JP2023002041A - Switching power supply device - Google Patents
Switching power supply device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2023002041A JP2023002041A JP2021103038A JP2021103038A JP2023002041A JP 2023002041 A JP2023002041 A JP 2023002041A JP 2021103038 A JP2021103038 A JP 2021103038A JP 2021103038 A JP2021103038 A JP 2021103038A JP 2023002041 A JP2023002041 A JP 2023002041A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- circuit
- transistor
- power supply
- gate
- nmos
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 101150023250 THS1 gene Proteins 0.000 description 44
- 101100313730 Papaver somniferum THS2 gene Proteins 0.000 description 27
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 23
- 101100260765 Schizosaccharomyces pombe (strain 972 / ATCC 24843) tls1 gene Proteins 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 3
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 3
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 2
- 101000635519 Haloarcula marismortui (strain ATCC 43049 / DSM 3752 / JCM 8966 / VKM B-1809) 30S ribosomal protein S8e Proteins 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
- Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes
Landscapes
- Power Conversion In General (AREA)
- Electronic Switches (AREA)
Abstract
Description
本明細書の実施形態は、スイッチング電源装置に関する。 Embodiments of the present specification relate to switching power supplies.
従来、同期整流方式のDC-DCコンバータとしてのスイッチング電源装置が知られている。例えば、スイッチング電源装置は、PWM(Pulse Width Modulation)方式で、スイッチング素子としてのMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)をドライブ回路により駆動する。 2. Description of the Related Art Conventionally, a switching power supply device is known as a synchronous rectification type DC-DC converter. For example, a switching power supply uses a PWM (Pulse Width Modulation) method and drives a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) as a switching element by a drive circuit.
しかしながら、MOSFETのゲート容量などのスイッチング素子の電気的特性に対してドライブ回路の駆動能力が過剰になると、ゲート容量が急激にチャージされることに伴いスイッチングノイズが発生する場合があった。スイッチングノイズが発生すると、スイッチング電源装置のEMI(ElectroMagnetic Interference)性能が悪化する。 However, when the driving capability of the drive circuit becomes excessive with respect to the electrical characteristics of the switching element such as the gate capacitance of the MOSFET, switching noise may occur as the gate capacitance is rapidly charged. When switching noise occurs, the EMI (ElectroMagnetic Interference) performance of the switching power supply deteriorates.
例えば、ブートストラップ用のキャパシタに直列に抵抗を挿入することによりドライブ回路の電源の出力能力を調整し、MOSFETのオン時のゲート-ソース間電圧の立ち上がり、すなわちドライブ回路の駆動能力を緩和させてEMI性能を改善することができる。一方で、ブートストラップ回路への抵抗の挿入によりドライブ回路の駆動能力の緩和を図る場合には、スイッチング素子の電気的特性に応じた抵抗を選択するなど、スイッチング素子の電気的特性ごとのEMI対策が必要であった。 For example, by inserting a resistor in series with the bootstrap capacitor, the power supply output capability of the drive circuit is adjusted, and the rise of the gate-source voltage when the MOSFET is on, that is, the drive capability of the drive circuit is relaxed. EMI performance can be improved. On the other hand, when trying to relax the driving capability of the drive circuit by inserting a resistor into the bootstrap circuit, EMI countermeasures for each electrical characteristic of the switching element, such as selecting a resistor according to the electrical characteristics of the switching element. was necessary.
本発明の目的は、上記に鑑みてなされたものであって、スイッチング素子の電気的特性に応じてドライブ回路の駆動能力を調整することができるスイッチング電源装置を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a switching power supply device capable of adjusting the drive capability of a drive circuit in accordance with the electrical characteristics of switching elements.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、実施形態に係るスイッチング電源装置は、スイッチングトランジスタと、ゲートドライバ回路とを備える。前記ゲートドライバ回路は、前記スイッチングトランジスタのゲートに接続され、前記スイッチングトランジスタをオンするときに前記スイッチングトランジスタにゲート電流を供給する。前記ゲートドライバ回路は、前記ゲート電流を流す出力トランジスタのオン抵抗が変更可能に構成される。 To solve the above-described problems and achieve the object, a switching power supply device according to an embodiment includes a switching transistor and a gate driver circuit. The gate driver circuit is connected to the gate of the switching transistor and supplies a gate current to the switching transistor when turning on the switching transistor. The gate driver circuit is configured such that the ON resistance of the output transistor through which the gate current flows can be changed.
本発明によれば、スイッチング電源装置において、スイッチング素子の電気的特性に応じてドライブ回路の駆動能力を調整することができる。 According to the present invention, in the switching power supply device, it is possible to adjust the drive capability of the drive circuit according to the electrical characteristics of the switching element.
以下、図面を参照しながら、スイッチング電源装置の実施形態について詳細に説明する。以下の実施形態では、同一の参照符号を付した部分は同様の動作を行うものとして、重複する説明は適宜省略する。なお、以下の実施形態において、「接続」とは、「電気的な接続」を意味するとする。 Hereinafter, embodiments of a switching power supply device will be described in detail with reference to the drawings. In the following embodiments, it is assumed that parts denoted by the same reference numerals perform the same operations, and overlapping descriptions will be omitted as appropriate. In the following embodiments, "connection" means "electrical connection".
図1は、実施形態に係るスイッチング電源装置1の構成の一例を示す図である。図1のスイッチング電源装置1は、同期整流方式の降圧型DC-DCコンバータとしてのスイッチング電源回路である。
FIG. 1 is a diagram showing an example of a configuration of a switching
スイッチング電源装置1は、図1に示すように、制御回路3、メイン回路5及びブートストラップ回路7を有する。スイッチング電源装置1は、電源9から入力端子INに供給される直流電圧の入力電圧VINを用いて、出力端子OUTに接続される負荷に応じて設定された直流電圧の出力電圧VOUTを出力端子OUTに供給するように構成される。
The switching
電源9は、スイッチング電源装置1の入力端子INに入力電圧VINを供給するための外部電源である。電源9の一端は、入力端子INを介して、端子VDD及び端子VPINに接続される。電源9の他の一端は、グランド電位に接続される。
A
出力端子OUTに接続される負荷は、出力端子OUTからの出力電圧VOUTを用いて動作する回路であり、任意の回路素子又は回路構成が適宜利用可能である。負荷は、メイン回路5のキャパシタCOUTに並列に接続される。
The load connected to the output terminal OUT is a circuit that operates using the output voltage VOUT from the output terminal OUT, and arbitrary circuit elements or circuit configurations can be used as appropriate. A load is connected in parallel with the capacitor COUT of the
制御回路3は、NMOSメインパワートランジスタTHS1及びNMOS整流パワートランジスタTLS1を交互に導通制御することにより、端子VPINから入力される入力電圧VINを用いて負荷に電力供給を行う際、端子FBに帰還される出力電圧VOUTに基づいて出力電圧VOUTを所定電圧値に維持する制御を行う。制御回路3の端子GND及び端子PGNDは、それぞれグランド電位に接続される。
The
制御回路3は、図1に示すように、レギュレータ回路31、PWM(Pulse Width Modulation)変換回路32、デッドタイム制御回路33、OTPROM34、ドライバ能力選択回路38、ブートストラップダイオードDIO、レベルシフト回路35H,35L、メインドライバ回路36H,36Lを有する。
As shown in FIG. 1, the
レギュレータ回路31は、端子VDDから供給される入力電圧VINを用いて、制御回路3の内部回路へ2つの定電圧を供給する電源回路である。レギュレータ回路31の一端は、端子VDDに接続される。
The
PWM変換回路32は、端子FBに帰還される出力端子OUTの出力電圧VOUTが目標電圧となるように、NMOSメインパワートランジスタTHS1及びNMOS整流パワートランジスタTLS1の動作を制御するためにデューティを調整したPWM信号を出力する。PWM変換回路32は、レギュレータ回路31の出力端、OTPROM34の出力端及び端子GNDに接続される。
The
デッドタイム制御回路33は、PWM変換回路32からのPWM信号に基づいて、遅延時間としてデッドタイムが付加された信号を出力する。ここで、デッドタイムとは、NMOSメインパワートランジスタTHS1及びNMOS整流パワートランジスタTLS1の両方を同時にオフする期間である。デッドタイム制御回路33は、レギュレータ回路31の出力端、PWM変換回路32のPWM信号の出力端及び端子GNDに接続される。
The dead
OTPROM34は、スイッチング電源装置1の外部から、端子DATAを介して設定される調整用データによりPWM変換回路32から出力されるPWM信号の発振周波数や出力電圧VOUTの電圧値などの設定に加えて、ドライバ能力選択回路38を介して複数のスイッチDSWのオン/オフ制御を調整可能に設けられる。OTPROM34は、端子DATA、ドライバ能力選択回路38の入力端及びPWM変換回路32の入力端に接続される。
The OTPROM 34 sets the oscillation frequency of the PWM signal output from the
ドライバ能力選択回路38は、OTPROM34からの信号に応じて後述する複数のスイッチDSWを制御する信号を出力する。ドライバ能力選択回路38は、ブートストラップダイオードDIOのカソード、OTPROM34の出力端及び端子SWに接続される。
The driver
ブートストラップダイオードDIOは、端子SWの電圧がLowのときにレギュレータ回路31から端子BOOTを介してキャパシタCBOOTを充電し、端子SWの電圧がHighのときは端子BOOTからレギュレータ回路31への電流の逆流を防止するダイオードである。ブートストラップダイオードDIOのアノードは、レギュレータ回路31の出力端に接続される。ブートストラップダイオードDIOのカソードは、制御回路3の端子BOOTに接続される。
The bootstrap diode DIO charges the capacitor CBOOT from the
ハイサイドのレベルシフト回路35Hは、キャパシタCBOOTの両端の電圧に基づき、デッドタイム制御回路33からの信号に応じた信号を出力する。ハイサイドのレベルシフト回路35Hは、ブートストラップダイオードDIOのカソード、デッドタイム制御回路33の出力端及び端子SWに接続される。
The high-side
ローサイドのレベルシフト回路35Lは、レギュレータ回路31の一方の電圧に基づき、デッドタイム制御回路33からの信号に応じた信号を出力する。ローサイドのレベルシフト回路35Lは、レギュレータ回路31の2つの出力端、デッドタイム制御回路33の出力端、ブートストラップダイオードDIOのアノード、端子GND及び端子PGNDに接続される。
The low-side
ハイサイドのメインドライバ回路36Hは、ハイサイドのレベルシフト回路35Hからの信号に応じた信号を、端子GATE_HSを介して、メイン回路5のNMOSメインパワートランジスタTHS1のゲートへ出力する。具体的には、ハイサイドのメインドライバ回路36Hは、NMOSメインパワートランジスタTHS1をオンするときに、NMOSメインパワートランジスタTHS1にゲート電流を供給する。ここで、ハイサイドのメインドライバ回路36Hは、ゲートドライバ回路の一例として、図1に示すように、ハイサイドのプリドライバ回路37H、複数のPMOSトランジスタTHS2、複数のスイッチDSW及びNMOSトランジスタTHS3を有する。
The high-side
ハイサイドのプリドライバ回路37Hは、ハイサイドのレベルシフト回路35Hからの信号に応じた信号を、複数のスイッチDSWを介して複数のPMOSトランジスタTHS2の各ゲート及びNMOSトランジスタTHS3のゲートへ出力する。ハイサイドのプリドライバ回路37Hは、ハイサイドのレベルシフト回路35Hの出力端、ブートストラップダイオードDIOのカソード及び端子SWに接続される。
The high-side pre-driver
複数のPMOSトランジスタTHS2は、ハイサイドのメインドライバ回路36Hにおけるハイサイドのトランジスタである。複数のPMOSトランジスタTHS2は、図1に示す例では、第1のPMOSトランジスタTHS21、第2のPMOSトランジスタTHS22及び第3のPMOSトランジスタTHS23の3つのPMOSトランジスタを含む。複数のPMOSトランジスタTHS2は、互いに並列に接続されている。複数のPMOSトランジスタTHS2のそれぞれは、複数のスイッチDSWにより互いに独立して動作の可否を設定可能である。つまり、複数のPMOSトランジスタTHS2のそれぞれをハイサイドのプリドライバ回路37Hにより駆動するか否かは、個別に設定可能である。
The plurality of PMOS transistors THS2 are high-side transistors in the high-side
複数のスイッチDSWのそれぞれは、例えばOTPROM34により、オン/オフが設定され得る。複数のスイッチDSWは、図1に示す例では、第1のスイッチDSW1、第2のスイッチDSW2及び第3のスイッチDSW3の3つのスイッチを含む。それぞれのスイッチDSWの一端は第1のPMOSトランジスタTHS21、第2のPMOSトランジスタTHS22及び第3のPMOSトランジスタTHS23のゲートに接続され、3つのスイッチDSWの他端はハイサイドのプリドライバ回路37Hの出力端に接続されている。
Each of the plurality of switches DSW can be set to ON/OFF by the
複数のスイッチDSWのオン/オフにより、複数のPMOSトランジスタTHS2のうちのいずれのPMOSトランジスタを、NMOSメインパワートランジスタTHS1がオンするときにゲート電流を流す出力トランジスタとして選択するかは、後述するように、例えばNMOSメインパワートランジスタTHS1の電気的特性に応じたオン抵抗になるよう、適宜決定される。このように、ハイサイドのメインドライバ回路36Hは、複数のPMOSトランジスタTHS2のうちのゲート電流を流すPMOSトランジスタを適宜決定することで、選択されたPMOSトランジスタからなる出力トランジスタのオン抵抗が変更可能に構成される。
It will be described later which one of the plurality of PMOS transistors THS2 is selected as the output transistor through which the gate current flows when the NMOS main power transistor THS1 is turned on by turning on/off the plurality of switches DSW. , the on-resistance is appropriately determined according to the electrical characteristics of the NMOS main power transistor THS1 , for example. In this way, the high-side
一例として、複数のPMOSトランジスタTHS2は、それぞれ、互いにオン抵抗値が異なる。 As an example, the plurality of PMOS transistors THS2 have different on-resistance values.
別の一例として、複数のPMOSトランジスタTHS2のうちの少なくとも2つのPMOSトランジスタは、それぞれ、互いにオン抵抗値が異なる。 As another example, at least two PMOS transistors among the plurality of PMOS transistors THS2 have different on-resistance values.
別の一例として、複数のPMOSトランジスタTHS2は、オン抵抗値が等しい。 As another example, the plurality of PMOS transistors THS2 have the same on-resistance.
なお、本実施形態では、図1に示すように、複数のPMOSトランジスタTHS2として3つのPMOSトランジスタTHS21,THS22,THS23を例示するが、これに限らない。複数のPMOSトランジスタTHS2に含まれるPMOSトランジスタの数は、2つであってもよいし、4以上であっても構わない。 In this embodiment, as shown in FIG. 1, three PMOS transistors THS21 , THS22 , and THS23 are illustrated as the plurality of PMOS transistors THS2 , but the present invention is not limited to this. The number of PMOS transistors included in the plurality of PMOS transistors THS2 may be two, or may be four or more.
複数のPMOSトランジスタTHS2の各ゲートは、複数のスイッチDSWを介してハイサイドのプリドライバ回路37Hの出力端に接続される。複数のPMOSトランジスタTHS2の各ソースは、ブートストラップダイオードDIOのカソードと端子BOOTに接続される。複数のPMOSトランジスタTHS2の各ドレインは、NMOSトランジスタTHS3のドレイン及び端子GATE_HSに接続される。
Each gate of the plurality of PMOS transistors THS2 is connected to the output terminal of the high-
NMOSトランジスタTHS3のゲートは、ハイサイドのプリドライバ回路37Hの出力端に接続される。NMOSトランジスタTHS3のソースは、端子SWに接続される。
The gate of the NMOS transistor THS3 is connected to the output terminal of the high side
ローサイドのメインドライバ回路36Lは、ローサイドのレベルシフト回路35Lからの信号に応じた信号を、端子GATE_LSを介して、メイン回路5のNMOS整流パワートランジスタTLS1のゲートへ出力する。ローサイドのメインドライバ回路36Lは、図1に示すように、ローサイドのプリドライバ回路37L、PMOSトランジスタTLS2及びNMOSトランジスタTLS3を有する。
The low-side
ローサイドのプリドライバ回路37Lは、ローサイドのレベルシフト回路35Lからの信号に応じた信号を、PMOSトランジスタTLS2及びNMOSトランジスタTLS3の各ゲートへ出力する。ローサイドのプリドライバ回路37Lは、ローサイドのレベルシフト回路35Lの出力端、レギュレータ回路31の出力端及び端子PGNDに接続される。
The low-
PMOSトランジスタTLS2のゲートは、ローサイドのプリドライバ回路37Lの出力端に接続される。PMOSトランジスタTLS2のソースは、レギュレータ回路31の出力端に接続される。PMOSトランジスタTLS2のドレインは、NMOSトランジスタTLS3のドレイン及び端子GATE_LSに接続される。
The gate of the PMOS transistor TLS2 is connected to the output terminal of the low-
NMOSトランジスタTLS3のゲートは、ローサイドのプリドライバ回路37Lの出力端に接続される。NMOSトランジスタTLS3のソースは、端子PGNDに接続される。
The gate of the NMOS transistor TLS3 is connected to the output end of the low-
メイン回路5は、同期整流降圧型のDC-DCコンバータとしてのスイッチング電源装置1のメイン回路である。メイン回路5は、図1に示すように、NMOSメインパワートランジスタTHS1、NMOS整流パワートランジスタTLS1、インダクタLOUT及びキャパシタCOUTを有する。ここで、NMOSメインパワートランジスタTHS1は、スイッチングトランジスタの一例である。
The
NMOSメインパワートランジスタTHS1のゲートは、制御回路3の端子GATE_HSに接続される。NMOSメインパワートランジスタTHS1のソースは、NMOS整流パワートランジスタTLS1のドレインに接続される。NMOSメインパワートランジスタTHS1のソース及びNMOS整流パワートランジスタTLS1のドレインは、インダクタLOUTを介して出力端子OUTに接続されるとともに、端子SWに接続される。NMOSメインパワートランジスタTHS1のドレインは、端子VPINを介して、入力端子INに接続される。
The gate of NMOS main power transistor THS1 is connected to terminal GATE_HS of
NMOS整流パワートランジスタTLS1のゲートは、制御回路3の端子GATE_LSに接続される。NMOS整流パワートランジスタTLS1のソースは、端子PGNDに接続される。
The gate of NMOS rectifying power transistor TLS1 is connected to terminal GATE_LS of
インダクタLOUTは、電力を蓄積し、蓄積された電力を制御回路3の端子SW側又は出力端子OUT側に放出するチョークコイルである。キャパシタCOUTは、インダクタLOUTを介して、制御回路3の端子SWから供給される電荷を蓄える容量素子である。キャパシタCOUTの一端は、インダクタLOUTを介して端子SWに接続されるとともに、出力端子OUTに接続される。キャパシタCOUTの他の一端は、端子PGNDに接続される。出力電圧VOUTは、キャパシタCOUTの両端に接続される負荷に供給される。
The inductor LOUT is a choke coil that accumulates power and releases the accumulated power to the terminal SW side of the
ブートストラップ回路7は、キャパシタCBOOTを有する。キャパシタCBOOTは、端子SWの電圧がLowのときにブートストラップダイオードDIOを介してレギュレータ回路31から供給される電荷を蓄える容量素子である。キャパシタCBOOTにより、NMOSメインパワートランジスタTHS1においてドレイン電圧より高いゲート-ソース間電圧Vgsを得ることができるため、NMOSメインパワートランジスタTHS1を確実にオン状態とすることができる。キャパシタCBOOTの一端は、端子BOOTに接続される。キャパシタCBOOTの他の一端は、NMOSメインパワートランジスタTHS1のソースと、インダクタLOUTの端子SW側の一端に接続される。
The
ここで、図面を参照しつつ、実施形態に係るスイッチング電源装置1の動作の一例について説明する。図2は、図1のスイッチング電源装置1におけるNMOSメインパワートランジスタTHS1のゲートドライブ波形の一例を示す図である。図2は、端子SWにおける信号の動作波形をさらに例示する。図2は、NMOSメインパワートランジスタTHS1がオフからオンに遷移するときを拡大して例示する。図3は、図1のスイッチング電源装置1におけるNMOSメインパワートランジスタTHS1の駆動メカニズムについて説明するための図である。
Here, an example of the operation of the switching
図3は、NMOSメインパワートランジスタTHS1のゲート容量としてのキャパシタCHS11,CHS12を例示する。キャパシタCHS11は、NMOSメインパワートランジスタTHS1のゲート-ドレイン間の寄生容量である。キャパシタCHS12は、NMOSメインパワートランジスタTHS1のゲート-ソース間の寄生容量である。なお、図3においては、説明の簡単のためにNMOSメインパワートランジスタTHS1のソースがGND電位であると仮定する。 FIG. 3 illustrates capacitors CHS11 and CHS12 as gate capacitances of NMOS main power transistor THS1 . Capacitor CHS11 is a parasitic capacitance between the gate and drain of NMOS main power transistor THS1 . Capacitor CHS12 is a parasitic capacitance between the gate and source of NMOS main power transistor THS1 . In FIG. 3, it is assumed that the source of the NMOS main power transistor THS1 is at the GND potential for the sake of simplicity of explanation.
まず、図2の第1の段階S1について説明する。第1の領域は、図3に示すように、ハイサイドのメインドライバ回路36HによりNMOSメインパワートランジスタTHS1のゲート容量をチャージする段階である。このとき、NMOSメインパワートランジスタTHS1はオフしており、ドレイン電圧はHighのままである。
First, the first stage S1 in FIG. 2 will be described. The first region, as shown in FIG. 3, is the stage of charging the gate capacitance of the NMOS main power transistor THS1 by the high side
第2の段階S2は、NMOSメインパワートランジスタTHS1のゲート-ソース間電圧Vgsがしきい値を超える段階である。つまり、NMOSメインパワートランジスタTHS1がオンされることにより、ドレイン電圧がHighからLowに遷移する段階である。このとき、ゲート-ドレイン間のキャパシタCHS11のミラー効果により、ゲート容量にチャージされる電荷が増加する。このように、ゲート容量にチャージされる電荷が増加するため、ゲート電圧は増加せず一定値を保つ。 The second stage S2 is the stage when the gate-source voltage Vgs of the NMOS main power transistor THS1 exceeds the threshold. That is, the NMOS main power transistor THS1 is turned on, so that the drain voltage transitions from high to low. At this time, due to the Miller effect of the capacitor CHS11 between the gate and the drain, the charge charged in the gate capacitance increases. In this way, since the charge charged in the gate capacitance increases, the gate voltage does not increase and remains constant.
第3の段階S3は、NMOSメインパワートランジスタTHS1のゲート容量が第2の段階S2からさらにチャージされ、ゲート電圧が最大になる段階である。ゲート電圧が最大になると、ハイサイドのメインドライバ回路36Hによるゲート容量へのチャージは停止される。
The third stage S3 is the stage in which the gate capacitance of the NMOS main power transistor THS1 is further charged from the second stage S2 and the gate voltage is maximized. When the gate voltage reaches the maximum, charging of the gate capacitance by the high-side
ここで、本実施形態に係るスイッチング電源装置1とは異なり、ハイサイドのメインドライバ回路36Hにおいて、第1のPMOSトランジスタTHS21、第2のPMOSトランジスタTHS22及び第3のPMOSトランジスタTHS23のうちのいずれか1つのPMOSトランジスタのみ設けられている場合を考える。
Here, unlike the switching
図4は、実施形態に係るスイッチング電源装置1とは異なり、ブートストラップ用のキャパシタCBOOTに直列に抵抗RBOOTを挿入することによりハイサイドのメインドライバ回路36Hの駆動能力の緩和を図るスイッチング電源装置2の構成の一例を示す図である。図4のスイッチング電源装置2は、ブートストラップ回路7において、キャパシタCBOOTと端子BOOTとの間に抵抗RBOOTが挿入されていることと、複数のPMOSトランジスタTHS2が1つのPMOSトランジスタTHS2に変更されていることと、ドライバ能力選択回路38及び複数のPMOSトランジスタTHS2のゲートに接続される複数のスイッチDSWが設けられていないこと以外は、図1のスイッチング電源装置1と同様である。
Unlike the switching
図4の構成において、ブートストラップ回路7へ抵抗RBOOTが挿入されていない場合のNMOSメインパワートランジスタTHS1のゲートドライブ波形を図2にゲートドライブ波形A1として示す。このような場合、NMOSメインパワートランジスタTHS1のゲート容量などの電気的特性に対してハイサイドのメインドライバ回路36Hの駆動能力が過剰になると、第2の段階S2において、ゲート容量が急激にチャージされ、NMOSメインパワートランジスタTHS1がオフからオンへ急峻に遷移する。そのため、端子SWは図2に示すようにオーバーシュートによるリンギングが発生してスイッチングノイズとなる場合がある。つまり、NMOSメインパワートランジスタTHS1のゲート容量などの電気的特性に対してハイサイドのメインドライバ回路36Hの駆動能力が過剰になると、スイッチング電源装置1のEMI(ElectroMagnetic Interference)性能が悪化するおそれがある。
In the configuration of FIG. 4, the gate drive waveform of the NMOS main power transistor THS1 when the resistor RBOOT is not inserted in the
このため、図4のスイッチング電源装置2では、EMI対策として、ハイサイドのメインドライバ回路36Hのドライバ電源の出力能力を調整することが要求される。例えば、図4のスイッチング電源装置2では、ブートストラップ回路7へ抵抗RBOOTを挿入することにより、ドライバ電源として動作するキャパシタCBOOTのインピーダンスを等価的に上昇させてハイサイドのメインドライバ回路36Hの出力能力を調整し、ハイサイドのメインドライバ回路36Hの駆動能力を緩和させている。
Therefore, in the switching
しかしながら、図4に示すように、ブートストラップ回路7へ抵抗RBOOTを挿入する場合、NMOSメインパワートランジスタTHS1のゲート容量などの電気的特性ごとに抵抗RBOOTの抵抗値を決定する必要があった。つまり、図4の構成では、NMOSメインパワートランジスタTHS1の電気的特性ごとに、ハイサイドのメインドライバ回路36Hのドライバ電源の出力能力を調整するといったEMI対策が必要であった。
However, when inserting the resistor RBOOT into the
一方で、本実施形態に係るスイッチング電源装置1は、ハイサイドのメインドライバ回路36Hにおいて、複数のPMOSトランジスタTHS2及び複数のスイッチDSWが設けられている。複数のPMOSトランジスタTHS2に含まれる各PMOSトランジスタは、上述したように、複数のスイッチDSWを制御することにより個別に動作の可否を設定することができる。つまり、PMOSトランジスタTHS2のうちの動作させるPMOSトランジスタを任意に選択することにより、PMOSトランジスタTHS2の全体としてのオン抵抗を任意に設定することができる。したがって、NMOSメインパワートランジスタTHS1の電気的特性に応じて動作させるPMOSトランジスタを選択するだけで、電気的特性ごとに異なる回路構成を用意する必要なく、ハイサイドのメインドライバ回路36Hのドライバ電源の出力能力を調整することができる。
On the other hand, in the switching
図5は、図1のスイッチング電源装置1によるハイサイドのメインドライバ回路36Hの駆動能力の調整について説明するための図である。図5は、図1の本実施形態に係るスイッチング電源装置1におけるNMOSメインパワートランジスタTHS1のゲートドライブ波形B1,B2,B3の一例を示す。ゲートドライブ波形B1,B2,B3は、PMOSトランジスタTHS2の全体としてのオン抵抗が互いに異なる。また、図5は、図4のスイッチング電源装置2におけるNMOSメインパワートランジスタTHS1のゲートドライブ波形A2の一例を示す。
FIG. 5 is a diagram for explaining adjustment of the drive capability of the high-side
例えば、動作させるPMOSトランジスタを任意に選択してゲート電流を可変することにより、図2に波形B1,B2,B3として示すように、NMOSメインパワートランジスタTHS1のゲートドライブ波形を変更することができる。同様に、動作させるPMOSトランジスタを任意に選択することにより、端子SWにおける信号の動作波形を変更することができる。 For example, by arbitrarily selecting the PMOS transistor to be operated and varying the gate current, the gate drive waveform of the NMOS main power transistor THS1 can be changed as shown by waveforms B1, B2, and B3 in FIG. . Similarly, by arbitrarily selecting the PMOS transistor to be operated, the operating waveform of the signal at the terminal SW can be changed.
また、図5に示すように、動作させるPMOSトランジスタを適宜選択することにより、図4のスイッチング電源装置2のようにブートストラップ回路7へ抵抗RBOOTを挿入する場合と同様に、ハイサイドのメインドライバ回路36Hの駆動能力を変更することができる。換言すれば、本実施形態に係るスイッチング電源装置1では、NMOSメインパワートランジスタTHS1の電気的特性ごとに異なる回路構成を用意する必要なく、ハイサイドのメインドライバ回路36Hの駆動能力を変更させることができる。
Further, as shown in FIG. 5, by appropriately selecting the PMOS transistor to be operated, the high-side main driver can be operated similarly to the case where the resistor RBOOT is inserted into the
具体的には、実施形態に係るスイッチング電源装置1によれば、ハイサイドのメインドライバ回路36Hのドライバ電源の出力能力の調整が不要になるため、NMOSメインパワートランジスタTHS1の電気的特性に応じた抵抗値の抵抗RBOOTをブートストラップ回路7に挿入して電流供給能力を調整する必要がない。したがって、実施形態に係るスイッチング電源装置1によれば、ハイサイドのメインドライバ回路36Hのドライバ電源の電流供給能力を調整するための抵抗RBOOTを不要にすることができる。
Specifically, according to the switching
また、実施形態に係るスイッチング電源装置1によれば、ハイサイドのメインドライバ回路36Hの複数のPMOSトランジスタTHS2におけるPMOSトランジスタの段数を任意の段数に調整することができる。このため、ハイサイドのメインドライバ回路36Hに接続するNMOSメインパワートランジスタTHS1の電気的特性に対応したドライバ段数を設定できる。換言すれば、実施形態に係るスイッチング電源装置1によれば、NMOSメインパワートランジスタTHS1の電気的特性ごとのEMI対策が可能となる。
Further, according to the switching
また、実施形態に係るスイッチング電源装置1によれば、OTPROM34に外部から供給される調整用データを端子DATAから書き込むことにより動作させるドライバ段数を設定できるため、ドライバ段数の調整のために調整用の端子が増えることも避けることができる。
Further, according to the switching
なお、上述の実施形態では、ハイサイドのメインドライバ回路36Hにおいて、複数のPMOSトランジスタTHS2を設けることにより、PMOSトランジスタの段数を任意に調整可能なスイッチング電源装置1を例示したがこれに限らない。ハイサイドのメインドライバ回路36Hにおいて、PMOSトランジスタTHS2に代えて、あるいはPMOSトランジスタTHS2に加えて、NMOSトランジスタTHS3を複数のNMOSトランジスタに分割することもできる。これらの構成であっても、上述の実施形態と同様の効果が得られる。
In the above-described embodiment, the switching
また、上述の実施形態では、降圧型DC-DCコンバータとしてのスイッチング電源装置1を例示したが、これに限らない。上述の実施形態に係る技術は、昇圧型DC-DCコンバータとしてのスイッチング電源装置に適用することもできる。この場合、ローサイドのメインドライバ回路36Lにおいて、PMOSトランジスタTLS2及びNMOSトランジスタTLS3の少なくとも一方を、上述の実施形態と同様に、複数のMOSトランジスタに分割することができる。これらの構成であっても、上述の実施形態と同様の効果が得られる。
Further, in the above-described embodiments, the switching
以上説明したように、実施形態に係るスイッチング電源装置1によれば、スイッチング素子としてのNMOSメインパワートランジスタTHS1の電気的特性に応じてNMOSメインパワートランジスタTHS1のドライブ回路の駆動能力を変更することができる。
As described above, according to the switching
以上、本発明の実施形態を説明したが、上記実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。上記新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although the embodiment of the present invention has been described above, the above embodiment is presented as an example and is not intended to limit the scope of the invention. The novel embodiments described above can be embodied in various other forms, and various omissions, replacements, and modifications can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments are included in the scope and gist of the invention, and are included in the scope of the invention described in the claims and equivalents thereof.
1,2 スイッチング電源装置
3 制御回路
5 メイン回路
7 ブートストラップ回路
9 電源
31 レギュレータ回路
32 PWM変換回路
33 デッドタイム制御回路
34 OTPROM
35H,35L レベルシフト回路
36H,36L メインドライバ回路
37H,37L プリドライバ回路
38 ドライバ能力選択回路
BOOT,GATE_HS,GATE_LS,GND,IN,OUT,PGND,SW,VDD,VPIN 端子
CBOOT,CHS11,CHS12,COUT キャパシタ
DIO ブートストラップダイオード
LOUT インダクタ
RBOOT 抵抗
THS1 NMOSメインパワートランジスタ
TLS1 NMOS整流パワートランジスタ
THS2,THS21,THS22,THS23 PMOSトランジスタ
THS3,TLS3 NMOSトランジスタ
35H, 35L
Claims (4)
前記スイッチングトランジスタのゲートに接続され、前記スイッチングトランジスタをオンするときに前記スイッチングトランジスタにゲート電流を供給するゲートドライバ回路と、
を具備し、
前記ゲートドライバ回路は、前記ゲート電流を流す出力トランジスタのオン抵抗が変更可能に構成される、
スイッチング電源装置。 a switching transistor;
a gate driver circuit connected to the gate of the switching transistor and supplying a gate current to the switching transistor when turning on the switching transistor;
and
The gate driver circuit is configured such that the on-resistance of the output transistor through which the gate current flows can be changed.
switching power supply.
前記出力トランジスタとして、前記複数のトランジスタのうちの少なくとも1つのトランジスタを選択可能に構成される、
請求項1に記載のスイッチング電源装置。 The gate driver circuit has a plurality of transistors connected in parallel,
At least one of the plurality of transistors can be selected as the output transistor,
The switching power supply device according to claim 1.
前記出力トランジスタは、前記ゲートドライバ回路におけるハイサイドのトランジスタである、
請求項1から請求項3のうちのいずれか一項に記載のスイッチング電源装置。 The switching transistor is a high-side switching transistor,
wherein the output transistor is a high-side transistor in the gate driver circuit;
The switching power supply device according to any one of claims 1 to 3.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021103038A JP2023002041A (en) | 2021-06-22 | 2021-06-22 | Switching power supply device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021103038A JP2023002041A (en) | 2021-06-22 | 2021-06-22 | Switching power supply device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2023002041A true JP2023002041A (en) | 2023-01-10 |
Family
ID=84797617
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2021103038A Pending JP2023002041A (en) | 2021-06-22 | 2021-06-22 | Switching power supply device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2023002041A (en) |
-
2021
- 2021-06-22 JP JP2021103038A patent/JP2023002041A/en active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4712519B2 (en) | Charge pump circuit for high side drive circuit and driver drive voltage circuit | |
US11962242B2 (en) | Converter output stage with bias voltage generator | |
TWI406484B (en) | Time-multiplexed multi-output dc/dc converters and voltage regulators | |
US7768214B2 (en) | Step-up/down regulator circuit and liquid crystal display device incorporating it | |
CN108336895B (en) | DC-DC converter, DC-DC power conversion system and method | |
US11482918B2 (en) | Gate drive circuit | |
US9985526B1 (en) | Switching regulator with self biasing high voltage swing switch stack | |
US20170155323A1 (en) | Synchronous rectification dc/dc converter | |
US20130038307A1 (en) | Switching circuit and dc-to-dc converter | |
US11133797B1 (en) | Bootstrap circuit for gate driver | |
US11011970B2 (en) | Gate drive circuit | |
US9843258B2 (en) | Buck power stage with multiple MOSFET types | |
US20230130933A1 (en) | Switching circuit, dc/dc converter, and control circuit of dc/dc converter | |
US20200228111A1 (en) | Method of forming a semiconductor device | |
JP2023062427A (en) | Switching circuit, dc/dc converter, and control circuit thereof | |
US11258441B2 (en) | Drive circuit | |
US9979294B1 (en) | DC-DC converter with gate charge re-use | |
EP2385615A1 (en) | Voltage Converter | |
JP2023002041A (en) | Switching power supply device | |
TWI484743B (en) | Boost circuit driven by low voltage and associated method | |
US7005834B2 (en) | Synchronous rectifier circuit and power supply | |
CN114982112A (en) | Power supply for driving synchronous rectification element of SEPIC converter | |
CN107302309B (en) | Method and apparatus for adaptive timing of zero voltage transition power converters | |
US20240088888A1 (en) | Gate drive circuit for switching circuit, module including the same, and switching power supply | |
WO2023032413A1 (en) | Semiconductor device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20240510 |