JP2019071769A - Drive circuit for output transistor, semiconductor device, and automobile - Google Patents

Drive circuit for output transistor, semiconductor device, and automobile Download PDF

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Abstract

To reduce an on-resistance of an output transistor Min such a situation that an input voltage Vis low.SOLUTION: A drive circuit 200 drives an output transistor Mdepending on a control signal S. A gate of a first transistor Mis biased, and a source thereof is connected with an internal line 201. A control electrode of the output transistor Mis applied with a voltage Vof the internal line 201 during an ON period of the output transistor M. A voltage correction circuit 270 acts on the internal line 201 to gently reduce the voltage Vof the internal line 201 with time.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、PチャンネルあるいはPNP型のトランジスタの駆動技術に関する。   The present invention relates to a driving technology of a P-channel or PNP transistor.

スイッチングレギュレータ、インバータ、コンバータ、リレーの駆動回路は、ハーフブリッジ回路やフルブリッジ(Hブリッジ)回路などのスイッチング出力回路を備える。   A drive circuit of a switching regulator, an inverter, a converter, and a relay includes a switching output circuit such as a half bridge circuit or a full bridge (H bridge) circuit.

図1は、本発明者が検討した出力回路1の構成を示す回路図である。出力回路1は、出力トランジスタMおよび駆動回路2を備える。出力トランジスタMは、PチャンネルMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)であり、ソースが入力端子INと接続され、ドレインが出力端子OUTと接続される。駆動回路2は、制御信号SCTRLに応じて、出力トランジスタMのゲート電圧Vを制御する。 FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of an output circuit 1 examined by the present inventor. The output circuit 1 includes an output transistor M H and a drive circuit 2. The output transistor M H is a P-channel MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), the source is connected to the input terminal IN, and the drain is connected to the output terminal OUT. The drive circuit 2 controls the gate voltage V G of the output transistor M H in response to the control signal S CTRL .

入力電圧VINが比較的低いアプリケーションでは、ゲート電圧Vを、入力電圧VINと接地電圧VGNDの間でスイッチングさせるのが一般的である。しかしながら、入力電圧VINが高いアプリケーションでは、出力トランジスタMのゲート耐圧等を考慮して、ゲート電圧Vを、入力電圧VINと、所定電圧VREGB(=VIN−ΔV)の間でスイッチングさせるのが一般的である。ΔVは、出力トランジスタMのゲートソース間電圧の振幅に相当し、出力トランジスタMのゲートソース間しきい値VGS(th)より大きく定められる。たとえばΔV=5V程度である。 In applications where the input voltage V IN is relatively low, it is common to switch the gate voltage V G between the input voltage V IN and the ground voltage V GND . However, in applications where the input voltage V IN is high, the gate voltage V G is set between the input voltage V IN and the predetermined voltage V REGB (= V IN −ΔV) in consideration of the gate withstand voltage of the output transistor M H and the like. It is common to switch. ΔV is the output transistor corresponds to the amplitude of the gate-source voltage of M H, defined greater than the output transistor M H of the gate-source threshold V GS (th). For example, ΔV = 5 V or so.

駆動回路2は、ドライバ4、電圧源6、レベルシフタ8を含む。電圧源6は、入力電圧VINよりも所定電圧ΔVだけ低い電源電圧(内部電源電圧とも称する)VREGBを生成する。ドライバ4の上側電源端子には入力電圧VINが、下側電源端子には、内部電源電圧VREGBが供給される。レベルシフタ8は、電源電圧VREGをハイ、接地電圧VGNDをローとする制御信号SCTRLを、VINをハイ、VREGBをローとする制御信号SCTRL’にレベルシフトし、ドライバ4に供給する。ドライバ4は、制御信号SCTRL’に応じて、ハイ(VIN)、ロー(VREGB)の範囲で変化するゲート電圧Vを生成する。 The drive circuit 2 includes a driver 4, a voltage source 6, and a level shifter 8. The voltage source 6 generates a power supply voltage (also referred to as an internal power supply voltage) V REGB lower than the input voltage V IN by a predetermined voltage ΔV. The input voltage V IN is supplied to the upper power supply terminal of the driver 4, and the internal power supply voltage V REGB is supplied to the lower power supply terminal. The level shifter 8 shifts the level of the control signal S CTRL that makes the power supply voltage V REG high and the ground voltage V GND low to a control signal S CTRL 'that makes V IN high and V REGB low, and supplies the driver 4 Do. The driver 4 generates a gate voltage V G which changes in the range of high (V IN ) and low (V REGB ) in response to the control signal S CTRL '.

電圧源6は、ソースフォロア型のクランプ回路で構成される。具体的には第1トランジスタMのゲートには、入力電圧VINよりも所定電圧(V)低いバイアス電圧VBIASが供給される。第1トランジスタMのゲートソース間電圧をVTHとするとき、以下の関係が成り立つ。
REGB=VIN−V+VTH=VBIAS+VTH
すなわち出力トランジスタMのゲートソース間電圧VGSの振幅ΔVは、ΔV=(V−VTH)となる。
The voltage source 6 is configured of a source follower type clamp circuit. Specifically, a bias voltage V BIAS lower than the input voltage V IN by a predetermined voltage (V Z ) is supplied to the gate of the first transistor M 1 . When the first gate-source voltage of the transistor M 1 and V TH, the following relationship holds.
V REGB = V IN −V Z + V TH = V BIAS + V TH
That is, the amplitude ΔV of the voltage V GS between the gate and the source of the output transistor M H is ΔV = (V Z −V TH ).

特開2017−77145号公報JP, 2017-77145, A

(第1の課題)
以上が出力回路1の構成である。本発明者らは、図1の出力回路1について検討した結果、以下の課題を認識するに至った。
(First issue)
The above is the configuration of the output circuit 1. As a result of examining the output circuit 1 of FIG. 1, the present inventors came to recognize the following problems.

図2は、図1の電圧源6の入出力特性を示す図である。横軸は入力電圧VINを示す。図2には、内部電源電圧VREGBに加えて、入力電圧VIN、およびバイアス電圧VBIASが示される。 FIG. 2 is a diagram showing input / output characteristics of the voltage source 6 of FIG. The horizontal axis indicates the input voltage V IN . FIG. 2 shows the input voltage V IN and the bias voltage V BIAS in addition to the internal power supply voltage V REGB .

電圧源6が正常に動作するためには、第1トランジスタMのゲートの電位VBIASが、電流源7の飽和電圧VSATより高くなければならない。
BIAS>VSAT
すなわち、VIN<VSAT+Vである低電圧領域では、VINとVREGBの差分ΔV、すなわち出力トランジスタMのゲートソース間電圧VGSが小さくなる。出力トランジスタMのゲートソース間電圧VGSが小さいと、そのオン抵抗RONが大きくなり、損失が大きくなる。
In order for the voltage source 6 to operate properly, the potential V BIAS of the gate of the first transistor M 1 must be higher than the saturation voltage V SAT of the current source 7.
V BIAS > V SAT
That is, in the low voltage region where V IN <V SAT + V Z , the difference ΔV between V IN and V REGB , that is, the gate-source voltage V GS of the output transistor M H becomes small. When the voltage V GS between the gate and the source of the output transistor M H is small, the on resistance R ON becomes large and the loss becomes large.

本発明者は、この問題を解決するために、図3の駆動回路を検討した。図3は、比較技術に係る駆動回路2Rの回路図である。駆動回路2Rは、減電圧検出回路10およびスイッチSW1を備える。減電圧検出回路10は、入力電圧VINを所定のしきい値と比較し、減電圧状態を検出する。スイッチSW1は、内部電源電圧VREGBの発生するラインと接地の間に設けられる。減電圧状態においてスイッチSWがオンとなると、内部電源電圧VREGBは、接地電圧VGND(=0V)まで低下し、出力トランジスタMのゲート電圧Vに接地電圧VGNDを与えることができる。 The inventor examined the drive circuit of FIG. 3 in order to solve this problem. FIG. 3 is a circuit diagram of a drive circuit 2R according to a comparison technique. The drive circuit 2R includes a voltage reduction detection circuit 10 and a switch SW1. The reduced voltage detection circuit 10 compares the input voltage V IN with a predetermined threshold to detect a reduced voltage state. Switch SW1 is provided between the line on which internal power supply voltage V REGB is generated and the ground. When the reduced voltage state switch SW is turned on, the internal power supply voltage V REGB can provide lowered to the ground voltage V GND (= 0V), the ground voltage V GND to the gate voltage V G of the output transistor M H.

別のアプローチとして、スイッチSW1に代えて、出力トランジスタMのゲートと接地の間にスイッチSW2が設け、減電圧状態においてスイッチSW2をオンする方法も考えられる。 As another approach, a switch SW2 may be provided between the gate of the output transistor M H and the ground instead of the switch SW1, and the switch SW2 may be turned on in the low voltage state.

図3の駆動回路2Rでは、入力電圧VINが低い状態においても、出力トランジスタMのオン抵抗を小さく維持できる。しかしながら減電圧検出回路10の誤動作によって、入力電圧VINが十分に高いにもかかわらず、スイッチSW1あるいはSW2がオンとなると、出力トランジスタMのゲートソース間に過電圧が印加されることとなり、回路の信頼性が損なわれる。 In the drive circuit 2R of FIG. 3, even when the input voltage V IN is low, the on resistance of the output transistor M H can be kept small. However, if the switch SW1 or SW2 is turned on even though the input voltage V IN is sufficiently high due to the malfunction of the reduced voltage detection circuit 10, an overvoltage will be applied between the gate and source of the output transistor M H. Unreliable.

なおここでは入力電圧VINが低い状態にフォーカスして、課題の一側面を説明したが、本発明の適用は、入力電圧VINが低い状態に限定されるものではない。 Although one aspect of the problem is described here focusing on a state in which the input voltage V IN is low, the application of the present invention is not limited to the state in which the input voltage V IN is low.

(第2の課題)
図4は、本発明者が検討した出力回路1の構成を示す回路図である。出力回路1は、出力トランジスタMおよび駆動回路2を備える。出力トランジスタMは、PチャンネルMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)であり、ソースが入力端子INと接続され、ドレインが出力端子OUTと接続される。駆動回路2は、制御信号SCTRLに応じて、出力トランジスタMのゲート電圧Vを制御する。
(Second issue)
FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration of the output circuit 1 examined by the present inventor. The output circuit 1 includes an output transistor M H and a drive circuit 2. The output transistor M H is a P-channel MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), the source is connected to the input terminal IN, and the drain is connected to the output terminal OUT. The drive circuit 2 controls the gate voltage V G of the output transistor M H in response to the control signal S CTRL .

入力電圧VINが比較的低いアプリケーションでは、ゲート電圧Vを、入力電圧VINと接地電圧VGNDの間でスイッチングさせるのが一般的である。しかしながら、入力電圧VINが高いアプリケーションでは、出力トランジスタMのゲート耐圧等を考慮して、ゲート電圧Vを、入力電圧VINと、所定電圧VREGB(=VIN−ΔV)の間でスイッチングさせるのが一般的である。ただし、ΔVは4〜5V程度であり、出力トランジスタMのゲートソース間しきい値VGS(th)より大きく定められる。 In applications where the input voltage V IN is relatively low, it is common to switch the gate voltage V G between the input voltage V IN and the ground voltage V GND . However, in applications where the input voltage V IN is high, the gate voltage V G is set between the input voltage V IN and the predetermined voltage V REGB (= V IN −ΔV) in consideration of the gate withstand voltage of the output transistor M H and the like. It is common to switch. However, ΔV is approximately 4 to 5 V, and is determined to be larger than the threshold voltage V GS (th) between the gate and the source of the output transistor M H.

駆動回路2は、ドライバ4、電圧源6、レベルシフタ8を含む。電圧源6は、入力電圧VINよりも所定電圧ΔVだけ低い電源電圧VREGBを生成する。ドライバ4の上側電源端子には入力電圧VINが、下側電源端子には、電源電圧VREGBが供給される。レベルシフタ8は、電源電圧VDDをハイ、接地電圧VGNDをローとする制御信号SCTRLを、VINをハイ、VREGBをローとする制御信号SCTRL’にレベルシフトし、ドライバ4に供給する。ドライバ4は、制御信号SCTRL’に応じて、ハイ(VIN)、ロー(VREGB)の範囲で変化するゲート電圧Vを生成する。 The drive circuit 2 includes a driver 4, a voltage source 6, and a level shifter 8. The voltage source 6 generates a power supply voltage V REGB lower than the input voltage V IN by a predetermined voltage ΔV. The input voltage V IN is supplied to the upper power supply terminal of the driver 4, and the power supply voltage V REGB is supplied to the lower power supply terminal. The level shifter 8 shifts the level of the control signal S CTRL that makes the power supply voltage V DD high and the ground voltage V GND low to a control signal S CTRL 'that makes V IN high and V REGB low, and supplies it to the driver 4 Do. The driver 4 generates a gate voltage V G which changes in the range of high (V IN ) and low (V REGB ) in response to the control signal S CTRL '.

以上が出力回路1の構成である。本発明者らは、図4の出力回路1について検討した結果、以下の課題を認識するに至った。出力トランジスタMをターンオフする際に、ドライバ4は、出力トランジスタMのゲートに電流Iをソースする。これにより出力トランジスタMのゲート容量が充電され、ゲート電圧VがVIN付近まで上昇する。 The above is the configuration of the output circuit 1. As a result of examining the output circuit 1 of FIG. 4, the present inventors came to recognize the following problem. When turning off the output transistor M H , the driver 4 sources a current I 1 to the gate of the output transistor M H. As a result, the gate capacitance of the output transistor M H is charged, and the gate voltage V G rises to near V IN .

反対に出力トランジスタMをターンオンする際に、ドライバ4は、出力トランジスタMのゲートから、電流Iをシンクする。これにより出力トランジスタMのゲート容量が放電され、ゲート電圧Vが電源電圧VREGB付近まで低下する。 Conversely, when turning on the output transistor M H , the driver 4 sinks a current I 2 from the gate of the output transistor M H. As a result, the gate capacitance of the output transistor M H is discharged, and the gate voltage V G falls to near the power supply voltage V REGB .

ドライバ4がシンクする電流Iは、電源電圧VREGBの発生する内部電源ライン11に流れ込むため、電源電圧VREGBを変動させる要因となる。電源電圧VREGBの変動を抑制するために、内部電源ライン11と入力端子INの間に、比較的容量の大きいキャパシタCを設ける必要がある。キャパシタCをIC(Integrated Circuit)の内部に集積化すれば、チップ面積が増大し、コストが増加する。またキャパシタCをIC(Integrated Circuit)に外付けする構成をとる場合、部品点数が増え、また内部電源ライン11に外付けのキャパシタCを接続するために、ICに追加のピンが必要となる。 Current I 2 driver 4 sinks, since flows into the internal power supply line 11 for generating the power supply voltage V REGB, becomes a factor to vary the power supply voltage V REGB. To suppress supply voltage V REGB, between the input terminal IN and the internal power supply line 11, it is necessary to provide a large capacitor C 1 of the relatively capacity. If inside integration of the capacitor C 1 IC (Integrated Circuit), the chip area increases, cost increases. In the case where a configuration for an external capacitor C 1 to the IC (Integrated the Circuit), number of parts increases, and in order to connect the capacitor C 1 of the external to the internal power supply line 11, requires additional pins on the IC Become.

本発明は係る課題に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、出力トランジスタMのオン抵抗を小さくできる駆動回路の提供にある。また別の態様の例示的な目的のひとつは、キャパシタの容量を小さくし、あるいはキャパシタが不要な、出力回路の提供にある。 The present invention has been made in view of such problems, and one of the exemplary objects of an aspect thereof is to provide a drive circuit that can reduce the on resistance of the output transistor M H. One of the exemplary objects of another aspect is to provide an output circuit which reduces the capacitance of the capacitor or does not require the capacitor.

1. 本発明のある態様は、入力電圧を受ける入力端子と出力端子の間に設けられる出力トランジスタを、制御信号に応じて駆動する駆動回路に関する。駆動回路は、内部ラインと、ゲートまたはベースである制御電極がバイアスされ、ソースまたはエミッタである第1電極が内部ラインと接続される第1トランジスタと、内部ラインに作用し、内部ラインの電圧を時間的に緩やかに低下させる電圧補正回路と、を備える。出力トランジスタのゲートまたはベースである制御電極には、そのオン期間において内部ラインの電圧が印加される。 1. One embodiment of the present invention relates to a drive circuit which drives an output transistor provided between an input terminal receiving an input voltage and an output terminal according to a control signal. In the drive circuit, an internal line and a control electrode which is a gate or a base are biased, and a first electrode which is a source or an emitter is connected to the internal line and acts on the internal line; And V. a voltage correction circuit that gradually decreases temporally. The voltage of the internal line is applied to the control electrode which is the gate or base of the output transistor during its on period.

本発明の別の態様もまた、駆動回路である。この駆動回路は、出力トランジスタのゲートまたはベースである制御電極と接続される内部ラインと、ゲートまたはベースである制御電極がバイアスされ、ソースまたはエミッタである第1電極が内部ラインと接続される第1トランジスタと、第1トランジスタのドレインまたはコレクタである第2電極と接地の間に設けられ、制御信号に応じてオン、オフする第2トランジスタと、内部ラインから補助電流をシンクする電流源と、入力端子と内部ラインの間に設けられたインピーダンス素子と、を備える。   Another aspect of the present invention is also a drive circuit. The drive circuit includes an internal line connected to a control electrode that is the gate or base of the output transistor, a control electrode that is the gate or base biased, and a first electrode that is the source or emitter connected to the internal line. A second transistor which is provided between one transistor and a second electrode which is the drain or collector of the first transistor and the ground, and which turns on and off according to the control signal, and a current source which sinks an auxiliary current from an internal line; And an impedance element provided between the input terminal and the internal line.

本発明のさらに別の態様もまた、駆動回路である。この駆動回路は、内部ラインと、ゲートまたはベースである制御電極がバイアスされ、ソースまたはエミッタである第1電極が内部ラインと接続される第1トランジスタと、入力端子と接続される上側電源端子、内部ラインと接続される下側電源端子、出力トランジスタのゲートまたはベースである制御電極と接続される出力端子を有し、制御信号に応じて出力トランジスタを駆動するドライバと、内部ラインから補助電流をシンクする電流源と、入力端子と内部ラインの間に設けられたインピーダンス素子と、を備える。   Yet another aspect of the present invention is also a drive circuit. The drive circuit includes an internal line and a first transistor in which a control electrode which is a gate or a base is biased and a first electrode which is a source or an emitter is connected to the internal line, and an upper power supply terminal connected to an input terminal. It has a lower power supply terminal connected to the internal line, an output terminal connected to the control electrode which is the gate or base of the output transistor, and drives the output transistor according to the control signal, and the auxiliary current from the internal line A sink current source and an impedance element provided between an input terminal and an internal line.

2. 本発明のある態様は、入力端子と出力端子の間に設けられる出力トランジスタを駆動する駆動回路に関する。駆動回路は、その第1電極が出力トランジスタの制御電極と接続され、その制御電極がバイアスされる第1トランジスタと、第1トランジスタの第2電極と接地の間に設けられ、出力トランジスタのオン期間においてオンとなる第2トランジスタと、入力端子と出力トランジスタの制御電極の間に設けられる第3トランジスタと、出力トランジスタのオフ期間において第3トランジスタをオンするサブドライバと、を備える。サブドライバは、入力端子と第3トランジスタの制御電極の間に設けられた第2抵抗と、その第1電極が第3トランジスタの制御電極に接続され、その制御電極がバイアスされる第4トランジスタと、第4トランジスタの第2電極と接地の間に設けられ、出力トランジスタのオフ期間においてオンとなる第5トランジスタと、を含む。第1トランジスタの制御電極と、第4トランジスタの制御電極は、別々の電圧源によってバイアスされている。 2. One embodiment of the present invention relates to a drive circuit that drives an output transistor provided between an input terminal and an output terminal. The drive circuit is provided between the first transistor whose first electrode is connected to the control electrode of the output transistor and whose control electrode is biased, the second electrode of the first transistor and the ground, and the on period of the output transistor And a third transistor provided between the input terminal and the control electrode of the output transistor, and a sub driver for turning on the third transistor in the off period of the output transistor. The sub-driver includes a second resistor provided between the input terminal and the control electrode of the third transistor, and a fourth transistor whose first electrode is connected to the control electrode of the third transistor and whose control electrode is biased And a fifth transistor provided between the second electrode of the fourth transistor and the ground and turned on in the off period of the output transistor. The control electrode of the first transistor and the control electrode of the fourth transistor are biased by separate voltage sources.

本発明の別の態様は、半導体装置に関する。半導体装置は、出力トランジスタと、出力トランジスタを駆動する上述のいずれかの駆動回路と、を備えてもよい。   Another aspect of the present invention relates to a semiconductor device. The semiconductor device may include an output transistor and any of the above driver circuits for driving the output transistor.

本発明の別の態様は自動車に関する。自動車は、メカリレーと、メカリレーを駆動する半導体装置と、を備えてもよい。   Another aspect of the invention relates to a motor vehicle. An automobile may include a mechanical relay and a semiconductor device that drives the mechanical relay.

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。   It is to be noted that any combination of the above-described constituent elements, or one in which the constituent elements and expressions of the present invention are mutually replaced among methods, apparatuses, systems, etc. is also effective as an aspect of the present invention.

本発明のある態様によれば、出力トランジスタのオン抵抗を小さくできる。またある態様によれば、キャパシタの容量を小さくでき、あるいはキャパシタを不要にできる。   According to an aspect of the present invention, the on resistance of the output transistor can be reduced. Further, according to an aspect, the capacitance of the capacitor can be reduced or the capacitor can be omitted.

本発明者が検討した出力回路の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the output circuit which this inventor examined. 図1の電圧源の入出力特性を示す図である。It is a figure which shows the input-output characteristic of the voltage source of FIG. 比較技術に係る駆動回路の回路図である。It is a circuit diagram of the drive circuit concerning a comparison art. 本発明者が検討した出力回路の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the output circuit which this inventor examined. 実施の形態1に係る出力回路の回路図である。FIG. 1 is a circuit diagram of an output circuit according to a first embodiment. 図5の出力回路の入力電圧VINが高いとき(非低電圧状態)の動作を説明する図である。FIG. 6 is a diagram for explaining the operation when the input voltage V IN of the output circuit of FIG. 5 is high (non-low voltage state). 図5の出力回路の入力電圧VINが低いとき(低電圧領域)の動作を説明する図である。It is a figure explaining the operation | movement when the input voltage VIN of the output circuit of FIG. 5 is low (low voltage area | region). 図5の出力回路の入力電圧VINが低いとき(低電圧領域)の動作を説明する図である。It is a figure explaining the operation | movement when the input voltage VIN of the output circuit of FIG. 5 is low (low voltage area | region). 実施の形態2に係る出力回路の回路図である。FIG. 7 is a circuit diagram of an output circuit according to a second embodiment. 図9の出力回路の入力電圧VINが高いときの動作を説明する図である。It is a figure explaining operation | movement when the input voltage VIN of the output circuit of FIG. 9 is high. 図9の入力電圧VINが低いときの動作を説明する図である。It is a figure explaining the operation | movement when the input voltage VIN of FIG. 9 is low. 実施の形態3に係る出力回路の回路図である。FIG. 10 is a circuit diagram of an output circuit according to a third embodiment. リレー装置のブロック図である。It is a block diagram of a relay apparatus. リレー装置を備える自動車の斜視図である。1 is a perspective view of a motor vehicle provided with a relay device. 実施の形態4に係る出力回路の回路図である。FIG. 16 is a circuit diagram of an output circuit according to a fourth embodiment. 実施例4.1に係る出力回路を備える半導体装置の回路図である。It is a circuit diagram of a semiconductor device provided with an output circuit concerning Example 4.1. 図16の出力回路の動作波形図である。FIG. 17 is an operation waveform diagram of the output circuit of FIG. 実施例4.2に係る出力回路を備える半導体装置の回路図である。It is a circuit diagram of a semiconductor device provided with the output circuit concerning Example 4.2. 図18の出力回路の具体的な構成例の回路図である。FIG. 19 is a circuit diagram of a specific configuration example of the output circuit of FIG. 18; 実施例4.3に係る出力回路を備える半導体装置の回路図である。It is a circuit diagram of a semiconductor device provided with the output circuit concerning Example 4.3. 図20の出力回路の動作波形図である。FIG. 21 is an operation waveform diagram of the output circuit of FIG. 20. 実施例4.4に係る出力回路を備える半導体装置の回路図である。It is a circuit diagram of a semiconductor device provided with the output circuit concerning Example 4.4. 実施例4.5に係る出力回路を備える半導体装置の回路図である。51 is a circuit diagram of a semiconductor device including an output circuit according to Example 4.5.

(実施の形態の概要)
1. 本明細書に開示される一実施の形態は、入力電圧を受ける入力端子と出力端子の間に設けられる出力トランジスタを、制御信号に応じて駆動する駆動回路に関する。駆動回路は、内部ラインと、ゲートまたはベースである制御電極がバイアスされ、ソースまたはエミッタである第1電極が内部ラインと接続される第1トランジスタと、内部ラインに作用し、内部ラインの電圧を時間的に緩やかに低下させる電圧補正回路と、を備える。出力トランジスタのゲートまたはベースである制御電極には、そのオン期間において内部ラインの電圧が印加される。
(Overview of the embodiment)
1. One embodiment disclosed in the present specification relates to a drive circuit that drives an output transistor provided between an input terminal receiving an input voltage and an output terminal according to a control signal. In the drive circuit, an internal line and a control electrode which is a gate or a base are biased, and a first electrode which is a source or an emitter is connected to the internal line and acts on the internal line; And V. a voltage correction circuit that gradually decreases temporally. The voltage of the internal line is applied to the control electrode which is the gate or base of the output transistor during its on period.

電圧補正回路によって内部ラインの電圧を低下させることにより、出力トランジスタのゲート電圧のローレベルを低くでき、オン抵抗を小さくできる。   By lowering the voltage of the internal line by the voltage correction circuit, the low level of the gate voltage of the output transistor can be reduced, and the on-resistance can be reduced.

電圧補正回路は、内部ラインから補助電流をシンクする電流源を含んでもよい。補助電流によって内部ラインの電荷を引き抜くことにより、内部ラインの電圧を電流量に応じた傾きで緩やかに低下させることができる。   The voltage correction circuit may include a current source that sinks the auxiliary current from the internal line. By drawing out the charge of the internal line by the auxiliary current, the voltage of the internal line can be gently decreased at a slope corresponding to the amount of current.

一実施の形態において、駆動回路は、入力端子と接続される上側電源端子、内部ラインと接続される下側電源端子、出力トランジスタのゲートまたはベースである制御電極と接続される出力端子を有し、制御信号に応じて出力トランジスタを駆動するドライバをさらに備えてもよい。   In one embodiment, the drive circuit has an upper power supply terminal connected to the input terminal, a lower power supply terminal connected to the internal line, and an output terminal connected to the control electrode which is the gate or base of the output transistor. And a driver for driving the output transistor in accordance with the control signal.

一実施の形態において、補助電流は、出力トランジスタのオン期間において、ドライバが出力トランジスタの制御電極からシンクする電流より小さくてもよい。これにより補助電流は、通常のスイッチング動作中のターンオフに悪影響を与えない。   In one embodiment, the auxiliary current may be less than the current that the driver sinks from the control electrode of the output transistor during the on period of the output transistor. The auxiliary current thereby does not adversely affect the turn-off during normal switching operation.

一実施の形態において、駆動回路は、第1トランジスタのドレインまたはコレクタである第2電極と接地の間に設けられ、制御信号に応じてオン、オフする第2トランジスタをさらに備えてもよい。   In one embodiment, the drive circuit may further include a second transistor provided between the second electrode which is the drain or the collector of the first transistor and the ground, and turned on / off according to the control signal.

一実施の形態において、補助電流は、出力トランジスタのオン期間において、第2トランジスタを介して出力トランジスタの制御電極からシンクされる電流より小さくてもよい。これにより補助電流は、通常のスイッチング動作中のターンオフに悪影響を与えない。   In one embodiment, the auxiliary current may be less than the current sunk from the control electrode of the output transistor through the second transistor during the on period of the output transistor. The auxiliary current thereby does not adversely affect the turn-off during normal switching operation.

一実施の形態において、駆動回路は、入力端子と出力トランジスタの制御電極の間に設けられ、出力トランジスタをオフすべき期間にオンとなる第3トランジスタをさらに備えてもよい。補助電流は、出力トランジスタのオフ期間において第3トランジスタに流れる電流より小さくてもよい。これにより補助電流は通常のスイッチング動作のターンオフに悪影響を与えない。   In one embodiment, the drive circuit may further include a third transistor provided between the input terminal and the control electrode of the output transistor and turned on during a period when the output transistor is to be turned off. The auxiliary current may be smaller than the current flowing to the third transistor in the off period of the output transistor. As a result, the auxiliary current does not adversely affect the turn-off of the normal switching operation.

一実施の形態において、補助電流は、低電圧状態における出力トランジスタのオフ期間において、内部ラインに流れ込む電流より大きくてもよい。   In one embodiment, the auxiliary current may be larger than the current flowing into the internal line during the off period of the output transistor in the low voltage state.

本開示の別の態様もまた、駆動回路である。この駆動回路は、出力トランジスタのゲートまたはベースである制御電極と接続される内部ラインと、ゲートまたはベースである制御電極がバイアスされ、ソースまたはエミッタである第1電極が内部ラインと接続される第1トランジスタと、第1トランジスタのドレインまたはコレクタである第2電極と接地の間に設けられ、制御信号に応じてオン、オフする第2トランジスタと、内部ラインから補助電流をシンクする電流源と、入力端子と内部ラインの間に設けられたインピーダンス素子と、を備える。   Another aspect of the present disclosure is also a drive circuit. The drive circuit includes an internal line connected to a control electrode that is the gate or base of the output transistor, a control electrode that is the gate or base biased, and a first electrode that is the source or emitter connected to the internal line. A second transistor which is provided between one transistor and a second electrode which is the drain or collector of the first transistor and the ground, and which turns on and off according to the control signal, and a current source which sinks an auxiliary current from an internal line; And an impedance element provided between the input terminal and the internal line.

一実施の形態において、補助電流は、インピーダンス素子に流れる電流より大きく、第1トランジスタに流れる電流より小さくてもよい。   In one embodiment, the auxiliary current may be larger than the current flowing through the impedance element and smaller than the current flowing through the first transistor.

一実施の形態において、駆動回路は、入力端子と内部ラインの間に設けられ、制御信号に応じて第2トランジスタと相補的にオン、オフする第3トランジスタをさらに備えてもよい。   In one embodiment, the driving circuit may further include a third transistor provided between the input terminal and the internal line, and turned on and off complementarily to the second transistor according to the control signal.

本開示のさらに別の態様もまた、駆動回路である。この駆動回路は、内部ラインと、ゲートまたはベースである制御電極がバイアスされ、ソースまたはエミッタである第1電極が内部ラインと接続される第1トランジスタと、入力端子と接続される上側電源端子、内部ラインと接続される下側電源端子、出力トランジスタのゲートまたはベースである制御電極と接続される出力端子を有し、制御信号に応じて出力トランジスタを駆動するドライバと、内部ラインから補助電流をシンクする電流源と、入力端子と内部ラインの間に設けられたインピーダンス素子と、を備える。   Yet another aspect of the present disclosure is also a drive circuit. The drive circuit includes an internal line and a first transistor in which a control electrode which is a gate or a base is biased and a first electrode which is a source or an emitter is connected to the internal line, and an upper power supply terminal connected to an input terminal. It has a lower power supply terminal connected to the internal line, an output terminal connected to the control electrode which is the gate or base of the output transistor, and drives the output transistor according to the control signal, and the auxiliary current from the internal line A sink current source and an impedance element provided between an input terminal and an internal line.

一実施の形態において、補助電流は、インピーダンス素子に流れる電流より大きく、ドライバの下側電源端子から内部ラインに流れる電流より小さくてもよい。   In one embodiment, the auxiliary current may be larger than the current flowing through the impedance element and smaller than the current flowing from the lower power supply terminal of the driver to the internal line.

一実施の形態において、駆動回路は、内部ラインの電圧を、入力電圧との電位差が所定値を超えないようにクランプするクランプ回路をさらに備えてもよい。クランプ回路は、入力端子と内部ラインの間に設けられたツェナーダイオードを含んでもよい。   In one embodiment, the drive circuit may further include a clamp circuit that clamps the voltage of the internal line so that the potential difference with the input voltage does not exceed a predetermined value. The clamp circuit may include a zener diode provided between the input terminal and the internal line.

一実施の形態において、制御信号は、入力電圧の通常状態においてパルス信号であり、入力電圧が低下する減電圧状態において、固定的にオンを指示するDC信号であってもよい。   In one embodiment, the control signal may be a pulse signal in the normal state of the input voltage, and may be a DC signal that indicates ON in a fixed manner in the reduced voltage state in which the input voltage decreases.

一実施の形態において、制御信号はパルス信号であり、制御信号のオンレベルの時間は、入力電圧が低下するほど長くなってもよい。   In one embodiment, the control signal is a pulse signal, and the on-level time of the control signal may be longer as the input voltage decreases.

補助電流は、制御信号に応じてオン、オフしてもよい。補助電流は、制御信号のレベルにかかわらず固定的にオンであってもよい。   The auxiliary current may be turned on or off according to the control signal. The auxiliary current may be fixed on regardless of the level of the control signal.

一実施の形態において、駆動回路は、第1トランジスタの制御電極に、入力電圧よりも所定電圧幅低いバイアス電圧を供給するバイアス回路をさらに備えてもよい。バイアス回路は、入力端子と第1トランジスタの制御電極の間に設けられた第1ツェナーダイオードと、第1トランジスタの制御電極と接地の間に設けられた電流源と、を含んでもよい。   In one embodiment, the drive circuit may further include a bias circuit that supplies a bias voltage lower than the input voltage by a predetermined voltage width to the control electrode of the first transistor. The bias circuit may include a first Zener diode provided between the input terminal and the control electrode of the first transistor, and a current source provided between the control electrode of the first transistor and the ground.

駆動回路は、ひとつの半導体基板に一体集積化されてもよい。「一体集積化」とは、回路の構成要素のすべてが半導体基板上に形成される場合や、回路の主要構成要素が一体集積化される場合が含まれ、回路定数の調節用に一部の抵抗やキャパシタなどが半導体基板の外部に設けられていてもよい。回路を1つのICとして集積化することにより、回路面積を削減することができるとともに、回路素子の特性を均一に保つことができる。   The drive circuit may be integrated on one semiconductor substrate. "Integrated integration" includes the case where all of the circuit components are formed on a semiconductor substrate, and the case where the main components of the circuit are integrally integrated. A resistor, a capacitor or the like may be provided outside the semiconductor substrate. By integrating the circuit as one IC, the circuit area can be reduced and the characteristics of the circuit elements can be kept uniform.

2.本明細書に開示される一実施の形態は、入力端子と出力端子の間に設けられる出力トランジスタを駆動する駆動回路に関する。駆動回路は、出力トランジスタの制御電極に電流を供給するターンオフ回路と、その制御電極が出力トランジスタの制御電極と接続され、その制御電極がバイアスされる第1トランジスタと、第1トランジスタの第2電極と接地の間に設けられ、出力トランジスタのオン期間においてオンとなる第2トランジスタと、を備える。 2. One embodiment disclosed herein relates to a drive circuit that drives an output transistor provided between an input terminal and an output terminal. The drive circuit includes a turn-off circuit for supplying a current to a control electrode of the output transistor, a first transistor whose control electrode is connected to a control electrode of the output transistor and whose control electrode is biased, and a second electrode of the first transistor. And a second transistor that is turned on during the on period of the output transistor.

第1トランジスタは、ソースフォロアあるいはエミッタフォロア型の電圧クランプ回路として機能し、第2トランジスタがオンであるときの出力トランジスタの制御電極の電圧は、所定電圧に安定化される。第1トランジスタをターンオンする際に、第1トランジスタのゲート容量(ベース容量)から引き抜かれる放電電流は、第1トランジスタおよび第2トランジスタを流れて、接地に流れる。したがって、出力トランジスタの制御電極の電圧変動を抑制できる。   The first transistor functions as a source follower or emitter follower type voltage clamp circuit, and the voltage of the control electrode of the output transistor when the second transistor is on is stabilized to a predetermined voltage. When the first transistor is turned on, the discharge current drawn from the gate capacitance (base capacitance) of the first transistor flows through the first transistor and the second transistor to the ground. Therefore, the voltage fluctuation of the control electrode of the output transistor can be suppressed.

一実施の形態において、ターンオフ回路は、入力端子と出力トランジスタの制御電極の間に設けられる第3トランジスタと、出力トランジスタのオフ期間において第3トランジスタをオンするサブドライバと、を含んでもよい。
出力トランジスタのターンオンに際して、第3トランジスタを介して出力トランジスタの制御電極の容量を充電することにより、ターンオフの速度を速めることができる。
In one embodiment, the turn-off circuit may include a third transistor provided between the input terminal and the control electrode of the output transistor, and a sub-driver for turning on the third transistor during the off period of the output transistor.
The turn-off speed can be increased by charging the capacity of the control electrode of the output transistor through the third transistor when the output transistor is turned on.

一実施の形態において、サブドライバは、入力端子と第3トランジスタの制御電極の間に設けられた第2抵抗と、その第1電極が第3トランジスタの制御電極と接続され、その制御電極がバイアスされる第4トランジスタと、第4トランジスタの第2電極と接地の間に設けられ、出力トランジスタのオフ期間においてオンとなる第5トランジスタと、を含んでもよい。
この態様によれば、第3トランジスタの駆動電圧のローレベルを、所定電圧に安定化できる。
In one embodiment, the sub-driver is connected to the second resistor provided between the input terminal and the control electrode of the third transistor, and the first electrode thereof to the control electrode of the third transistor, and the control electrode is biased. And a fifth transistor provided between the second electrode of the fourth transistor and the ground and turned on in the off period of the output transistor.
According to this aspect, the low level of the drive voltage of the third transistor can be stabilized to a predetermined voltage.

一実施の形態において、第1トランジスタと第4トランジスタの制御電極を共通の電圧源によりバイアスしてもよい。第2トランジスタをターンオフすると、第1トランジスタのゲート容量の影響で、第1トランジスタの制御電極、ひいては第4トランジスタの制御電極の電位が変動する。このとき第5トランジスタをターンオンすると、第4トランジスタの制御電極の変動が第3トランジスタの制御電極の電圧変動となって現れる。第3トランジスタの制御電極の電圧が変動すると、出力トランジスタのターンオフ動作に悪影響を及ぼす。反対に、第5トランジスタをターンオフすると、第4トランジスタのゲート容量の影響で、第4トランジスタの制御電極、ひいては第1トランジスタの制御電極の電位が変動する。このとき第2トランジスタをターンオンすると、第1トランジスタの制御電極の変動が出力トランジスタの制御電極の電圧変動となって現れる。この電圧変動を抑制するためには、共通の電圧源に平滑用のキャパシタを接続すればよい。   In one embodiment, the control electrodes of the first and fourth transistors may be biased by a common voltage source. When the second transistor is turned off, the potential of the control electrode of the first transistor and hence the control electrode of the fourth transistor fluctuates due to the gate capacitance of the first transistor. At this time, when the fifth transistor is turned on, fluctuation of the control electrode of the fourth transistor appears as voltage fluctuation of the control electrode of the third transistor. Fluctuations in the voltage at the control electrode of the third transistor adversely affect the turn-off operation of the output transistor. On the other hand, when the fifth transistor is turned off, the potential of the control electrode of the fourth transistor, that is, the control electrode of the first transistor fluctuates due to the gate capacitance of the fourth transistor. At this time, when the second transistor is turned on, fluctuation of the control electrode of the first transistor appears as voltage fluctuation of the control electrode of the output transistor. In order to suppress this voltage fluctuation, a smoothing capacitor may be connected to a common voltage source.

一実施の形態において、第1トランジスタの制御電極と第4トランジスタの制御電極は、別々の電圧源によってバイアスされてもよい。この場合、第1トランジスタと第4トランジスタの制御電極の変動が、相互に影響を及ぼさなくなるため、平滑用のキャパシタが無くても、出力トランジスタの制御電極の変動を抑制できる。   In one embodiment, the control electrode of the first transistor and the control electrode of the fourth transistor may be biased by separate voltage sources. In this case, the fluctuation of the control electrodes of the first and fourth transistors does not affect each other, so that the fluctuation of the control electrode of the output transistor can be suppressed even without the smoothing capacitor.

一実施の形態において、駆動回路は、入力端子と出力トランジスタの制御電極の間に設けられる第1抵抗をさらに備えてもよい。   In one embodiment, the drive circuit may further comprise a first resistor provided between the input terminal and the control electrode of the output transistor.

一実施の形態において、駆動回路は、第1トランジスタの制御電極に、第1バイアス電圧を供給する第1電圧源と、第4トランジスタの制御電極に、第2バイアス電圧を供給する、第1電圧源とは独立した第2電圧源と、をさらに備えてもよい。第1電圧源と第2電圧源は同じ回路構成を有してもよい。   In one embodiment, the drive circuit is configured to supply a first voltage source that supplies a first bias voltage to a control electrode of a first transistor, and a second voltage that supplies a second bias voltage to a control electrode of a fourth transistor. And a second voltage source independent of the source. The first voltage source and the second voltage source may have the same circuit configuration.

第1電圧源は、入力端子と第1トランジスタの制御電極の間に設けられた定電圧素子を含み、第2電圧源は、入力端子と第4トランジスタの制御電極の間に設けられた定電圧素子を含んでもよい。   The first voltage source includes a constant voltage element provided between the input terminal and the control electrode of the first transistor, and the second voltage source is a constant voltage provided between the input terminal and the control electrode of the fourth transistor An element may be included.

一実施の形態において、第3トランジスタおよびサブドライバは複数設けられてもよい。複数のサブドライバの第5トランジスタは、1段ごとに相補的にスイッチングしてもよい。最終段の第3トランジスタは、入力端子と出力トランジスタの制御電極の間に設けられ、それより前段の第3トランジスタは、入力端子と1つ後段の第3トランジスタの制御電極の間に設けられてもよい。第1トランジスタおよび第1トランジスタと1段飛ばしで隣接する第4トランジスタの制御電極は共通の第1電圧源によってバイアスされ、残りの第4トランジスタの制御電極は、共通の別の第2電圧源によってバイアスされてもよい。   In one embodiment, a plurality of third transistors and sub drivers may be provided. The fifth transistors of the plurality of sub drivers may switch complementarily in each stage. The third transistor in the final stage is provided between the input terminal and the control electrode of the output transistor, and the third transistor in the previous stage is provided between the input terminal and the control electrode of the third transistor in the subsequent stage It is also good. The control electrodes of the fourth transistor adjacent to the first transistor and the first transistor in one step are biased by the common first voltage source, and the control electrodes of the remaining fourth transistors are separated by the common second voltage source. It may be biased.

駆動回路は、ひとつの半導体基板に一体集積化されてもよい。「一体集積化」とは、回路の構成要素のすべてが半導体基板上に形成される場合や、回路の主要構成要素が一体集積化される場合が含まれ、回路定数の調節用に一部の抵抗やキャパシタなどが半導体基板の外部に設けられていてもよい。回路を1つのICとして集積化することにより、回路面積を削減することができるとともに、回路素子の特性を均一に保つことができる。   The drive circuit may be integrated on one semiconductor substrate. "Integrated integration" includes the case where all of the circuit components are formed on a semiconductor substrate, and the case where the main components of the circuit are integrally integrated. A resistor, a capacitor or the like may be provided outside the semiconductor substrate. By integrating the circuit as one IC, the circuit area can be reduced and the characteristics of the circuit elements can be kept uniform.

(実施の形態)
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
Embodiment
Hereinafter, the present invention will be described based on preferred embodiments with reference to the drawings. The same or equivalent components, members, and processes shown in the drawings are denoted by the same reference numerals, and duplicating descriptions will be omitted as appropriate. In addition, the embodiments do not limit the invention and are merely examples, and all the features and combinations thereof described in the embodiments are not necessarily essential to the invention.

本明細書において、「部材Aが、部材Bと接続された状態」とは、部材Aと部材Bが物理的に直接的に接続される場合のほか、部材Aと部材Bが、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。   In the present specification, “the state in which the member A is connected to the member B” means that the members A and B are electrically connected in addition to the case where the members A and B are physically and directly connected. It also includes the case of indirect connection via other members that do not substantially affect the connection state of the connection or do not impair the function or effect provided by the connection.

同様に、「部材Cが、部材Aと部材Bの間に設けられた状態」とは、部材Aと部材C、あるいは部材Bと部材Cが直接的に接続される場合のほか、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。   Similarly, "a state where the member C is provided between the member A and the member B" means that the member A and the member C, or the member B and the member C are directly connected, and It also includes the case of indirect connection via other members that do not substantially affect the connection state of the connection or do not impair the function or effect provided by the connection.

(実施の形態1)
図5は、実施の形態1に係る出力回路100の回路図である。出力回路100は、出力トランジスタMと、駆動回路200を備える。本実施の形態において、出力回路100は、ひとつの半導体基板に集積化された機能IC(半導体装置300)の一部である。
Embodiment 1
FIG. 5 is a circuit diagram of the output circuit 100 according to the first embodiment. The output circuit 100 includes an output transistor M H and a drive circuit 200. In the present embodiment, the output circuit 100 is a part of a functional IC (semiconductor device 300) integrated on one semiconductor substrate.

出力トランジスタMは、ハーフブリッジ回路(単相インバータ)の上アームであってもよい。あるいは出力トランジスタMは、フルブリッジ回路や3相インバータの1本のレグの上アームであってもよい。出力端子OUTには、インダクタやトランス、モータコイル、リレーのコイルをはじめとする誘導性素子が接続されてもよい。あるいは、出力トランジスタMは、降圧コンバータ(Buck Converter)のスイッチングトランジスタであってもよい。 The output transistor M H may be an upper arm of a half bridge circuit (single phase inverter). Alternatively, the output transistor M H may be the upper arm of one leg of a full bridge circuit or a three-phase inverter. An inductive element such as an inductor, a transformer, a motor coil, or a coil of a relay may be connected to the output terminal OUT. Alternatively, the output transistor M H may be a switching transistor of a buck converter.

出力トランジスタMは、入力端子INと出力端子OUTの間に設けられる。出力トランジスタMは、PチャンネルMOSFETであり、ソースが入力端子INと接続され、ドレインが出力端子OUTと接続される。出力トランジスタMは、GaNFETであってもよいし、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)であってもよいし、PNP型のバイポーラトランジスタであってもよい。 The output transistor M H is provided between the input terminal IN and the output terminal OUT. The output transistor M H is a P-channel MOSFET, the source is connected to the input terminal IN, and the drain is connected to the output terminal OUT. The output transistor MH may be a GaN FET, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), or a PNP bipolar transistor.

駆動回路200は、制御信号SCTRLに応じて出力トランジスタMを駆動する。具体的には、制御信号SCTRLがオンレベル(たとえばハイ)のとき出力トランジスタMをオンし、制御信号SCTRLがオフレベル(たとえばロー)のとき出力トランジスタMをオフする。制御信号SCTRLは、典型的にはパルス信号であるが、その限りでなく、DC信号であってもよい。出力端子OUTには、制御信号SCTRLに応じた出力電圧VOUTが発生し、出力電圧VOUTは、出力トランジスタMがオンのとき入力電圧VINであり、出力トランジスタMがオフのとき、接地電圧VGNDもしくはハイインピーダンス状態となる。 The drive circuit 200 drives the output transistor M H in response to the control signal S CTRL . Specifically, the control signal S CTRL is turned on the output transistor M H when on level (e.g. high), the control signal S CTRL turns off the output transistor M H when the off-level (e.g., low). The control signal S CTRL is typically a pulse signal, but it may be a DC signal as well. The output terminal OUT, and the output voltage V OUT is generated in response to the control signal S CTRL, the output voltage V OUT, the output transistor M H is an input voltage V IN When on, when the output transistor M H is off , Ground voltage V GND or high impedance state.

駆動回路200は、主として、内部ライン201、第1トランジスタM、電圧補正回路270を備える。まずは電圧補正回路270を除く部分について説明する。 The driving circuit 200 mainly includes an internal line 201, a first transistor M 1 , and a voltage correction circuit 270. First, portions other than the voltage correction circuit 270 will be described.

第1トランジスタMは、PチャンネルMOSFETであり、ゲート(制御電極)が、所定のバイアス電圧(基準電圧)VBIASによってバイアスされ、ソース(第1電極)が内部ライン201と接続される。インピーダンス素子Rは、入力端子INと内部ライン201の間に設けられる。インピーダンス素子Rは、抵抗であってもよいし、電流源であってもよいし、適切にバイアスされたトランジスタであってもよい。 The first transistor M 1 is a P-channel MOSFET, the gate (control electrode) is biased by a predetermined bias voltage (reference voltage) V BIAS , and the source (first electrode) is connected to the internal line 201. The impedance element R 1 is provided between the input terminal IN and the internal line 201. Impedance element R 1 may be a resistor, it may be a current source, may be suitably biased transistors.

バイアス回路240は、入力電圧VINよりも所定電圧だけ低いバイアス電圧VBIASを生成する。たとえばバイアス回路240は、定電圧素子242であるツェナーダイオードと、電流源244を含む。定電圧素子242と電流源244の接続ノードには、VBIAS=VIN−Vで表されるバイアス電圧VBIASが発生する。 The bias circuit 240 generates a bias voltage V BIAS that is lower than the input voltage V IN by a predetermined voltage. For example, the bias circuit 240 includes a zener diode which is a constant voltage element 242, and a current source 244. At a connection node between constant voltage element 242 and current source 244, a bias voltage V BIAS represented by V BIAS = V IN -V Z is generated.

第1トランジスタMはソースフォロア回路として機能し、内部ライン201の内部電源電圧VREGBは、VREGB=VBIAS+VTH=VIN−V+VTHに安定化される。 The first transistor M 1 acts as a source follower circuit, the internal power supply voltage V REGB internal line 201 is stabilized to V REGB = V BIAS + V TH = V IN -V Z + V TH.

駆動回路200は、オン期間(SCTRL=H)において、出力トランジスタMのゲートに内部ライン201の内部電源電圧VREGBを印加するよう構成される。 The drive circuit 200 is configured to apply the internal power supply voltage V REGB of the internal line 201 to the gate of the output transistor M H in the on period (S CTRL = H).

実施の形態1では、ドライバ204が設けられる。ドライバ204の上側電源端子は入力端子INと接続され、下側電源端子は内部ライン201と接続され、その出力は、出力トランジスタMのゲート(制御電極)と接続される。 In the first embodiment, the driver 204 is provided. The upper power supply terminal of the driver 204 is connected to the input terminal IN, the lower power supply terminal is connected to the internal line 201, and the output is connected to the gate (control electrode) of the output transistor M H.

これまでは、電圧補正回路270を無視した説明である。続いて電圧補正回路270について説明する。   Up to this point, the description has been based on the voltage correction circuit 270 being ignored. Subsequently, the voltage correction circuit 270 will be described.

電圧補正回路270は、内部ライン201に作用し、内部ライン201の電圧を時間的に緩やかに低下させる。電圧補正回路270は、少なくとも出力トランジスタMのオン期間(SCTRLがハイ)においてアクティブである。オフ期間において電圧補正回路270は、ディセーブル(ハイインピーダンス状態)としてもよいし、アクティブ状態を維持してもよい。 The voltage correction circuit 270 acts on the internal line 201 and slowly reduces the voltage of the internal line 201 in time. The voltage correction circuit 270 is active at least in the on period (S CTRL is high) of the output transistor M H. In the off period, the voltage correction circuit 270 may be disabled (high impedance state) or may be maintained in the active state.

電圧補正回路270は、内部ライン201から補助電流IAUXを引き抜く電流源272を含む。電流源272の構成は特に限定されないが、適切にバイアスされたトランジスタを含みうる。電圧補正回路270は、電流源に代えて、抵抗で構成することも可能である。 Voltage correction circuit 270 includes a current source 272 that draws auxiliary current I AUX from internal line 201. The configuration of current source 272 is not particularly limited, but may include appropriately biased transistors. The voltage correction circuit 270 can be configured by a resistor instead of the current source.

補助電流の電流量は、以下の条件を満たすように規定することが望ましい。   It is desirable that the amount of auxiliary current be defined so as to satisfy the following conditions.

(条件1)
補助電流IAUXの電流量は、入力電圧VINの非低電圧状態において、通常のスイッチング動作に影響を与えない程度に小さく定められる。したがって補助電流IAUXは、出力トランジスタMのオン期間(SCTRL=H)において、ドライバ204が出力トランジスタMのゲートからシンクする電流Iよりも十分に小さい。
AUX≪I
たとえばIAUXは、Iの1/1000〜1/200程度とすることが好ましい。
(Condition 1)
The amount of current of auxiliary current I AUX is set to be small enough not to affect normal switching operation in the non-low voltage state of input voltage V IN . Therefore, the auxiliary current I AUX is sufficiently smaller than the current I B which the driver 204 sinks from the gate of the output transistor M H in the on period (S CTRL = H) of the output transistor M H.
I AUX << I B
For example, I AUX is preferably about 1/1000 to 1/200 of I B.

(条件2)
また、補助電流IAUXの電流量は、入力電圧VINの低電圧状態において、内部ライン201の内部電源電圧VREGBを、時間的に緩やかに低下させることができる程度に大きく定められる。たとえば、通常動作時のスイッチング周期をTとするとき、内部電源電圧VREGBが、Tまたはそれより長い時間で、VTH低下するように、補助電流IAUXの電流量を規定するとよい。
(Condition 2)
In addition, the amount of the auxiliary current I AUX is set to a large value such that the internal power supply voltage V REGB of the internal line 201 can be gradually reduced in time in the low voltage state of the input voltage V IN . For example, when the switching period in normal operation and T P, the internal power supply voltage V REGB is at T P or longer than, to decrease V TH, it may define the amount of current of the auxiliary current I AUX.

具体的には補助電流IAUXは、出力トランジスタMのオフ期間において、内部ライン201に流れ込む電流Iより大きいことが望ましい。この電流Iは、主としてインピーダンス素子Rに流れる電流である。
AUX>I
たとえばIAUXは、Iの1.1倍以上とすることが好ましい。
Specifically, it is desirable that the auxiliary current I AUX be larger than the current I R flowing into the internal line 201 during the off period of the output transistor M H. The current I R is mainly a current flowing to the impedance element R 1 .
I AUX > I R
For example, I AUX is preferably 1.1 or more times I R.

出力回路100はさらに、クランプ回路280を備えてもよい。クランプ回路280は、内部ライン201の内部電源電圧VREGBを、入力電圧VINとの電位差が所定値を超えないようにクランプするよう構成される。クランプ回路280の構成は特に限定されないが、たとえば入力端子INと内部ライン201の間に設けられたツェナーダイオードZDのような定電圧素子で構成することができる。 The output circuit 100 may further include a clamp circuit 280. The clamp circuit 280 is configured to clamp the internal power supply voltage V REGB of the internal line 201 so that the potential difference with the input voltage V IN does not exceed a predetermined value. But construction of the clamp circuit 280 is limited, it can be composed of a constant voltage element such as a Zener diode ZD 1, for example provided between the input terminal IN and the internal line 201.

以上が出力回路100の構成である。続いてその動作を説明する。
1. 高入力電圧状態
図6は、図5の出力回路100の入力電圧VINが高いとき(非低電圧状態)の動作を説明する図である。ここでは補助電流IAUXは、制御信号SCTRLに応じてスイッチングするものとする。入力電圧VINが高いとき、内部ライン201の内部電源電圧VREGBは、第1トランジスタMによって、以下の電圧レベルに安定化される。ΔVは、出力トランジスタMのゲートソース間しきい値VGS(th)よりも大きい。
REGB=VIN−ΔV=VIN−(V−VTH
The above is the configuration of the output circuit 100. Subsequently, the operation will be described.
1. High Input Voltage State FIG. 6 is a diagram for explaining the operation when the input voltage V IN of the output circuit 100 of FIG. 5 is high (non-low voltage state). Here, the auxiliary current I AUX is switched in accordance with the control signal S CTRL . When the input voltage V IN is high, the internal power supply voltage V REGB of the internal line 201 is stabilized to the following voltage level by the first transistor M 1 . ΔV is larger than the gate-source threshold V GS (th) of the output transistor M H.
V REGB = V IN −ΔV = V IN − (V Z −V TH )

制御信号SCTRLがハイに遷移すると、電流Iによって出力トランジスタMのゲートが放電され、ゲート電圧Vは内部電源電圧VREGBまで低下し、フルオンする。 When the control signal S CTRL transitions high, the gate of the output transistor M H by a current I B is discharged, the gate voltage V G is decreased to the internal power supply voltage V REGB, to full-on.

そして制御信号SCTRLがハイの期間(オン時間TON)、補助電流IAUXによって内部ライン201の電荷が放電され、内部ライン201の電圧VREGBが時間とともに緩やかに放電される。ただしIAUX≪Iであるから、IAUXは出力トランジスタMのターンオン動作には影響しない。 Then, while the control signal S CTRL is high (ON time T ON ), the charge of the internal line 201 is discharged by the auxiliary current I AUX , and the voltage V REGB of the internal line 201 is gradually discharged with time. However, since I AUX << I B , I AUX does not affect the turn-on operation of the output transistor M H.

また入力電圧VINが高い状態では、制御信号SCTRLはパルス信号であり、オン時間TONにおける内部電源電圧VREGBの低下幅はそれほど大きくないため、出力トランジスタMのゲートソース間電圧VGSがその耐圧を超えることはない。 When the input voltage V IN is high, the control signal S CTRL is a pulse signal, and the reduction width of the internal power supply voltage V REGB during the on time T ON is not so large. Therefore , the gate-source voltage V GS of the output transistor M H Does not exceed its pressure resistance.

2. 低入力電圧状態(減電圧状態)
図7は、図5の出力回路100の入力電圧VINが低いとき(低電圧領域)の動作を説明する図である。この例では低電圧領域において制御信号SCTRLはオンレベル(ハイ)に固定されるものとする。
2. Low input voltage condition (low voltage condition)
FIG. 7 is a diagram for explaining the operation when the input voltage V IN of the output circuit 100 of FIG. 5 is low (low voltage region). In this example, it is assumed that the control signal S CTRL is fixed at the on level (high) in the low voltage region.

図2に示すように、入力電圧VINが低電圧領域に入ると、VINとVREGBの差分ΔVが小さくなる。 As shown in FIG. 2, when the input voltage V IN enters the low voltage region, the difference ΔV between V IN and V REGB decreases.

制御信号SCTRLがハイに遷移すると、電流Iによって出力トランジスタMのゲートが放電され、ゲート電圧Vは内部電源電圧VREGBまで低下する。ただし、ΔV、すなわちゲートソース間電圧が小さいため、ターンオンの直後、出力トランジスタMはフルオンできず、出力電圧VOUTは、入力電圧VINよりも低くなる。 When the control signal S CTRL transitions high, the current I B discharges the gate of the output transistor M H , and the gate voltage V G falls to the internal power supply voltage V REGB . However, since ΔV, that is, the voltage between the gate and the source is small, the output transistor MH can not be fully turned on immediately after turn-on, and the output voltage V OUT becomes lower than the input voltage V IN .

そして制御信号SCTRLがハイの期間(オン時間TON)、補助電流IAUXによって内部ライン201の電荷が放電され、内部電源電圧VREGBが時間とともに緩やかに低下する。低電圧状態では、オン時間TONが長いため、内部電源電圧VREGBは、0V付近(あるいはクランプ回路280によりクランプされるレベル)まで低下し、電位差ΔVが大きくなる。その結果、出力トランジスタMのゲート電圧Vが低下していき、出力トランジスタMのオン抵抗が小さくなり、出力電圧VOUTは入力電圧VINに近づいていく。 Then, while the control signal S CTRL is high (ON time T ON ), the charge of the internal line 201 is discharged by the auxiliary current I AUX , and the internal power supply voltage V REGB gradually decreases with time. In the low voltage state, since the on time T ON is long, the internal power supply voltage V REGB decreases to near 0 V (or a level clamped by the clamp circuit 280), and the potential difference ΔV increases. As a result, the output gate voltage V G of the transistor M H is gradually reduced, the output on-resistance of the transistor M H decreases, the output voltage V OUT approaches the input voltage V IN.

図8は、図5の出力回路100の入力電圧VINが低いとき(低電圧領域)の動作を説明する図である。この例では、低電圧領域において制御信号SCTRLは、大きいデューティ比を有するパルス信号である。制御信号SCTRLのデューティ比が大きくなることで、補助電流IAUXによる放電時間が長くなるため、内部電源電圧VREGBを0V付近に維持することができる。図7の動作は、図6における制御信号SCTRLのデューティ比を100%に固定したものと把握することもできる。 FIG. 8 is a diagram for explaining the operation when the input voltage V IN of the output circuit 100 of FIG. 5 is low (low voltage region). In this example, the control signal S CTRL is a pulse signal having a large duty ratio in the low voltage region. Since the discharge time by the auxiliary current I AUX becomes long as the duty ratio of the control signal S CTRL increases, the internal power supply voltage V REGB can be maintained at around 0 V. The operation of FIG. 7 can also be understood as fixing the duty ratio of the control signal S CTRL in FIG. 6 to 100%.

なお、制御信号SCTRLのデューティ比をdとするとき、VOUTの実効的な電圧レベルは、以下の式で与えられる。
OUT=VIN×d
OUTの実効的な電圧レベルが一定となるような制御がかかっているプラットフォームでは、入力電圧VINの低下により、デューティ比dが増大する。
When the duty ratio of the control signal S CTRL is d, the effective voltage level of V OUT is given by the following equation.
V OUT = V IN × d
On platforms where effective voltage level V OUT is taking control such that the constant, by decreasing input voltage V IN, the duty ratio d is increased.

以上が出力回路100の動作である。この出力回路100によれば、入力電圧VINが低い状況において出力トランジスタMのオン抵抗を小さくでき、ひいては電力損失を低減できる。 The above is the operation of the output circuit 100. According to this output circuit 100, in the situation where the input voltage V IN is low, the on resistance of the output transistor M H can be reduced, and hence the power loss can be reduced.

さらに、図3に示した低電圧状態と非低電圧状態を判定する減電圧検出回路10が不要である。したがって、低電圧状態の誤検出によって、出力トランジスタMのゲートソース間に過電圧が印加されるという問題も生じない。 Furthermore, the reduced voltage detection circuit 10 for determining the low voltage state and the non-low voltage state shown in FIG. 3 is unnecessary. Therefore, false detection of the low voltage state does not cause a problem that an overvoltage is applied between the gate and the source of the output transistor M H.

なお、低電圧状態および非低電圧状態は、ひとつのプラットフォームにおいて動的に発生してもよい。つまり入力電圧VINの変動の結果、低電圧状態および非低電圧状態が切り替わってもよい。 Note that the low voltage state and the non-low voltage state may occur dynamically on one platform. That is, as a result of the fluctuation of the input voltage V IN , the low voltage state and the non-low voltage state may be switched.

あるいは半導体装置300は、入力電圧VINが異なるプラットフォームに使用される場合もある。この場合には、一のプラットフォームでは、常に低電圧状態で動作し、別のプラットフォームでは常に非低電圧状態で動作する場合もありえる。本発明は、このような態様も含む。 Alternatively, the semiconductor device 300 may be used for platforms with different input voltages V IN . In this case, one platform may always operate in the low voltage state, and another platform may always operate in the non-low voltage state. The present invention also includes such an aspect.

(実施の形態2)
図9は、実施の形態2に係る出力回路100Bの回路図である。駆動回路200Bは、図5のドライバ204に代えて、第2トランジスタMを備える。この実施の形態において、第1トランジスタMのソース(第1電極)、すなわち内部ライン201は、出力トランジスタMのゲートと接続される。
Second Embodiment
FIG. 9 is a circuit diagram of an output circuit 100B according to the second embodiment. Drive circuit 200B, instead of the driver 204 of FIG. 5, a second transistor M 2. In this embodiment, the first transistor M 1 of the source (first electrode), i.e. the internal line 201 is connected to the gate of the output transistor M H.

第2トランジスタMは、第1トランジスタMのドレイン(第2電極)と接地の間に設けられ、制御信号SCTRLに応じてオン、オフする。より具体的には、第2トランジスタMは、NチャンネルMOSFETであり、第1トランジスタMのドレインと接地の間に設けられる。第2トランジスタMは、制御信号SCTRLがオンレベル(ハイ)であるとき、オンとなるように制御される。 The second transistor M 2, the first transistor M 1 of the drain is provided between the (second electrode) and the ground, on and off in response to the control signal S CTRL. More specifically, the second transistor M 2 is an N-channel MOSFET, is provided between the ground and the drain of the first transistor M 1. The second transistor M 2, the control signal S CTRL is when it is on level (high), is controlled to be turned on.

電流源272は、内部ライン201から補助電流IAUXをシンクする。インピーダンス素子Rは、入力端子INと内部ライン201の間に設けられる。 Current source 272 sinks auxiliary current I AUX from internal line 201. The impedance element R 1 is provided between the input terminal IN and the internal line 201.

補助電流IAUXの電流量は、以下の条件を満たすように規定することが望ましい。
(条件1)
補助電流IAUXは、出力トランジスタMのオン期間(SCTRL=H)において、第1トランジスタMおよび第2トランジスタMを介して出力トランジスタMのゲートからシンクされる放電電流Iよりも十分に小さい。
AUX≪I
たとえばIAUXは、Iの1/1000〜1/200程度とすることが好ましい。
The amount of current of the auxiliary current I AUX is preferably defined to satisfy the following conditions.
(Condition 1)
Auxiliary current I AUX is in the on period of the output transistor M H (S CTRL = H) , from the discharge current I B which is sunk from the gate of the output transistor M H through the first transistor M 1 and the second transistor M 2 Even small enough.
I AUX << I B
For example, I AUX is preferably about 1/1000 to 1/200 of I B.

(条件2)
補助電流IAUXは、非低電圧状態における出力トランジスタMのオフ期間において、内部ライン201に流れ込む充電電流IR(HIGH)より小さく規定される。この電流IR(HIGH)は、主としてインピーダンス素子Rに流れる電流である。これにより補助電流IAUXはターンオフ動作に影響を与えない。
AUX<IR(HIGH)
(Condition 2)
The auxiliary current I AUX is defined to be smaller than the charging current I R (HIGH) flowing into the internal line 201 in the off period of the output transistor M H in the non-low voltage state. The current I R (HIGH) is mainly a current flowing to the impedance element R 1 . As a result, the auxiliary current I AUX does not affect the turn-off operation.
I AUX <I R (HIGH)

また補助電流IAUXは、低電圧状態における出力トランジスタMのオン期間において、内部ライン201に流れ込む電流IR(LOW)より大きく定められる。この電流IR(LOW)は、主としてインピーダンス素子Rに流れる電流である。
AUX>IR(LOW)
In addition, the auxiliary current I AUX is determined to be larger than the current I R (LOW) flowing into the internal line 201 in the on period of the output transistor M H in the low voltage state. The current I R (LOW) is mainly a current flowing to the impedance element R 1 .
I AUX > I R (LOW)

以上が出力回路100Bの構成である。続いてその動作を説明する。   The above is the configuration of the output circuit 100B. Subsequently, the operation will be described.

図10は、図9の出力回路100Bの入力電圧VINが高いときの動作を説明する図である。制御信号SCTRLがハイになると、第2トランジスタMがターンオンする。その結果、第1トランジスタMおよび第2トランジスタMを介して放電電流Iが流れ、内部ライン201(出力トランジスタMのゲート容量)から電荷が放電され、ゲート電圧Vが低下する。第1トランジスタMは、ソースフォロア型のクランプ回路として機能し、ゲート電圧Vのローレベルは、VREGB=VIN−(V−VTH)にクランプされる。 FIG. 10 is a diagram for explaining the operation when the input voltage V IN of the output circuit 100B of FIG. 9 is high. When the control signal S CTRL is high, the second transistor M 2 is turned on. As a result, the discharge current I B flows through the first transistor M 1 and the second transistor M 2, the charge from the internal line 201 (gate capacitance of the output transistor M H) is discharged, the gate voltage V G is decreased. The first transistor M 1 functions as a clamp circuit of a source follower type, the low level of the gate voltage V G is, V REGB = V IN - is clamped to (V Z -V TH).

そして制御信号SCTRLがハイの期間(オン時間TON)、補助電流IAUXによって内部ライン201の電荷が放電され、内部ライン201の電圧Vが時間とともに緩やかに放電される。ただしIAUX≪Iであるから、IAUXは出力トランジスタMのターンオン動作には影響しない。 Then, while the control signal S CTRL is high (on time T ON ), the charge of the internal line 201 is discharged by the auxiliary current I AUX , and the voltage V G of the internal line 201 is gradually discharged with time. However, since I AUX << I B , I AUX does not affect the turn-on operation of the output transistor M H.

また入力電圧VINが高い状態では、制御信号SCTRLはパルス信号であり、オン時間TONにおける内部電源電圧VREGBの低下幅はそれほど大きくないため、出力トランジスタMのゲートソース間電圧VGSがその耐圧を超えることはない。 When the input voltage V IN is high, the control signal S CTRL is a pulse signal, and the reduction width of the internal power supply voltage V REGB during the on time T ON is not so large. Therefore , the gate-source voltage V GS of the output transistor M H Does not exceed its pressure resistance.

制御信号SCTRLがローになると、第2トランジスタMがターンオフする。出力トランジスタMのゲート容量は抵抗Rに流れる充電電流Iによって充電され、ゲート電圧Vが上昇し、出力トランジスタMがターンオフする。 When the control signal S CTRL is low, the second transistor M 2 is turned off. The gate capacitance of the output transistor M H is charged by the charging current I R flowing through the resistor R 1 , the gate voltage V G rises, and the output transistor M H turns off.

図11は、図9の入力電圧VINが低いときの動作を説明する図である。ここでは低電圧状態における制御信号SCTRLのデューティ比が100%とする。制御信号SCTRLがハイに遷移すると、電流Iによって出力トランジスタMのゲートが放電され、ゲート電圧Vは内部電源電圧VREGBまで低下する。ただし、ΔV、すなわちゲートソース間電圧が小さいため、ターンオンの直後、出力トランジスタMはフルオンできず、出力電圧VOUTは、入力電圧VINよりも低くなる。 FIG. 11 is a diagram for explaining the operation when the input voltage V IN of FIG. 9 is low. Here, the duty ratio of the control signal S CTRL in the low voltage state is 100%. When the control signal S CTRL transitions high, the current I B discharges the gate of the output transistor M H , and the gate voltage V G falls to the internal power supply voltage V REGB . However, since ΔV, that is, the voltage between the gate and the source is small, the output transistor MH can not be fully turned on immediately after turn-on, and the output voltage V OUT becomes lower than the input voltage V IN .

そして制御信号SCTRLがハイの期間(オン時間TON)、補助電流IAUXによって内部ライン201の電荷が放電され、ゲート電圧Vが時間とともに緩やかに低下する。低電圧状態では、オン時間TONが長いため、ゲート電圧Vは、0V付近(あるいはクランプ回路280によりクランプされるレベル)まで低下し、電位差ΔVが大きくなる。その結果、出力トランジスタMのゲート電圧Vが低下していき、出力トランジスタMのオン抵抗が小さくなり、出力電圧VOUTは入力電圧VINに近づいていく。 Then, while the control signal S CTRL is high (ON time T ON ), the charge of the internal line 201 is discharged by the auxiliary current I AUX , and the gate voltage V G gradually decreases with time. In the low voltage state, since the on time T ON is long, the gate voltage V G decreases to around 0 V (or a level clamped by the clamp circuit 280), and the potential difference ΔV increases. As a result, the output gate voltage V G of the transistor M H is gradually reduced, the output on-resistance of the transistor M H decreases, the output voltage V OUT approaches the input voltage V IN.

実施の形態2によっても、実施の形態1と同様に、低電圧状態における出力トランジスタMのオン抵抗を小さくでき、消費電力を低減できる。 Also in the second embodiment, as in the first embodiment, the on resistance of the output transistor M H in the low voltage state can be reduced, and power consumption can be reduced.

(実施の形態3)
図12は、実施の形態3に係る出力回路100Cの回路図である。駆動回路200Cは、図9の出力回路100Bに加えて、第3トランジスタMおよびサブドライバ220を備える。
Third Embodiment
FIG. 12 is a circuit diagram of an output circuit 100C according to the third embodiment. Driving circuit 200C, in addition to the output circuit 100B of FIG. 9, a third transistor M 3 and the sub-driver 220.

第3トランジスタMは、入力端子INと内部ライン201の間に設けられ、制御信号SCTRLに応じて第2トランジスタMと相補的にオン、オフする。より詳しくは第3トランジスタMはPチャンネルMOSETであり、入力端子INとゲートライン202の間に設けられる。 The third transistor M 3 are provided between the input terminal IN and the internal line 201, complementarily turned on and the second transistor M 2 according to the control signal S CTRL, off. More particularly the third transistor M 3 is a P-channel MOSET, is provided between the input terminal IN and the gate line 202.

サブドライバ220は、出力トランジスタMのオフ期間(SCTRLがロー)において、第3トランジスタMをオンする。たとえばサブドライバ220は、VDD−VGND間でスイッチングする制御信号SCTRLを、適切なハイ電圧とロー電圧の間(たとえばVIN−VREGB間)でスイッチングするゲート信号VG3にレベルシフトする。このロー電圧VREGBは、出力トランジスタMのゲート電圧Vのロー電圧と同じであってもよい。 Sub-driver 220 is in the off period of the output transistor M H (S CTRL is low) to turn on the third transistor M 3. For example, sub driver 220 level shifts control signal S CTRL switching between V DD and V GND to gate signal V G3 switching between an appropriate high voltage and a low voltage (for example, between V IN and V REGB ). . The low voltage V REGB may be the same as the low voltage of the gate voltage V G of the output transistor M H.

以上が出力回路100Cの構成である。この出力回路100Cでは、制御信号SCTRLがローになると第3トランジスタMがターンオンし、第3トランジスタMに流れる電流Iによって出力トランジスタMのゲート容量が充電される。これにより、図9の出力回路100Bに比べて、出力トランジスタMのターンオフ時間を短くでき、高速なスイッチングが可能となる。 The above is the configuration of the output circuit 100C. In the output circuit 100C, the control signal S CTRL is the third transistor M 3 is turned becomes low, the gate capacitance of the output transistor M H is charged by the current I A flowing through the third transistor M 3. Thus, the turn-off time of the output transistor M H can be shortened as compared with the output circuit 100 B of FIG. 9, and high speed switching can be performed.

なお、実施の形態3では、以下の関係が成り立つことが好ましい。
(条件1)
補助電流IAUXは、出力トランジスタMのオン期間(SCTRL=H)において、第1トランジスタMおよび第2トランジスタMを介して出力トランジスタMのゲートからシンクされる放電電流Iよりも十分に小さい。
AUX≪I
たとえばIAUXは、Iの1/1000〜1/200程度とすることが好ましい。
In the third embodiment, it is preferable that the following relationship be established.
(Condition 1)
Auxiliary current I AUX is in the on period of the output transistor M H (S CTRL = H) , from the discharge current I B which is sunk from the gate of the output transistor M H through the first transistor M 1 and the second transistor M 2 Even small enough.
I AUX << I B
For example, I AUX is preferably about 1/1000 to 1/200 of I B.

(条件2)
補助電流IAUXは、非低電圧状態における出力トランジスタMのオフ期間において、内部ライン201に流れ込む充電電流Iより小さく規定される。この電流Iは、主として第3トランジスタMに流れる電流である。これにより補助電流IAUXはターンオフ動作に影響を与えない。
AUX<I
(Condition 2)
The auxiliary current I AUX is specified to be smaller than the charging current I A flowing into the internal line 201 in the off period of the output transistor M H in the non-low voltage state. The current I A is the current mainly flows through the third transistor M 3. As a result, the auxiliary current I AUX does not affect the turn-off operation.
I AUX <I A

また補助電流IAUXは、低電圧状態における出力トランジスタMのオン期間において、内部ライン201に流れ込む電流IR(LOW)より大きく定められる。この電流IR(LOW)は、主としてインピーダンス素子Rに流れる電流である。
AUX>IR(LOW)
In addition, the auxiliary current I AUX is determined to be larger than the current I R (LOW) flowing into the internal line 201 in the on period of the output transistor M H in the low voltage state. The current I R (LOW) is mainly a current flowing to the impedance element R 1 .
I AUX > I R (LOW)

(用途)
続いて出力回路100の用途を説明する。上述の半導体装置(出力回路)は、メカリレーの駆動回路に用いることができる。図13は、リレー装置400のブロック図である。リレー装置400は、たとえば自動車、家電機器、産業機器、運輸機器、農業機器に用いられ、主に大電流のパワーラインの遮断、導通の制御に利用される。
(Use)
Subsequently, the application of the output circuit 100 will be described. The above-described semiconductor device (output circuit) can be used as a drive circuit of a mechanical relay. FIG. 13 is a block diagram of the relay device 400. As shown in FIG. The relay device 400 is used, for example, in automobiles, home appliances, industrial devices, transport devices, and agricultural devices, and is mainly used to control the interruption and conduction of a large current power line.

リレー装置400は、メカリレー410およびその駆動回路500を備える。リレー装置400はジュール化されてもよい。   The relay device 400 includes a mechanical relay 410 and a drive circuit 500 thereof. The relay device 400 may be jagged.

メカリレー410は、コイル412およびスイッチ414を含む。駆動回路500は、上述の半導体装置300に相当し、ハイサイドトランジスタM、ローサイドトランジスタM、ハイサイドドライバ502、ローサイドドライバ504、コントローラ506を備える。ハイサイドトランジスタMおよびローサイドトランジスタMは、ハーフブリッジ回路を形成している。コントローラ506は、外部からの制御信号ENにもとづいて、ハイサイドトランジスタM、ローサイドトランジスタMそれぞれの制御信号SCTRLH,SCTRLLを生成する。ハイサイドトランジスタMおよびハイサイドドライバ502は、上述の出力回路100に対応する。ハイサイドドライバ502は、上述の駆動回路200に対応しており、制御信号SCTRLHにもとづいてハイサイドトランジスタMを駆動する。ローサイドドライバ504は、制御信号SCTRLLにもとづいてローサイドトランジスタMを駆動する。 The mechanical relay 410 includes a coil 412 and a switch 414. The drive circuit 500 corresponds to the above-described semiconductor device 300, and includes a high side transistor M H , a low side transistor M L , a high side driver 502, a low side driver 504, and a controller 506. The high side transistor M H and the low side transistor M L form a half bridge circuit. The controller 506 generates control signals S CTRLH and S CTRLL of the high side transistor M H and the low side transistor M L based on the control signal EN from the outside. The high side transistor M H and the high side driver 502 correspond to the output circuit 100 described above. High-side driver 502 corresponds to the driving circuit 200 described above, to drive the high-side transistor M H on the basis of the control signal S CTRLH. Low-side driver 504 drives the low-side transistor M L based on the control signal S CTRLL.

図14は、リレー装置400を備える自動車600の斜視図である。自動車600は、複数のリレー602,604,606を備える。あるリレー602は、ワイパーやウォッシャーに用いられる。また別のリレー604は、パワーウィンドウ、ドアロック、パワーシート、パワースライドドアに用いられる。さらに別のリレー606は、ヘッドライト、スタータなどに用いられる。   FIG. 14 is a perspective view of a car 600 provided with the relay device 400. As shown in FIG. A car 600 comprises a plurality of relays 602, 604, 606. One relay 602 is used for a wiper or a washer. Another relay 604 is used for a power window, a door lock, a power seat, and a power slide door. Yet another relay 606 is used for headlights, starters and the like.

以上、本発明について、実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例について説明する。   The present invention has been described above based on the embodiments. It is understood by those skilled in the art that this embodiment is an exemplification, and that various modifications can be made to the combination of each component and each processing process, and such a modification is also within the scope of the present invention. is there. Hereinafter, such modifications will be described.

(変形例1.1)
実施の形態1〜3では、MOSFETで構成された半導体装置を説明したがその限りでなく、任意のMOSFETを、バイポーラトランジスタなどに置換することができる。この場合、上の説明において、ゲートをベース、ドレインをコレクタ、ソースをエミッタと読み替えればよい。
(Modification 1.1)
In the first to third embodiments, the semiconductor device configured by the MOSFETs has been described. However, any MOSFET can be replaced with a bipolar transistor or the like. In this case, in the above description, the gate may be replaced with the base, the drain as the collector, and the source as the emitter.

(変形例1.2)
実施の形態1〜3では、出力トランジスタMが半導体装置300に集積化される場合を説明したがその限りでなく、出力トランジスタMとしてディスクリート素子を用いてもよい。
(Modification 1.2)
In the first to third embodiments, the case where the output transistor MH is integrated in the semiconductor device 300 has been described. However, the present invention is not limited thereto. A discrete element may be used as the output transistor MH .

(変形例1.3)
半導体装置300の用途は、リレーの駆動回路には限定されず、DC/DCコンバータなどのスイッチング電源、モータ駆動回路(インバータ)、AC/DCコンバータ、DC/ACコンバータ(インバータ)、2次電池の充放電システムやパワーコンディショナなどにも利用することができる。
(Modification 1.3)
The application of the semiconductor device 300 is not limited to the drive circuit of the relay, and switching power supply such as DC / DC converter, motor drive circuit (inverter), AC / DC converter, DC / AC converter (inverter), secondary battery It can also be used for charge and discharge systems and power conditioners.

(変形例1.4)
実施の形態1〜3では、低電圧状態(減電圧状態)におけるオン抵抗の増大を抑制する技術として、本発明の一側面を説明したが、本発明の適用はその限りでなく、入力電圧VINが高い状態(非低電圧状態)で使用されるアプリケーションにおいても本発明は有用である。すなわち図1に示すようなソースフォロア型の電圧源6では、
REGB=VBIAS+VTH
が成り立つ。したがって入力電圧VINの高低にかかわらず、バイアス電圧VBIASよりもトランジスタMのゲートソース間電圧VTHだけ高い電圧が、オン期間における出力トランジスタMのゲート電圧Vとなっている。言い換えれば、VTH分、出力トランジスタMのゲートソース間電圧VGSが小さくなっていると把握することもできる。本発明は、入力電圧VINの高低にかかわらず、VTHの影響を低減したい場合に(たとえば出力トランジスタのしきい値VGS(th)よりも十分に大きな定電圧Vが生成できない状況など)、広く用いることができる。
(Modification 1.4)
In the first to third embodiments, one aspect of the present invention has been described as a technique for suppressing an increase in on-resistance in a low voltage state (voltage reduction state), but the application of the present invention is not limited thereto. The invention is also useful in applications where IN is high (non-low voltage state). That is, in the source follower type voltage source 6 as shown in FIG.
V REGB = V BIAS + V TH
Is true. Therefore, regardless of the level of the input voltage V IN, a voltage higher than the bias voltage V BIAS by the gate-source voltage V TH of the transistor M 1 is the gate voltage V G of the output transistor M H in the on period. In other words, it can be understood that the voltage V GS between the gate and the source of the output transistor M 1 is reduced by V TH . According to the present invention, when it is desired to reduce the influence of V TH regardless of whether the input voltage V IN is high or low (for example, a constant voltage V Z sufficiently larger than the threshold V GS (th) of the output transistor can not be generated ) ), Can be used widely.

(実施の形態4)
図15は、実施の形態4に係る出力回路100の回路図である。出力回路100は、出力トランジスタMと、駆動回路200を備える。本実施の形態において、出力回路100は、ひとつの半導体基板に集積化された機能IC(半導体装置300)の一部である。
Embodiment 4
FIG. 15 is a circuit diagram of an output circuit 100 according to the fourth embodiment. The output circuit 100 includes an output transistor M H and a drive circuit 200. In the present embodiment, the output circuit 100 is a part of a functional IC (semiconductor device 300) integrated on one semiconductor substrate.

出力トランジスタMは、ハーフブリッジ回路(単相インバータ)の上アームであってもよい。あるいは出力トランジスタMは、フルブリッジ回路や3相インバータの1本のレグの上アームであってもよい。出力端子OUTには、インダクタやトランス、モータコイル、リレーのコイルをはじめとする誘導性素子が接続されてもよい。あるいは、出力トランジスタMは、降圧コンバータ(Buck Converter)のスイッチングトランジスタであってもよい。 The output transistor M H may be an upper arm of a half bridge circuit (single phase inverter). Alternatively, the output transistor M H may be the upper arm of one leg of a full bridge circuit or a three-phase inverter. An inductive element such as an inductor, a transformer, a motor coil, or a coil of a relay may be connected to the output terminal OUT. Alternatively, the output transistor M H may be a switching transistor of a buck converter.

出力トランジスタMは、入力端子INと出力端子OUTの間に設けられる。出力トランジスタMは、PチャンネルMOSFETであり、ソースが入力端子INと接続され、ドレインが出力端子OUTと接続される。出力トランジスタMは、GaNFETであってもよいし、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)であってもよいし、PNP型のバイポーラトランジスタであってもよい。 The output transistor M H is provided between the input terminal IN and the output terminal OUT. The output transistor M H is a P-channel MOSFET, the source is connected to the input terminal IN, and the drain is connected to the output terminal OUT. The output transistor MH may be a GaN FET, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), or a PNP bipolar transistor.

駆動回路200は、制御信号SCTRLに応じて出力トランジスタMを駆動する。具体的には、制御信号SCTRLがオンレベル(たとえばハイ)のとき出力トランジスタMをオンし、制御信号SCTRLがオフレベル(たとえばロー)のとき出力トランジスタMをオフする。制御信号SCTRLは、典型的にはパルス信号であるが、その限りでなく、DC信号であってもよい。出力端子OUTには、制御信号SCTRLに応じた出力電圧VOUTが発生し、出力電圧VOUTは、出力トランジスタMがオンのとき入力電圧VINであり、出力トランジスタMがオフのとき、接地電圧VGNDもしくはハイインピーダンス状態となる。 The drive circuit 200 drives the output transistor M H in response to the control signal S CTRL . Specifically, the control signal S CTRL is turned on the output transistor M H when on level (e.g. high), the control signal S CTRL turns off the output transistor M H when the off-level (e.g., low). The control signal S CTRL is typically a pulse signal, but it may be a DC signal as well. The output terminal OUT, and the output voltage V OUT is generated in response to the control signal S CTRL, the output voltage V OUT, the output transistor M H is an input voltage V IN When on, when the output transistor M H is off , Ground voltage V GND or high impedance state.

駆動回路200は、ターンオフ回路210およびターンオン回路230を備える。ターンオフ回路210は、出力トランジスタMのオフ期間において、出力トランジスタMの制御電極(ゲート)に充電電流を供給し、出力トランジスタMのゲート電圧Vを入力電圧VINの近傍まで上昇させ、出力トランジスタMをターンオフする。 Drive circuit 200 includes turn-off circuit 210 and turn-on circuit 230. Turn-off circuit 210, in the off period of the output transistors M H, supplies a charging current to the control electrode of the output transistor M H (gate), to increase the gate voltage V G of the output transistor M H to the vicinity of the input voltage V IN , Turn off the output transistor M H.

ターンオン回路230は、第1トランジスタMおよび第2トランジスタMを含む。第1トランジスタMはPチャンネルMOSFETであり、その第1電極(ソース)は出力トランジスタMの制御電極(ゲート)に接続され、その制御電極(ゲート)にはバイアス電圧VBIAS1が供給される。バイアス電圧VBIAS1は、一定電圧であってもよい。この場合、第1トランジスタMはソースフォロア型のクランプ回路として動作し、ゲートライン202の電位Vが、V=VBIAS1+VTHを下限としてクランプされる。Vをクランプレベルと称する。ここで、V<VIN−VGS(th)が成り立つ。 Turn-on circuit 230 includes a first transistor M 1 and the second transistor M 2. The first transistor M 1 is a P-channel MOSFET, and a first electrode (source) is connected to the control electrode of the output transistor M H (gate), the bias voltage V BIAS1 is supplied to the control electrode (gate) . The bias voltage V BIAS1 may be a constant voltage. In this case, the first transistor M 1 operates as a clamp circuit of a source follower type, the potential V G of the gate line 202 is clamped as the lower limit of the V L = V BIAS1 + V TH . V L is referred to as the clamp level. Here, V L <V IN −V GS (th) holds.

第2トランジスタMは、NチャンネルMOSFETであり、第1トランジスタMの第2電極(ドレイン)と接地の間に設けられる。第2トランジスタMは、制御信号SCTRLがオンレベル(ハイ)であるとき、オンとなるように制御される。 The second transistor M 2 is an N-channel MOSFET, is provided between the ground and the second electrode of the first transistor M 1 (drain). The second transistor M 2, the control signal S CTRL is when it is on level (high), is controlled to be turned on.

以上が出力回路100の構成である。続いてその動作を説明する。   The above is the configuration of the output circuit 100. Subsequently, the operation will be described.

制御信号SCTRLがオフレベルであるとき、ターンオン回路230の第2トランジスタMはオフであり、したがってゲートライン202から接地に流れる放電電流Iはゼロである。出力トランジスタMのゲートには、ターンオフ回路210からの充電電流Iが供給され、ゲート電圧Vは入力電圧VIN付近まで上昇し、出力トランジスタMはオフとなる。 When the control signal S CTRL is off level, the second transistor M 2 turn-on circuit 230 is off, thus the discharge current I 2 flowing to the ground from the gate line 202 is zero. The gate of the output transistor M H, is supplied charging current I 1 from the turn-off circuit 210, the gate voltage V G rises to near the input voltage V IN, the output transistor M H is turned off.

制御信号SCTRLがオンレベルであるとき、ターンオン回路230の第2トランジスタMがオンとなる。このとき、ゲートライン202から第1トランジスタMおよび第2トランジスタMを介して放電電流Iが流れる。放電電流Iによってゲート容量が放電されるとゲート電圧Vが低下していき、ゲートソース間電圧VGSがしきい値VGS(th)を超えると、出力トランジスタMがターンオンする。ゲート電圧Vは、クランプレベルVまで低下したところで、第1トランジスタMによってクランプされる。 When the control signal S CTRL is on level, the second transistor M 2 the turn-on circuit 230 is turned on. At this time, a discharge current I 2 flows from the gate line 202 through the first transistor M 1 and the second transistor M 2 . When the gate capacitance by the discharge current I 2 is discharged gradually reduces the gate voltage V G, the gate-source voltage V GS exceeds the threshold V GS (th), the output transistor M H is turned on. The gate voltage V G is clamped by the first transistor M 1 when it has dropped to the clamp level V L.

以上が出力回路100の動作である。この出力回路100によれば、出力トランジスタMをターンオンする際の放電電流Iは、接地に流れ、バイアス電圧VBIAS1の発生ノードに流れ込まないため、図1の電源電圧VREGBに相当するバイアス電圧VBIAS1、ひいてはクランプレベルVを揺らさない。したがって、バイアス電圧VBIAS1(クランプレベルV)を安定化させるためのキャパシタが不要となり、あるいはその容量値を小さくできる。 The above is the operation of the output circuit 100. According to this output circuit 100, the discharge current I 2 at the time of turning on the output transistor M H flows to the ground and does not flow to the generation node of the bias voltage V BIAS1 , so a bias corresponding to the power supply voltage V REGB of FIG. It does not swing the voltage V BIAS1 and hence the clamp level V L. Therefore, a capacitor for stabilizing bias voltage V BIAS1 (clamp level V L ) is not necessary, or its capacitance value can be reduced.

(実施例4.1)
図16は、実施例4.1に係る出力回路100Aを備える半導体装置300Aの回路図である。ターンオフ回路210Aは、入力端子INと出力トランジスタMのゲート(ゲートライン202)の間に設けられた第1抵抗Rを含む。
Example 4.1
FIG. 16 is a circuit diagram of a semiconductor device 300A provided with an output circuit 100A according to Embodiment 4.1. Turn-off circuit 210A includes a first resistor R 1 provided between the input terminal IN and an output transistor M H gate (gate line 202).

駆動回路200Aは、第1電圧源250をさらに含む。第1電圧源250は、第1トランジスタMのゲートに、バイアス電圧VBIAS1を供給する。バイアス電圧VBIAS1は、入力電圧VINよりも所定電圧幅ΔVだけ低い電圧であり、ΔV>VGS(th)+VTHが成り立っている。第1電圧源250は、たとえば第1定電圧素子252および第1電流源254を含む。第1定電圧素子252は、ツェナーダイオードやダイオードを含み、その両端間電圧ΔVは、一定値をとる。 The drive circuit 200A further includes a first voltage source 250. The first voltage source 250, the first gate of the transistor M 1, supplies a bias voltage V BIAS1. The bias voltage V BIAS1 is a voltage lower than the input voltage V IN by a predetermined voltage width ΔV, and ΔV> V GS (th) + V TH holds. First voltage source 250 includes, for example, a first constant voltage element 252 and a first current source 254. The first constant voltage element 252 includes a Zener diode or a diode, and the voltage ΔV across the terminal takes a constant value.

以上が出力回路100Aの構成である。続いてその動作を説明する。図17は、図16の出力回路100Aの動作波形図である。   The above is the configuration of the output circuit 100A. Subsequently, the operation will be described. FIG. 17 is an operation waveform diagram of the output circuit 100A of FIG.

制御信号SCTRLがハイの区間、第2トランジスタMはオンであり、第2トランジスタMと第1トランジスタMの接続ノードNの電圧Vは、接地電圧VGNDとなる。第2トランジスタMがオンのとき、出力トランジスタMのゲートから、第1トランジスタMおよび第2トランジスタMを介して放電電流Iが引き抜かれる。その結果、出力トランジスタMのゲート電圧Vは、V=VIN−ΔV+VTHとなり、出力トランジスタMはオンとなる。図17では、ΔV=5Vとして示される。 Control signal S CTRL is high interval, the second transistor M 2 is turned on, the second transistor M 2 voltage V A at the connection node N 1 of the first transistor M 1 becomes the ground voltage V GND. When the second transistor M 2 is turned on, the gate of the output transistor M H, the discharge current I 2 is withdrawn through the first transistor M 1 and the second transistor M 2. As a result, the gate voltage V G of the output transistor M H is, V L = V IN -ΔV + V TH , and the output transistor M H is turned on. In FIG. 17, it is shown as ΔV = 5V.

制御信号SCTRLがローの区間、第2トランジスタMはオフであり、放電電流Iがゼロとなる。出力トランジスタMのゲート電圧Vは、第1抵抗Rによってプルアップされ、第1抵抗Rを介して流れる充電電流Iによって出力トランジスタMのゲート容量が充電され、入力電圧VINまで上昇し、出力トランジスタMはターンオフする。このときノードNの電位Vは、入力電圧VINに近づいていく。第1トランジスタMのドレイン電圧Vの変動は、第1トランジスタMのゲート電圧、すなわちバイアス電圧VBIAS1の変動を引き起こす。ただし、バイアス電圧VBIAS1は、出力トランジスタMのオン期間においてのみ利用されるため、バイアス電圧VBIAS1の変動は、回路動作に影響を与えないことに留意されたい。 Control signal S CTRL is low period, the second transistor M 2 is turned off, the discharge current I 2 is zero. Gate voltage V G of the output transistor M H is pulled up by the first resistor R 1, the gate capacitance of the output transistor M H by the charging current I 1 flowing through the first resistor R 1 is charged, the input voltage V IN And the output transistor M H turns off. At this time, the potential V A of the node N 1 approaches the input voltage V IN . Variation of the first transistor M 1 of the drain voltage V A, the first gate voltage of the transistor M 1, i.e. cause variations in the bias voltage V BIAS1. However, the bias voltage V BIAS1, since only utilized in the ON period of the output transistors M H, fluctuation of the bias voltage V BIAS1 It should be noted that that does not affect the circuit operation.

実施例4.1は、簡易な構成で、図15の出力回路100を具現化できるという利点がある。その反面、図16の出力回路100Aには、以下の問題がある。第1トランジスタMをターンオフする際のゲート電圧Vのスルーレート(傾き)は、第1抵抗Rの抵抗値によって規定される。 Embodiment 4.1 has an advantage that the output circuit 100 of FIG. 15 can be embodied with a simple configuration. On the other hand, the output circuit 100A of FIG. 16 has the following problems. Slew rate of the gate voltage V G at the time of turning off the first transistor M 1 (gradient) is defined by a first resistance value of the resistor R 1.

高速なスイッチングが要求されるアプリケーションでは、第1抵抗Rの抵抗値を小さくする必要がある。ところが第1抵抗Rには、出力トランジスタMのオン期間においても充電電流Iが流れ続ける。この充電電流Iは、第1トランジスタMおよび第2トランジスタMを経由して接地に捨てられており、無駄な電力を消費する。 In applications where high speed switching is required, it is necessary to reduce the first resistance value of the resistor R 1. However the first resistor R 1, also the charging current I 1 continues to flow in the ON period of the output transistor M H. The charging current I 1, via the first transistor M 1 and the second transistor M 2 is discarded to the ground, wasteful power consumption.

すなわち実施例4.1は、第1トランジスタMのターンオンのスルーレートと消費電力がトレードオフの関係にあり、高速性と低消費電力の両立が求められるアプリケーションに採用することは難しい場合もある。以下の実施例では、高速性と低消費電力の両立が可能な出力回路について説明する。 That Example 4.1 is in relation of the first transistor M 1 of the turn-on slew rate and power consumption trade-off, is sometimes difficult to employ in applications balance the high speed and low power consumption are required . In the following embodiments, an output circuit capable of achieving both high speed and low power consumption will be described.

(実施例4.2)
図18は、実施例4.2に係る出力回路100Bを備える半導体装置300Bの回路図である。ターンオフ回路210Bは、第1抵抗Rに加えて、第3トランジスタMおよびサブドライバ220を含む。第3トランジスタMは、PチャンネルMOSETであり、入力端子INとゲートライン202の間に設けられる。
(Example 4.2)
FIG. 18 is a circuit diagram of a semiconductor device 300B provided with an output circuit 100B according to a 4.2. Turn-off circuit 210B, in addition to the first resistor R 1, including a third transistor M 3 and the sub-driver 220. The third transistor M 3 represents a P-channel MOSET, is provided between the input terminal IN and the gate line 202.

サブドライバ220は、出力トランジスタMのオフ期間(SCTRLがロー)において、第3トランジスタMをオンする。たとえばサブドライバ220は、VDD−VGND間でスイッチングする制御信号SCTRLを、適切なハイ電圧とロー電圧の間(たとえばVIN−VREGB間)でスイッチングするゲート信号VG3にレベルシフトする。このロー電圧VREGBは、出力トランジスタMのゲート電圧Vのロー電圧と同じであってもよい。 Sub-driver 220 is in the off period of the output transistor M H (S CTRL is low) to turn on the third transistor M 3. For example, sub driver 220 level shifts control signal S CTRL switching between V DD and V GND to gate signal V G3 switching between an appropriate high voltage and a low voltage (for example, between V IN and V REGB ). . The low voltage V REGB may be the same as the low voltage of the gate voltage V G of the output transistor M H.

これにより、出力トランジスタMのゲート容量の充電電流Iを、第3トランジスタMによって生成できるため、出力トランジスタMを高速にターンオフできる。第1抵抗Rは十分に高くすることができるため、出力トランジスタMのオン期間中に、第1抵抗Rに流れる電流を小さくでき、無駄な消費電力を低減できる。このように、図18の出力回路100Bによれば、高速性と低消費電力の両立が可能となる。 Accordingly, the charging current I 1 of the gate capacitance of the output transistor M H, since it generated by the third transistor M 3, it turns off the output transistor M H at a high speed. Since the first resistor R 1 is capable of sufficiently high, during the ON period of the output transistors M H, a current flowing through the first resistor R 1 can be reduced, thereby reducing wasteful power consumption. Thus, according to the output circuit 100B of FIG. 18, both high speed and low power consumption can be achieved.

図19は、図18の出力回路100Bの具体的な構成例の回路図である。サブドライバ220は、図15の駆動回路200と同様に構成され、具体的には、ターンオフ回路222およびターンオン回路224を含むことができる。   FIG. 19 is a circuit diagram of a specific configuration example of the output circuit 100B of FIG. The sub driver 220 is configured similarly to the drive circuit 200 of FIG. 15, and can specifically include a turn-off circuit 222 and a turn-on circuit 224.

より詳しくは、サブドライバ220は、図16の駆動回路200Aと同様に構成できる。すなわち、サブドライバ220は、ターンオフ回路222に相当する第2抵抗Rと、ターンオン回路224を形成する第4トランジスタMおよび第5トランジスタMを含む。第4トランジスタMのゲートには、バイアス電圧VBIAS1が供給される。バイアス電圧VBIAS1は、図16と同様に、第1定電圧素子252と第1電流源254によって生成される。 More specifically, the sub driver 220 can be configured in the same manner as the drive circuit 200A of FIG. That is, the sub driver 220 includes a second resistor R 2 corresponding to the turn-off circuit 222, and a fourth transistor M 4 and a fifth transistor M 5 forming the turn-on circuit 224. The gate of the fourth transistor M 4, the bias voltage V BIAS1 is supplied. The bias voltage V BIAS1 is generated by the first constant voltage element 252 and the first current source 254, as in FIG.

第5トランジスタMのゲートには、制御信号SCTRLの反転信号#SCTRLが入力され、出力トランジスタMのオフ期間(SCTRLがロー)においてオンとなる。図19のサブドライバ220の動作は、図16の駆動回路200Aの動作を同様であり、第3トランジスタMのゲート電圧VG3は、VINをハイ、V=VBIAS1+VTHをローとする2値でスイッチングする。 The inverted signal #S CTRL of the control signal S CTRL is input to the gate of the fifth transistor M 5 , and is turned on in the off period of the output transistor M H (S CTRL is low). Operation of the sub-driver 220 of FIG. 19 is similar to the operation of the drive circuit 200A in FIG. 16, the gate voltage V G3 of the third transistor M 3 are high the V IN, and the low and V L = V BIAS1 + V TH Switch by two values.

図17を参照して説明したように、制御信号SCTRLがローとなると、第2トランジスタMがターンオフする。第2トランジスタMのターンオフは、そのドレイン電圧Vを変動させ、さらには第1トランジスタMのゲート容量の影響で、バイアス電圧VBIAS1の変動を引き起こす。このバイアス電圧VBIAS1は、第4トランジスタMのゲートにも供給されている。このとき第5トランジスタMをターンオンすると、第4トランジスタMのゲート電圧VBIAS1の変動が第3トランジスタMのゲート電圧VG3の変動となり、出力トランジスタMのターンオフ動作(スルーレート等)に悪影響を及ぼす。 As described with reference to FIG. 17, the control signal S CTRL is becomes low, the second transistor M 2 is turned off. Turn-off of the second transistor M 2 is varied the drain voltage V A, further under the influence of the gate capacitance of the first transistor M 1, cause variations in the bias voltage V BIAS1. The bias voltage V BIAS1 is supplied to the gate of the fourth transistor M 4. When turning on the fifth transistor M 5 this time, the variation of the gate voltage V BIAS1 of the fourth transistor M 4 is a variation of the gate voltage V G3 of the third transistor M 3, the turn-off operation of the output transistor M H (slew rate, etc.) Adversely affect

反対に、第5トランジスタMをターンオフすると、第4トランジスタMのゲート容量の影響で、第4トランジスタMのゲート電圧(すなわちバイアス電圧VBIAS1)が変動する。このとき第2トランジスタMをターンオンすると、第1トランジスタMのゲート電圧VBIAS1の変動が出力トランジスタMのゲート電圧Vの変動となり、出力トランジスタMのターンオン動作に悪影響を及ぼす。 Conversely, when turning off the fifth transistor M 5, the influence of the gate capacitance of the fourth transistor M 4, the gate voltage of the fourth transistor M 4 (i.e. bias voltage V BIAS1) fluctuates. In this case to turn on the second transistor M 2, variation of the gate voltage V BIAS1 of the first transistor M 1 becomes the fluctuation of the gate voltage V G of the output transistor M H, adversely affect the turn-on operation of the output transistor M H.

したがって、バイアス電圧VBIAS1の変動が許容できないほど大きい場合には、平滑用のキャパシタCを追加し、変動幅を小さくする必要がある。 Therefore, when the fluctuation of the bias voltage V BIAS1 is unacceptably large, add a capacitor C 2 for smoothing, it is necessary to reduce the fluctuation band.

(実施例4.3)
図20は、実施例4.3に係る出力回路100Cを備える半導体装置300Cの回路図である。実施例4.2(図19)では、第1トランジスタMと第4トランジスタMが、共通の電圧源によってバイアスされていた。これに対して実施例4.3では、第1トランジスタMと第4トランジスタMが、別々の電圧源によってバイアスされる。具体的には駆動回路200Cは、第1電圧源250および第2電圧源260を含む。第2電圧源260は第1電圧源250と同様に構成され、第2定電圧素子262および第2電流源264を含む。
(Example 4.3)
FIG. 20 is a circuit diagram of a semiconductor device 300C provided with an output circuit 100C according to Embodiment 4.3. In Example 4.2 (Fig. 19), the first transistor M 1 and the fourth transistor M 4 has been biased by a common voltage source. In Example 4.3 the contrary, the first transistor M 1 and the fourth transistor M 4 is biased by a separate voltage source. Specifically, drive circuit 200C includes a first voltage source 250 and a second voltage source 260. The second voltage source 260 is configured similarly to the first voltage source 250, and includes a second constant voltage element 262 and a second current source 264.

以上が出力回路100Cの構成である。続いてその動作を説明する。図21は、図20の出力回路100Cの動作波形図である。制御信号SCTRLに応じて、ターンオン回路230とサブドライバ220は相補的に動作する。したがって、2つの対応するノードN,Nの電圧V,V’は相補的に変動し、バイアス電圧VBIAS1,VBIAS2も相補的に変動する。バイアス電圧VBIAS1が利用されるのは、第2トランジスタMがオンする期間、つまり制御信号SCTRLがハイであるオン期間であるが、このオン期間においてバイアス電圧VBIAS1は安定である。同様にバイアス電圧VBIAS2が利用されるのは、第5トランジスタMがオンする期間、つまり制御信号SCTRLがローであるオフ期間であるが、このオフ期間においてバイアス電圧VBIAS2は安定である。 The above is the configuration of the output circuit 100C. Subsequently, the operation will be described. FIG. 21 is an operation waveform diagram of output circuit 100C of FIG. The turn-on circuit 230 and the sub driver 220 operate in a complementary manner in response to the control signal SCTRL . Therefore, voltages V A and V A ′ at two corresponding nodes N 1 and N 2 change complementarily, and bias voltages V BIAS1 and V BIAS2 also change complementarily. The bias voltage V BIAS1 is utilized, the period in which the second transistor M 2 is turned on, i.e. is the control signal S CTRL is on time is high, the bias voltage V BIAS1 at the on period is stable. Similarly, the bias voltage V BIAS2 is used during the on period of the fifth transistor M 5 , that is, the off period during which the control signal S CTRL is low, but the bias voltage V BIAS2 is stable in this off period. .

この出力回路100Cによれば、バイアス電圧VBIAS1,VBIAS2の変動は、出力トランジスタM、第3トランジスタMそれぞれのゲート電圧V,VG3のローに影響を与えない。したがって図19のようなキャパシタCが不要となるため、回路面積を小さくできる。 According to the output circuit 100C, the variation in the bias voltage V BIAS1, V BIAS2, the output transistor M H, the third transistor M 3 each gate voltage V G, does not affect the row V G3. Thus for capacitor C 2 as shown in FIG. 19 is not required, it is possible to reduce the circuit area.

(実施例4.4)
図22は、実施例4.4に係る出力回路100Dを備える半導体装置300Dの回路図である。図19や図20の回路において、第3トランジスタMのゲート容量は、第2抵抗Rによって充電される。したがって第3トランジスタMのサイズ(W/L)が大きい場合には、図16の駆動回路200Aと同様の問題、すなわち、第3トランジスタMの駆動に関して、高速性と低消費電力化が両立できないという問題が生じうる。
この実施例では、第3トランジスタMおよびサブドライバ220が2段、直列に接続されている。後段の第3トランジスタM3_2は、入力端子INと出力トランジスタMのゲートの間に設けられる。前段の第3トランジスタM3_1は、入力端子INとひとつ後段の第3トランジスタM3_2のゲートの間に設けられる。
(Example 4.4)
FIG. 22 is a circuit diagram of a semiconductor device 300D including an output circuit 100D according to a 4.4. In the circuit of FIG. 19 and FIG. 20, the gate capacitance of the third transistor M 3 are, is charged by the second resistor R 2. Thus the third when the size of the transistor M 3 (W / L) is large, a problem similar to the drive circuit 200A in FIG. 16, i.e., with respect to the drive of the third transistor M 3, both high speed and low power consumption The problem of not being able to occur may occur.
In this embodiment, the third transistor M 3 and the sub-driver 220 bunk, are connected in series. The third transistor M 3 _ 2 of the latter stage is provided between the input terminal IN and the gate of the output transistor M H. The third transistor M 3 _ 1 of the preceding stage is provided between the input terminal IN and the gate of the third transistor M 3 _ 2 of one subsequent stage.

サブドライバ220_1は、制御信号SCTRLがハイのとき、第3トランジスタM3_1をオン、ローのとき第3トランジスタM3_1をオフする。サブドライバ220_1,220_2は同様に構成される。サブドライバ220_1の第4トランジスタM4_1のゲートは、第1トランジスタMのゲートと共通にバイアスされる。 The sub driver 220_1 turns on the third transistor M 3_1 when the control signal S CTRL is high, and turns off the third transistor M 3_1 when the control signal S CTRL is low. The sub drivers 220_1 and 220_2 are similarly configured. The gate of the fourth transistor M 4 _ 1 of the sub driver 220 _ 1 is commonly biased with the gate of the first transistor M 1 .

(第5実施例)
図23は、第5実施例に係る出力回路100Eを備える半導体装置300Eの回路図である。第5実施例は、図22の出力回路100Dをさらに多段化したものである。出力回路100Eには、複数(N個)の第3トランジスタM3_1〜M3_Nおよび複数段(N段)のサブドライバ220_1〜220_Nが設けられ、それらがカスケードに接続される。複数の第3トランジスタM3やサブドライバ220の構成素子のサイズ(駆動能力)は、後段ほど大きい。
Fifth Embodiment
FIG. 23 is a circuit diagram of a semiconductor device 300E provided with an output circuit 100E according to the fifth embodiment. In the fifth embodiment, the output circuit 100D of FIG. 22 is further multistaged. The output circuit 100E, the sub-driver 220_1~220_N is provided a plurality third transistors M 3_1 ~M 3_N and multiple stages (N stages) of (N number), they are connected in a cascade. The sizes (driving capabilities) of the constituent elements of the plurality of third transistors M3 and the sub driver 220 are larger toward the later stages.

複数のサブドライバ220_1〜220_Nは同様に構成される。i段目のサブドライバ220_i(1≦i≦N)は、対応する第3トランジスタM3_iを駆動する。最終段の第3トランジスタM3_Nは、入力端子INと出力トランジスタMのゲートの間に設けられる。それより前段(1≦j≦N−1)の第3トランジスタM3_jは、入力端子INとひとつ後段の第3トランジスタM3_(j+1)のゲートの間に設けられる。 The plurality of sub drivers 220_1 to 220_N are similarly configured. i-th sub-driver 220_i (1 ≦ i ≦ N) drives the corresponding third transistor M 3_i. The third transistor M 3 _N of the final stage is provided between the input terminal IN and the gate of the output transistor M H. The third transistor M 3 _j of the preceding stage (1 ≦ j ≦ N−1) is provided between the input terminal IN and the gate of the third transistor M 3 _ (j + 1) of one subsequent stage.

第1トランジスタMおよび第1トランジスタMと1段飛ばしで隣接する第4トランジスタM4_N,M4_(N−2),・・・のゲートは、共通の電圧源250によってバイアスされる。残りの第4トランジスタM4_(N−1),M4_(N−3)・・・のゲートは、共通の別の電圧源260によってバイアスされる。 The fourth transistor M 4_N adjacent in skipping the first transistor M 1 and the first transistor M 1 and one stage, M 4_ (N-2) , the gate of ... is biased by a common voltage source 250. The gates of the remaining fourth transistors M 4 _ (N−1) , M 4 _ (N 3), ... Are biased by another common voltage source 260.

(用途)
続いて出力回路100の用途を説明する。上述の半導体装置(出力回路)は、メカリレーの駆動回路に用いることができる。リレー装置およびそれを備える自動車については、図13,14を参照して説明した通りである。
(Use)
Subsequently, the application of the output circuit 100 will be described. The above-described semiconductor device (output circuit) can be used as a drive circuit of a mechanical relay. The relay device and the automobile equipped with the same are as described with reference to FIGS.

(変形例4.1)
実施の形態4では、MOSFETで構成された半導体装置を説明したがその限りでなく、任意のMOSFETを、バイポーラトランジスタなどに置換することができる。この場合、上の説明において、ゲートをベース、ドレインをコレクタ、ソースをエミッタと読み替えればよい。
(Modification 4.1)
In the fourth embodiment, a semiconductor device configured by MOSFETs has been described. However, any MOSFET can be replaced with a bipolar transistor or the like. In this case, in the above description, the gate may be replaced with the base, the drain as the collector, and the source as the emitter.

(変形例4.2)
実施の形態4では、出力トランジスタMが半導体装置300に集積化される場合を説明したがその限りでなく、出力トランジスタMとしてディスクリート素子を用いてもよい。
(Modification 4.2)
Although the case where the output transistor MH is integrated in the semiconductor device 300 has been described in the fourth embodiment, it is not limited thereto, and a discrete element may be used as the output transistor MH .

(変形例4.3)
半導体装置300の用途は、リレーの駆動回路には限定されず、DC/DCコンバータなどのスイッチング電源、モータ駆動回路(インバータ)、AC/DCコンバータ、DC/ACコンバータ(インバータ)、2次電池の充放電システムやパワーコンディショナなどにも利用することができる。
(Modification 4.3)
The application of the semiconductor device 300 is not limited to the drive circuit of the relay, and switching power supply such as DC / DC converter, motor drive circuit (inverter), AC / DC converter, DC / AC converter (inverter), secondary battery It can also be used for charge and discharge systems and power conditioners.

実施の形態にもとづき、具体的な用語を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。   Although the present invention has been described using specific terms based on the embodiments, the embodiments only show the principles and applications of the present invention, and the embodiments are defined in the claims. Many variations and modifications of the arrangement can be made without departing from the concept of the present invention.

100 出力回路
出力トランジスタ
200 駆動回路
201 内部ライン
202 ゲートライン
210 ターンオフ回路
204 ドライバ
220 サブドライバ
222 ターンオフ回路
224 ターンオン回路
230 ターンオン回路
240 バイアス回路
242 定電圧素子
244 電流源
250 第1電圧源
252 第1定電圧素子
254 第1電流源
260 第2電圧源
262 第2定電圧素子
264 第2電流源
270 電圧補正回路
272 電流源
280 クランプ回路
300 半導体装置
インピーダンス素子、第1抵抗
第2抵抗
第1トランジスタ
第2トランジスタ
第3トランジスタ
第4トランジスタ
第5トランジスタ
400 リレー装置
410 メカリレー
500 駆動回路
100 output circuit M H output transistor 200 drive circuit 201 internal line 202 gate line 210 turn-off circuit 204 driver 220 sub-driver 222 turn-off circuit 224 turn-on circuit 230 turn-on circuit 240 bias circuit 242 constant voltage element 244 current source 250 first voltage source 252 1 constant voltage element 254 first current source 260 second voltage source 262 second current source 270 second current source 270 voltage correction circuit 272 current source 280 clamp circuit 300 semiconductor device R 1 impedance element, first resistance R 2 second Resistor M 1 1st transistor M 2 2nd transistor M 3 3rd transistor M 4 4th transistor M 5 5th transistor 400 Relay device 410 Mechanical relay 500 Drive circuit

Claims (28)

入力電圧を受ける入力端子と出力端子の間に設けられる出力トランジスタを、制御信号に応じて駆動する駆動回路であって、
内部ラインと、
ゲートまたはベースである制御電極がバイアスされ、ソースまたはエミッタである第1電極が前記内部ラインと接続される第1トランジスタと、
前記内部ラインに作用し、前記内部ラインの電圧を時間的に緩やかに低下させる電圧補正回路と、
を備え、
前記出力トランジスタのゲートまたはベースである制御電極には、そのオン期間において前記内部ラインの電圧が印加されることを特徴とする駆動回路。
A driving circuit that drives an output transistor provided between an input terminal receiving an input voltage and an output terminal according to a control signal,
With the internal line
A first transistor in which a control electrode which is a gate or a base is biased, and a first electrode which is a source or an emitter is connected to the internal line;
A voltage correction circuit that acts on the internal line and causes the voltage of the internal line to decrease gradually in time;
Equipped with
A drive circuit characterized in that a voltage of the internal line is applied to a control electrode which is a gate or a base of the output transistor during the on period.
前記電圧補正回路は、前記内部ラインから補助電流をシンクする電流源を含むことを特徴とする請求項1に記載の駆動回路。   The drive circuit according to claim 1, wherein the voltage correction circuit includes a current source that sinks an auxiliary current from the internal line. 前記入力端子と接続される上側電源端子、前記内部ラインと接続される下側電源端子、前記出力トランジスタのゲートまたはベースである制御電極と接続される出力端子を有し、前記制御信号に応じて前記出力トランジスタを駆動するドライバをさらに備えることを特徴とする請求項2に記載の駆動回路。   It has an upper power supply terminal connected to the input terminal, a lower power supply terminal connected to the internal line, and an output terminal connected to a control electrode which is a gate or a base of the output transistor, according to the control signal. The drive circuit according to claim 2, further comprising a driver for driving the output transistor. 前記補助電流は、前記出力トランジスタのオン期間において、前記ドライバによって前記出力トランジスタの前記制御電極からシンクされる電流より小さいことを特徴とする請求項3に記載の駆動回路。   The drive circuit according to claim 3, wherein the auxiliary current is smaller than the current sunk from the control electrode of the output transistor by the driver during the on period of the output transistor. 前記第1トランジスタのドレインまたはコレクタである第2電極と接地の間に設けられ、前記制御信号に応じてオン、オフする第2トランジスタをさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の駆動回路。   The drive circuit according to claim 1, further comprising: a second transistor provided between a second electrode which is a drain or a collector of the first transistor and the ground, and turned on / off according to the control signal. . 前記補助電流は、前記出力トランジスタのオン期間において、前記第2トランジスタを介して前記出力トランジスタの前記制御電極からシンクされる電流より小さいことを特徴とする請求項5に記載の駆動回路。   The drive circuit according to claim 5, wherein the auxiliary current is smaller than the current sunk from the control electrode of the output transistor through the second transistor during the on period of the output transistor. 前記入力端子と前記出力トランジスタの前記制御電極の間に設けられ、前記出力トランジスタをオフすべき期間にオンとなる第3トランジスタをさらに備え、
前記補助電流は、前記出力トランジスタのオフ期間において前記第3トランジスタに流れる電流より小さいことを特徴とする請求項2に記載の駆動回路。
And a third transistor provided between the input terminal and the control electrode of the output transistor and turned on during a period when the output transistor is to be turned off.
3. The drive circuit according to claim 2, wherein the auxiliary current is smaller than the current flowing through the third transistor during the off period of the output transistor.
入力電圧を受ける入力端子と出力端子の間に設けられる出力トランジスタを、制御信号に応じて駆動する駆動回路であって、
前記出力トランジスタのゲートまたはベースである制御電極と接続される内部ラインと、
ゲートまたはベースである制御電極がバイアスされ、ソースまたはエミッタである第1電極が前記内部ラインと接続される第1トランジスタと、
前記第1トランジスタのドレインまたはコレクタである第2電極と接地の間に設けられ、前記制御信号に応じてオン、オフする第2トランジスタと、
前記内部ラインから補助電流をシンクする電流源と、
前記入力端子と前記内部ラインの間に設けられたインピーダンス素子と、
を備えることを特徴とする駆動回路。
A driving circuit that drives an output transistor provided between an input terminal receiving an input voltage and an output terminal according to a control signal,
An internal line connected to a control electrode which is the gate or base of the output transistor;
A first transistor in which a control electrode which is a gate or a base is biased, and a first electrode which is a source or an emitter is connected to the internal line;
A second transistor provided between a second electrode which is a drain or a collector of the first transistor and the ground, and turned on / off according to the control signal;
A current source for sinking an auxiliary current from the internal line;
An impedance element provided between the input terminal and the internal line;
A drive circuit comprising:
前記補助電流は、前記インピーダンス素子に流れる電流より大きく、前記第1トランジスタに流れる電流より小さいことを特徴とする請求項8に記載の駆動回路。   The drive circuit according to claim 8, wherein the auxiliary current is larger than a current flowing through the impedance element and smaller than a current flowing through the first transistor. 前記入力端子と前記内部ラインの間に設けられ、前記制御信号に応じて前記第2トランジスタと相補的にオン、オフする第3トランジスタをさらに備えることを特徴とする請求項8または9に記載の駆動回路。   10. The device according to claim 8, further comprising: a third transistor provided between the input terminal and the internal line, and turned on and off complementarily to the second transistor according to the control signal. Drive circuit. 入力電圧を受ける入力端子と出力端子の間に設けられる出力トランジスタを、制御信号に応じて駆動する駆動回路であって、
内部ラインと、
ゲートまたはベースである制御電極がバイアスされ、ソースまたはエミッタである第1電極が前記内部ラインと接続される第1トランジスタと、
前記入力端子と接続される上側電源端子、前記内部ラインと接続される下側電源端子、前記出力トランジスタのゲートまたはベースである制御電極と接続される出力端子を有し、前記制御信号に応じて前記出力トランジスタを駆動するドライバと、
前記内部ラインから補助電流をシンクする電流源と、
前記入力端子と前記内部ラインの間に設けられたインピーダンス素子と、
を備えることを特徴とする駆動回路。
A driving circuit that drives an output transistor provided between an input terminal receiving an input voltage and an output terminal according to a control signal,
With the internal line
A first transistor in which a control electrode which is a gate or a base is biased, and a first electrode which is a source or an emitter is connected to the internal line;
It has an upper power supply terminal connected to the input terminal, a lower power supply terminal connected to the internal line, and an output terminal connected to a control electrode which is a gate or a base of the output transistor, according to the control signal. A driver for driving the output transistor;
A current source for sinking an auxiliary current from the internal line;
An impedance element provided between the input terminal and the internal line;
A drive circuit comprising:
前記補助電流は、前記インピーダンス素子に流れる電流より大きく、前記ドライバの前記下側電源端子から前記内部ラインに流れる電流より小さいことを特徴とする請求項11に記載の駆動回路。   12. The drive circuit according to claim 11, wherein the auxiliary current is larger than the current flowing through the impedance element and smaller than the current flowing from the lower power supply terminal of the driver to the internal line. 前記内部ラインの電圧を、前記入力電圧との電位差が所定値を超えないようにクランプするクランプ回路をさらに備えることを特徴とする請求項1から12のいずれかに記載の駆動回路。   The drive circuit according to any one of claims 1 to 12, further comprising a clamp circuit that clamps the voltage of the internal line so that the potential difference with the input voltage does not exceed a predetermined value. 前記クランプ回路は、前記入力端子と前記内部ラインの間に設けられたツェナーダイオードを含むことを特徴とする請求項13に記載の駆動回路。   The drive circuit according to claim 13, wherein the clamp circuit includes a Zener diode provided between the input terminal and the internal line. 前記制御信号は、前記入力電圧の通常状態においてパルス信号であり、前記入力電圧が低下する減電圧状態において、固定的にオンを指示するDC信号であることを特徴とする請求項1から14のいずれかに記載の駆動回路。   15. The control signal according to claim 1, wherein the control signal is a pulse signal in a normal state of the input voltage, and is a DC signal which instructs fixedly on in a reduced voltage state in which the input voltage decreases. The drive circuit according to any one. 前記制御信号はパルス信号であり、前記制御信号のオンレベルの時間は、前記入力電圧が低下する減電圧状態において長くなることを特徴とする請求項1から14のいずれかに記載の駆動回路。   The drive circuit according to any one of claims 1 to 14, wherein the control signal is a pulse signal, and a time of an on level of the control signal becomes longer in a reduced voltage state in which the input voltage decreases. 前記補助電流は、前記制御信号に応じてオン、オフすることを特徴とする請求項2から12のいずれかに記載の駆動回路。   The drive circuit according to any one of claims 2 to 12, wherein the auxiliary current is turned on or off in response to the control signal. 前記補助電流は、前記制御信号のレベルにかかわらず固定的にオンであることを特徴とする請求項2から12のいずれかに記載の駆動回路。   The driving circuit according to any one of claims 2 to 12, wherein the auxiliary current is fixed on regardless of the level of the control signal. 前記第1トランジスタの前記制御電極に、前記入力電圧よりも所定電圧幅低いバイアス電圧を供給するバイアス回路をさらに備えることを特徴とする請求項1から18のいずれかに記載の駆動回路。   The drive circuit according to any one of claims 1 to 18, further comprising a bias circuit that supplies a bias voltage having a predetermined voltage width lower than the input voltage to the control electrode of the first transistor. 前記バイアス回路は、
前記入力端子と前記第1トランジスタの前記制御電極の間に設けられた第1ツェナーダイオードと、
前記第1トランジスタの前記制御電極と接地の間に設けられた電流源と、
を含むことを特徴とする請求項19に記載の駆動回路。
The bias circuit
A first Zener diode provided between the input terminal and the control electrode of the first transistor;
A current source provided between the control electrode of the first transistor and the ground;
20. The drive circuit of claim 19 including:
入力端子と出力端子の間に設けられる出力トランジスタを駆動する駆動回路であって、
その第1電極が前記出力トランジスタの制御電極と接続され、その制御電極がバイアスされる第1トランジスタと、
前記第1トランジスタの第2電極と接地の間に設けられ、前記出力トランジスタのオン期間においてオンとなる第2トランジスタと、
前記入力端子と前記出力トランジスタの制御電極の間に設けられる第3トランジスタと、
前記出力トランジスタのオフ期間において前記第3トランジスタをオンするサブドライバと、
を備え、
前記サブドライバは、
前記入力端子と前記第3トランジスタの制御電極の間に設けられた第2抵抗と、
その第1電極が前記第3トランジスタの制御電極に接続され、その制御電極がバイアスされる第4トランジスタと、
前記第4トランジスタの第2電極と接地の間に設けられ、前記出力トランジスタのオフ期間においてオンとなる第5トランジスタと、
を含み、
前記第1トランジスタの制御電極と、前記第4トランジスタの制御電極は、別々の電圧源によってバイアスされていることを特徴とする駆動回路。
A driving circuit for driving an output transistor provided between an input terminal and an output terminal, the driving circuit comprising:
A first transistor whose first electrode is connected to a control electrode of the output transistor, the control electrode being biased;
A second transistor provided between the second electrode of the first transistor and the ground and turned on during the on period of the output transistor;
A third transistor provided between the input terminal and the control electrode of the output transistor;
A sub driver that turns on the third transistor during an off period of the output transistor;
Equipped with
The subdriver is
A second resistor provided between the input terminal and the control electrode of the third transistor;
A fourth transistor whose first electrode is connected to the control electrode of the third transistor and whose control electrode is biased;
A fifth transistor provided between the second electrode of the fourth transistor and the ground and turned on in the off period of the output transistor;
Including
A control circuit characterized in that the control electrode of the first transistor and the control electrode of the fourth transistor are biased by different voltage sources.
前記入力端子と前記出力トランジスタの制御電極の間に設けられる第1抵抗をさらに備えることを特徴とする請求項21に記載の駆動回路。   22. The drive circuit of claim 21, further comprising a first resistor provided between the input terminal and the control electrode of the output transistor. 前記第1トランジスタの制御電極に、第1バイアス電圧を供給する第1電圧源と、
前記第4トランジスタの制御電極に、第2バイアス電圧を供給する、前記第1電圧源とは独立した第2電圧源と、
をさらに備え、
前記第1電圧源と前記第2電圧源は同じ回路構成を有することを特徴とする請求項21または22に記載の駆動回路。
A first voltage source for supplying a first bias voltage to a control electrode of the first transistor;
Supplying a second bias voltage to a control electrode of the fourth transistor, and a second voltage source independent of the first voltage source,
And further
23. The drive circuit according to claim 21, wherein the first voltage source and the second voltage source have the same circuit configuration.
前記第1電圧源は、前記入力端子と前記第1トランジスタの制御電極の間に設けられた定電圧素子を含み、
前記第2電圧源は、前記入力端子と前記第4トランジスタの制御電極の間に設けられた定電圧素子を含むことを特徴とする請求項23に記載の駆動回路。
The first voltage source includes a constant voltage element provided between the input terminal and the control electrode of the first transistor,
The drive circuit according to claim 23, wherein the second voltage source includes a constant voltage element provided between the input terminal and the control electrode of the fourth transistor.
前記第3トランジスタおよび前記サブドライバは複数設けられ、複数のサブドライバの第5トランジスタは、1段ごとに相補的にスイッチングし、
最終段の第3トランジスタは、前記入力端子と前記出力トランジスタの制御電極の間に設けられ、それより前段の第3トランジスタは、前記入力端子と1つ後段の第3トランジスタの制御電極の間に設けられ、
前記第1トランジスタおよび前記第1トランジスタと1段飛ばしで隣接する第4トランジスタの制御電極は共通の第1電圧源によってバイアスされ、
残りの第4トランジスタの制御電極は、共通の別の第2電圧源によってバイアスされることを特徴とする請求項21から24のいずれかに記載の駆動回路。
A plurality of the third transistors and the sub drivers are provided, and fifth transistors of the plurality of sub drivers perform complementary switching in each stage,
The third transistor in the final stage is provided between the input terminal and the control electrode of the output transistor, and the third transistor in the previous stage is between the input terminal and the control electrode of the third transistor in the subsequent stage Provided
The control electrodes of the fourth transistor adjacent to the first transistor and the first transistor in one-step skipping are biased by a common first voltage source,
25. A drive circuit according to any of claims 21 to 24, wherein the control electrodes of the remaining fourth transistors are biased by another common second voltage source.
入力端子と出力端子の間に設けられる出力トランジスタを駆動する駆動回路であって、
その第1電極が前記出力トランジスタの制御電極と接続される第1トランジスタと、
前記第1トランジスタの第2電極と接地の間に設けられる第2トランジスタと、
複数の第3トランジスタと、
前記複数の第3トランジスタと対応する複数のサブドライバと、
を備え、
最終段の第3トランジスタは、前記入力端子と前記出力トランジスタの制御電極の間に設けられ、それより前段の第3トランジスタは、前記入力端子と1つ後段の第3トランジスタの制御電極の間に設けられ、
前記サブドライバは、
前記入力端子と対応する第3トランジスタの制御電極の間に設けられた第2抵抗と、
その第1電極が対応する第3トランジスタの制御電極に接続される第4トランジスタと、
前記第4トランジスタの第2電極と接地の間に設けられる第5トランジスタと、
を含み、
前記第1トランジスタおよび前記第1トランジスタと1段飛ばしで隣接する第4トランジスタの制御電極は共通の第1電圧源によってバイアスされ、
残りの第4トランジスタの制御電極は、共通の別の第2電圧源によってバイアスされることを特徴とする駆動回路。
A driving circuit for driving an output transistor provided between an input terminal and an output terminal, the driving circuit comprising:
A first transistor whose first electrode is connected to the control electrode of the output transistor;
A second transistor provided between the second electrode of the first transistor and the ground;
A plurality of third transistors,
A plurality of sub drivers corresponding to the plurality of third transistors;
Equipped with
The third transistor in the final stage is provided between the input terminal and the control electrode of the output transistor, and the third transistor in the previous stage is between the input terminal and the control electrode of the third transistor in the subsequent stage Provided
The subdriver is
A second resistor provided between the control terminal of the third transistor corresponding to the input terminal;
A fourth transistor whose first electrode is connected to the control electrode of the corresponding third transistor;
A fifth transistor provided between the second electrode of the fourth transistor and the ground;
Including
The control electrodes of the fourth transistor adjacent to the first transistor and the first transistor in one-step skipping are biased by a common first voltage source,
Driving circuit characterized in that the control electrodes of the remaining fourth transistors are biased by another common second voltage source.
出力トランジスタと、
前記出力トランジスタを駆動する請求項1から26のいずれかに記載の駆動回路と、
を備えることを特徴とする半導体装置。
An output transistor,
The drive circuit according to any one of claims 1 to 26, which drives the output transistor.
A semiconductor device comprising:
メカリレーと、
前記メカリレーを駆動する請求項27に記載の半導体装置と、
を備えることを特徴とする自動車。
Mechanical relay,
The semiconductor device according to claim 27, which drives the mechanical relay.
An automobile characterized by comprising.
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