JP2020120418A - Switching circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、スイッチング回路に関する。 The present invention relates to switching circuits.
DC/DCコンバータ、AC/DCコンバータ、モータドライバ、インバータ回路は、直流電圧を受け、矩形電圧を発生するスイッチング回路を備える。図1は、スイッチング回路の回路図である。スイッチング回路2Rは、パワートランジスタであるハイサイドトランジスタMHおよびローサイドトランジスタMLと、ハイサイドドライバ12およびローサイドドライバ14と、コントローラ16と、を備える。ハイサイドドライバ12およびローサイドドライバ14は、コントローラ16からのパルス信号SH,SLに応じて、ハイサイドトランジスタMHおよびローサイドトランジスタMLを駆動する。
The DC/DC converter, AC/DC converter, motor driver, and inverter circuit include a switching circuit that receives a DC voltage and generates a rectangular voltage. FIG. 1 is a circuit diagram of a switching circuit. The
近年、パワートランジスタとして、従来のシリコンMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)よりも大電力・高効率・小型化であるSiC(炭化ケイ素)やGaN(窒化ガリウム)などの化合物半導体のデバイスの開発が進められている。 In recent years, as a power transistor, development of a compound semiconductor device such as SiC (silicon carbide) or GaN (gallium nitride), which has higher power, higher efficiency, and smaller size than a conventional silicon MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), has been developed. It is being advanced.
化合物半導体(特にGaN)のパワートランジスタは、そのデバイス構造上、ノーマリオフ型の製造が難しいことから、ノーマリオン型(デプレッション型ともいう)が主流である。ノーマリオフ型(エンハンスメント型)のデバイスの開発も進められているが、ゲートソース間しきい値電圧VGS(th)が2V以下にとどまっており、入力電圧が百Vを超えるようなシステムにおいては実質的にノーマリオンデバイスとみなすことができる。 A normally-on type (also called a depletion type) is the mainstream of a compound semiconductor (especially GaN) power transistor because it is difficult to manufacture a normally-off type because of its device structure. Although normally-off type (enhancement type) devices are under development, the threshold voltage V GS(th) between the gate and the source remains at 2 V or less, and it is practical in a system where the input voltage exceeds 100 V. It can be regarded as a normally-on device.
(第1の課題)
ノーマリオン型のパワートランジスタを確実にオフするためには、そのゲートに、そのソース電位よりも低い電圧を印加する必要がある。
(First issue)
In order to reliably turn off the normally-on type power transistor, it is necessary to apply a voltage lower than its source potential to its gate.
スイッチング回路2Rがローレベル、すなわち0Vを出力する状態(ロー出力状態)を考える。ロー出力状態では、ハイサイドトランジスタMHのゲートに、そのソース電圧(すなわちスイッチング電圧VSW=0V)より低い負のゲート電圧VGHを印加し、ハイサイドトランジスタMHをオフする必要がある。
Consider a state in which the
このために、ハイサイドドライバ12の下側電源端子13には、ソース電圧VSWよりも、所定電圧だけ低い電源電圧を供給する必要があり、そのために、絶縁電源20が必要となる。絶縁電源20は、回路構成が複雑であり、コストアップの要因となっていた。
Therefore, it is necessary to supply the lower
(第2の課題)
ハイサイドトランジスタMHやローサイドトランジスタMLがノーマリオンであるとノーマリオフであるにかかわらず、それらのゲートドレイン間には寄生のゲートドレイン容量Cgdが存在している。スイッチング回路2Rが、ハイレベル、すなわちVINを出力する状態(ハイ出力状態)では、ローサイドトランジスタMLのゲートドレイン間容量Cgdを介して容量負荷電流が流れ、オフすべきローサイドトランジスタMLのゲート容量が充電されてその電位が上昇すると、ローサイドトランジスタMLが意図と反してターンオンし、貫通電流を引き起こす要因となりうる。ハイサイドトランジスタMHについても同様の問題が生じうる。
(Second task)
Regardless of whether the high-side transistor M H or the low-side transistor M L is normally on, a parasitic gate drain capacitance Cgd exists between the gate drains thereof. Switching
第2の課題の対策として、ゲート抵抗を挿入してスルーレート(ゲート電圧の傾き)を低下させたり、パワートランジスタのオン抵抗を小さくしてゲート電圧の上昇を抑制したりするアプローチが考えられるが、スイッチング回路としての何らかの特性を犠牲にする必要がある。 As a measure against the second problem, an approach of inserting a gate resistor to reduce the slew rate (slope of the gate voltage) or reducing the on-resistance of the power transistor to suppress the rise of the gate voltage can be considered. , It is necessary to sacrifice some characteristics of the switching circuit.
なお、ここで説明した課題を当業者の一般的な技術認識と認定してはならない。 Note that the problems described here should not be recognized as general technical recognition by those skilled in the art.
本発明はかかる状況におい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、上述の少なくともひとつの課題を解決可能なスイッチング回路の提供にある。 The present invention has been made in such a situation, and one of the exemplary objects of an aspect thereof is to provide a switching circuit capable of solving at least one of the problems described above.
本発明のある態様はスイッチング回路に関する。スイッチング回路は、スイッチングラインと基準ラインの間に設けられたローサイドトランジスタと、ローサイドトランジスタを駆動するローサイドドライバと、ローサイドドライバと同期してチャージポンプ動作し、少なくとも前記ローサイドドライバがオフすべき期間において、ローサイドドライバの下側電源端子に、基準ラインの基準電圧より低い第1電圧を供給する第1チャージポンプと、を備える。 One aspect of the present invention relates to a switching circuit. The switching circuit includes a low-side transistor provided between the switching line and the reference line, a low-side driver that drives the low-side transistor, a charge pump operation in synchronization with the low-side driver, and at least in a period when the low-side driver should be turned off, A first charge pump that supplies a first voltage lower than the reference voltage of the reference line to a lower power supply terminal of the low-side driver.
第1チャージポンプの出力電圧は、ローサイドトランジスタがオンすべき期間において、第1電圧より高い電圧レベルをとってもよい。 The output voltage of the first charge pump may have a voltage level higher than the first voltage during the period when the low-side transistor should be turned on.
第1チャージポンプは、一端がローサイドドライバの下側電源端子と接続される第1キャパシタと、ローサイドドライバと同期して、第1キャパシタの他端に、正の電源電圧をハイレベル、基準電圧をローレベルとする第1チャージポンプ信号を印加する第1サブドライバと、第1キャパシタの一端と基準ラインの間に設けられた第1整流素子と、を含んでもよい。 The first charge pump has a first capacitor whose one end is connected to the lower power supply terminal of the low-side driver, and a positive power supply voltage at a high level and a reference voltage at the other end of the first capacitor in synchronization with the low-side driver. It may include a first sub-driver that applies a first charge pump signal that is at a low level, and a first rectifying element that is provided between one end of the first capacitor and the reference line.
正の電源電圧は、ローサイドドライバの上側電源端子の電圧と共通であってもよい。正の電源電圧は、ローサイドドライバの上側電源端子の電圧と異なる電圧であってもよい。 The positive power supply voltage may be common to the voltage of the upper power supply terminal of the low side driver. The positive power supply voltage may be a voltage different from the voltage of the upper power supply terminal of the low side driver.
ローサイドトランジスタはノーマリオン型のデバイスであってもよい。 The low side transistor may be a normally-on type device.
スイッチング回路は、入力ラインとスイッチングラインの間に設けられたハイサイドトランジスタと、ハイサイドトランジスタを駆動するハイサイドドライバと、ハイサイドドライバと同期してチャージポンプ動作し、少なくともハイサイドトランジスタがオフすべき期間において、ハイサイドドライバの下側電源端子に、スイッチングラインのスイッチング電圧より低い第2電圧を供給する第2チャージポンプと、ハイサイドドライバの上側電源端子に、スイッチング電圧より高い第3電圧を供給するブートストラップ回路と、をさらに備えてもよい。 The switching circuit has a high side transistor provided between the input line and the switching line, a high side driver for driving the high side transistor, and a charge pump operation in synchronization with the high side driver, and at least the high side transistor is turned off. Power supply, a second charge pump that supplies a second voltage lower than the switching voltage of the switching line to the lower power supply terminal of the high side driver, and a third voltage higher than the switching voltage to the upper power supply terminal of the high side driver. The bootstrap circuit for supplying may further be provided.
第2チャージポンプの出力電圧は、ハイサイドトランジスタがオンすべき期間において、第2電圧より高い電圧レベルをとってもよい。 The output voltage of the second charge pump may have a voltage level higher than the second voltage during the period when the high side transistor should be turned on.
第2チャージポンプは、一端がハイサイドドライバの下側電源端子と接続される第2キャパシタと、ハイサイドドライバと同期して、第2キャパシタの他端に、第3電圧をハイレベル、第2電圧をローレベルとする第2チャージポンプ信号を印加する第2サブドライバと、第2キャパシタの一端とスイッチングラインの間に設けられた第2整流素子と、を含んでもよい。 The second charge pump has a second capacitor, one end of which is connected to the lower power supply terminal of the high side driver, and the other end of the second capacitor, the third voltage being at a high level and the second capacitor being synchronized with the high side driver. A second sub-driver that applies a second charge pump signal that sets the voltage to a low level and a second rectifying element that is provided between one end of the second capacitor and the switching line may be included.
ハイサイドトランジスタはノーマリオン型のデバイスであってもよい。 The high side transistor may be a normally-on type device.
スイッチング回路は、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つのチップ上に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 switching circuit may be integrated on one semiconductor substrate. "Integrated integration" includes the case where all the components of the circuit are formed on the semiconductor substrate and the case where the main components of the circuit are integrally integrated. A resistor or a capacitor may be provided outside the semiconductor substrate. By integrating the circuit on one chip, the circuit area can be reduced and the characteristics of the circuit element can be kept uniform.
スイッチング回路のうち、ハイサイドトランジスタとローサイドトランジスタを除く部品がひとつの半導体基板に集積化され、ハイサイドトランジスタおよびローサイドトランジスタはディスクリート部品あるいはパワーモジュールであってもよい。 Parts of the switching circuit other than the high-side transistor and the low-side transistor may be integrated on one semiconductor substrate, and the high-side transistor and the low-side transistor may be discrete parts or power modules.
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 should be noted that any combination of the above constituent elements and those in which the constituent elements and expressions of the present invention are mutually replaced among methods, devices, systems, etc. are also effective as an aspect of the present invention.
本発明のある態様によれば、上述の課題の少なくともひとつを解決できる。 According to an aspect of the present invention, at least one of the above problems can be solved.
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。 Hereinafter, the present invention will be described based on preferred embodiments with reference to the drawings. The same or equivalent constituent elements, members, and processes shown in each drawing are denoted by the same reference numerals, and duplicated description will be omitted as appropriate. Further, the embodiments are merely examples and do not limit the invention, and all 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 to each other in addition to the case where the members A and B are physically directly connected. It also includes a case where they are indirectly connected through other members that do not substantially affect the general connection state or do not impair the functions and effects achieved by their 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, "the state in which the member C is provided between the member A and the member B" means that the members A and C or the members B and C are directly connected and their electrical It also includes a case where they are indirectly connected through other members that do not substantially affect the general connection state or do not impair the functions and effects achieved by their connection.
(第1の実施の形態)
図2は、第1の実施の形態に係るスイッチング回路200の回路図である。スイッチング回路200は、スイッチングライン204の電気的状態を、二状態でスイッチング可能に構成されている。
(First embodiment)
FIG. 2 is a circuit diagram of the
一実施例においてスイッチング回路200は、図1のスイッチング回路2Rと同様に、ハイサイドトランジスタとローサイドトランジスタを含む回路の一部であってもよい。この場合、スイッチングライン204にはハイサイドトランジスタMHが接続されうる。
In one embodiment, the
一実施例においてスイッチング回路200は、オープンドレインの出力回路であってもよい。この場合、ハイサイドトランジスタの代わりに負荷(不図示)が接続される
In one embodiment, the
スイッチング回路200は、出力段210および駆動段220を備える。出力段210は、スイッチングライン204と基準ライン206の間に設けられたローサイドトランジスタMLを含む。本実施の形態において基準ライン206は接地され、基準電圧は接地電圧VGNDである。
The
スイッチング回路200は、ひとつの半導体基板に集積化された機能ICであってもよい。ローサイドトランジスタMLはディスクリート部品あるいはパワーモジュールであってもよく、この場合、出力段210がICであり、ローサイドトランジスタMLはICチップに外付けされる。チャージポンプに使用されるキャパシタは、ICチップに集積化してもよいし、外付けのチップ部品であってもよい。
The
駆動段220の電源ライン208には、正の電源電圧VCCが供給される。駆動段220は、ローサイドドライバ222、第1チャージポンプ230および第1レベルシフタ228を備える。ローサイドドライバ222は、ローサイドトランジスタMLを駆動する。ローサイドドライバ222の上側電源端子226には、正の電源電圧VCCが供給される。
The positive power supply voltage V CC is supplied to the
第1チャージポンプ230は、ローサイドドライバ222と同期してチャージポンプ動作(スイッチング)し、少なくともローサイドドライバ222がオフすべき期間において、ローサイドドライバ222の下側電源端子224に、基準ライン206の基準電圧VGND(0V)より低い第1電圧VCPOUTLを供給する。
The
第1チャージポンプ230は、第1キャパシタC11、第1サブドライバ232および第1整流素子D11を含む。第1キャパシタC11の一端はローサイドドライバ222の下側電源端子224と接続される。第1サブドライバ232は、ローサイドドライバ222と同期して、第1キャパシタC11の他端に、正の電源電圧VCCをハイレベル、基準電圧VGNDをローレベルとする第1チャージポンプ信号VCPLを印加する。第1整流素子D11は、カソードが基準ライン206側、アノードがローサイドドライバ222の下側電源端子224側となる向きで設けられたダイオードである。第1整流素子D11はツェナーダイオードを用いてもよい。
The
第1レベルシフタ228は、図示しないコントローラによって生成されたローサイドパルスSLを受ける。第1レベルシフタ228は、電源電圧VCCをハイレベル、基準電圧VGNDをローレベルとするローサイドパルスSLを、電源電圧VCCをハイレベル、電圧VCPOUTLをローレベルとするローサイドパルスSL’にレベルシフトする。
The
以上がスイッチング回路200の構成である。続いてその動作を説明する。図3は、図2のスイッチング回路200の動作波形図である。
The above is the configuration of the
はじめに第1チャージポンプ230の動作を説明する。
First, the operation of the
ロー出力期間TLにおいて、ローサイドパルスSLがハイレベルとなると、第1サブドライバ232は、第1キャパシタC11の一端にVCPL=VCCを印加する。第1整流素子D11の順方向電圧をVfとすると、第1キャパシタC11の両端間には、VCC−Vfが印加され、第1キャパシタC11が充電される。
When the low-side pulse S L becomes high level in the low output period T L , the
ハイ出力期間THにおいて、ローサイドパルスSLがローレベルとなると、第1サブドライバ232の出力VCPL、すなわち第1キャパシタC11の一端はローレベルVGNDとなる。第1キャパシタC11の電荷は保存され、言い換えればその両端間電圧(VCC−Vf)は維持されるから、第1キャパシタC11の他端の電圧VCPOUTLは、VCPOUTL=−(VCC−Vf)となる。
When the low-side pulse S L becomes low level during the high output period T H , the output V CPL of the
このように、第1チャージポンプ230によって、ローサイドトランジスタMLがオフすべき期間において、ローサイドドライバ222の下側電源端子224には、基準ライン206の電圧VGNDより低い電圧−VCC+Vfが供給される。
Thus, by the
続いてローサイドドライバ222およびローサイドトランジスタMLの動作を説明する。ロー出力期間TLにおいて、ローサイドドライバ222は、ローサイドトランジスタMLのゲートにVGL=VCCを印加し、ローサイドトランジスタMLをオンする。これによりスイッチング電圧VSWはローレベルVGNDとなる。
Next, operations of the
ハイ出力期間THにおいて、ローサイドドライバ222は、ローサイドトランジスタMLのゲートにVGL=VCPOUTL=−(VCC−Vf)を印加する。これにより、ローサイドトランジスタMLがオフとなり、スイッチング電圧VSWは所定のハイレベル電圧(もしくはハイインピーダンス状態)となる。
In the high-output period T H, the low-
以上がスイッチング回路200の動作である。
このスイッチング回路200によれば、絶縁電源などを用いずに、ノーマリオン型のローサイドトランジスタMLを確実にターンオフすることができる。これにより、部品数、回路面積を減らすことができ、コストを下げることが可能となる。
The above is the operation of the
According to this
またローサイドトランジスタMLがノーマリオフ型のデバイスである場合にも、第1の実施の形態に係るスイッチング回路200は有効である。すなわち、ソース電圧よりも低いゲート電圧を、ローサイドトランジスタMLのゲートに印加することができるため、出力VSWの急峻な立ち上がりにおいて、寄生容量Cgdを介したゲート電圧の持ち上がりによるトランジスタMLの意図しないターンオン(セルフターンオン)を抑制することが可能となり、高速スイッチング動作が可能となる。
The
また、第1の実施の形態では、第1チャージポンプ230の出力電圧が一定では無いことに留意されたい。一般的なチャージポンプの出力は、直流電圧であるが、図2の第1チャージポンプ230の出力電圧VCPOUTLは図3に示すようにパルス電圧となっている。なぜなら、ローサイドトランジスタMLをオンすべき期間においてローサイドドライバ222の下側電源端子224には、負電圧を供給する必要がないからである。一般的な直流出力のチャージポンプは、第1チャージポンプ230の構成に加えてさらに、もうひとつの整流素子と、出力キャパシタ(平滑キャパシタ)が必要であるのに対して、図2の第1チャージポンプ230ではそれらの素子を省略することができ、回路面積およびコストの増加が抑制されている。
Also, note that the output voltage of the
(第2の実施の形態)
図4は、第2の実施の形態に係るスイッチング回路300の回路図である。スイッチング回路300は、図2のスイッチング回路200に加えて、ハイサイドトランジスタMHおよび駆動段320を備える。スイッチング回路300は、ハイ出力期間THにおいて、入力ライン302に供給される入力電圧VINを出力する。
(Second embodiment)
FIG. 4 is a circuit diagram of the
ハイサイドトランジスタMHは入力ライン302とスイッチングライン204の間に設けられる。駆動段320は、ハイサイドパルスSHにもとづいてハイサイドトランジスタMHを駆動する。
The high side transistor M H is provided between the
駆動段320は、ハイサイドドライバ322、第2レベルシフタ328、第2チャージポンプ330、ブートストラップ回路340を含む。
The driving
ブートストラップ回路340は、電源ライン342に、スイッチングライン204の電圧VSWよりも所定電圧(VCC)高いブートストラップ電圧VBSTを発生する。ハイサイドドライバ322はハイサイドトランジスタMHを駆動する。ハイサイドドライバ322の上側電源端子326には、ブートストラップ電圧(第3電圧)VBSTが供給される。ブートストラップ回路340は、ダイオードD31およびキャパシタC31を含む。ダイオードD31に代えて、トランジスタを用いてもよい。
The
第2チャージポンプ330は、ハイサイドドライバ322と同期してチャージポンプ動作(スイッチング)し、チャージポンプ動作し、少なくともハイサイドトランジスタMHがオフすべき期間において、ハイサイドドライバ322の下側電源端子324に、スイッチングライン204のスイッチング電圧VSWより低い第2電圧VCPOUTHを供給する。
The
第2チャージポンプ330は、第2キャパシタC21、第2サブドライバ332および第2整流素子D21を含む。第2キャパシタC21の一端はハイサイドドライバ322の下側電源端子324と接続される。第2サブドライバ332は、ハイサイドドライバ322と同期して、第2キャパシタC21の他端に、ブートストラップ電圧VBSTをハイレベル、スイッチング電圧VSWをローレベルとする第2チャージポンプ信号VCPHを印加する。第2整流素子D21は、カソードがスイッチングライン204側、アノードがハイサイドドライバ322の下側電源端子324側となる向きで設けられたダイオードである。第2整流素子D21はツェナーダイオードを用いてもよい。
The
第2レベルシフタ328は、図示しないコントローラによって生成されたハイサイドパルスSHを受ける。第2レベルシフタ328は、電源電圧VCCをハイレベル、基準電圧VGNDをローレベルとするハイサイドパルスSHを、ブートストラップ電圧VBSTをハイレベル、電圧VCPOUTHをローレベルとするハイサイドパルスSH’にレベルシフトする。
The
以上がスイッチング回路300の構成である。続いてその動作を説明する。図5は、図4のスイッチング回路300の動作波形図である。ローサイドの動作は図3と同様であるため、図5にはハイサイドの動作のみが示される。実際には、再下段に示すようにスイッチング電圧VSWはパルスであるが、VCPOUTH,SH’,VGHに関しては、VSWを一定として示している。
The above is the configuration of the
はじめに第2チャージポンプ330の動作を説明する。
First, the operation of the
ハイ出力期間THにおいて、ハイサイドパルスSHがハイレベルとなると、第2サブドライバ332は、第2キャパシタC21の一端にVCPH=VBST4を印加する。第2整流素子D21の順方向電圧をVfとすると、第2キャパシタC21の両端間には、VBST−Vfが印加され、第2キャパシタC21が充電される。
When the high-side pulse S H becomes high level in the high output period T H , the
ロー出力期間TLにおいて、ハイサイドパルスSHがローレベルとなると、第2サブドライバ332の出力VCPH、すなわち第2キャパシタC21の一端はローレベルVSWとなる。第2キャパシタC21の電荷は保存され、言い換えればその両端間電圧(VBST−Vf)は維持されるから、第2キャパシタC21の他端の電圧VCPOUTHは、VCPOUTH=−(VBST−VSW)+Vfとなる。
In the low output period TL , when the high side pulse SH goes to the low level, the output V CPH of the
このように、第2チャージポンプ330によって、ハイサイドトランジスタMHがオフすべき期間において、ハイサイドドライバ322の下側電源端子324には、スイッチングライン204の電圧VSWよりも、(VBST−Vf)だけ低い電圧が供給される。
As described above, during the period in which the high-side transistor MH should be turned off by the
続いてハイサイドドライバ322およびハイサイドトランジスタMHの動作を説明する。ハイ出力期間THにおいて、ハイサイドドライバ322は、ハイサイドトランジスタMHのゲートにVGH=VBSTを印加し、ハイサイドトランジスタMHをオンする。これによりスイッチング電圧VSWはハイレベルVINとなる。
Next, operations of the
ロー出力期間TLにおいて、ハイサイドドライバ322は、ハイサイドトランジスタMHのゲートにVGH=VBSTを印加する。これにより、ハイサイドトランジスタMHがオンとなり、スイッチング電圧VSWはハイレベル電圧VINとなる。
In the low output period T L , the
スイッチング回路300によれば、ローサイドトランジスタMLに関して、図2のスイッチング回路200と同様の効果を得ることができる。またスイッチング回路300によれば、ハイサイドトランジスタMHに関しても、ローサイドトランジスタMLと同様の効果を得ることができる。
According to the
(第3の実施の形態)
図6は、第3の実施の形態に係るスイッチング回路300Aの回路図である。
スイッチング回路300Aでは、基準ライン206に接地電圧VGNDとは異なる電源電圧VCC3が供給されている。電源電圧VCC3は正であっても負あってもよい。
(Third Embodiment)
FIG. 6 is a circuit diagram of a
In the
また、第1チャージポンプ230の第1サブドライバ232の上側電源端子に、ローサイドドライバ222の上側電源端子226の電源電圧VCC1とは異なる電源電圧VCC2が供給されている。ハイサイドの駆動段320は、図4と同様である。
Further, a power supply voltage V CC2 different from the power supply voltage V CC1 of the upper
図7は、図6のスイッチング回路300Aの動作波形図である。スイッチング回路300Aによれば、第1チャージポンプ230用の電源(電源電圧VCC2)をメインの電源(電源電圧VCC1)とは別に用意することで、ゲート電圧VGLのローレベルを任意に設定することができる。
FIG. 7 is an operation waveform diagram of the
(用途)
続いてスイッチング回路300(もしくは200)の用途を説明する。図8(a)〜(d)は、スイッチング回路300の用途を示す図である。図8(a)は降圧DC/DCコンバータ500であり、トランジスタM1,M2、インダクタL1、キャパシタCO1、コントローラ502、駆動段504を備える。コントローラ502は、負荷の状態(たとえば出力電圧VOUTや出力電流IOUT)がその目標に近づくようにフィードバック制御によりハイサイドパルスSHおよびローサイドパルスSLを生成する。トランジスタM1,M2および駆動段504が、スイッチング回路300に相当する。
(Use)
Next, the usage of the switching circuit 300 (or 200) will be described. FIGS. 8A to 8D are diagrams showing the usage of the
図8(b)は昇圧DC/DCコンバータ600であり、トランジスタM3,M4、インダクタL2、キャパシタCO2、コントローラ602、駆動段604を備える。コントローラ602は、負荷の状態(たとえば出力電圧VOUTや出力電流IOUT)がその目標に近づくようにフィードバック制御によりハイサイドパルスSHおよびローサイドパルスSLを生成する。トランジスタM3,M4および駆動段604が、スイッチング回路300に相当する。スイッチング回路300は、昇降圧コンバータにも使用可能である。
FIG. 8B shows a step-up DC/
図8(c)は三相モータドライバ700であり、U相、V相、W相の各レグが、スイッチング回路300で構成される。
FIG. 8C shows a three-
図8(d)は、双方向絶縁型DC/DCコンバータ800であり、1次側のHブリッジ回路802、2次側のHブリッジ回路804の各レグがスイッチング回路300を利用して構成される。
FIG. 8D is a bidirectional isolated DC/
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 based on the embodiments using specific terms, the embodiments merely show the principle and application of the present invention, and the embodiments define the scope of claims. Many modifications and changes in arrangement are possible without departing from the concept of the present invention.
200…スイッチング回路、204…スイッチングライン、206…基準ライン、208…電源ライン、210…出力段、220…駆動段、222…ローサイドドライバ、224…下側電源端子、226…上側電源端子、228…第1レベルシフタ、230…第1チャージポンプ、232…第1サブドライバ、C11…第1キャパシタ、D11…第1整流素子、MH…ハイサイドトランジスタ、ML…ローサイドトランジスタ、300…スイッチング回路、302…入力ライン、320…駆動段、322…ハイサイドドライバ、324…下側電源端子、326…上側電源端子、328…第2レベルシフタ、330…第2チャージポンプ、332…第2サブドライバ、340…ブートストラップ回路。 200... Switching circuit, 204... Switching line, 206... Reference line, 208... Power supply line, 210... Output stage, 220... Drive stage, 222... Low side driver, 224... Lower power supply terminal, 226... Upper power supply terminal, 228... the first level shifter, 230 ... first charge pump, 232 ... first sub-driver, C 11 ... first capacitor, D 11 ... first rectifying element, M H ... high-side transistor, M L ... low-side transistor, 300 ... switching circuit , 302... Input line, 320... Driving stage, 322... High side driver, 324... Lower power supply terminal, 326... Upper power supply terminal, 328... Second level shifter, 330... Second charge pump, 332... Second sub-driver, 340... Bootstrap circuit.
Claims (10)
前記ローサイドトランジスタを駆動するローサイドドライバと、
前記ローサイドドライバと同期してチャージポンプ動作し、少なくとも前記ローサイドドライバがオフすべき期間において、前記ローサイドドライバの下側電源端子に、前記基準ラインの基準電圧より低い第1電圧を供給する第1チャージポンプと、
を備えることを特徴とするスイッチング回路。 A low-side transistor provided between the switching line and the reference line,
A low-side driver for driving the low-side transistor,
A first charge that operates in a charge pump in synchronization with the low side driver and supplies a first voltage lower than a reference voltage of the reference line to a lower power supply terminal of the low side driver at least during a period when the low side driver should be turned off. A pump,
A switching circuit comprising:
一端が前記ローサイドドライバの下側電源端子と接続される第1キャパシタと、
前記ローサイドドライバと同期して、前記第1キャパシタの他端に、正の電源電圧をハイレベル、前記基準電圧をローレベルとする第1チャージポンプ信号を印加する第1サブドライバと、
前記第1キャパシタの前記一端と前記基準ラインの間に設けられた第1整流素子と、
を含むことを特徴とする請求項1または2に記載のスイッチング回路。 The first charge pump is
A first capacitor whose one end is connected to the lower power supply terminal of the low side driver;
A first sub-driver that applies a first charge pump signal having a positive power supply voltage at a high level and the reference voltage at a low level to the other end of the first capacitor in synchronization with the low-side driver;
A first rectifying element provided between the one end of the first capacitor and the reference line;
The switching circuit according to claim 1, further comprising:
前記ハイサイドトランジスタを駆動するハイサイドドライバと、
前記ハイサイドドライバと同期してチャージポンプ動作し、少なくとも前記ハイサイドトランジスタがオフすべき期間において、前記ハイサイドドライバの下側電源端子に、前記スイッチングラインのスイッチング電圧より低い第2電圧を供給する第2チャージポンプと、
前記ハイサイドドライバの上側電源端子に、前記スイッチング電圧より高い第3電圧を供給するブートストラップ回路と、
をさらに備えることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載のスイッチング回路。 A high-side transistor provided between the input line and the switching line,
A high-side driver for driving the high-side transistor,
A charge pump operates in synchronization with the high side driver, and supplies a second voltage lower than the switching voltage of the switching line to a lower power supply terminal of the high side driver at least during a period when the high side transistor should be turned off. A second charge pump,
A bootstrap circuit for supplying a third voltage higher than the switching voltage to an upper power supply terminal of the high side driver;
The switching circuit according to claim 1, further comprising:
一端が前記ハイサイドドライバの下側電源端子と接続される第2キャパシタと、
前記ハイサイドドライバと同期して、前記第2キャパシタの他端に、前記第3電圧をハイレベル、前記第2電圧をローレベルとする第2チャージポンプ信号を印加する第2サブドライバと、
前記第2キャパシタの前記一端と前記スイッチングラインの間に設けられた第2整流素子と、
を含むことを特徴とする請求項7または8に記載のスイッチング回路。 The second charge pump is
A second capacitor whose one end is connected to the lower power supply terminal of the high side driver;
A second sub-driver that applies a second charge pump signal that sets the third voltage to a high level and the second voltage to a low level to the other end of the second capacitor in synchronization with the high-side driver;
A second rectifying element provided between the one end of the second capacitor and the switching line;
9. The switching circuit according to claim 7, which includes:
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017068363A JP2020120418A (en) | 2017-03-30 | 2017-03-30 | Switching circuit |
PCT/JP2018/012204 WO2018181212A1 (en) | 2017-03-30 | 2018-03-26 | Switching circuit |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017068363A JP2020120418A (en) | 2017-03-30 | 2017-03-30 | Switching circuit |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2020120418A true JP2020120418A (en) | 2020-08-06 |
Family
ID=71891424
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2017068363A Pending JP2020120418A (en) | 2017-03-30 | 2017-03-30 | Switching circuit |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2020120418A (en) |
-
2017
- 2017-03-30 JP JP2017068363A patent/JP2020120418A/en active Pending
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