを模式的に示す図である。外部電源ＥＶから入力電圧Ｖｉｎが印加されると、図に矢印で示す電流経路によって電圧出力回路２０に電流が供給される。すなわち、起動用回路１２のダイオードＤ０を経由してドライバＩＣ１１に電流が供給され、電源端子ＶＤＤに入力電圧Ｖｉｎが印加される。これにより、ドライバＩＣ１１の電源がオン状態となる。 FIG. 9 is a diagram schematically showing a current flow in an operation state immediately after the power supply device is started, that is, a state immediately after the input voltage Vin is applied to the voltage output circuit 20 from the external power supply EV. When the input voltage Vin is applied from the external power supply EV, a current is supplied to the voltage output circuit 20 through a current path indicated by an arrow in the figure. That is, a current is supplied to the driver IC 11 via the diode D0 of the startup circuit 12, and the input voltage Vin is applied to the power supply terminal VDD. As a result, the power source of the driver IC 11 is turned on.
図１０は、図９に示した起動直後の動作状態の後、ローサイドスイッチ素子Ｑ１がオンし、ハイサイドスイッチ素子Ｑ２がオフとなる動作状態における電流の流れを模式的に示す図である。スイッチラインＳＬの電位はグランドラインＧＬの電位と等しい。図に矢印で示すように、電源電圧ラインＰＬを通って補助電源回路２１に供給された電流は、ダイオードＤ１を介してコンデンサＣ１に供給される。これにより、コンデンサＣ１は電圧値Ｖｉｎに充電される。 FIG. 10 is a diagram schematically showing a current flow in an operation state in which the low-side switch element Q1 is turned on and the high-side switch element Q2 is turned off after the operation state immediately after startup shown in FIG. The potential of the switch line SL is equal to the potential of the ground line GL. As indicated by the arrows in the figure, the current supplied to the auxiliary power supply circuit 21 through the power supply voltage line PL is supplied to the capacitor C1 through the diode D1. As a result, the capacitor C1 is charged to the voltage value Vin.
図１１は、図１０に示した動作状態の後、ローサイドスイッチ素子Ｑ１がオフとなり、ハイサイドスイッチ素子Ｑ２がオンとなる動作状態における電流の流れを模式的に示す図である。スイッチラインＳＬの電位は、電源電圧ラインＰＬの電位である電圧値Ｖｉｎと等しい。図に矢印で示すように、コンデンサＣ１からダイオードＤ２を経由する電流経路によって、コンデンサＣ２が充電される。 FIG. 11 is a diagram schematically showing a current flow in an operation state in which the low-side switch element Q1 is turned off and the high-side switch element Q2 is turned on after the operation state shown in FIG. The potential of the switch line SL is equal to the voltage value Vin that is the potential of the power supply voltage line PL. As indicated by an arrow in the figure, the capacitor C2 is charged by a current path from the capacitor C1 through the diode D2.
本実施例では、ツェナーダイオードＤ４がコンデンサＣ２に並列に接続されているため、コンデンサＣ２の充電電圧は、ツェナーダイオードＤ４のツェナー電圧Ｖｚ以上とならない。すなわち、コンデンサＣ２がツェナーダイオードＤ４のツェナー電圧Ｖｚまで充電された後は、ツェナーダイオードＤ４を経由する経路がコンデンサＣ１の放電経路となる。従って、コンデンサＣ２は、グランドラインＧＬの電位を基準とすると、電圧値Ｖｚに充電される。 In this embodiment, since the Zener diode D4 is connected in parallel to the capacitor C2, the charging voltage of the capacitor C2 does not exceed the Zener voltage Vz of the Zener diode D4. That is, after the capacitor C2 is charged to the Zener voltage Vz of the Zener diode D4, the path passing through the Zener diode D4 becomes the discharge path of the capacitor C1. Therefore, the capacitor C2 is charged to the voltage value Vz with reference to the potential of the ground line GL.
なお、ダイオードＤ２とツェナーダイオードＤ４との間には抵抗Ｒ１が直列接続されているため、ツェナーダイオードＤ４に流れる電流は制限される。すなわち、抵抗Ｒ１は、ツェナーダイオードＤ４に対する過電流の流入を防止する機能を有する。 Since the resistor R1 is connected in series between the diode D2 and the Zener diode D4, the current flowing through the Zener diode D4 is limited. That is, the resistor R1 has a function of preventing an overcurrent from flowing into the Zener diode D4.
図１２は、図１１に示した動作状態の後、ローサイドスイッチ素子Ｑ１がオンとなり、ハイサイドスイッチ素子Ｑ２がオフとなる動作状態における電流の流れを模式的に示す図である。スイッチラインＳＬの電位はグランドラインＧＬの電位と等しい。図に矢印で示すように、コンデンサＣ２からダイオードＤ３を経由する電流経路によって、コンデンサＣ３が充電される。コンデンサＣ３は、コンデンサＣ２の充電電圧である電圧値Ｖｚによって充電される。すなわち、コンデンサＣ３の充電電圧の電圧値は、電圧値Ｖｚとなる。 FIG. 12 is a diagram schematically showing a current flow in an operation state in which the low side switch element Q1 is turned on and the high side switch element Q2 is turned off after the operation state shown in FIG. The potential of the switch line SL is equal to the potential of the ground line GL. As indicated by an arrow in the figure, the capacitor C3 is charged by a current path from the capacitor C2 via the diode D3. The capacitor C3 is charged with a voltage value Vz that is a charging voltage of the capacitor C2. That is, the voltage value of the charging voltage of the capacitor C3 becomes the voltage value Vz.
また、コンデンサＣ２からドライバＩＣ１１の電源端子ＶＤＤに向かう電流経路によって、ドライバＩＣ１１に電流が供給される。従って、ドライバＩＣ１１の電源端子ＶＤＤには、電圧値Ｖｚの電圧が印加される。ローサイドスイッチ素子Ｑ１のゲートには、ドライバＩＣ１１のローサイド駆動端子ＬＤＲＶを介して、電圧値Ｖｚが印加される。すなわち、ローサイドスイッチ素子Ｑ１の駆動電圧である第１駆動電圧ＶＬは、電圧値Ｖｚとなる。 Further, current is supplied to the driver IC 11 through a current path from the capacitor C2 toward the power supply terminal VDD of the driver IC 11. Therefore, the voltage of the voltage value Vz is applied to the power supply terminal VDD of the driver IC 11. A voltage value Vz is applied to the gate of the low-side switch element Q1 via the low-side drive terminal LDRV of the driver IC11. That is, the first drive voltage VL that is the drive voltage of the low-side switch element Q1 becomes the voltage value Vz.
図１３は、コンデンサＣ３が電圧値Ｖｚに充電された後、ローサイドスイッチ素子Ｑ１がオフとなり、ハイサイドスイッチ素子Ｑ２がオンとなる動作状態における電流の流れを模式的に示す図である。スイッチラインＳＬの電位は電源電圧ラインＰＬの電位と等しい。図に矢印で示すように、電流はコンデンサＣ３からドライバＩＣ１１のブート端子ＢＯＯＴに入力され、ハイサイド駆動端子ＨＤＲＶから出力される。コンデンサＣ３の充電電圧の電圧値はＶｚであるため、ハイサイドスイッチ素子Ｑ２のゲートには、ゲートに電圧値Ｖｚが印加される。すなわち、ハイサイドスイッチ素子Ｑ２の駆動電圧である第２駆動電圧ＶＨは、電圧値Ｖｚとなる。 FIG. 13 is a diagram schematically illustrating a current flow in an operation state in which the low side switch element Q1 is turned off and the high side switch element Q2 is turned on after the capacitor C3 is charged to the voltage value Vz. The potential of the switch line SL is equal to the potential of the power supply voltage line PL. As shown by the arrows in the figure, the current is input from the capacitor C3 to the boot terminal BOOT of the driver IC 11 and output from the high side drive terminal HDRV. Since the voltage value of the charging voltage of the capacitor C3 is Vz, the voltage value Vz is applied to the gate of the high-side switch element Q2. That is, the second drive voltage VH that is the drive voltage of the high-side switch element Q2 becomes the voltage value Vz.
図１４は、図９〜１３に示した動作状態におけるスイッチラインＳＬの電位、コンデンサＣ１の電圧値、コンデンサＣ２の電圧値及びコンデンサＣ３の電圧値を示す電圧波形図である。図中、Ｔ０は起動直後の動作状態の期間（図９）であり、Ｔ１は、ローサイドスイッチ素子Ｑ１がオン且つハイサイドスイッチ素子Ｑ２がオフの期間（図１０及び図１２）であり、Ｔ２はローサイドスイッチ素子Ｑ１がオフ且つハイサイドスイッチ素子Ｑ２がオンの期間（図１１及び図１３）である。スイッチラインＳＬの電位は、期間Ｔ１でグランドレベルＧＮＤとなり、期間Ｔ２で電圧値Ｖｉｎとなる。 FIG. 14 is a voltage waveform diagram showing the potential of the switch line SL, the voltage value of the capacitor C1, the voltage value of the capacitor C2, and the voltage value of the capacitor C3 in the operation state shown in FIGS. In the figure, T0 is a period of the operating state immediately after startup (FIG. 9), T1 is a period (FIGS. 10 and 12) in which the low-side switch element Q1 is on and the high-side switch element Q2 is off, and T2 is This is a period (FIGS. 11 and 13) in which the low-side switch element Q1 is OFF and the high-side switch element Q2 is ON. The potential of the switch line SL becomes the ground level GND in the period T1, and becomes the voltage value Vin in the period T2.
コンデンサＣ１は、上記の通り電圧値Ｖｉｎで充電される。従って、スイッチラインＳＬの電位を基準とすると、コンデンサＣ１の充電電圧は、期間Ｔ１及びＴ２を通して電圧値Ｖｉｎとなる。 The capacitor C1 is charged with the voltage value Vin as described above. Therefore, when the potential of the switch line SL is used as a reference, the charging voltage of the capacitor C1 becomes the voltage value Vin through the periods T1 and T2.
コンデンサＣ２は、上記の通り電圧値Ｖｚ（Ｖｉｎ＜Ｖｚ＜２Ｖｉｎ）で充電される。従って、グランドラインＧＬの電位を基準とすると、コンデンサＣ２の充電電圧は、期間Ｔ１及びＴ２を通して電圧値Ｖｚとなる。よって、ローサイドスイッチ素子Ｑ１は、電圧値Ｖｚの第１駆動電圧ＶＬで駆動される。 The capacitor C2 is charged with the voltage value Vz (Vin <Vz <2Vin) as described above. Therefore, when the potential of the ground line GL is used as a reference, the charging voltage of the capacitor C2 becomes the voltage value Vz through the periods T1 and T2. Therefore, the low-side switch element Q1 is driven with the first drive voltage VL having the voltage value Vz.
コンデンサＣ３は、上記の通り電圧値Ｖｚで充電される。従って、スイッチラインＳＬの電位を基準とすると、コンデンサＣ３の充電電圧は、期間Ｔ１及びＴ２を通して電圧値Ｖｚとなる。よって、ハイサイドスイッチ素子Ｑ２は、電圧値Ｖｚの第２駆動電圧ＶＨで駆動される。 The capacitor C3 is charged with the voltage value Vz as described above. Therefore, when the potential of the switch line SL is used as a reference, the charging voltage of the capacitor C3 becomes the voltage value Vz through the periods T1 and T2. Therefore, the high side switch element Q2 is driven by the second drive voltage VH having the voltage value Vz.
このように、本実施例では、ツェナーダイオードＤ４を含む電圧制御回路２２により、ローサイドスイッチ素子Ｑ１及びハイサイドスイッチ素子Ｑ２の駆動電圧は、電圧値Ｖｚ（Ｖｉｎ＜Ｖｚ＜２Ｖｉｎ）に制御される。従って、外部電源ＥＶからの入力電圧Ｖｉｎよりも電圧値が高く、入力電圧Ｖｉｎの２倍よりも電圧値が低い駆動電圧で、ローサイドスイッチ素子Ｑ１及びハイサイドスイッチ素子Ｑ２を駆動することができる。これにより、ＧａＮ−ＦＥＴ等のゲートソース間の耐圧が比較的小さいＦＥＴをローサイドスイッチ素子Ｑ１及びハイサイドスイッチ素子Ｑ２として用いることが可能となる。 Thus, in this embodiment, the drive voltage of the low side switch element Q1 and the high side switch element Q2 is controlled to the voltage value Vz (Vin <Vz <2Vin) by the voltage control circuit 22 including the Zener diode D4. Therefore, the low-side switch element Q1 and the high-side switch element Q2 can be driven with a drive voltage having a voltage value higher than the input voltage Vin from the external power supply EV and lower than twice the input voltage Vin. As a result, FETs having a relatively low breakdown voltage between the gate and the source, such as GaN-FETs, can be used as the low-side switch element Q1 and the high-side switch element Q2.
また、本実施例の電圧制御回路２２を有する駆動電源回路２３によれば、外部電源ＥＶからの入力電圧Ｖｉｎが不安定な場合にも、安定した駆動電圧でローサイドスイッチ素子Ｑ１及びハイサイドスイッチ素子Ｑ２を駆動することができる。図１５は、入力電圧Ｖｉｎが不安定な場合におけるスイッチラインＳＬの電位、コンデンサＣ１の電圧値、コンデンサＣ２の電圧値及びコンデンサＣ３の電圧値を示す電圧波形図である。 Further, according to the drive power supply circuit 23 having the voltage control circuit 22 of the present embodiment, even when the input voltage Vin from the external power supply EV is unstable, the low-side switch element Q1 and the high-side switch element with a stable drive voltage. Q2 can be driven. FIG. 15 is a voltage waveform diagram showing the potential of the switch line SL, the voltage value of the capacitor C1, the voltage value of the capacitor C2, and the voltage value of the capacitor C3 when the input voltage Vin is unstable.
スイッチラインＳＬの電位は、期間Ｔ１でグランドレベルＧＮＤとなり、期間Ｔ２で電圧値Ｖｉｎとなる。本実施例では、入力電圧Ｖｉｎが不安定であるため、スイッチラインＳＬの電位は、期間Ｔ２において不安定な値となる。 The potential of the switch line SL becomes the ground level GND in the period T1, and becomes the voltage value Vin in the period T2. In this embodiment, since the input voltage Vin is unstable, the potential of the switch line SL becomes an unstable value in the period T2.
また、コンデンサＣ１の電位は、上記の通り電圧値Ｖｉｎで充電される。従って、コンデンサＣ１の充電電圧は、期間Ｔ１及びＴ２を通じて不安定な電圧値となる。 Further, the potential of the capacitor C1 is charged with the voltage value Vin as described above. Therefore, the charging voltage of the capacitor C1 becomes an unstable voltage value throughout the periods T1 and T2.
これに対し、コンデンサＣ２及びＣ３は、上記の通り電圧制御回路２２の電圧制御作用により電圧値Ｖｚで充電されるため、安定した電圧値となる。従って、入力電圧Ｖｉｎが不安定な場合であっても、ローサイドスイッチ素子Ｑ１及びハイサイドスイッチ素子Ｑ２を、安定した駆動電圧（電圧値Ｖｚ）により駆動することができる。これにより、精度の高い駆動電圧を必要とするＦＥＴ等をローサイドスイッチ素子Ｑ１及びハイサイドスイッチ素子Ｑ２として用いることが可能となる。 On the other hand, since the capacitors C2 and C3 are charged with the voltage value Vz by the voltage control action of the voltage control circuit 22 as described above, they have stable voltage values. Therefore, even when the input voltage Vin is unstable, the low-side switch element Q1 and the high-side switch element Q2 can be driven with a stable drive voltage (voltage value Vz). As a result, it is possible to use FETs or the like that require high-precision drive voltages as the low-side switch element Q1 and the high-side switch element Q2.
以上、説明したように、本発明の駆動電源回路は、補助電源回路１３（２１）を含み、外部電源ＥＶからの入力電圧Ｖｉｎよりも高い電圧値の駆動電圧（２Ｖｉｎ又はＶｚ）を生成する。従って、低電圧でスイッチ素子を駆動することに起因する電力損失の低減を図ることが可能となる。 As described above, the drive power supply circuit of the present invention includes the auxiliary power supply circuit 13 (21) and generates a drive voltage (2Vin or Vz) having a voltage value higher than the input voltage Vin from the external power supply EV. Therefore, it is possible to reduce the power loss caused by driving the switch element with a low voltage.
また、さらに電圧制御回路２２を設けることにより、ローサイドスイッチ素子Ｑ１及びハイサイドスイッチ素子Ｑ２のゲートソース間の耐圧を超えない電圧値を有し且つ安定した駆動電圧を生成することが可能となる。 Further, by providing the voltage control circuit 22, it is possible to generate a stable drive voltage having a voltage value that does not exceed the breakdown voltage between the gate and source of the low-side switch element Q1 and the high-side switch element Q2.
なお、本発明の実施形態は、上記実施例に記載したものに限られない。例えば、図１６に示すように、補助電源回路３１は、第１のダイオードであるダイオードＤ１と、第２のダイオードであるダイオードＤ２と、第１のコンデンサであるコンデンサＣ１と、第２のコンデンサであるコンデンサＣ２と、から構成されるものであってもよい。コンデンサＣ２の充電電圧は電圧値２Ｖｉｎとなり、ローサイドスイッチ素子Ｑ１は電圧値２Ｖｉｎの第１駆動電圧ＶＬで駆動される。この構成によれば、ローサイドスイッチ素子Ｑ１及びハイサイドスイッチ素子Ｑ２のうち、ローサイドスイッチ素子のみが高い駆動電圧（第１駆動電圧ＶＬ）を必要とするような場合に、実施例１と比べてより簡易な構成で電圧値の高い第１駆動電圧ＶＬを生成することができる。 In addition, embodiment of this invention is not restricted to what was described in the said Example. For example, as shown in FIG. 16, the auxiliary power supply circuit 31 includes a diode D1 that is a first diode, a diode D2 that is a second diode, a capacitor C1 that is a first capacitor, and a second capacitor. It may be composed of a certain capacitor C2. The charging voltage of the capacitor C2 has a voltage value of 2Vin, and the low-side switch element Q1 is driven by the first driving voltage VL having the voltage value of 2Vin. According to this configuration, when only the low-side switch element of the low-side switch element Q1 and the high-side switch element Q2 requires a high drive voltage (first drive voltage VL), it is more than in the first embodiment. The first drive voltage VL having a high voltage value can be generated with a simple configuration.
また、図１７に示すように、補助電源回路４１は、第１のダイオードであるダイオードＤ１と、第２のダイオードであるダイオードＤ２と、第１のコンデンサであるコンデンサＣ１と、第２のコンデンサであるコンデンサＣ２と、抵抗Ｒ１及びツェナーダイオードＤ４を含む電圧制御回路２２と、から構成されるものであってもよい。コンデンサＣ２の充電電圧は電圧値Ｖｚとなり、ローサイドスイッチ素子Ｑ１は電圧値Ｖｚの第１駆動電圧ＶＬで駆動される。この構成によれば、例えば、ローサイドスイッチ素子Ｑ１及びハイサイドスイッチ素子Ｑ２のうち、ローサイドスイッチ素子Ｑ１のみがＧａＮ−ＦＥＴ等のゲートソース間耐圧が比較的小さい素子であるような場合に、実施例２と比べてより簡易な構成で、第１駆動電圧ＶＬの電圧値を制御することが可能となる。また、例えば、ローサイドスイッチ素子Ｑ１のみが精度の高い駆動電圧を必要とする素子であるような場合に、実施例２と比べてより簡易な構成で、安定した第１駆動電圧ＶＬを生成することが可能となる。 As shown in FIG. 17, the auxiliary power supply circuit 41 includes a diode D1 that is a first diode, a diode D2 that is a second diode, a capacitor C1 that is a first capacitor, and a second capacitor. It may be composed of a certain capacitor C2 and a voltage control circuit 22 including a resistor R1 and a Zener diode D4. The charging voltage of the capacitor C2 becomes the voltage value Vz, and the low-side switch element Q1 is driven with the first drive voltage VL having the voltage value Vz. According to this configuration, for example, when only the low side switch element Q1 is an element having a relatively low gate-source breakdown voltage such as a GaN-FET among the low side switch element Q1 and the high side switch element Q2. Compared to 2, the voltage value of the first drive voltage VL can be controlled with a simpler configuration. In addition, for example, when only the low-side switch element Q1 is an element that requires a highly accurate drive voltage, the first drive voltage VL can be generated with a simpler configuration than that of the second embodiment. Is possible.
また、上記実施例では、ローサイドスイッチ素子Ｑ１及びハイサイドスイッチ素子Ｑ２としてＧａＮ−ＦＥＴを用いる例について説明したが、これに限られず、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）等の他のＦＥＴを用いてもよい。また、ＦＥＴに限られず、電圧によって駆動する他のスイッチ素子をローサイドスイッチ素子Ｑ１及びハイサイドスイッチ素子Ｑ２として用いることができる。 In the above-described embodiment, an example in which GaN-FETs are used as the low-side switch element Q1 and the high-side switch element Q2 has been described. However, the present invention is not limited to this, and other FETs such as silicon carbide (SiC) may be used. In addition, other switch elements driven by voltage can be used as the low-side switch element Q1 and the high-side switch element Q2 without being limited to the FET.
また、上記実施例では、電源装置が非絶縁型の降圧電源である場合を例として説明した。しかし、本発明の駆動電源回路は、非絶縁型の降圧電源に限らず、上記実施例におけるスイッチラインＳＬのように電位が切り替わるノードをもつ回路構成を有する他の電源にも適用することが可能である。 In the above-described embodiment, the case where the power supply device is a non-insulated step-down power supply has been described as an example. However, the drive power supply circuit of the present invention is not limited to the non-insulated step-down power supply, and can be applied to other power supplies having a circuit configuration having a node where the potential is switched, such as the switch line SL in the above embodiment. It is.
要するに、本発明の駆動電源回路は、外部電源（ＥＶ）からの入力電圧（Ｖｉｎ）に基づいて、外部電源（ＥＶ）の低電位電源出力端に接続されたローサイドスイッチ素子（Ｑ１）と外部電源（ＥＶ）の高電位電源出力端に接続されたハイサイドスイッチ素子との接続端に接続された出力ライン（ＳＬ）からスイッチング電圧（ＳＶ）を出力する電圧出力回路（１０）において、ローサイドスイッチ素子（Ｑ１）を駆動する第１駆動電圧（ＶＬ）とハイサイドスイッチ素子（Ｑ２）を駆動する第２駆動電圧（ＶＨ）とを生成する駆動電源回路（１４）であって、外部電源（ＥＶ）の高電位電源出力端にアノードが接続された第１のダイオード（Ｄ１）と、一端が第１のダイオード（Ｄ１）のカソードに接続され、他端が出力ライン（ＳＬ）に接続された第１のコンデンサ（Ｃ１）と、アノードが第１のコンデンサ（Ｃ１）及び第１のダイオード（Ｄ１）の接続端に接続された第２のダイオード（Ｄ２）と、一端が第２のダイオード（Ｄ２）のカソードに接続され、他端が外部電源（ＥＶ）の低電位電源出力端に接続された第２のコンデンサ（Ｃ２）と、を含む補助電源回路（１３）を有し、第２のコンデンサ（Ｃ２）の充電電圧に基づいて、入力電圧（Ｖｉｎ）よりも大なる電圧値を有する第１駆動電圧（ＶＬ）を生成する、ことを特徴とするものである。 In short, the drive power supply circuit of the present invention includes the low-side switch element (Q1) connected to the low potential power supply output terminal of the external power supply (EV) and the external power supply based on the input voltage (Vin) from the external power supply (EV). In the voltage output circuit (10) for outputting the switching voltage (SV) from the output line (SL) connected to the connection end with the high-side switch element connected to the high-potential power supply output end of (EV), the low-side switch element A drive power supply circuit (14) for generating a first drive voltage (VL) for driving (Q1) and a second drive voltage (VH) for driving the high-side switch element (Q2), the external power supply (EV) A first diode (D1) having an anode connected to the output terminal of the high potential power source, one end connected to the cathode of the first diode (D1), and the other end to the output line (SL). The first capacitor (C1) connected, the second diode (D2) whose anode is connected to the connection end of the first capacitor (C1) and the first diode (D1), and one end of the second capacitor (C1) A second capacitor (C2) connected to the cathode of the diode (D2) and having the other end connected to the low-potential power supply output terminal of the external power supply (EV); The first drive voltage (VL) having a voltage value higher than the input voltage (Vin) is generated based on the charging voltage of the second capacitor (C2).
１０ 電圧出力回路
１１ ドライバＩＣ
１２ 起動用回路
１３，２１ 補助電源回路
１４，２３ 駆動電源回路
２２ 電圧制御回路
ＳＣ 平滑化回路
Ｑ１ ローサイドスイッチ素子
Ｑ２ ハイサイドスイッチ素子
ＦＤ ＦＥＴドライバ
ＰＬ 電源電圧ライン
ＧＬ グランドライン
ＳＬ スイッチライン
Ｄ０〜Ｄ４ ダイオード
Ｄ５ ツェナーダイオード
Ｃ１〜Ｃ４ コンデンサ
ＲＡ，ＲＢ，Ｒ１ 抵抗
Ｌ１ インダクタ
10 Voltage output circuit 11 Driver IC
12 Start-up circuits 13 and 21 Auxiliary power supply circuits 14 and 23 Drive power supply circuit 22 Voltage control circuit SC Smoothing circuit Q1 Low side switch element Q2 High side switch element FD FET driver PL Power supply voltage line GL Ground line SL Switch lines D0 to D4 Diodes D5 Zener diode C1 to C4 Capacitors RA, RB, R1 Resistor L1 Inductor
Claims (6)
前記外部電源の前記高電位電源出力端にアノードが接続された第１のダイオードと、
一端が前記第１のダイオードのカソードに接続され、他端が前記出力ラインに接続された第１のコンデンサと、
アノードが前記第１のコンデンサ及び前記第１のダイオードの接続端に接続された第２のダイオードと、
一端が前記第２のダイオードのカソードに接続され、他端が前記外部電源の前記低電位電源出力端に接続された第２のコンデンサと、
を含む補助電源回路を有し、
前記第２のコンデンサの充電電圧に基づいて、前記入力電圧よりも大なる電圧値を有する前記第１駆動電圧を生成する、
ことを特徴とする駆動電源回路。 Based on the input voltage from the external power supply, connected to the connection end of the low-side switch element connected to the low-potential power supply output terminal of the external power supply and the high-side switch element connected to the high-potential power supply output terminal of the external power supply A drive power supply circuit for generating a first drive voltage for driving the low side switch element and a second drive voltage for driving the high side switch element;
A first diode having an anode connected to the high-potential power supply output terminal of the external power supply;
A first capacitor having one end connected to the cathode of the first diode and the other end connected to the output line;
A second diode having an anode connected to a connection end of the first capacitor and the first diode;
A second capacitor having one end connected to the cathode of the second diode and the other end connected to the low-potential power supply output terminal of the external power supply;
An auxiliary power circuit including
Generating the first drive voltage having a voltage value larger than the input voltage based on a charge voltage of the second capacitor;
The drive power supply circuit characterized by the above-mentioned.
アノードが前記第２のコンデンサの一端及び前記第２のダイオードのカソードに接続された第３のダイオードと、
一端が前記第３のダイオードのカソードに接続され、他端が前記出力ラインに接続された第３のコンデンサと、
を更に含み、
前記第３のコンデンサの充電電圧に基づいて、前記入力電圧よりも大なる電圧値を有する前記第２駆動電圧を生成する、
ことを特徴とする請求項１に記載の駆動電源回路。 The auxiliary power circuit is
A third diode having an anode connected to one end of the second capacitor and a cathode of the second diode;
A third capacitor having one end connected to the cathode of the third diode and the other end connected to the output line;
Further including
Generating the second drive voltage having a voltage value larger than the input voltage based on a charge voltage of the third capacitor;
The drive power supply circuit according to claim 1.
カソードが前記第２のコンデンサの一端に接続され、アノードが前記第２のコンデンサの他端に接続されたツェナーダイオードからなる電圧制御回路を更に含む、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１に記載の駆動電源回路。 The auxiliary power circuit is
A voltage control circuit comprising a Zener diode having a cathode connected to one end of the second capacitor and an anode connected to the other end of the second capacitor;
The drive power supply circuit according to any one of claims 1 to 3, wherein
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