JP4012524B2 - 逆循環保護回路 - Google Patents

Description

本発明は、電力スイッチに関し、具体的には負荷をスイッチングする電力半導体スイッチに関し、より詳細には、電力スイッチング装置として電界効果トランジスタを使用する電力スイッチのボディダイオード内に電流が逆循環することを防ぐための回路に関する。

図１に示す一般的な電力スイッチでは、ＭＯＳＦＥＴを含む電力スイッチ１０は、負荷２０、例えばモータをスイッチングする。電力スイッチ１０は、ＭＯＳＦＥＴ部分１０Ａおよびボディダイオード１０Ｂを含む。電力スイッチ１０は、ドライバ１５によってドライブされる。

一般的な自動車の適用例では、電力スイッチは、図１に示すように、負荷２０の両端間のバッテリ電圧ＶＤＤをスイッチングする。負荷、例えばモータは、例えばモータが発生器として機能する場合、バッテリ電圧ＶＤＤより高い逆ＥＭＦを生成するように動作する可能性がある。

かかる場合では、電力スイッチがオフの場合、ドライバ出力段トランジスタ１５Ａ内に含まれたボディダイオード１５Ｂが導通するためＲで示す逆電流が、ＦＥＴ電力スイッチのボディダイオード１０Ｂを介して回路内に流れる。ドライバ段は、電圧Ｖｓｓ付近で浮動することができる基板電圧Ｓ２に通常結合される。
その結果、電圧Ｓ２がＶＤＤより高い０．６Ｖの電圧に達すると、ボディダイオード１５Ｂは導通して、電力スイッチ１０がオフとなり、電力スイッチ１０のボディダイオード１０Ｂ内に逆循環電流を流れさせる。これによって、ボディダイオードと並列の電力ＭＯＳＦＥＴを介して発生する熱より高い熱が生じ、ＭＯＳＦＥＴに損傷を与える恐れがある。

本発明の目的は、ＭＯＳＦＥＴを含む電力スイッチのボディダイオードの電流の逆循環を防ぐことにある。

本発明の目的は、負荷をスイッチングするＦＥＴ電力スイッチング装置のボディダイオードの電流の逆循環を防ぐための保護用回路によって達成される。

この電力スイッチング装置はゲート、ソースおよびドレイン端子を有し、電力スイッチング装置は負荷と直列に接続され、負荷は電力スイッチング装置のソースまたはドレイン端子に接続され、負荷はソース端子とドレイン端子の両端間にボディダイオードを導通させるのに十分な電圧を提供することができる。電力スイッチング装置は、ドライバ出力段ボディダイオードを有するドライバ出力段によって制御され、ドライバ出力段は基板電圧レベルに設定された基板を有する。

この逆循環保護回路は、ドライバ出力段ボディダイオードの両端間の電圧が、ドライバ出力段ボディダイオードを導通させるのに十分な電圧より低くなるように、ドライバ出力段の基板電圧レベルを変更する回路を有し、これによって電力スイッチング装置に逆循環電流を通過させ、電力スイッチング装置のボディダイオードが導通することを防ぐことができる。

他の態様によれば、本発明は、負荷をスイッチングするＦＥＴ電力スイッチング装置のボディダイオードを介した電流の逆循環を防ぐための保護用回路を含む。この電力スイッチング装置は、ゲート、ソースおよびドレイン端子を有し、電力スイッチング装置は負荷に直列に接続され、負荷は電力スイッチング装置のソース端子に接続され、負荷はソース端子に、ドレイン端子に印加された電圧より高い電圧を提供することができる。

電力スイッチング装置は、ドライバ出力段ボディダイオードを有するドライバ出力段によって制御され、ドライバ出力段は基板電圧レベルに設定された基板を有する。

この逆循環保護回路は、ドライバ出力段ボディダイオードの両端間の電圧が、ドライバ出力段ボディダイオードを導通させるのに十分な電圧より低くなるように、ドライバ出力段の基板電圧レベルを低下させる回路を有し、これによって電力スイッチング装置に逆循環電流を通過させ、電力スイッチングダイオードのボディダイオードが導通することを防ぐことができる。

本発明の他の特徴および利点は、添付図面を参照する本発明の以下の説明から明らかとなろう。

次に以下の具体的な説明で、以下の図面を参照して、本発明をより詳細に説明する。

図２を参照して説明する。
電力スイッチ１０は、例えば、図示のモータ２０を含む負荷に接続されている。この回路には、電力スイッチ１０のソースに一般に接続された１つまたは複数のベースを有する１つまたは複数のトランジスタ、例えばバイポーラトランジスタ３１を含む電流源回路３０も接続されている。トランジスタ３１の１つまたは複数のエミッタは、１つまたは複数のベースに抵抗Ｒ１を介して接続されている。トランジスタ３１の１つまたは複数のコレクタは、供給電圧ＶＤＤに結合されている。これらのエミッタは、電圧源ＶＳＳまたは大地電位に近い他の電位に、電流源３３を介して接続されている。

ドライバ１５は、ボディダイオード１５Ｂを有するＭＯＳＦＥＴを通常含む出力段１５Ａを有する。ドライバ段基板（Ｓ２）がＶＤＤを超えて０．６Ｖに達すると、ボディダイオード１５Ｂは導通する。これは、ＭＯＳＦＥＴ内に生じる寄生バイポーラトランジスタによって、ｎ＋ノードがＶＤＤと短絡するからである。

動作中に、負荷が逆ＥＭＦ、またはバッテリ電圧ＶＤＤより高い他の電位を提供すると、トランジスタ３１がオンになり、ドライバ１５の基板Ｓ２端子電圧をＶＤＤ電圧レベルに引き寄せるため、ボディダイオード１５Ｂは導通しなくなり、これによってドライバのボディダイオード１５Ｂ内の逆電流を防ぐことができる。
図４には、低減された基板電圧Ｓ２が示されている。

電流源３３は、基板Ｓ２からの十分な電流を低減させて、これを保証し、したがってボディダイオード１５Ｂが導通することを防ぐ。通常、電流源３３によって低減された電流は、コンマ何ミリアンペアの範囲内であり、ボディダイオード１５Ｂが導通することを防ぐのに十分な電流である。

負荷２０からの逆循環電流（Ｒ）は、したがって、図２に示すように、オンになった電力スイッチ１０を介して自由に循環するが、ボディダイオード１０Ｂ内には循環しない。

図３は、電流源回路３３の一例を示す。
電流（Ｇｖ−Ｖｔ）／Ｒ（ただし、ＧｖはツェナーダイオードＤｚの両端間の電圧であり、ＶｔはバイポーラトランジスタＱ１のしきい値電圧である。）は抵抗Ｒ内を流れる。トランジスタＱ２およびＱ３を含む電流ミラーは、トランジスタＱ３のドレイン−ソース経路内に電流α（Ｇｖ−Ｖｔ）／Ｒを生成する。

図４は、ドライバ１５の基板上の、電流源３３を含む電圧Ｓ２および電流源３３を含まない電圧Ｓ２を示す。図示のように、電流源はＳ２上の電圧を下げて、ドライバ１５のボディダイオード１５Ｂが導通することを防ぐことができ、また、ドライバに電力スイッチ１０をオンにさせて、負荷からの逆循環電流Ｒを吸収することができる。

以上、本発明をその特定の実施形態と関連させて説明してきたが、多くの他の変形形態および変更形態ならびに他の用途が、当業者によって明らかになるであろう。したがって、本発明は、本明細書における特定の開示によって限定されるべきではなく、添付の特許請求の範囲のみによって限定されるべきである。

逆電流がどのように電力スイッチ内で循環できるかを示した従来技術による回路を示す図である。 本発明による、電力スイッチのボディダイオードを介する逆電流を除去する回路を示す図である。 図２の回路内で使用できる電流源を示す図である。 図２の回路を説明するための波形を示す図である。

符号の説明

１０ 電力スイッチ
１０Ａ ＭＯＳＦＥＴ
１０Ｂ ボディダイオード
１５ ドライバ
１５Ａ ドライバ出力段トランジスタ
１５Ｂ ボディダイオード
２０ 負荷（モータ）
３０ 電流源回路
３１ バイポーラトランジスタ
３３ 電流源

Claims (7)

1. 負荷をスイッチングするＦＥＴ電力スイッチング装置のボディダイオードを介した電流の逆循環を防ぐための保護用の逆循環保護回路であって、
   前記電力スイッチング装置は、入力制御端子、第１および第２の端子を有し、前記ボディダイオードが並列接続され、
   ここで、該電力スイッチング装置は、前記負荷と直列に接続され、前記負荷は前記電力スイッチング装置の前記第１端子に接続され、前記負荷は前記第１端子と第２端子の両端間に前記ボディダイオードを導通させるのに十分な電圧を提供することができ、
   該電力スイッチング装置は、ドライバ出力段ボディダイオードが並列接続されたドライバ出力段によって制御され、該ドライバ出力段は、基板電圧レベルに設定された基板を有し、該基板が、前記電力スイッチング装置の前記入力制御端子に接続されると共に、前記ドライバ出力段の一端に接続された構成において、
   前記ドライバ出力段に接続される端子と、前記負荷および前記電力スイッチング装置の前記第１端子に共通接続される端子とを有し、前記ドライバ出力段ボディダイオードの両端間の電圧が、該ドライバ出力段ボディダイオードを導通させるのに十分な電圧より低くなるように、前記ドライバ出力段の前記基板電圧レベルを変更する保護回路を具え、
   該保護回路によって前記電力スイッチング装置に前記逆循環電流を通過させ、該電力スイッチング装置に並列接続された前記ボディダイオードが導通することを防ぐことを特徴とする回路。
2. 負荷をスイッチングするＦＥＴ電力スイッチング装置のボディダイオードを介した電流の逆循環を防ぐための保護用の逆循環保護回路であって、
   前記電力スイッチング装置は、ゲート、ソースおよびドレイン端子を有し、前記ボディダイオードが並列接続され、
   ここで、該電力スイッチング装置は、前記負荷に直列に接続され、前記負荷は前記電力スイッチング装置の前記ソース端子に接続され、前記負荷は前記ソース端子に、前記ドレイン端子に印加される電圧より高い電圧を提供することができ、
   該電力スイッチング装置は、ドライバ出力段ボディダイオードが並列接続されたドライバ出力段によって制御され、該ドライバ出力段は、基板電圧レベルに設定された基板を有し、該基板が、前記電力スイッチング装置の前記ゲートに接続されると共に、前記ドライバ出力段の一端に接続された構成において、
   前記ドライバ出力段に接続される端子と、前記負荷および前記電力スイッチング装置の前記ソース端子に共通接続される端子とを有し、前記ドライバ出力段ボディダイオードの両端間の前記電圧が、該ドライバ出力段ボディダイオードを導通させるのに十分な電圧より低くなるように、前記ドライバ出力段の前記基板電圧レベルを低減させる保護回路を具え、
   該保護回路によって前記電力スイッチング装置に前記逆循環電流を通過させ、該電力スイッチング装置に並列接続された前記ボディダイオードが導通することを防ぐことを特徴とする回路。
3. 前記保護回路は、
   前記ドレイン端子電圧より低い電位を含む、より低い電位の電圧レベルに結合された電流源と、
   前記電力スイッチング装置の前記ドレイン端子電圧と、共通の接続部で少なくとも１つのトランジスタに結合された前記電流源との間に結合された前記少なくとも１つのトランジスタと、
   前記電流源および前記少なくとも１つのトランジスタの前記共通の接続部と前記電力スイッチング装置の前記ソース端子との間に結合された抵抗と、
   前記ソース端子に結合された前記少なくとも１つのトランジスタの制御端子と
   を含むことを特徴とする請求項２記載の回路。
4. 前記少なくとも１つのトランジスタは、
   前記共通の接続部で前記電流源に結合されたエミッタと、前記ドレイン端子電圧に結合されたコレクタとを有するバイポーラＮＰＮトランジスタを含み、
   前記抵抗は、前記ソース端子に結合された前記ベースと前記エミッタとの間に結合されたことを特徴とする請求項３記載の回路。
5. 前記より低い電位の電圧レベルは、アースの近くの、またはアースにおける電位を含むことを特徴とする請求項３記載の回路。
6. 前記基板電圧レベルは、前記逆循環保護回路によって、前記ドレイン端子電圧より高いまたはそれより低いダイオード電圧降下よりも低い電圧レベルに保持されることを特徴とする請求項１記載の回路。
7. 前記電流源は、十分な電流を低下させて、前記ドライバ出力段ボディダイオードが導通することを防ぐことを特徴とする請求項３記載の回路。

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