JP2920984B2 - 対称な2つのチャージ・ポンプを有するデバイスにより制御された電力mosトランジスタ - Google Patents

対称な2つのチャージ・ポンプを有するデバイスにより制御された電力mosトランジスタ

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JP2920984B2 JP2011983A JP1198390A JP2920984B2 JP 2920984 B2 JP2920984 B2 JP 2920984B2 JP 2011983 A JP2011983 A JP 2011983A JP 1198390 A JP1198390 A JP 1198390A JP 2920984 B2 JP2920984 B2 JP 2920984B2
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    • G05F1/00Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/10Regulating voltage or current
    • G05F1/46Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc
    • G05F1/56Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices
    • G05F1/575Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices characterised by the feedback circuit
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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、電力MOSトランジスタに関し、特にドレ
インが電源に接続され、かつソースが負荷に接続されて
いるときに、電源電圧より高いゲート電圧を必要とする
いわゆるNチャネル(拡散MOS)技術により製造された
電力MOSトランジスタに関する。
第1A図はNチャネルの電力MOSトランジスタMPを有す
る回路を示し、そのドレインDPが正電圧VCCを供給する
電源の第1の端子1に接続され、そのソースSPは当該回
路の出力端子2に接続されている。負荷Lは前記出力端
子2と電源の第2の端子3との間に接続される。通常、
第2の端子3は接地される。
通常、ゲートの電圧は、電源より高い、例えばブロッ
クP1により示すいわゆる“チャージ・ポンプ”から供給
される。電源の第1の端子1及び第2の端子3にそれぞ
れ接続されている端子5及び6には、スイッチ4が接続
される。このスイッチ4は、端子7を介してクロックCK
に接続される。補助電源8は、当該回路内に備えられ
て、正電圧VCCより低レベル又は等しい正の補助電圧VS
を供給するものであり、順方向バイアスのダイオード10
及びコンデンサ11を介してスイッチ4の出力端子9に接
続されている。スイッチ4に接続されていない方のコン
デンサ11の端子は、ダイオード12のアノードに接続され
ており、そのカソードはチャージ・ポンプP1の出力端子
Hを構成している。
クロック信号(第1B図の曲線CK)は、規則的に交播す
る一連のハイ・レベル及びロー・レベルからなる。クロ
ック信号がハイ・レベルのときは、出力端子9は電源の
第2の端子3に接続される。クロック信号がロー・レベ
ルのときは、出力端子9は電源の第1の端子1に接続さ
れる。
チャージ・ポンプP1の出力は電力MOSトランジスタMP
のゲートGPに印加され、これに電流パルスIGを供給す
る。
この電力MOSトランジスタ回路の動作を第1B図に関連
させて説明する。第1B図は、クロック信号CK、出力端子
Hの電圧V(H)及びこの回路の出力端子2の電圧VEを
示す。
クロック信号CKがハイ・レベルのとき、従って出力端
子9を接地しているときは、コンデンサ11が電圧VS-Vd
(Vdはダイオードの順方向電圧降下)により充電され
る。出力端子Hの電圧V(H)は、VS-2Vdに等しい。ク
ロック信号CKがロー・レベルに切換わったときは、出力
端子9が第1の端子1に接続される。第1の端子1には
正電圧VCCが印加されているので、電圧V(H)は電圧V
CC+VS-2Vdに等しくなる。電圧VCC+VS-2Vdは、電力MOS
トランジスタMPのゲートと接地との間に存在する等価コ
ンデンサCequに印加される。この等価コンデンサCequ
は、クロック信号CKがハイ・レベルへ遷移する際に充電
され、かつ各クロック信号CKがロー・レベルへ遷移する
際に再び充電される。
従って、チャージ・ポンプP1は、当該回路外の電源に
よらなくとも、電源の正電圧VCCより高いパルスの電圧
V(H)を発生することができる。
パルス駆動されたチャージ・ポンプP1の回路は、前述
のようなMOSトランジスタのゲートに十分電流を供給す
ることができる。しかし、制御回路に特殊な機能、例え
ば出力電圧制御をすることが望まれるときは、問題が発
生する。
第1A図において、このような制御は、第1の入力E1を
出力端子2に接続し、第2の入力E2を基準電圧VRの基準
電圧源14を介して電源の第2の端子3に接続した演算増
幅器Aにより得られる。演算増幅器Aの電圧SGは、電力
MOSトランジスタMPのゲートGPに接続されている。演算
増幅器Aは電力MOSトランジスタMPのゲート電圧を調整
して、当該回路の出力端子2の電圧VEを基準電圧VRに保
持する。
しかし、制御の際に、第1A図の回路から出力信号を損
なう寄生雑音を発生し、高い信号の安定性を必要とする
ときは、この回路を用いることができない。
この雑音は、演算増幅器Aがパルスの電流パルスIGを
供給するチャージ・ポンプに関連しているためである。
このような欠点に固有の原因を発見して除去するために
は、演算増幅器Aの構造を詳細に調べることが必要であ
る。
第2図は第1A図の演算増幅器Aの一実施例を示す。演
算増幅器Aは差動部D及び出力部Sを有する。通常、差
動部Dは、図示のように接続された一対のバイポーラ・
トランジスタQ1,Q2を有し、それぞれ論理MOS型トランジ
スタM3,M4と、電流源21とを充電するように接続されて
いる。
出力部Sは、そのドレインD5が演算増幅器Aの電圧SG
をなすトランジスタM5と、サーボ制御の安定性を確保す
るように設計された補償コンデンサCCOMPとを有する。
チャージ・ポンプP1の活性期間では、トランジスタM5
は導通状態であり、そのゲート・ソース間のコンデンサ
C5を充電する。チャージ・ポンプP1の不活性期間では、
トランジスタM5は遮断される。しかし、コンデンサC5は
瞬時には放電されず、その電圧がゲートG5に存在したま
まで、トランジスタM5がオフになるまでの短期間はこれ
をオン状態に保持する。これは、等価コンデンサCequ
の充電電圧を低下させ、電力MOSトランジスタMPのゲー
ト電圧も低下させる。出力端子2の電圧VEは低下する。
電流パルスIGが再び発生し、等価コンデンサCequが改
めて充電されると、電力MOSトランジスタMPのゲート電
圧が増加して電圧VEが基準電圧VRに増加して、演算増幅
器Aが制御モードで再び動作する。従って、コンデンサ
C5の存在によってトランジスタM5の雑音が発生する。第
1B図において、基準電圧VRのレベルは、電圧VEの右の点
線により表わされている。
従来技術は、前述の雑音の問題を解決するために、演
算増幅器Aに努力が向けられていた。
雑音を減少させる第1の方法は、トランジスタM5の大
きさを減少させてコンデンサC5を小さなものにすること
にあった。
しかし、このような回路における制御の安定性を確保
するために、次の安定性基準、 gml/Ccomp<gm5/Cequ(式1) が確保されなければならない。ここで、gmlは演算増幅
器Aの傾斜であり、gm5はトランジスタM5の傾斜であ
る。傾斜gm5はトランジスタM5の大きさに比例してい
る。式1の関係を正確に保持する必要があるときは、こ
のトランジスタM5の大きさ、従ってコンデンサC5の値を
大きく減少させることはできない。
雑音を減少させる第3の方法は、前述の原因、即ちコ
ンデンサC5を除去することからなる。このために、MOS
トランジスタの代りにバイポーラ・トランジスタを用い
る必要がある。
しかし、この解決方法は、電力MOSトランジスタ(例
えば電力MOSトランジスタMP)、論理MOSトランジスタ
(例えば論理MOS型トランジスタM3,M4)及びバイポーラ
・トランジスタ(例えばバイポーラ・トランジスタQ1,Q
2)を同時に製造する従来技術と両立しないものとな
る。これらの技術によると、バイポーラ・トランジスタ
は、アノードが基板からなり、カソードがコレクタから
なるダイオードに接続される。基板が接地から遮断され
たときは、寄生信号がこのダイオードを介して電力MOS
トランジスタMPのゲートに到達する。
従って、以下で説明するように、出力部には論理MOS
型のトランジスタM5を使用せざるを得ない。
(発明の概要) この発明の目的は、関連した問題を解決する新しい方
法を提供することにある。
この発明によれば、制御増幅器を改善しようとするの
ではなく、チャージ・ポンプのパルス発生を除去するこ
とにある。
更に具体的には、この発明は、前述の第1のチャージ
・ポンプと、これと交互に動作する第2のチャージ・ポ
ンプとを組み合わせることにある。
更に、この発明は、チャージ・ポンプ又は一対のチャ
ージ・ポンがパルス電流を供給する際に、電流ミラー回
路によりチャージ・ポンプからのゲート電流を平滑化す
ることにある。
この発明の前述及び他の目的、特徴及び効果は、添付
する図面に示されている好ましい一実施例についての以
下の詳細な説明から明らかとなる。
第3A図はこの発明による回路を示しており、第1A図の
ように、電力MOSトランジスタMP、負荷L、演算増幅器
Aを構成する制御ループ、及びチャージ・ポンプP1を示
す。
第1A図と比較すると、電流ミラー回路Mと共に、第1
のチャージ・ポンプP1と対称的な第2のチャージ・ポン
プP2が付加されている。
第2のチャージ・ポンプP2において、スイッチ4−1
は、電源の第1の端子1の第2の端子3との間にそれぞ
れ接続されている端子5−1と、端子6−1とを有す
る。更に、スイッチ4は逆クロック信号CK*を入力して
いる端子7−1と、出力9−1とを備えている。出力9
−1は、順方向バイアスのダイオード10−1とスイッチ
4−1との間に接続されれているコンデンサ11−1と、
順方向バイアスのダイオード10−1を介して補助電源8
に接続されている。スイッチ4−1に接続されてないコ
ンデンサ11−1の端子は、ダイオード12−1のアノード
に接続されている。ダイオード12−1のカソードは、チ
ャージ・ポンプP1の出力端子Hに接続されると共に、チ
ャージ・ポンプP2の出力を構成している。
電流ミラー回路Mは、例えば2つのPチャネルMOSト
ランジスタM1及びM2を有し、そのゲート15及びソースは
相互接続されている。PチャネルMOSトランジスタM1の
ドレインD1は、そのゲートと、電流源13に接続され、P
チャネルMOSトランジスタM1に電流IRを流すと共に、P
チャネルMOSトランジスタM2にこれに比例した電流IGを
流す。PチャネルMOSトランジスタM2のドレインD2は、
電力MOSトランジスタMPのゲートGPに接続されている。
ソースS1及びS2は出力端子Hに接続されている。
チャージ・ポンプP1及びP2は交互に動作するので、電
圧V(H)は中断されることなく、電圧VCC+VS-2Vdに
近いレベルに保持される。従って、電圧V(H)は、ゲ
ートGPの電圧より高いか、又は等しい電圧に保持され、
電流IGが連続的に流れる。電流ミラー回路Mのために、
電流IGは、電流ミラー回路Mなしに、更にはコンデンサ
11及び及びコンデンサ11−1を急速に充電又は放電させ
たとしても、一定であり、パルス化されることはない。
従って、増幅器の出力部のトランジスタのゲート・ソー
ス間のコンデンサの充放から来る問題は、発生すること
はない。
この回路の動作は、第3B図の曲線により説明される。
第3B図はクロック信号CK、逆相のクロック信号CK*、出
力端子Hの電圧V(H)、及びPチャネルMOSトランジ
スタM2を介して流れる電流IGを示している。
この発明による処理は、雑音を除去するばかりでな
く、そのゲート・ソース間のコンデンサの値を何らの問
題なしに増加させることができるので、トランジスタM5
の大きさを自由に選択することができる。特に、これ
は、トランジスタの大きさを実質的に増加させて制御ル
ープの安定性を改良させることを可能にする。
【図面の簡単な説明】
第1A図は従来技術の回路の一部分を示す図、 第1B図は時間関数として第1A図の回路のクロック信号と
電圧信号とを対応させた一組の曲線を示す図、 第2図は従来技術による第1A図の演算増幅器の一実施例
を示す図、 第3A図はこの発明の電力MOSトランジスタの回路を示す
図、 第3B図は時間関数として第3A図の回路の電圧信号及び電
流信号とクロック信号とを対応させた一組の曲線を示す
図である。 1,11−1……コンデンサ、4,4−1……スイッチ、8…
…補助電源、9,9−1……出力、10,10−1,12,12−1…
…第1のダイオード、13……電流源、14……基準電圧
源、A……演算増幅器、E1,E2……入力、H……端子、M
1,M2……PチャネルMOSトランジスタ、MP……電力MOSト
ランジスタ、P1,P2……チャージ・ポンプ、Q1,Q2……バ
イポーラ・トランジスタ、VR……基準電圧。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電力MOSトランジスタ(MP)のドレイン(P
    D)が電源に接続され、かつそのソース(SP)が負荷L
    に接続されているときに、導通状態で電源電圧(VCC)
    より高いゲート電圧に設定されていることを必要とする
    前記電力MOSトランジスタを備え、 前記MOSトランジスタのゲートに作用してその出力電圧
    を制御する制御ループを備え、 その導通電圧が第1のチャージ・ポンプと呼ぶ第1のダ
    イオード・コンデンサ型回路により形成されたブースタ
    回路から印加されると共に、同一1の集積回路チップ内
    に、電力MOSトランジスタ、論理MOSトランジスタ及びバ
    イポーラ・トランジスタを関連させる技術により実現さ
    れた電力MOSトランジスタ回路において、 前記ブースタ回路は前記第1のダイオード・コンデンサ
    型回路と交互に動作し、第2のチャージ・ポンプと呼ぶ
    第2のダイオード・コンデンサ型回路を備え、 電流ミラー回路の第1の脚を前記ブースタ回路と一つの
    電力MOSトランジスタ(MP)との間に配置し、前記電流
    ミラー回路の第2の脚を所定の電流源(13)に接続した
    ことを特徴とする電力MOSトランジスタ回路。
  2. 【請求項2】請求項1記載の電力MOSトランジスタ回路
    において、各チャージ・ポンプは 矩形波信号を供給するスイッチ(4,4−1)と、 補助電源(8)と前記スイッチの出力(9,9−1)との
    間に接続されると共に、コンデンサ(11,11−1)及び
    第1のダイオード(10,10−1)を有する直列回路とを
    備え、 前記コンデンサは前記スイッチの出力がロー・レベルの
    ときに充電され、かつ第2のダイオード(12,12−1)
    が前記コンデンサと前記第1のダイオードとの接続点
    と、出力端子(H)との間に接続され、 前記2つのチャージ・ポンプのスイッチは逆位相で動作
    する ことを特徴とする電力MOSトランジスタ回路。
  3. 【請求項3】請求項1記載の電力MOSトランジスタ回路
    において、前記制御ループは演算増幅器(A)と、基準
    電圧源(14)とからなり、前記演算増幅器は前記電力MO
    Sトランジスタ(MP)のソースに接続された第1の入力
    (E1)と、前記基準電圧源のソースに接続された第2の
    入力(E2)と、前記PチャネルMOSトランジスタのゲー
    ト(GP)に接続された電圧(SG)とを備えていることを
    特徴とする電力MOSトランジスタ回路。
JP2011983A 1989-01-23 1990-01-23 対称な2つのチャージ・ポンプを有するデバイスにより制御された電力mosトランジスタ Expired - Lifetime JP2920984B2 (ja)

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FR8901231 1989-01-23

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JPH02233015A JPH02233015A (ja) 1990-09-14
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EP0379454A1 (fr) 1990-07-25
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FR2642240B1 (fr) 1994-07-29
EP0379454B1 (fr) 1994-03-23
DE69007502D1 (de) 1994-04-28
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