JP2017163722A - Gate drive circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、入力電圧が変動しても、スイッチ素子のゲート−ソース間電圧を制御することにより、スイッチ素子を安定してオンオフ動作させるゲート駆動回路に関する。 The present invention relates to a gate drive circuit for stably turning on / off a switch element by controlling a gate-source voltage of the switch element even when an input voltage fluctuates.
従来のゲート電圧制御回路としては、特許文献１に記載されたＤＣ−ＤＣコンバータの制御回路が知られている。この制御回路は、入力電圧の減電圧時に、スイッチ素子からなるＭＯＳＦＥＴ（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor）のゲート−ソース間電圧を切り替えて、ＭＯＳＦＥＴのオン抵抗の増加を防ぐことにより、安定した出力電圧でＤＣ−ＤＣコンバータを動作させている。 As a conventional gate voltage control circuit, a control circuit for a DC-DC converter described in Patent Document 1 is known. This control circuit is stable by switching the gate-source voltage of a MOSFET (metal-oxide-semiconductor field-effect transistor) consisting of switching elements when the input voltage is reduced, thereby preventing an increase in the on-resistance of the MOSFET. The DC-DC converter is operated with the output voltage.
しかしながら、ゲート−ソース間電圧を切り替えているため、ＭＯＳＦＥＴのオン抵抗の変化が大きくなる。ゲート−ソース間電圧を切り替えた瞬間に、ＭＯＳＦＥＴのオン抵抗が変化するため、制御ループの応答遅れにより、出力電圧が変動する。また、入出力が信号の場合、出力信号の変化が大きくなる。 However, since the gate-source voltage is switched, the change in the on-resistance of the MOSFET becomes large. Since the on-resistance of the MOSFET changes at the moment when the gate-source voltage is switched, the output voltage varies due to the response delay of the control loop. Further, when the input / output is a signal, the change in the output signal becomes large.
また、Ｎ型のＭＯＳＦＥＴをスイッチ素子として使用する場合、ゲート-ソース間耐圧の関係で、ゲート駆動電圧をむやみに大きくすることはできない。しかし、Ｎ型のＭＯＳＦＥＴをフローティングで使用した場合、ゲート駆動電圧を一定にすると、ドレイン電圧が高い場合、Ｎ型のＭＯＳＦＥＴがオンするのに十分なゲート-ソース間が確保できず、Ｎ型のＭＯＳＦＥＴをオンすることができない。また、ゲート-ソース間耐圧の高いスイッチ素子を使用すると、サイズが大きくなる。 When an N-type MOSFET is used as a switching element, the gate drive voltage cannot be increased unnecessarily due to the gate-source breakdown voltage. However, when the N-type MOSFET is used in a floating state, if the gate drive voltage is kept constant, if the drain voltage is high, a sufficient gate-source space for turning on the N-type MOSFET cannot be secured, and the N-type MOSFET The MOSFET cannot be turned on. In addition, when a switching element having a high gate-source breakdown voltage is used, the size increases.
本発明の課題は、簡易な構成により、入力電圧が変動しても、スイッチ素子を安定してオンオフ動作させるゲート駆動回路を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a gate driving circuit that stably turns on and off a switch element even when an input voltage fluctuates with a simple configuration.
前記課題を解決するために、本発明のゲート駆動回路は、入力電圧を入力する入力端子と負荷に接続された出力端子との間に接続されたスイッチ素子のゲートに電圧を印加して前記スイッチ素子をオンオフ動作させるゲート駆動回路であって、前記入力電圧の変動範囲に対応して、前記スイッチ素子のゲート−ソース間電圧を、前記スイッチ素子がオンする閾値電圧以上の電圧に調整するゲート−ソース間電圧制御回路を備えることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the gate driving circuit of the present invention applies a voltage to the gate of a switch element connected between an input terminal for inputting an input voltage and an output terminal connected to a load, to thereby switch the switch. A gate driving circuit for turning on / off an element, wherein a gate-source voltage of the switch element is adjusted to a voltage equal to or higher than a threshold voltage at which the switch element is turned on in accordance with a fluctuation range of the input voltage. A source voltage control circuit is provided.
本発明によれば、ゲート−ソース間電圧制御回路は、入力電圧の変動範囲に対応して、スイッチ素子のゲート−ソース間電圧を、スイッチ素子がオンする閾値電圧以上の電圧に調整するので、入力電圧が上昇しても、安定してスイッチ素子をオンオフ制御できる。 According to the present invention, the gate-source voltage control circuit adjusts the gate-source voltage of the switch element to a voltage equal to or higher than the threshold voltage at which the switch element is turned on, corresponding to the fluctuation range of the input voltage. Even if the input voltage rises, the switch element can be controlled on and off stably.
以下、本発明のゲート駆動回路のいくつかの実施の形態を、図面を参照しながら、詳細に説明する。 Hereinafter, some embodiments of the gate drive circuit of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
（実施例１）
図１は、本発明の実施例１のゲート駆動回路の回路構成図である。図１に示すゲート駆動回路は、入力電圧を入力する入力端子ＩＮと図示しない負荷に接続された出力端子ＯＵＴとの間に接続されたスイッチ素子Ｑ１，Ｑ２のゲートに電圧を印加してスイッチ素子Ｑ１，Ｑ２をオンオフ動作させる。
Example 1
FIG. 1 is a circuit configuration diagram of a gate drive circuit according to a first embodiment of the present invention. The gate drive circuit shown in FIG. 1 applies a voltage to the gates of switch elements Q1, Q2 connected between an input terminal IN for inputting an input voltage and an output terminal OUT connected to a load (not shown). Q1 and Q2 are turned on / off.
スイッチ素子Ｑ１は、本発明の第１スイッチ素子に対応し、スイッチ素子Ｑ２は、本発明の第２スイッチ素子に対応する。スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２は、Ｎ型のＭＯＳＦＥＴからなり、スイッチ素子Ｑ１のドレインは、入力端子ＩＮに接続され、スイッチ素子Ｑ２のドレインは、出力端子ＯＵＴに接続される。スイッチ素子Ｑ１のソースとスイッチ素子Ｑ２のソースは共通に接続される。また、スイッチ素子Ｑ１のゲートとスイッチ素子Ｑ２のゲートは共通に接続され、抵抗Ｒ１の一端と定電流源Ｉａの出力部に接続される。 The switch element Q1 corresponds to the first switch element of the present invention, and the switch element Q2 corresponds to the second switch element of the present invention. The switch elements Q1 and Q2 are N-type MOSFETs. The drain of the switch element Q1 is connected to the input terminal IN, and the drain of the switch element Q2 is connected to the output terminal OUT. The source of the switch element Q1 and the source of the switch element Q2 are connected in common. The gate of the switch element Q1 and the gate of the switch element Q2 are connected in common, and are connected to one end of the resistor R1 and the output portion of the constant current source Ia.
定電流源Ｉａの入力部は、電源ＶＤＤに接続され、抵抗Ｒ１の他端は、スイッチＱ３のソースに接続される。スイッチＱ３のドレインは接地され（本発明の固定電位に対応）、スイッチＱ３のゲートは、スイッチ素子Ｑ１のソースとスイッチ素子Ｑ２のソースに接続される。スイッチＱ３は、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２とは異種のＰ型のＭＯＳＦＥＴからなる。 The input portion of the constant current source Ia is connected to the power supply VDD, and the other end of the resistor R1 is connected to the source of the switch Q3. The drain of the switch Q3 is grounded (corresponding to the fixed potential of the present invention), and the gate of the switch Q3 is connected to the source of the switch element Q1 and the source of the switch element Q2. The switch Q3 is formed of a P-type MOSFET that is different from the switch elements Q1 and Q2.
スイッチＱ３と抵抗Ｒ１と定電流源Ｉａとは、本発明のゲート−ソース間電圧制御回路を構成する。このゲート−ソース間電圧制御回路は、入力端子ＩＮに入力される入力電圧の変動範囲に対応して、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２のゲート−ソース間電圧を、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２がオンする閾値電圧Ｖｔｈ以上の電圧に調整する。 The switch Q3, the resistor R1, and the constant current source Ia constitute a gate-source voltage control circuit of the present invention. This gate-source voltage control circuit corresponds to the fluctuation range of the input voltage input to the input terminal IN, and the gate-source voltage of the switch elements Q1, Q2 is a threshold voltage at which the switch elements Q1, Q2 are turned on. The voltage is adjusted to Vth or higher.
次に、このように構成された実施例１のゲート駆動回路の動作について説明する。ここでは、各部の電圧として、入力電圧が０〜３Ｖまで変化（入力電圧の変動範囲に対応）、電源ＶＤＤ＝１２Ｖ、スイッチＱ３のゲート−ソース間電圧は１Ｖ、定電流源Ｉａの定電流による抵抗Ｒ１の電圧降下は３Ｖとする。 Next, the operation of the gate drive circuit according to the first embodiment configured as described above will be described. Here, as the voltage of each part, the input voltage changes from 0 to 3V (corresponding to the fluctuation range of the input voltage), the power supply VDD = 12V, the gate-source voltage of the switch Q3 is 1V, and the constant current of the constant current source Ia The voltage drop of the resistor R1 is 3V.
まず、入力電圧が０Ｖで、ゲート−ソース間電圧制御回路がない場合、ゲート電圧は定電圧で駆動される。ここでは、ゲートに印加する電圧は４Ｖとする。これによりスイッチ素子Ｑ１とスイッチ素子Ｑ２がオンしているため、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２のソース電圧はほぼ０Ｖとなる。このため、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２のゲート−ソース間電圧は４Ｖとなり、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２の閾値電圧Ｖｔｈが２Ｖである。スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２のゲート−ソース間電圧は、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２の閾値電圧Ｖｔｈ以上であることから、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２を十分にオンすることができる。 First, when the input voltage is 0 V and there is no gate-source voltage control circuit, the gate voltage is driven at a constant voltage. Here, the voltage applied to the gate is 4V. As a result, since the switch elements Q1 and Q2 are turned on, the source voltages of the switch elements Q1 and Q2 are substantially 0V. For this reason, the gate-source voltage of the switch elements Q1, Q2 is 4V, and the threshold voltage Vth of the switch elements Q1, Q2 is 2V. Since the gate-source voltage of the switch elements Q1, Q2 is equal to or higher than the threshold voltage Vth of the switch elements Q1, Q2, the switch elements Q1, Q2 can be sufficiently turned on.
次に、入力電圧が０Ｖで、ゲート−ソース間電圧制御回路がある場合、スイッチ素子Ｑ１のソースとスイッチ素子Ｑ２のソースにスイッチＱ３のゲートが接続されているので、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２のゲート電圧は、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２のソース電圧にスイッチＱ３のゲート−ソース間電圧と定電流源Ｉａの定電流による抵抗Ｒ１の電圧降下が加算される。 Next, when the input voltage is 0 V and there is a gate-source voltage control circuit, since the gate of the switch Q3 is connected to the source of the switch element Q1 and the source of the switch element Q2, the gates of the switch elements Q1 and Q2 As for the voltage, the voltage drop of the resistor R1 due to the gate-source voltage of the switch Q3 and the constant current of the constant current source Ia is added to the source voltage of the switch elements Q1 and Q2.
入力電圧が０Ｖの場合、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２のソースが０Ｖ、スイッチＱ３のゲート−ソース間電圧が１Ｖ、抵抗Ｒ１の電圧降下が３Ｖとすると、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２のゲート電圧は４Ｖになる。これにより、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２のゲート−ソース間電圧は、４Ｖとなり、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２の閾値電圧Ｖｔｈが２Ｖであることから、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２を十分オンすることができる。入力電圧が０Ｖの場合には、ゲート−ソース間電圧制御回路がなくてもスイッチ素子Ｑ１，Ｑ２をオンオフ制御できる。 When the input voltage is 0V, when the sources of the switch elements Q1 and Q2 are 0V, the gate-source voltage of the switch Q3 is 1V, and the voltage drop of the resistor R1 is 3V, the gate voltage of the switch elements Q1 and Q2 is 4V. . As a result, the gate-source voltage of the switch elements Q1 and Q2 becomes 4V, and the threshold voltage Vth of the switch elements Q1 and Q2 is 2V, so that the switch elements Q1 and Q2 can be sufficiently turned on. When the input voltage is 0 V, the switch elements Q1 and Q2 can be turned on / off without a gate-source voltage control circuit.
次に、入力電圧が３Ｖで、ゲート−ソース間電圧制御回路がない場合、ゲート電圧は定電圧で駆動される。ここでは、ゲートに印加する電圧は４Ｖとする。これによりスイッチ素子Ｑ１，Ｑ２のゲート電圧は４Ｖになる。スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２がオンできれば、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２のソース電圧はほぼ３Ｖとなる。しかし、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２のゲート−ソース間は１Ｖとなるが、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２の閾値電圧Ｖｔｈが２Ｖである。このため、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２をオンすることができない。 Next, when the input voltage is 3 V and there is no gate-source voltage control circuit, the gate voltage is driven at a constant voltage. Here, the voltage applied to the gate is 4V. As a result, the gate voltages of the switch elements Q1 and Q2 become 4V. If the switch elements Q1 and Q2 can be turned on, the source voltage of the switch elements Q1 and Q2 is approximately 3V. However, the gate-source between the switch elements Q1 and Q2 is 1V, but the threshold voltage Vth of the switch elements Q1 and Q2 is 2V. For this reason, the switch elements Q1 and Q2 cannot be turned on.
次に、入力電圧が３Ｖで、ゲート−ソース間電圧制御回路がある場合は、スイッチ素子Ｑ１のソースとスイッチ素子Ｑ２のソースにスイッチＱ３のゲートが接続されていることから、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２のゲート電圧は、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２のソース電圧にスイッチＱ３のゲート−ソース間電圧と定電流源Ｉａの定電流による抵抗Ｒ１の電圧降下が加算される。 Next, when the input voltage is 3 V and there is a gate-source voltage control circuit, since the gate of the switch Q3 is connected to the source of the switch element Q1 and the source of the switch element Q2, the switch elements Q1, Q2 Is added to the source voltage of the switch elements Q1 and Q2 by the voltage drop across the resistor R1 due to the gate-source voltage of the switch Q3 and the constant current of the constant current source Ia.
入力電圧が３Ｖの場合、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２のソースが３Ｖ、スイッチＱ３のゲート−ソース間電圧が１Ｖ、抵抗Ｒ１の電圧降下が３Ｖとすると、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２のゲート電圧は７Ｖになる。これにより、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２のゲート−ソース間電圧は、４Ｖとなり、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２の閾値電圧Ｖｔｈが２Ｖであることから、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２を十分オンすることができる。 When the input voltage is 3V, if the source of the switch elements Q1 and Q2 is 3V, the gate-source voltage of the switch Q3 is 1V, and the voltage drop of the resistor R1 is 3V, the gate voltage of the switch elements Q1 and Q2 is 7V. . As a result, the gate-source voltage of the switch elements Q1 and Q2 becomes 4V, and the threshold voltage Vth of the switch elements Q1 and Q2 is 2V, so that the switch elements Q1 and Q2 can be sufficiently turned on.
このように、実施例１のゲート駆動回路によれば、ゲート−ソース間電圧制御回路が、入力電圧の変動範囲に対応して、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２のゲート−ソース間電圧を、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２がオンする閾値電圧以上の電圧に調整するので、入力電圧が変化しても、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２のゲート−ソース間電圧は、一定電圧を確保され、安定して、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２をオンオフ制御できる。 As described above, according to the gate drive circuit of the first embodiment, the gate-source voltage control circuit changes the gate-source voltages of the switch elements Q1 and Q2 in accordance with the fluctuation range of the input voltage. , Q2 is adjusted to a voltage equal to or higher than the threshold voltage at which the switch is turned on, so that even if the input voltage changes, the gate-source voltage of the switch elements Q1, Q2 is ensured to be constant and stable. Q2 can be controlled on and off.
（実施例２）
図２は、本発明の実施例２のゲート駆動回路の回路構成図である。実施例１のゲート駆動回路では、２つのスイッチ素子Ｑ１，Ｑ２を設けたが、実施例２のゲート駆動回路は、１つのＮ型のＭＯＳＦＥＴからなるスイッチ素子Ｑ１を使用したことを特徴とする。
(Example 2)
FIG. 2 is a circuit configuration diagram of the gate drive circuit according to the second embodiment of the present invention. In the gate drive circuit of the first embodiment, two switch elements Q1 and Q2 are provided. However, the gate drive circuit of the second embodiment is characterized by using a switch element Q1 made of one N-type MOSFET.
図２において、スイッチ素子Ｑ１は、入力端子ＩＮと出力端子ＯＵＴの間に接続される。スイッチ素子Ｑ１のドレインは、入力端子ＩＮに接続され、ソースは出力端子ＯＵＴに接続される。ゲートは抵抗Ｒ１の一端と定電流源Ｉａの出力部に接続される。 In FIG. 2, the switch element Q1 is connected between the input terminal IN and the output terminal OUT. The drain of the switch element Q1 is connected to the input terminal IN, and the source is connected to the output terminal OUT. The gate is connected to one end of the resistor R1 and the output section of the constant current source Ia.
定電流源Ｉａの入力部は、電源ＶＤＤに接続され、抵抗Ｒ１の他端は、スイッチＱ３のソースに接続される。スイッチＱ３のドレインは接地され、ＰＭＯＳのゲートは、ＮＭＯＳのソースに接続される。スイッチＱ３と抵抗Ｒ１と定電流源Ｉａとは、本発明のゲート−ソース間電圧制御回路を構成する。 The input portion of the constant current source Ia is connected to the power supply VDD, and the other end of the resistor R1 is connected to the source of the switch Q3. The drain of the switch Q3 is grounded, and the gate of the PMOS is connected to the source of the NMOS. The switch Q3, the resistor R1, and the constant current source Ia constitute a gate-source voltage control circuit of the present invention.
次に、実施例２のゲート駆動回路の動作について説明する。ここでは、各部の電圧として、入力電圧が０〜３Ｖまで変化，電源ＶＤＤ＝１２Ｖ、スイッチＱ３のゲート−ソース間電圧は１Ｖ、定電流源Ｉａの定電流による抵抗Ｒ１の電圧降下は３Ｖとする。 Next, the operation of the gate drive circuit according to the second embodiment will be described. Here, as the voltage of each part, the input voltage changes from 0 to 3V, the power supply VDD = 12V, the gate-source voltage of the switch Q3 is 1V, and the voltage drop of the resistor R1 due to the constant current of the constant current source Ia is 3V. .
まず、入力電圧が０Ｖで、ゲート−ソース間電圧制御回路がない場合、ゲート電圧は定電圧で駆動される。ここでは、ゲートに印加する電圧は４Ｖとする。これにより、スイッチ素子Ｑ１のゲート電圧は４Ｖになる。スイッチ素子Ｑ１がオンしているため、スイッチ素子Ｑ１のソース電圧はほぼ０Ｖとなる。このため、スイッチ素子Ｑ１のゲート−ソース間は４Ｖとなり、スイッチ素子Ｑ１の閾値電圧Ｖｔｈが２Ｖであることから、スイッチ素子Ｑ１を十分にオンすることができる。 First, when the input voltage is 0 V and there is no gate-source voltage control circuit, the gate voltage is driven at a constant voltage. Here, the voltage applied to the gate is 4V. Thereby, the gate voltage of the switching element Q1 becomes 4V. Since the switch element Q1 is on, the source voltage of the switch element Q1 is approximately 0V. For this reason, the voltage between the gate and the source of the switch element Q1 is 4V, and the threshold voltage Vth of the switch element Q1 is 2V. Therefore, the switch element Q1 can be sufficiently turned on.
次に、入力電圧が０Ｖで、ゲート−ソース間電圧制御回路がある場合、スイッチ素子Ｑ１のソースにスイッチＱ３のゲートが接続されていることから、スイッチ素子Ｑ１のゲート電圧は、スイッチ素子Ｑ１のソース電圧に、スイッチＱ３のゲート−ソース間電圧と定電流による抵抗Ｒ１の電圧降下が加算される。 Next, when the input voltage is 0 V and there is a gate-source voltage control circuit, since the gate of the switch Q3 is connected to the source of the switch element Q1, the gate voltage of the switch element Q1 is the same as that of the switch element Q1. The voltage drop across the resistor R1 due to the gate-source voltage of the switch Q3 and the constant current is added to the source voltage.
入力電圧が０Ｖの場合、スイッチ素子Ｑ１のソースが０Ｖ、スイッチＱ３のゲート−ソース間電圧が１Ｖ、抵抗Ｒ１の電圧降下が３Ｖとすると、スイッチ素子Ｑ１のゲート電圧は４Ｖになる。これにより、スイッチ素子Ｑ１のゲート−ソース間電圧は、４Ｖとなり、スイッチ素子Ｑ１の閾値電圧Ｖｔｈが２Ｖであることから、スイッチ素子Ｑ１を十分にオンすることができる。入力電圧が０Ｖの場合には、ゲート−ソース間電圧制御回路がなくてもスイッチ素子Ｑ１をオンオフ制御できる。 When the input voltage is 0V, when the source of the switch element Q1 is 0V, the gate-source voltage of the switch Q3 is 1V, and the voltage drop of the resistor R1 is 3V, the gate voltage of the switch element Q1 is 4V. As a result, the gate-source voltage of the switch element Q1 becomes 4V, and the threshold voltage Vth of the switch element Q1 is 2V, so that the switch element Q1 can be sufficiently turned on. When the input voltage is 0 V, the switch element Q1 can be controlled on and off without a gate-source voltage control circuit.
次に、入力電圧が３Ｖで、ゲート−ソース間電圧制御回路がない場合、ゲート電圧は定電圧で駆動される。ここでは、ゲートに印加する電圧は４Ｖとする。これにより、スイッチ素子Ｑ１のゲート電圧は４Ｖになる。スイッチ素子Ｑ１がオンできれば、スイッチ素子Ｑ１のソース電圧はほぼ３Ｖとなるが、スイッチ素子Ｑ１のゲート−ソース間は１Ｖとなり、スイッチ素子Ｑ１の閾値電圧Ｖｔｈが２Ｖであることから、スイッチ素子Ｑ１をオンすることができない。 Next, when the input voltage is 3 V and there is no gate-source voltage control circuit, the gate voltage is driven at a constant voltage. Here, the voltage applied to the gate is 4V. Thereby, the gate voltage of the switching element Q1 becomes 4V. If the switch element Q1 can be turned on, the source voltage of the switch element Q1 becomes approximately 3V, but the gate-source of the switch element Q1 becomes 1V, and the threshold voltage Vth of the switch element Q1 is 2V. I can't turn it on.
次に、入力電圧が３Ｖで、ゲート−ソース間電圧制御回路がある場合、スイッチ素子Ｑ１のソースにスイッチＱ３のゲートが接続されていることから、スイッチ素子Ｑ１のゲート電圧は、スイッチ素子Ｑ１のソース電圧にスイッチＱ３のゲート−ソース間電圧と定電流による抵抗Ｒ１の電圧降下が加算される。 Next, when the input voltage is 3V and there is a gate-source voltage control circuit, since the gate of the switch Q3 is connected to the source of the switch element Q1, the gate voltage of the switch element Q1 is The gate-source voltage of the switch Q3 and the voltage drop of the resistor R1 due to the constant current are added to the source voltage.
入力電圧が３Ｖの場合、スイッチ素子Ｑ１のソースが３Ｖ、スイッチＱ３のゲート−ソース間電圧が１Ｖ、抵抗Ｒ１の電圧降下が３Ｖとすると、スイッチ素子Ｑ１のゲート電圧は７Ｖになる。これにより、スイッチ素子Ｑ１のゲート−ソース間電圧は、４Ｖとなり、スイッチ素子Ｑ１の閾値電圧Ｖｔｈが２Ｖであることから、スイッチ素子Ｑ１を十分にオンすることができる。 When the input voltage is 3V, if the source of the switch element Q1 is 3V, the gate-source voltage of the switch Q3 is 1V, and the voltage drop of the resistor R1 is 3V, the gate voltage of the switch element Q1 is 7V. As a result, the gate-source voltage of the switch element Q1 becomes 4V, and the threshold voltage Vth of the switch element Q1 is 2V, so that the switch element Q1 can be sufficiently turned on.
このように、実施例２のゲート駆動回路によれば、ゲート−ソース間電圧制御回路が、入力電圧の変動範囲に対応して、スイッチ素子Ｑ１のゲート−ソース間電圧を、スイッチ素子Ｑ１がオンする閾値電圧以上の電圧に調整するので、入力電圧が変化しても、スイッチ素子Ｑ１のゲート−ソース間電圧は、一定電圧を確保され、安定して、スイッチ素子Ｑ１をオンオフ制御できる。 As described above, according to the gate drive circuit of the second embodiment, the gate-source voltage control circuit controls the gate-source voltage of the switch element Q1 in response to the fluctuation range of the input voltage, and the switch element Q1 is turned on. Therefore, even if the input voltage changes, the gate-source voltage of the switch element Q1 is kept constant, and the switch element Q1 can be controlled on and off stably.
（実施例３）
図３は、本発明の実施例３のゲート駆動回路の回路構成図である。実施例３のゲート駆動回路は、図１に示すゲート駆動回路に対して、実施例１のＰ型のＭＯＳＦＥＴからなるスイッチＱ３を、バイポーラ型のＰＮＰトランジスタからなるスイッチＱ４に置き換えたことを特徴とする。図３のその他の構成は、図１に示すゲート駆動回路の構成と同じであるので、その他の構成の説明は省略する。
(Example 3)
FIG. 3 is a circuit configuration diagram of the gate drive circuit according to the third embodiment of the present invention. The gate drive circuit of the third embodiment is characterized in that the switch Q3 made of the P-type MOSFET of the first embodiment is replaced with a switch Q4 made of a bipolar PNP transistor in the gate drive circuit shown in FIG. To do. The other configuration in FIG. 3 is the same as the configuration of the gate driving circuit shown in FIG.
スイッチＱ４のベースは、スイッチ素子Ｑ１のソースとスイッチ素子Ｑ２のソースに接続され、エミッタは抵抗Ｒ１の他端に接続され、コレクタは接地されている。バイポーラトランジスタからなるスイッチＱ４の閾値電圧は、ＭＯＳＦＥＴからなるスイッチＱ３の閾値電圧よりも低いので、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２のゲート−ソース間電圧を低く制御する場合に適している。 The base of the switch Q4 is connected to the source of the switch element Q1 and the source of the switch element Q2, the emitter is connected to the other end of the resistor R1, and the collector is grounded. Since the threshold voltage of the switch Q4 made of a bipolar transistor is lower than the threshold voltage of the switch Q3 made of a MOSFET, it is suitable for controlling the gate-source voltage of the switch elements Q1 and Q2 to be low.
（実施例４）
図４は、本発明の実施例４のゲート駆動回路の回路構成図である。スイッチ素子Ｑ５，Ｑ６は、Ｐ型のＭＯＳＦＥＴからなり、スイッチ素子Ｑ５は、本発明の第１スイッチ素子に対応し、スイッチ素子Ｑ６は、本発明の第２スイッチ素子に対応する。スイッチ素子Ｑ５のドレインは、入力端子ＩＮに接続され、スイッチ素子Ｑ６のドレインは、出力端子ＯＵＴに接続される。スイッチ素子Ｑ５のソースとスイッチ素子Ｑ６のソースは共通に接続される。また、スイッチ素子Ｑ５のゲートとスイッチ素子Ｑ６のゲートは共通に接続され、抵抗Ｒ２の一端と定電流源Ｉａの一端に接続される。
Example 4
FIG. 4 is a circuit configuration diagram of the gate drive circuit according to the fourth embodiment of the present invention. The switch elements Q5 and Q6 are made of a P-type MOSFET, the switch element Q5 corresponds to the first switch element of the present invention, and the switch element Q6 corresponds to the second switch element of the present invention. The drain of the switch element Q5 is connected to the input terminal IN, and the drain of the switch element Q6 is connected to the output terminal OUT. The source of the switch element Q5 and the source of the switch element Q6 are connected in common. The gate of the switch element Q5 and the gate of the switch element Q6 are connected in common, and are connected to one end of the resistor R2 and one end of the constant current source Ia.
スイッチＱ７は、スイッチ素子Ｑ５，Ｑ６とは異種のＮ型のＭＯＳＦＥＴからなり、スイッチＱ７のドレインは電源ＶＤＤに接続され、スイッチＱ７のゲートは、スイッチ素子Ｑ５のソースとスイッチ素子Ｑ６のソースに接続される。スイッチＱ７のソースは、抵抗Ｒ２の一端に接続され、抵抗Ｒ２の他端は、スイッチ素子Ｑ５のゲートとスイッチ素子Ｑ６のゲートと定電流源Ｉａの一端とに接続される。定電流源Ｉａの他端は、接地されている（本発明の固定電位に対応）。 The switch Q7 is composed of an N-type MOSFET different from the switch elements Q5 and Q6, the drain of the switch Q7 is connected to the power supply VDD, and the gate of the switch Q7 is connected to the source of the switch element Q5 and the source of the switch element Q6. Is done. The source of the switch Q7 is connected to one end of the resistor R2, and the other end of the resistor R2 is connected to the gate of the switch element Q5, the gate of the switch element Q6, and one end of the constant current source Ia. The other end of the constant current source Ia is grounded (corresponding to the fixed potential of the present invention).
スイッチＱ７と抵抗Ｒ２と定電流源Ｉａとは、本発明のゲート−ソース間電圧制御回路を構成する。このゲート−ソース間電圧制御回路は、入力端子ＩＮに入力される入力電圧の変動範囲に対応して、スイッチ素子Ｑ５，Ｑ６のゲート−ソース間電圧を、スイッチ素子Ｑ５，Ｑ６がオンする閾値電圧Ｖｔｈ以上の電圧に調整する。 The switch Q7, the resistor R2, and the constant current source Ia constitute a gate-source voltage control circuit of the present invention. This gate-source voltage control circuit corresponds to the fluctuation range of the input voltage input to the input terminal IN, and the gate-source voltage of the switch elements Q5, Q6 is the threshold voltage at which the switch elements Q5, Q6 are turned on. The voltage is adjusted to Vth or higher.
次に、実施例４のゲート駆動回路の動作について説明する。ここでは、各部の電圧として、入力電圧が９〜１２Ｖまで変化，電源ＶＤＤ＝１２Ｖ、スイッチＱ７のゲート−ソース間電圧は１Ｖ、定電流源Ｉａの定電流による抵抗Ｒ２の電圧降下は３Ｖとする。 Next, the operation of the gate drive circuit according to the fourth embodiment will be described. Here, as the voltage of each part, the input voltage changes from 9 to 12V, the power supply VDD = 12V, the gate-source voltage of the switch Q7 is 1V, and the voltage drop of the resistor R2 due to the constant current of the constant current source Ia is 3V. .
まず、入力電圧が１２Ｖで、ゲート−ソース間電圧制御回路がない場合、ゲート電圧は定電圧で駆動される。ここでは、ゲートに印加する電圧は８Ｖとする。これにより、スイッチ素子Ｑ５、スイッチ素子Ｑ６のゲート電圧は８Ｖになる。スイッチ素子Ｑ５、スイッチ素子Ｑ６がオンしているため、スイッチ素子Ｑ５、スイッチ素子Ｑ６のソース電圧はほぼ１２Ｖとなる。このため、スイッチ素子Ｑ５、スイッチ素子Ｑ６のゲート−ソース間は４Ｖとなり、スイッチ素子Ｑ５、スイッチ素子Ｑ６の閾値電圧Ｖｔｈが２Ｖであることから、スイッチ素子Ｑ５、スイッチ素子Ｑ６を十分にオンすることができる。 First, when the input voltage is 12 V and there is no gate-source voltage control circuit, the gate voltage is driven at a constant voltage. Here, the voltage applied to the gate is 8V. Thereby, the gate voltage of the switch element Q5 and the switch element Q6 becomes 8V. Since the switch element Q5 and the switch element Q6 are on, the source voltage of the switch element Q5 and the switch element Q6 is approximately 12V. Therefore, the voltage between the gate and the source of the switch element Q5 and the switch element Q6 is 4V, and the threshold voltage Vth of the switch element Q5 and the switch element Q6 is 2V. Therefore, the switch element Q5 and the switch element Q6 should be sufficiently turned on. Can do.
次に、入力電圧が１２Ｖで、ゲート−ソース間電圧制御回路がある場合、スイッチ素子Ｑ５、スイッチ素子Ｑ６のソースにスイッチＱ７のゲートが接続されていることから、スイッチ素子Ｑ５、スイッチ素子Ｑ６のゲート電圧は、スイッチ素子Ｑ５、スイッチ素子Ｑ６のソース電圧からスイッチＱ７のゲート−ソース間電圧と定電流源Ｉａの定電流による抵抗Ｒ２の電圧降下が減算された電圧となる。 Next, when the input voltage is 12V and there is a gate-source voltage control circuit, the gates of the switches Q7 and Q6 are connected to the sources of the switch elements Q5 and Q6. The gate voltage is a voltage obtained by subtracting the voltage drop of the resistor R2 due to the gate-source voltage of the switch Q7 and the constant current of the constant current source Ia from the source voltage of the switch elements Q5 and Q6.
入力電圧が１２Ｖの場合、スイッチ素子Ｑ５、スイッチ素子Ｑ６のソースが１２Ｖ、スイッチＱ７のゲート−ソース間電圧が１Ｖ、抵抗Ｒ２の電圧降下が３Ｖとすると、スイッチ素子Ｑ５、スイッチ素子Ｑ６のゲート電圧は８Ｖになる。これにより、スイッチ素子Ｑ５、スイッチ素子Ｑ６のゲート−ソース間電圧は、４Ｖとなり、スイッチ素子Ｑ５、スイッチ素子Ｑ６の閾値電圧Ｖｔｈが２Ｖであることから、スイッチ素子Ｑ５、スイッチ素子Ｑ６を十分にオンすることができる。入力電圧が１２Ｖの場合には、ゲート−ソース間電圧制御回路がなくてもスイッチ素子Ｑ５、スイッチ素子Ｑ６をオンフ制御できる。 When the input voltage is 12V, when the source of the switch element Q5 and the switch element Q6 is 12V, the gate-source voltage of the switch Q7 is 1V, and the voltage drop of the resistor R2 is 3V, the gate voltage of the switch element Q5 and the switch element Q6 Becomes 8V. As a result, the gate-source voltage of the switch element Q5 and the switch element Q6 becomes 4V, and the threshold voltage Vth of the switch element Q5 and the switch element Q6 is 2V. Therefore, the switch element Q5 and the switch element Q6 are sufficiently turned on. can do. When the input voltage is 12 V, the switch element Q5 and the switch element Q6 can be turned on without the gate-source voltage control circuit.
次に、入力電圧が９Ｖで、ゲート-ソース間電圧制御回路がない場合、定電流源Ｉａの入力部が８Ｖであるため、スイッチ素子Ｑ５、スイッチ素子Ｑ６のゲート電圧は８Ｖになる。スイッチ素子Ｑ５、スイッチ素子Ｑ６がオンできれば、スイッチ素子Ｑ５、スイッチ素子Ｑ６のソース電圧はほぼ９Ｖとなるが、スイッチ素子Ｑ５、スイッチ素子Ｑ６のゲート−ソース間は１Ｖとなり、スイッチ素子Ｑ５、スイッチ素子Ｑ６の閾値電圧Ｖｔｈが２Ｖであることから、スイッチ素子Ｑ５、スイッチ素子Ｑ６をオンすることができない。 Next, when the input voltage is 9V and there is no gate-source voltage control circuit, the input part of the constant current source Ia is 8V, so the gate voltages of the switch element Q5 and the switch element Q6 are 8V. If the switch element Q5 and the switch element Q6 can be turned on, the source voltage of the switch element Q5 and the switch element Q6 becomes approximately 9V, but the gate-source between the switch element Q5 and the switch element Q6 becomes 1V, and the switch element Q5 and the switch element Q6 Since the threshold voltage Vth of Q6 is 2V, the switch element Q5 and the switch element Q6 cannot be turned on.
次に、入力電圧が９Ｖで、ゲート-ソース間電圧制御回路がある場合は、スイッチ素子Ｑ５、スイッチ素子Ｑ６のソースにスイッチＱ７のゲートが接続されていることから、スイッチ素子Ｑ５、スイッチ素子Ｑ６のゲート電圧は、スイッチ素子Ｑ５、スイッチ素子Ｑ６のソース電圧からスイッチＱ７のゲート−ソース間電圧と定電流源Ｉａの定電流による抵抗Ｒ２の電圧降下が減算された電圧となる。 Next, when the input voltage is 9 V and there is a gate-source voltage control circuit, the gate of the switch Q7 is connected to the sources of the switch element Q5 and the switch element Q6, so the switch element Q5 and the switch element Q6 Is a voltage obtained by subtracting the voltage drop of the resistor R2 due to the gate-source voltage of the switch Q7 and the constant current of the constant current source Ia from the source voltages of the switch elements Q5 and Q6.
入力電圧が９Ｖの場合、スイッチ素子Ｑ５、スイッチ素子Ｑ６のソースが９Ｖ、スイッチＱ７のゲート−ソース間電圧が１Ｖ、抵抗Ｒ２の電圧降下が３Ｖとすると、スイッチ素子Ｑ５、スイッチ素子Ｑ６のゲート電圧は５Ｖになる。これにより、スイッチ素子Ｑ５、スイッチ素子Ｑ６のゲート−ソース間電圧は、４Ｖとなり、スイッチ素子Ｑ５、スイッチ素子Ｑ６の閾値電圧Ｖｔｈが２Ｖであることから、スイッチ素子Ｑ５、スイッチ素子Ｑ６を十分にオンすることができる。 When the input voltage is 9V, when the source of the switch element Q5 and the switch element Q6 is 9V, the gate-source voltage of the switch Q7 is 1V, and the voltage drop of the resistor R2 is 3V, the gate voltage of the switch element Q5 and the switch element Q6 Becomes 5V. As a result, the gate-source voltage of the switch element Q5 and the switch element Q6 becomes 4V, and the threshold voltage Vth of the switch element Q5 and the switch element Q6 is 2V. Therefore, the switch element Q5 and the switch element Q6 are sufficiently turned on. can do.
このように、実施例４のゲート駆動回路によれば、ゲート−ソース間電圧制御回路が、入力電圧の変動範囲に対応して、スイッチ素子Ｑ５，Ｑ６のゲート−ソース間電圧を、スイッチ素子Ｑ５，Ｑ６がオンする閾値電圧以上の電圧に調整するので、入力電圧が変化しても、スイッチ素子Ｑ５，Ｑ６のゲート−ソース間電圧は、一定電圧を確保され、安定して、スイッチ素子Ｑ５，Ｑ６をオンオフ制御できる。 As described above, according to the gate drive circuit of the fourth embodiment, the gate-source voltage control circuit changes the gate-source voltages of the switch elements Q5 and Q6 in accordance with the fluctuation range of the input voltage. , Q6 is adjusted to a voltage equal to or higher than the threshold voltage to turn on, so that even if the input voltage changes, the gate-source voltage of the switch elements Q5, Q6 is ensured to be constant and stable, Q6 can be controlled on and off.
（実施例５）
図５は、本発明の実施例５のゲート駆動回路の回路構成図である。実施例４のゲート駆動回路では、Ｐ型のＭＯＳＦＥＴからなる２つのスイッチ素子Ｑ５，Ｑ６を設けたが、実施例５のゲート駆動回路は、Ｐ型のＭＯＳＦＥＴからなる１つのスイッチ素子Ｑ５を使用したことを特徴とする。
(Example 5)
FIG. 5 is a circuit configuration diagram of the gate drive circuit according to the fifth embodiment of the present invention. In the gate drive circuit of the fourth embodiment, two switch elements Q5 and Q6 made of P-type MOSFETs are provided. However, in the gate drive circuit of the fifth embodiment, one switch element Q5 made of P-type MOSFET is used. It is characterized by that.
図５において、スイッチ素子Ｑ５は、入力端子ＩＮと出力端子ＯＵＴの間に接続される。スイッチ素子Ｑ５のソースは、入力端子ＩＮに接続され、ドレインは出力端子ＯＵＴに接続される。ゲートは抵抗Ｒ２の一端と定電流源Ｉａの一端とに接続される。 In FIG. 5, the switch element Q5 is connected between the input terminal IN and the output terminal OUT. The source of the switch element Q5 is connected to the input terminal IN, and the drain is connected to the output terminal OUT. The gate is connected to one end of the resistor R2 and one end of the constant current source Ia.
スイッチＱ７は、Ｎ型のＭＯＳＦＥＴからなり、スイッチＱ７のドレインは電源ＶＤＤに接続され、スイッチＱ７のゲートは、スイッチ素子Ｑ５のソースに接続される。スイッチＱ７のソースは、抵抗Ｒ２の一端に接続され、抵抗Ｒ２の他端は、スイッチ素子Ｑ５のゲートと定電流源Ｉａの一端とに接続される。定電流源Ｉａの他端は、接地されている（本発明の固定電位に対応）。 The switch Q7 is composed of an N-type MOSFET, the drain of the switch Q7 is connected to the power supply VDD, and the gate of the switch Q7 is connected to the source of the switch element Q5. The source of the switch Q7 is connected to one end of the resistor R2, and the other end of the resistor R2 is connected to the gate of the switch element Q5 and one end of the constant current source Ia. The other end of the constant current source Ia is grounded (corresponding to the fixed potential of the present invention).
スイッチＱ７と抵抗Ｒ２と定電流源Ｉａとは、本発明のゲート−ソース間電圧制御回路を構成する。このゲート−ソース間電圧制御回路は、入力端子ＩＮに入力される入力電圧の変動範囲に対応して、スイッチ素子Ｑ５のゲート−ソース間電圧を、スイッチ素子Ｑ５がオンする閾値電圧Ｖｔｈ以上の電圧に調整する。 The switch Q7, the resistor R2, and the constant current source Ia constitute a gate-source voltage control circuit of the present invention. This gate-source voltage control circuit corresponds to the fluctuation range of the input voltage input to the input terminal IN, and the gate-source voltage of the switch element Q5 is equal to or higher than the threshold voltage Vth at which the switch element Q5 is turned on. Adjust to.
次に、実施例５のゲート駆動回路の動作について説明する。ここでは、各部の電圧として、入力電圧が９〜１２Ｖまで変化，電源ＶＤＤ＝１２Ｖ、スイッチＱ７のゲート-ソース間電圧は１Ｖ、定電流源Ｉａの定電流による抵抗Ｒ２の電圧降下は３Ｖとする。 Next, the operation of the gate drive circuit according to the fifth embodiment will be described. Here, as the voltage of each part, the input voltage changes from 9 to 12V, the power supply VDD = 12V, the gate-source voltage of the switch Q7 is 1V, and the voltage drop of the resistor R2 due to the constant current of the constant current source Ia is 3V. .
まず、入力電圧が１２Ｖで、ゲート−ソース間電圧制御回路がない場合、ゲート電圧は定電圧で駆動される。ここでは、ゲートに印加する電圧は８Ｖとする。これにより、スイッチ素子Ｑ５のゲート電圧は８Ｖになる。スイッチ素子Ｑ５がオンしているため、スイッチ素子Ｑ５のソース電圧はほぼ１２Ｖとなる。このため、スイッチ素子Ｑ５のゲート−ソース間は４Ｖとなり、スイッチ素子Ｑ５の閾値電圧Ｖｔｈが２Ｖであることから、スイッチ素子Ｑ５を十分にオンすることができる。 First, when the input voltage is 12 V and there is no gate-source voltage control circuit, the gate voltage is driven at a constant voltage. Here, the voltage applied to the gate is 8V. As a result, the gate voltage of the switch element Q5 becomes 8V. Since the switch element Q5 is on, the source voltage of the switch element Q5 is approximately 12V. For this reason, the voltage between the gate and the source of the switch element Q5 is 4V, and the threshold voltage Vth of the switch element Q5 is 2V. Therefore, the switch element Q5 can be sufficiently turned on.
入力電圧が１２Ｖで、ゲート−ソース間電圧制御回路がある場合、スイッチ素子Ｑ５のソースにスイッチＱ７のゲートが接続されていることから、スイッチ素子Ｑ５のゲート電圧は、スイッチ素子Ｑ５のソース電圧からスイッチＱ７のゲート−ソース間電圧と定電流源Ｉａの定電流による抵抗Ｒ２の電圧降下が減算される。 When the input voltage is 12V and there is a gate-source voltage control circuit, since the gate of the switch Q7 is connected to the source of the switch element Q5, the gate voltage of the switch element Q5 is derived from the source voltage of the switch element Q5. The voltage drop across the resistor R2 due to the gate-source voltage of the switch Q7 and the constant current of the constant current source Ia is subtracted.
入力電圧が１２Ｖの場合、スイッチ素子Ｑ５のソースが１２Ｖ、スイッチＱ７のゲート−ソース間電圧が１Ｖ、抵抗Ｒ２の電圧降下が３Ｖとすると、スイッチ素子Ｑ５のゲート電圧は８Ｖになる。これにより、スイッチ素子Ｑ５のゲート−ソース間電圧は、４Ｖとなり、スイッチＱ７の閾値電圧Ｖｔｈが２Ｖであることから、スイッチ素子Ｑ５を十分にオンすることができる。入力電圧が１２Ｖの場合には、ゲート電圧制御回路がなくてもスイッチ素子Ｑ５をオンオフ制御できる。 When the input voltage is 12V, if the source of the switch element Q5 is 12V, the gate-source voltage of the switch Q7 is 1V, and the voltage drop of the resistor R2 is 3V, the gate voltage of the switch element Q5 is 8V. As a result, the gate-source voltage of the switch element Q5 becomes 4V, and the threshold voltage Vth of the switch Q7 is 2V, so that the switch element Q5 can be sufficiently turned on. When the input voltage is 12 V, the switch element Q5 can be controlled on and off without a gate voltage control circuit.
入力電圧が９Ｖで、ゲート−ソース間電圧制御回路がない場合、ゲート電圧は定電圧で駆動される。ここでは、ゲートに印加する電圧は８Ｖとする。これにより、スイッチ素子Ｑ５のゲート電圧は８Ｖになる。スイッチ素子Ｑ５がオンできれば、スイッチ素子Ｑ５のソース電圧はほぼ９Ｖとなるが、スイッチ素子Ｑ５のゲート−ソース間は１Ｖとなり、スイッチ素子Ｑ５の閾値電圧Ｖｔｈが２Ｖであることから、スイッチ素子Ｑ５をオンすることができない。 When the input voltage is 9 V and there is no gate-source voltage control circuit, the gate voltage is driven at a constant voltage. Here, the voltage applied to the gate is 8V. As a result, the gate voltage of the switch element Q5 becomes 8V. If the switch element Q5 can be turned on, the source voltage of the switch element Q5 becomes approximately 9V, but the gate-source of the switch element Q5 becomes 1V, and the threshold voltage Vth of the switch element Q5 is 2V. I can't turn it on.
入力電圧が９Ｖで、ゲート−ソース間電圧制御回路がある場合は、スイッチ素子Ｑ５のソースにスイッチＱ７のゲートが接続されていることから、スイッチ素子Ｑ５のゲート電圧は、スイッチ素子Ｑ５のソース電圧からスイッチＱ７のゲート−ソース間電圧と定電流源Ｉａの定電流による抵抗Ｒ２の電圧降下が減算された電圧となる。 When the input voltage is 9 V and there is a gate-source voltage control circuit, since the gate of the switch Q7 is connected to the source of the switch element Q5, the gate voltage of the switch element Q5 is the source voltage of the switch element Q5. Is obtained by subtracting the voltage drop of the resistor R2 due to the gate-source voltage of the switch Q7 and the constant current of the constant current source Ia.
入力電圧が９Ｖの場合、スイッチ素子Ｑ５のソースが９Ｖ、スイッチＱ７のゲート−ソース間電圧が１Ｖ、抵抗Ｒ２の電圧降下が３Ｖとすると、スイッチ素子Ｑ５のゲート電圧は５Ｖになる。これにより、スイッチ素子Ｑ５のゲート−ソース間電圧は、４Ｖとなり、スイッチ素子Ｑ５の閾値電圧Ｖｔｈが２Ｖであることから、スイッチ素子Ｑ５を十分にオンすることができる。 When the input voltage is 9V, if the source of the switch element Q5 is 9V, the gate-source voltage of the switch Q7 is 1V, and the voltage drop of the resistor R2 is 3V, the gate voltage of the switch element Q5 is 5V. As a result, the gate-source voltage of the switch element Q5 becomes 4V, and the threshold voltage Vth of the switch element Q5 is 2V, so that the switch element Q5 can be sufficiently turned on.
このように、実施例５のゲート駆動回路によれば、ゲート−ソース間電圧制御回路が、入力電圧の変動範囲に対応して、スイッチ素子Ｑ５のゲート−ソース間電圧を、スイッチ素子Ｑ５がオンする閾値電圧以上の電圧に調整するので、入力電圧が変化しても、スイッチ素子Ｑ５のゲート−ソース間電圧は、一定電圧を確保され、安定して、スイッチ素子Ｑ５をオンオフ制御できる。 Thus, according to the gate drive circuit of the fifth embodiment, the gate-source voltage control circuit controls the gate-source voltage of the switch element Q5 in response to the input voltage fluctuation range, and the switch element Q5 is turned on. Therefore, even when the input voltage changes, the gate-source voltage of the switch element Q5 is secured at a constant voltage, and the switch element Q5 can be controlled on and off stably.
（実施例６）
図６は、本発明の実施例６のゲート駆動回路の回路構成図である。実施例６のゲート駆動回路は、図４に示すゲート駆動回路に対して、実施例４のＰ型のＭＯＳＦＥＴからなるスイッチＱ７を、バイポーラ型のＮＰＮトランジスタからなるスイッチＱ８に置き換えたことを特徴とする。図６のその他の構成は、図４に示すゲート駆動回路の構成と同じであるので、その他の構成の説明は省略する。
(Example 6)
FIG. 6 is a circuit configuration diagram of the gate drive circuit according to the sixth embodiment of the present invention. The gate drive circuit of the sixth embodiment is characterized in that the switch Q7 made of the P-type MOSFET of the fourth embodiment is replaced with a switch Q8 made of a bipolar NPN transistor in the gate drive circuit shown in FIG. To do. The other configuration in FIG. 6 is the same as the configuration of the gate drive circuit shown in FIG.
スイッチＱ８のベースは、スイッチ素子Ｑ５のソースとスイッチ素子Ｑ６のソースに接続され、エミッタは抵抗Ｒ２の他端に接続され、コレクタは電源ＶＤＤに接続されている。バイポーラトランジスタからなるスイッチＱ８の閾値電圧は、ＭＯＳＦＥＴからなるスイッチＱ７の閾値電圧よりも低いので、スイッチ素子Ｑ５，Ｑ６のゲート−ソース間電圧を低い制御する場合に適している。 The base of the switch Q8 is connected to the source of the switch element Q5 and the source of the switch element Q6, the emitter is connected to the other end of the resistor R2, and the collector is connected to the power supply VDD. Since the threshold voltage of the switch Q8 made of a bipolar transistor is lower than the threshold voltage of the switch Q7 made of a MOSFET, it is suitable for controlling the gate-source voltages of the switch elements Q5 and Q6 to be low.
（実施例７）
図７は、本発明の実施例７のゲート駆動回路の回路構成図である。実施例７のゲート駆動回路は、実施例１のゲート駆動回路に、さらに、ゲート電圧可変回路を追加したことを特徴とする。
(Example 7)
FIG. 7 is a circuit configuration diagram of the gate drive circuit according to the seventh embodiment of the present invention. The gate drive circuit according to the seventh embodiment is characterized in that a gate voltage variable circuit is further added to the gate drive circuit according to the first embodiment.
ゲート電圧可変回路は、直流電源Ｅ１、オペアンプＯＰ、スイッチＱ９〜Ｑ１２、抵抗Ｒ３からなる。スイッチＱ９は、本発明の第１のＭＯＳＦＥＴに対応し、スイッチＱ１０は、本発明の第２のＭＯＳＦＥＴに対応し、スイッチＱ９，Ｑ１０は、カレントミラー回路からなり、定電流源Ｉａを構成する。 The gate voltage variable circuit includes a DC power supply E1, an operational amplifier OP, switches Q9 to Q12, and a resistor R3. The switch Q9 corresponds to the first MOSFET of the present invention, the switch Q10 corresponds to the second MOSFET of the present invention, and the switches Q9 and Q10 are formed of a current mirror circuit and constitute the constant current source Ia.
スイッチＱ９，Ｑ１０は、Ｐ型のＭＯＳＦＥＴからなり、スイッチＱ９，Ｑ１０のソースは、電源ＢＡＴＴに接続され、スイッチＱ９，Ｑ１０のゲートとスイッチＱ９のドレインは、Ｎ型のＭＯＳＦＥＴからなるスイッチＱ１１のドレインに接続される。スイッチＱ１０のドレインは、抵抗Ｒ１の一端に接続される。 The switches Q9 and Q10 are made of P-type MOSFETs, the sources of the switches Q9 and Q10 are connected to the power supply BATT, and the gates of the switches Q9 and Q10 and the drain of the switch Q9 are drains of the switch Q11 made of an N-type MOSFET. Connected to. The drain of the switch Q10 is connected to one end of the resistor R1.
直流電源Ｅ１の正極は、オペアンプＯＰの非反転入力端子（＋）に接続され、直流電源Ｅ１の負極は、接地される。オペアンプＯＰの出力端子はスイッチＱ１１のゲートに接続される。オペアンプＯＰの反転入力端子（−）は、スイッチＱ１１のソースと抵抗Ｒ３の一端に接続される。 The positive electrode of the DC power supply E1 is connected to the non-inverting input terminal (+) of the operational amplifier OP, and the negative electrode of the DC power supply E1 is grounded. The output terminal of the operational amplifier OP is connected to the gate of the switch Q11. The inverting input terminal (−) of the operational amplifier OP is connected to the source of the switch Q11 and one end of the resistor R3.
抵抗Ｒ３の他端は、Ｐ型のＭＯＳＦＥＴからなるスイッチＱ１２のソースに接続される。スイッチＱ１２のソースとゲートとは接地されている。 The other end of the resistor R3 is connected to the source of the switch Q12 made of a P-type MOSFET. The source and gate of the switch Q12 are grounded.
次に、このように構成された実施例７のゲート駆動回路に設けられたゲート電圧可変回路の動作を説明する。 Next, the operation of the gate voltage variable circuit provided in the gate drive circuit of the seventh embodiment configured as described above will be described.
まず、オペアンプＯＰの非反転入力端子に直流電源Ｅ１の直流電圧が入力されると、スイッチＱ１１と抵抗Ｒ３との接続箇所には、電圧Ｅ１が出力される。抵抗Ｒ３に接続されるスイッチＱ１２のゲート−ソース間電圧をＶｇｓとすると、定電流源Ｉａの基準電流Ｉ１、即ち、スイッチＱ９とスイッチＱ１１と抵抗Ｒ３とスイッチＱ１２の直列回路に流れる電流は、以下の式より導かれる。
Ｉ１＝（Ｅ１−Ｖｇｓ）／Ｒ３
スイッチＱ９，Ｑ１０は、カレントミラー回路となっているため、定電流源Ｉａの出力電流Ｉ２は、基準電流Ｉ１と同じ電流となり、スイッチＱ１０と抵抗Ｒ１とスイッチＱ３との直列回路に流れる。なお、スイッチＱ１２は、スイッチＱ３のゲート−ソース間電圧の温度特性による変化を補正する。
First, when the DC voltage of the DC power supply E1 is input to the non-inverting input terminal of the operational amplifier OP, the voltage E1 is output to the connection point between the switch Q11 and the resistor R3. If the gate-source voltage of the switch Q12 connected to the resistor R3 is Vgs, the reference current I1 of the constant current source Ia, that is, the current flowing through the series circuit of the switch Q9, the switch Q11, the resistor R3, and the switch Q12 is Derived from the formula
I1 = (E1-Vgs) / R3
Since the switches Q9 and Q10 are current mirror circuits, the output current I2 of the constant current source Ia becomes the same current as the reference current I1, and flows through a series circuit of the switch Q10, the resistor R1, and the switch Q3. The switch Q12 corrects a change due to the temperature characteristic of the gate-source voltage of the switch Q3.
このような構成によれば、直流電源Ｅ１の直流電圧を可変することで、出力電流Ｉ２が可変する。このため、可変した出力電流Ｉ２により、抵抗Ｒ１の電圧降下が可変することから、スイッチＱ１，Ｑ２のゲート−ソース間電圧を任意に設定することができる。 According to such a configuration, the output current I2 is varied by varying the DC voltage of the DC power supply E1. For this reason, since the voltage drop of the resistor R1 is varied by the variable output current I2, the gate-source voltages of the switches Q1 and Q2 can be arbitrarily set.
ＶＤＤ 電源
ＩＮ 入力端子
ＯＵＴ 出力端子
Ｒ１〜Ｒ３ 抵抗
Ｑ１ 第１スイッチ素子
Ｑ２ 第２スイッチ素子
Ｑ３〜Ｑ１２ スイッチ
Ｉａ 定電流源
Ｅ１ 直流電源
ＯＰ オペアンプ
VDD power supply IN input terminal OUT output terminals R1 to R3 resistor Q1 first switch element Q2 second switch elements Q3 to Q12 switch Ia constant current source E1 DC power supply OP operational amplifier
Claims (8)
前記入力電圧の変動範囲に対応して、前記スイッチ素子のゲート−ソース間電圧を、前記スイッチ素子がオンする閾値電圧以上の電圧に調整するゲート−ソース間電圧制御回路を備えることを特徴とするゲート駆動回路。 A gate drive circuit for applying a voltage to a gate of a switch element connected between an input terminal for inputting an input voltage and an output terminal connected to a load to turn the switch element on and off;
A gate-source voltage control circuit is provided that adjusts the gate-source voltage of the switch element to a voltage equal to or higher than a threshold voltage at which the switch element is turned on corresponding to the fluctuation range of the input voltage. Gate drive circuit.
一端が電源に接続された定電流源と、
一端が前記定電流源の他端と前記スイッチ素子のゲートに接続された抵抗と、
前記抵抗の他端にソースが接続され、前記スイッチ素子のソースにゲートが接続され、ドレインが固定電位に設定された前記スイッチ素子とは異種のスイッチと、
を備えることを特徴とする請求項1記載のゲート駆動回路。 The gate-source voltage control circuit includes:
A constant current source with one end connected to the power supply;
A resistor having one end connected to the other end of the constant current source and the gate of the switch element;
A source connected to the other end of the resistor, a gate connected to the source of the switch element, and a switch different from the switch element in which the drain is set to a fixed potential;
2. The gate drive circuit according to claim 1, further comprising:
前記第１スイッチ素子のドレインに前記入力電圧が入力され、前記第２スイッチ素子のドレインが前記出力端子に接続され、前記第１スイッチ素子のソースと前記第２スイッチ素子とのソースが前記スイッチのゲートに接続され、前記第１スイッチ素子のゲートと前記第２スイッチ素子のゲートが前記定電流源の他端と前記抵抗の一端とに接続されることを特徴とする請求項２又は請求項３記載のゲート駆動回路。 The switch element includes a first switch element made of an N-type MOSFET and a second switch element made of an N-type MOSFET,
The input voltage is input to the drain of the first switch element, the drain of the second switch element is connected to the output terminal, and the source of the first switch element and the source of the second switch element are the switches of the switch The gate of the said 1st switch element and the gate of the said 2nd switch element are connected to the gate, The other end of the said constant current source and the one end of the said resistor are connected, The Claim 2 or Claim 3 characterized by the above-mentioned. The gate drive circuit described.
電源にドレインが接続され、前記スイッチ素子のソースにゲートが接続され、前記スイッチ素子とは異種のスイッチと、
一端が前記スイッチのソースに接続され、他端が前記スイッチ素子のゲートに接続された抵抗と、
一端が前記抵抗の他端に接続され、他端が固定電位に設定された定電流源と、
を備えることを特徴とする請求項1記載のゲート駆動回路。 The gate-source voltage control circuit includes:
A drain is connected to the power source, a gate is connected to a source of the switch element, a switch different from the switch element,
One end connected to the source of the switch and the other end connected to the gate of the switch element;
A constant current source having one end connected to the other end of the resistor and the other end set to a fixed potential;
2. The gate drive circuit according to claim 1, further comprising:
前記第１スイッチ素子のドレインに前記入力電圧が入力され、前記第２スイッチ素子のドレインが前記出力端子に接続され、前記第１スイッチ素子のソースと前記第２スイッチ素子とのソースが前記スイッチのゲートに接続され、前記第１スイッチ素子のゲートと前記第２スイッチ素子のゲートが前記定電流源の一端と前記抵抗の他端とに接続されることを特徴とする請求項５又は請求項６記載のゲート駆動回路。 The switch element includes a first switch element made of a P-type MOSFET and a second switch element made of a P-type MOSFET,
The input voltage is input to the drain of the first switch element, the drain of the second switch element is connected to the output terminal, and the source of the first switch element and the source of the second switch element are the switches of the switch The gate of the said 1st switch element and the gate of the said 2nd switch element are connected to the gate, The one end of the said constant current source and the other end of the said resistor are connected, The Claim 5 or Claim 6 characterized by the above-mentioned. The gate drive circuit described.
さらに、直流電源の電圧を可変することにより前記第１のＭＯＳＦＥＴを介して前記第２のＭＯＳＦＥＴに流れる電流を可変させ、前記抵抗の電圧降下を可変させることにより前記スイッチ素子のゲート−ソース間電圧を可変させるゲート電圧可変回路を備えることを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれか１項記載のゲート駆動回路。 The constant current source is a mirror circuit composed of a first MOSFET and a second MOSFET connected to the resistor,
Further, by varying the voltage of the DC power supply, the current flowing through the second MOSFET via the first MOSFET is varied, and by varying the voltage drop of the resistor, the gate-source voltage of the switch element. 5. The gate drive circuit according to claim 2, further comprising a gate voltage variable circuit that varies the voltage.
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