JP4830142B2 - Switching circuit - Google Patents

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Description

本発明は、トランジスタを備えているスイッチング回路に関する。   The present invention relates to a switching circuit including a transistor.

トランジスタの一対の主電極の間に電源と負荷を直列に接続し、そのトランジスタのオン・オフを切替えることによって、負荷に電力を供給する状態と電力を供給しない状態を切替えるスイッチング回路が知られている。例えば、インバータ回路はスイッチング回路を内蔵しており、トランジスタのオン・オフを切替えることによって、直流電力を交流電力に変換し、変換した交流電力をモータ(負荷の一例)に供給する。   A switching circuit that switches between a state of supplying power to a load and a state of not supplying power by connecting a power source and a load in series between a pair of main electrodes of the transistor and switching the transistor on and off is known. Yes. For example, the inverter circuit has a built-in switching circuit, converts the DC power into AC power by switching on / off of the transistor, and supplies the converted AC power to a motor (an example of a load).

特許文献1に、この種のスイッチング回路の一例が開示されている。特許文献1のスイッチング回路は、トランジスタのゲート電極とドレイン電極の間に接続されているとともにツェナーダイオードとダイオードが直列に接続されている直列回路を備えている。ツェナーダイオードは、トランジスタのドレイン電極側の配線にサージ電圧が発生すると、そのサージ電圧によって降伏するように設定されている。ダイオードは、トランジスタがオンするときに、トランジスタのゲート電極に向かって流れるゲート電流が直列回路を介してトランジスタのドレイン電極側の配線に流れるのを防止する。   Patent Document 1 discloses an example of this type of switching circuit. The switching circuit of Patent Document 1 includes a series circuit in which a Zener diode and a diode are connected in series while being connected between a gate electrode and a drain electrode of a transistor. The Zener diode is set so that when a surge voltage is generated in the wiring on the drain electrode side of the transistor, breakdown occurs due to the surge voltage. The diode prevents a gate current flowing toward the gate electrode of the transistor from flowing to the wiring on the drain electrode side of the transistor through the series circuit when the transistor is turned on.

特許文献1のスイッチング回路では、ツェナーダイオードの降伏電圧VZDとダイオードの順方向電圧VFの合計電圧(VZD+VF)よりも大きなサージ電圧がトランジスタのドレイン電極側の配線に発生すると、ツェナーダイオードが降伏する。ツェナーダイオードが降伏すると、トランジスタのドレイン電極側の配線から直列回路を介してトランジスタのゲート電極に向けて電流が流れ、ゲート電極の電圧が持ち上がり、トランジスタがオンする。特許文献1のスイッチング回路は、サージ電圧が発生したときにトランジスタを瞬間的にオンさせることによって、トランジスタを介してサージエネルギーを外部に逃がすように動作することができる。 In the switching circuit of Patent Document 1, when a surge voltage larger than the total voltage (V ZD + V F ) of the breakdown voltage V ZD of the Zener diode and the forward voltage V F of the diode is generated in the wiring on the drain electrode side of the transistor, the Zener The diode breaks down. When the Zener diode breaks down, a current flows from the wiring on the drain electrode side of the transistor through the series circuit toward the gate electrode of the transistor, the voltage of the gate electrode rises, and the transistor is turned on. The switching circuit of Patent Document 1 can operate so as to release surge energy to the outside through a transistor by momentarily turning on the transistor when a surge voltage is generated.

特開平6−326579号公報JP-A-6-326579

しかしながら、ツェナーダイオードの降伏電圧VZDには、製造公差によって±10%程度のばらつきが存在している。このため、特許文献1のスイッチング回路では、用いるツェナーダイオードによって、ツェナーダイオードが降伏するタイミングがばらついてしまう。この結果、特許文献1のスイッチング回路では、サージエネルギーを外部に逃がすタイミングを精度良く設定することができないという問題がある。 However, the breakdown voltage V ZD of the Zener diode has a variation of about ± 10% due to manufacturing tolerances. For this reason, in the switching circuit of Patent Document 1, the timing at which the Zener diode breakdown varies depending on the Zener diode used. As a result, the switching circuit of Patent Document 1 has a problem that the timing for releasing the surge energy to the outside cannot be set with high accuracy.

本発明者らは、上記の直列回路において、ツェナーダイオードに代えてキャパシタを用いる技術を創作した。本発明者らは、ツェナーダイオードに代えてキャパシタを用いても、サージ電圧を低く抑えることが可能であることを見出した。図11に示すように、本発明者らが提案するスイッチング回路110は、ドレイン電極Dとソース電極Sの間に電源180と負荷170を直列に接続して用いるトランジスタ150と、そのトランジスタのゲート電極Gに接続されている制御回路140と、そのトランジスタ150のゲート電極Gとドレイン電極Dの間に接続されているとともにキャパシタ132とダイオード134が直列に接続されている直列回路130を備えている。なお参照番号160は、寄生インダクタンスである。このスイッチング回路110は、次の作用によってサージ電圧を低く抑えることができる。なお、本来は式で記述される現象を言語で説明するために、その説明は必ずしも万全でないことがある。   The inventors of the present invention have created a technique that uses a capacitor instead of a Zener diode in the above series circuit. The present inventors have found that the surge voltage can be kept low even if a capacitor is used instead of the Zener diode. As shown in FIG. 11, the switching circuit 110 proposed by the present inventors includes a transistor 150 that is used by connecting a power source 180 and a load 170 in series between a drain electrode D and a source electrode S, and a gate electrode of the transistor. A control circuit 140 connected to G and a series circuit 130 connected between the gate electrode G and the drain electrode D of the transistor 150 and a capacitor 132 and a diode 134 connected in series are provided. Reference numeral 160 is a parasitic inductance. The switching circuit 110 can suppress the surge voltage by the following action. In order to explain a phenomenon that is originally described by an expression in a language, the explanation may not be perfect.

制御回路140がトランジスタ150をオフさせる電圧を出力しているときは、電源電圧Vddからダイオード134の順方向電圧VFを引いた電圧(Vdd−VF)がキャパシタ132に印加され、キャパシタ132の充電電圧は(Vdd−VF)となっている。
次に、制御回路140がトランジスタ150をオンさせる電圧を出力すると、トランジスタ150のドレイン電極Dの電圧が降下する。ダイオード134には逆バイアス電圧が加わるので、キャパシタ132は放電することができず、それ以前からの充電電圧(Vdd−VF)を維持する。
次に、制御回路140がトランジスタ150をオフさせる電圧を出力すると、トランジスタ150のドレイン電極Dの電圧が上昇する。寄生インダクタンス160が存在することから、ドレイン電極Dの電圧は電源電圧Vddを超えて上昇する。いわゆるサージ電圧が発生する。
トランジスタ150のドレイン電極Dの電圧が、キャパシタ132の充電電圧(Vdd−VF)とダイオード134の順方向電圧VFの合計電圧、即ち電源電圧Vddを超えると、ダイオード134に順方向電圧が作用し、キャパシタ132に充電電流が流れ始める。このため、トランジスタ150のゲート電極Gの放電速度が遅くなることによってトランジスタ150のドレイン電流の変化速度が遅くなり、トランジスタ150のドレイン電極Dの電圧の急峻な上昇が抑えられ、サージ電圧を低く抑えることができる。
なお、上記では、ゲート電極(制御電極)側にキャパシタが配置され、ドレイン電極(高電圧側の主電極)側にダイオードが配置されている直列回路を例示したが、ゲート電極側にダイオードが配置され、ドレイン電極側にキャパシタが配置されている直列回路を用いても、サージ電圧を低く抑えることができる。
When the control circuit 140 outputs a voltage for turning off the transistor 150, a voltage (Vdd−V F ) obtained by subtracting the forward voltage V F of the diode 134 from the power supply voltage Vdd is applied to the capacitor 132. The charging voltage is (Vdd−V F ).
Next, when the control circuit 140 outputs a voltage for turning on the transistor 150, the voltage of the drain electrode D of the transistor 150 drops. Since a reverse bias voltage is applied to the diode 134, the capacitor 132 cannot be discharged, and the charge voltage (Vdd−V F ) from before is maintained.
Next, when the control circuit 140 outputs a voltage for turning off the transistor 150, the voltage of the drain electrode D of the transistor 150 increases. Since the parasitic inductance 160 exists, the voltage of the drain electrode D rises exceeding the power supply voltage Vdd. A so-called surge voltage is generated.
When the voltage of the drain electrode D of the transistor 150 exceeds the total voltage of the charging voltage (Vdd−V F ) of the capacitor 132 and the forward voltage V F of the diode 134, that is, the power supply voltage Vdd, the forward voltage acts on the diode 134. Then, a charging current starts to flow through the capacitor 132. For this reason, when the discharge rate of the gate electrode G of the transistor 150 is slowed down, the rate of change of the drain current of the transistor 150 is slowed down, and a steep rise in the voltage of the drain electrode D of the transistor 150 is suppressed, and the surge voltage is kept low. be able to.
In the above, a series circuit in which a capacitor is disposed on the gate electrode (control electrode) side and a diode is disposed on the drain electrode (main voltage main electrode) side is illustrated, but a diode is disposed on the gate electrode side. Even if a series circuit in which a capacitor is arranged on the drain electrode side is used, the surge voltage can be kept low.

製造公差によってツェナーダイオードの降伏電圧が±10%程度ばらつくのに対し、キャパシタを利用する技術によると、トランジスタのドレイン電極の電圧が電源電圧Vddを超えたときにトランジスタのゲート電極の電圧の低下速度が遅速化し、トランジスタのドレイン電流の低下速度が遅速化するので、サージ電圧の抑制能力にばらつきが小さいスイッチング回路を量産することができる。   While the breakdown voltage of the Zener diode varies by about ± 10% due to manufacturing tolerances, according to the technology using the capacitor, when the voltage of the drain electrode of the transistor exceeds the power supply voltage Vdd, the rate of decrease of the voltage of the gate electrode of the transistor Is slowed down, and the rate of decrease in the drain current of the transistor is slowed down, so that it is possible to mass-produce switching circuits with small variations in the ability to suppress surge voltage.

上記したように、キャパシタを利用すると、トランジスタのドレイン電極の電圧が電源電圧を超えたときにトランジスタのゲート電極の電圧の低下速度を遅速化し、トランジスタのドレイン電流の低下速度が遅速化するので、サージ電圧の抑制能力が安定する。
しかしながら、キャパシタを利用する場合、ドレイン電極の電圧が電源電圧を超えない限りゲート電極の電圧の低下速度が遅速化されず、トランジスタのドレイン電流の低下速度が遅速化されず、サージ電圧を抑制しきれない場合が生じる。
そこで本発明は、トランジスタの制御電極の電圧の変化速度を遅速化するタイミングが安定しているだけでなく、トランジスタの高電圧側の主電極の電圧が電源電圧を超えるよりも早いタイミングでトランジスタの制御電極の電圧の変化速度を遅速化することによって、サージ電圧の抑制能力が改善されたスイッチング回路を提供するために開発された。
As described above, when using the capacitor, when the voltage of the drain electrode of the transistor exceeds the power supply voltage, the rate of decrease in the voltage of the gate electrode of the transistor is slowed down, and the rate of decrease in the drain current of the transistor is slowed down. Surge voltage suppression capability is stable.
However, when a capacitor is used, unless the drain electrode voltage exceeds the power supply voltage, the gate electrode voltage reduction rate is not slowed down, the transistor drain current drop rate is not slowed down, and the surge voltage is suppressed. There are cases where it cannot be completed.
Therefore, the present invention not only stabilizes the timing of slowing the change rate of the voltage of the control electrode of the transistor, but also increases the transistor timing at a timing earlier than the voltage of the main electrode on the high voltage side of the transistor exceeds the power supply voltage. It was developed to provide a switching circuit with improved surge voltage suppression capability by slowing down the voltage change rate of the control electrode.

本発明は、トランジスタを備えているスイッチング回路に具現化することができる。本発明のスイッチング回路は、一対の主電極の間に電源と負荷を接続して用いるトランジスタと、そのトランジスタの制御電極に接続されているとともにそのトランジスタをオンさせる電圧とオフさせる電圧を交互に出力する制御回路と、そのトランジスタの制御電極と高電圧側の主電極の間に接続されているとともに第1キャパシタと第1ダイオードが直列に接続されている直列回路を備えている。第1ダイオードのカソードはトランジスタの制御電極側に接続しており、第1ダイオードのアノードはトランジスタの高電圧側の主電極側に接続されている。本発明のスイッチング回路はさらに、その第1キャパシタと第1ダイオードの接続線に接続されており、その接続線の電圧を調整する電圧調整回路を備えている。
なお第1キャパシタと第1ダイオードの直列回路では、第1キャパシタがトランジスタの制御電極側に配置され、第1ダイオードがトランジスタの高電圧側の主電極側に配置されていてもよく、あるいはその位置関係が逆であってもよい。
The present invention can be embodied in a switching circuit including a transistor. The switching circuit of the present invention alternately outputs a transistor used by connecting a power source and a load between a pair of main electrodes, a voltage for turning on and off the transistor connected to the control electrode of the transistor. And a series circuit that is connected between the control electrode of the transistor and the main electrode on the high voltage side and in which a first capacitor and a first diode are connected in series. The cathode of the first diode is connected to the control electrode side of the transistor, and the anode of the first diode is connected to the main electrode side on the high voltage side of the transistor. The switching circuit of the present invention is further connected to a connection line between the first capacitor and the first diode, and further includes a voltage adjustment circuit for adjusting the voltage of the connection line.
In the series circuit of the first capacitor and the first diode, the first capacitor may be disposed on the control electrode side of the transistor, and the first diode may be disposed on the main electrode side on the high voltage side of the transistor, or the position thereof. The relationship may be reversed.

上記の装置では、トランジスタがターンオフする際に、第1ダイオードに順方向電圧が作用し始めると、第1キャパシタに充電電流が流れ始め、それ以降はトランジスタの制御電極の電圧の変化速度が遅速化され、トランジスタの主電流の変化速度が遅速化され、トランジスタの高電圧側の主電極の電圧変化が遅速化され、トランジスタの高電圧側の主電極に現れるサージ電圧を低く抑えることができる。
電圧調整回路が存在しないと、第1ダイオードに順方向電圧が作用し始めるタイミングはトランジスタの高電圧側の主電極の電圧が電源電圧にまで上昇したタイミングに固定されてしまう。
それに対して電圧調整回路が付加されていると、トランジスタの高電圧側の主電極の電圧が電源電圧にまで上昇するよりも早いタイミングで第1ダイオードに順方向電圧が作用し始めるようにでき、より早いタイミングでトランジスタの制御電極の電圧の変化速度を遅速化することができ、より早いタイミングでトランジスタの主電流の変化速度を遅速化することができ、より早いタイミングでトランジスタの高電圧側の主電極の電圧変化を遅速化することができ、トランジスタの高電圧側の主電極に現れるサージ電圧を低く抑えることができる。
なお必要であれば、トランジスタの高電圧側の主電極の電圧が電源電圧以上に上昇したタイミングで第1ダイオードに順方向電圧が作用し始めるようにでき、遅いタイミングでトランジスタの制御電極の電圧の変化速度を遅速化することができ、遅いタイミングでトランジスタの主電流の変化速度を遅速化することができ、遅いタイミングでトランジスタの高電圧側の主電極の電圧変化を遅速化することができる。この場合、トランジスタのスイッチング損失を低減することができる。
In the above device, when the forward voltage starts to act on the first diode when the transistor is turned off, the charging current starts to flow to the first capacitor, and thereafter, the change rate of the voltage of the control electrode of the transistor is slowed down. Thus, the change rate of the main current of the transistor is slowed down, the voltage change of the main electrode on the high voltage side of the transistor is slowed down, and the surge voltage appearing on the main electrode on the high voltage side of the transistor can be suppressed low.
Without the voltage adjustment circuit, the timing at which the forward voltage starts to act on the first diode is fixed at the timing at which the voltage of the main electrode on the high voltage side of the transistor rises to the power supply voltage.
On the other hand, when a voltage adjustment circuit is added, the forward voltage can start to act on the first diode at an earlier timing than the voltage of the main electrode on the high voltage side of the transistor rises to the power supply voltage. The change speed of the voltage of the control electrode of the transistor can be slowed at an earlier timing, the change speed of the main current of the transistor can be slowed at an earlier timing, and the higher voltage side of the transistor can be The voltage change of the main electrode can be slowed down, and the surge voltage appearing at the main electrode on the high voltage side of the transistor can be kept low.
If necessary, the forward voltage can start to act on the first diode when the voltage of the main electrode on the high voltage side of the transistor rises above the power supply voltage, and the voltage of the control electrode of the transistor can be controlled at a later timing. The change rate can be slowed, the change rate of the main current of the transistor can be slowed at a slow timing, and the voltage change of the main electrode on the high voltage side of the transistor can be slowed at a slow timing. In this case, the switching loss of the transistor can be reduced.

本発明のスイッチング回路では、電圧調整回路が、第1キャパシタと第1ダイオードを接続する接続線と第1ダイオードのアノードの間に接続されているとともに第2キャパシタと第2ダイオードが直列に接続されている回路を有している。この場合、第2ダイオードのカソードが第1ダイオードのアノード側に接続されており、第2ダイオードのアノードが接続線側に接続されている。即ち、第2キャパシタと第2ダイオードは、第1ダイオードを迂回する経路を提供している。
この電圧調整回路では、トランジスタがオン状態に移行し、トランジスタの高電圧側の主電極の電圧が降下すると、第2ダイオードに順方向電圧が作用する。この結果、第1キャパシタを充電していた電荷の一部は、第2キャパシタを充電するように移動し、第1キャパシタと第1ダイオードを接続する接続線の電圧は低下する。接続線の電圧は、トランジスタがオフしているときは高電圧となり、トランジスタがオンしているときは低電圧となる。
この場合、トランジスタの高電圧側の主電極の電圧が電源電圧にまで上昇するよりも早いタイミングで第1ダイオードに順方向電圧が作用し始めるようにでき、より早いタイミングでトランジスタの制御電極の電圧の変化速度を遅速化することができ、より早いタイミングでトランジスタのドレイン電流の変化速度を遅速化することができ、より早いタイミングでトランジスタの高電圧側の主電極の電圧変化を遅速化することができ、トランジスタの高電圧側の主電極に現れるサージ電圧を低く抑えることができる。
In the switching circuit of the present invention, the voltage adjustment circuit is connected between the connection line connecting the first capacitor and the first diode and the anode of the first diode, and the second capacitor and the second diode are connected in series. and that that has a circuit. In this case, the cathode of the second diode is connected to the anode side of the first diode, and the anode of the second diode is connected to the connection line side. That is, the second capacitor and the second diode provide a path that bypasses the first diode.
In this voltage adjustment circuit, when the transistor is turned on and the voltage of the main electrode on the high voltage side of the transistor drops, a forward voltage acts on the second diode. As a result, a part of the charge that has charged the first capacitor moves so as to charge the second capacitor, and the voltage of the connection line connecting the first capacitor and the first diode decreases. The voltage of the connection line is high when the transistor is off, and low when the transistor is on.
In this case, the forward voltage can start to act on the first diode at an earlier timing than the voltage of the main electrode on the high voltage side of the transistor rises to the power supply voltage, and the voltage of the control electrode of the transistor can be obtained at an earlier timing. The rate of change of the transistor can be slowed, the rate of change of the drain current of the transistor can be slowed at an earlier timing, and the rate of change of the voltage on the main electrode on the high voltage side of the transistor can be delayed at an earlier timing. Thus, the surge voltage appearing at the main electrode on the high voltage side of the transistor can be kept low.

本発明のスイッチング回路では、第2コンデンサの静電容量が、第1コンデンサの静電容量以下であることが好ましい。
第2コンデンサの静電容量が大き過ぎると、第1キャパシタに蓄積されている電荷量が少なくなり過ぎ、第1キャパシタの充電電圧が小さくなり過ぎる。第1キャパシタの充電電圧が小さくなり過ぎると、トランジスタがターンオフした過渡期の序盤から第1ダイオードに順方向電圧が作用し始めるようになり、ターンオフ損失が増加してしまう。第2コンデンサの静電容量が第1コンデンサの静電容量以下に設定されていれば、第1キャパシタの充電電圧が小さくなり過ぎることを抑制できる。この結果、ターンオフ損失の増加を抑制しながら、サージ電圧も抑制することができる。
In the switching circuit of the present invention, it is preferable that the capacitance of the second capacitor is equal to or less than the capacitance of the first capacitor.
If the capacitance of the second capacitor is too large, the amount of charge stored in the first capacitor becomes too small, and the charging voltage of the first capacitor becomes too small. If the charging voltage of the first capacitor becomes too small, the forward voltage starts to act on the first diode from the beginning of the transition period in which the transistor is turned off, and the turn-off loss increases. If the capacitance of the second capacitor is set to be equal to or lower than the capacitance of the first capacitor, it is possible to suppress the charging voltage of the first capacitor from becoming too small. As a result, the surge voltage can be suppressed while suppressing an increase in turn-off loss.

本発明によると、電圧調整回路を利用して、トランジスタがオフしたときにトランジスタの制御電極に生じる電圧の変化速度を遅速化するタイミングを調整することができる。このタイミングを早く調整すれば、サージ電圧を低く抑えることができる。
本発明によると、トランジスタがターンオフする序盤では、トランジスタの制御電極に生じる電圧の変化速度を高速にすることによってターンオフ損失を抑制し(序盤ではトランジスタの主電極間の電圧が低いために、サージ電圧が過大となることがなく、制御電極の電圧の変化速度を高速にすることができる)、トランジスタがターンオフする終盤(トランジスタの主電極間の電圧が上昇しており、サージ電圧が過大となりえる期間)では、トランジスタの制御電極に生じる電圧の変化速度を遅速化することによってサージ電圧を低く抑えることができる。
一般的に、ターンオフ損失とサージ電圧はトレードオフの関係にあり、ターンオフ損失を抑制するとサージ電圧が過大となり、サージ電圧を抑制するとターンオフ損失が過大となる。本発明では、ターンオフする途中でトランジスタの制御電極に生じる電圧の変化速度を遅速化するために、ターンオフ損失とサージ電圧の両者を抑制することができる。
According to the present invention, the voltage adjustment circuit can be used to adjust the timing for slowing the rate of change of the voltage generated at the control electrode of the transistor when the transistor is turned off. If this timing is adjusted early, the surge voltage can be kept low.
According to the present invention, in the early stage when the transistor is turned off, the turn-off loss is suppressed by increasing the rate of change of the voltage generated at the control electrode of the transistor (in the early stage, since the voltage between the main electrodes of the transistor is low, the surge voltage is reduced). Is not excessive and the speed of change of the voltage of the control electrode can be increased), the end of the transistor turn-off (the period during which the voltage between the main electrodes of the transistor is rising and the surge voltage can be excessive) ), The surge voltage can be kept low by slowing the rate of change of the voltage generated at the control electrode of the transistor.
Generally, the turn-off loss and the surge voltage are in a trade-off relationship. If the turn-off loss is suppressed, the surge voltage becomes excessive, and if the surge voltage is suppressed, the turn-off loss becomes excessive. In the present invention, both the turn-off loss and the surge voltage can be suppressed in order to slow down the rate of change of the voltage generated at the control electrode of the transistor during the turn-off.

本発明の好ましい形態を列記する。
(第1形態) 本発明のスイッチング回路は、電界効果型のトランジスタを利用する。
(第2形態) 本発明のスイッチング回路は、MOSFETを利用する。
(第3形態) サージ電圧抑制回路とトランジスタは、同一の半導体基板に作り込まれている。
Preferred forms of the present invention are listed.
(First Embodiment) The switching circuit of the present invention uses a field effect transistor.
(Second Embodiment) The switching circuit of the present invention uses a MOSFET.
(3rd form) The surge voltage suppression circuit and the transistor are built in the same semiconductor substrate.

図1に、電界効果型のトランジスタ50(n型MOSFET)を備えているスイッチング回路10の回路図を示す。トランジスタ50は、ドレイン電極Dとソース電極Sの間に電源80と負荷70を直列に接続して用いられる。トランジスタ50と負荷70の間の配線には、寄生インダクタンス60が存在している。スイッチング回路10は、制御回路40が出力する駆動電圧Vinに基づいて、トランジスタ50のオン・オフを切替える。駆動電圧Vinは、ゲート電極Gに入力される。
スイッチング回路10は、トランジスタ50のオン・オフを切替えることによって、電源80が供給する電源電圧Vddを負荷70に供給する状態と供給しない状態を切替える。
なお、ドレイン電極Dは高電圧側の主電極であり、ソース電極Sは低電圧側の主電極であって接地されており、ゲート電極Gは制御電極である。
FIG. 1 shows a circuit diagram of a switching circuit 10 including a field effect transistor 50 (n-type MOSFET). The transistor 50 is used with a power supply 80 and a load 70 connected in series between the drain electrode D and the source electrode S. A parasitic inductance 60 exists in the wiring between the transistor 50 and the load 70. The switching circuit 10 switches on / off of the transistor 50 based on the drive voltage Vin output from the control circuit 40. The drive voltage Vin is input to the gate electrode G.
The switching circuit 10 switches between a state in which the power supply voltage Vdd supplied from the power supply 80 is supplied to the load 70 and a state in which the power supply 80 is not supplied by switching on and off the transistor 50.
The drain electrode D is a main electrode on the high voltage side, the source electrode S is a main electrode on the low voltage side and is grounded, and the gate electrode G is a control electrode.

スイッチング回路10は、トランジスタ50と、制御回路40と、サージ電圧対策回路12を備えている。制御回路40は、トランジスタ50のゲート電極Gに接続されており、トランジスタ50をオンさせる電圧とオフさせる電圧が交互に現れる矩形波の駆動電圧Vinをトランジスタ50のゲート電極Gに出力している。サージ電圧対策回路12は、直列回路30と電圧調整回路20を備えている。直列回路30の一方端は、トランジスタ50のゲート電極Gと制御回路40の間の第1接続点41に接続されている。直列回路30の他方端は、トランジスタ50のドレイン電極Dと負荷70の間の第2接続点51に接続されている。直列回路30は、直列に接続されている第1キャパシタ32と第1ダイオード34を有している。第1ダイオード34のカソードは、第1接続点41側に接続されており、第1ダイオード34のアノードは、第2接続点51側に接続されている。電圧調整回路20は、第1キャパシタ32と第1ダイオード34を接続する接続線の第3接続点33に接続されている。電圧調整回路20は、トランジスタ50がオフしているときに比してトランジスタ50がオンしているときの第3接続点33の電圧を低下させる。電圧調整回路20は、トランジスタ50がオフしているときに比してトランジスタ50がオンしているときの第1キャパシタ32の充電電圧を低下させるといってもよい。直列回路30を含むサージ電圧対策回路12は、トランジスタ50と同一の半導体基板に作り込まれている。   The switching circuit 10 includes a transistor 50, a control circuit 40, and a surge voltage countermeasure circuit 12. The control circuit 40 is connected to the gate electrode G of the transistor 50, and outputs to the gate electrode G of the transistor 50 a rectangular wave drive voltage Vin in which a voltage for turning on and off the transistor 50 appears alternately. The surge voltage countermeasure circuit 12 includes a series circuit 30 and a voltage adjustment circuit 20. One end of the series circuit 30 is connected to a first connection point 41 between the gate electrode G of the transistor 50 and the control circuit 40. The other end of the series circuit 30 is connected to a second connection point 51 between the drain electrode D of the transistor 50 and the load 70. The series circuit 30 includes a first capacitor 32 and a first diode 34 connected in series. The cathode of the first diode 34 is connected to the first connection point 41 side, and the anode of the first diode 34 is connected to the second connection point 51 side. The voltage adjustment circuit 20 is connected to a third connection point 33 of a connection line connecting the first capacitor 32 and the first diode 34. The voltage adjustment circuit 20 reduces the voltage at the third connection point 33 when the transistor 50 is on compared to when the transistor 50 is off. The voltage adjustment circuit 20 may be said to lower the charging voltage of the first capacitor 32 when the transistor 50 is on compared to when the transistor 50 is off. The surge voltage countermeasure circuit 12 including the series circuit 30 is built on the same semiconductor substrate as the transistor 50.

次に、図2を参照して、スイッチング回路10の動作を説明する。図2は、トランジスタ50のドレイン電極Dの電圧VDの変化パターンを示しており、トランジスタ50がターンオフする過渡期における電圧VDの経時的な変動を示している。図2(A)は、サージ電圧対策回路12が設けられていない場合であり、比較例である。図2(B)は、サージ電圧対策回路12のうちの直列回路30のみが設けられている場合であり、比較例である。図2(C)は、本実施例のスイッチング回路10の場合である。   Next, the operation of the switching circuit 10 will be described with reference to FIG. FIG. 2 shows a change pattern of the voltage VD of the drain electrode D of the transistor 50, and shows a change with time of the voltage VD in a transition period in which the transistor 50 is turned off. FIG. 2A shows a comparative example in which the surge voltage countermeasure circuit 12 is not provided. FIG. 2B shows a comparative example in which only the series circuit 30 of the surge voltage countermeasure circuit 12 is provided. FIG. 2C shows the case of the switching circuit 10 of this embodiment.

図2(A)を参照して、サージ電圧対策回路12が設けられていない場合を説明する。
サージ電圧対策回路12が設けられていない場合、トランジスタ50がToffのタイミングでターンオフすると、ドレイン電極Dの電圧VDが上昇する。そして、ターンオフの過渡期の終盤には、トランジスタ50のドレイン電流IDと寄生のインダクタンス60に起因したサージ電圧が発生している。
A case where the surge voltage countermeasure circuit 12 is not provided will be described with reference to FIG.
When the surge voltage countermeasure circuit 12 is not provided, the voltage VD of the drain electrode D rises when the transistor 50 is turned off at the timing of Toff. At the end of the turn-off transition period, a surge voltage is generated due to the drain current ID of the transistor 50 and the parasitic inductance 60.

次に、図2(B)を参照して、サージ電圧対策回路12のうちの直列回路30のみが設けられている場合を説明する。
最初に、トランジスタ50がオフで安定している状態を考える。この比較例のスイッチング回路では、トランジスタ50がオフで安定しているときに、電源電圧Vddから第1ダイオード34の順方向電圧VFを引いた電圧(Vdd−VF)が第1キャパシタ32に印加されている。第1キャパシタ32は、トランジスタ50がオフで安定しているときには、(Vdd−VF)の電圧に充電されている。すなわち、第3接続点33の電圧V1は、(Vdd−VF)になっている。
次に、トランジスタ50がオンすると、ドレイン電極Dの電圧VDが降下する。このため、第1ダイオード34には逆バイアス電圧が加わるので、第1ダイオード34は放電することができず、第1キャパシタ32の充電電圧は、トランジスタ50がオンしている間、それ以前の充電電圧(Vdd−VF)に維持される。
次に、トランジスタ50がToffのタイミングでターンオフすると、ドレイン電極Dの電圧VDが上昇する。ドレイン電極Dの電圧VDが第3接続点33の電圧V1(Vdd−VF)と第1ダイオード34の順方向電圧VFの合計(V1+VF=Vdd−VF+VF=Vdd)、即ち、電源電圧Vddを超えると、第1ダイオード34に順方向電圧が加わる(図2(B)のTbのタイミング)。Tbのタイミングで第1ダイオード34に順方向電圧が加わると、第1キャパシタ32に充電電流が流れ始め、それ以降はトランジスタ50のゲート電極Gの電圧の低下速度が遅速化し、トランジスタ50のドレイン電流IDの低下速度が遅速化する。このため、タイミングTb以降は、ドレイン電極Dの電圧VDの急峻な上昇が抑えられ、サージ電圧が低く抑えられる。
Next, the case where only the series circuit 30 of the surge voltage countermeasure circuit 12 is provided will be described with reference to FIG.
First, consider a state in which transistor 50 is off and stable. In the switching circuit of this comparative example, when the transistor 50 is off and stable, a voltage (Vdd−V F ) obtained by subtracting the forward voltage V F of the first diode 34 from the power supply voltage Vdd is applied to the first capacitor 32. Applied. The first capacitor 32 is charged to a voltage of (Vdd−V F ) when the transistor 50 is off and stable. That is, the voltage V1 at the third connection point 33 is (Vdd−V F ).
Next, when the transistor 50 is turned on, the voltage VD of the drain electrode D drops. For this reason, since a reverse bias voltage is applied to the first diode 34, the first diode 34 cannot be discharged, and the charge voltage of the first capacitor 32 is charged before the transistor 50 is on. The voltage is maintained at (Vdd−V F ).
Next, when the transistor 50 is turned off at the timing of Toff, the voltage VD of the drain electrode D rises. The voltage VD of the drain electrode D is the sum of the voltage V1 (Vdd−V F ) of the third connection point 33 and the forward voltage V F of the first diode 34 (V1 + V F = Vdd−V F + V F = Vdd), When the power supply voltage Vdd is exceeded, a forward voltage is applied to the first diode 34 (timing Tb in FIG. 2B). When a forward voltage is applied to the first diode 34 at the timing of Tb, a charging current starts to flow through the first capacitor 32, and thereafter, the rate of decrease in the voltage of the gate electrode G of the transistor 50 is reduced, and the drain current of the transistor 50 ID drop speed is slowed down. For this reason, after the timing Tb, a sharp rise in the voltage VD of the drain electrode D is suppressed, and the surge voltage is suppressed low.

しかしながら、電圧調整回路20が存在していないと、ゲート電極Gの電圧の低下速度が遅速化し、トランジスタ50のドレイン電流IDの低下速度が遅速化し、ドレイン電極Dの電圧の変化速度が遅速化されるタイミングは、ドレイン電極Dの電圧が電源電圧Vddに等しくなるタイミングTbに固定されてしまい、サージ電圧を十分に抑えられない場合が生じる。   However, if the voltage adjustment circuit 20 does not exist, the voltage decrease rate of the gate electrode G is slowed down, the drain current ID drop rate of the transistor 50 is slowed down, and the voltage change rate of the drain electrode D is slowed down. The timing at which the drain electrode D is equal to the power supply voltage Vdd is fixed at the timing Tb, and the surge voltage may not be sufficiently suppressed.

次に、図2(C)を参照して、電圧調整回路20が設けられている場合を説明する。
図2(B)で説明したように、第1キャパシタ32に充電電流が流れ始めるタイミングは、第1ダイオード34に順方向電圧が作用し始めるタイミングである。第1ダイオード34に順方向電圧が作用し始めるタイミングは、ドレイン電極Dの電圧VDが、第3接続点33の電圧V1と第1ダイオード34の順方向電圧VFの合計(V1+VF)を越えたときである。したがって、第3接続点33の電圧V1を低く調整すれば、第1ダイオード32に順方向電圧が作用し始めるタイミングが早くなり、ドレイン電極Dの電圧VDが低いときに第1キャパシタ32に充電電流が流れ始める状態を発生させることができる。
Next, a case where the voltage adjustment circuit 20 is provided will be described with reference to FIG.
As described with reference to FIG. 2B, the timing when the charging current starts to flow through the first capacitor 32 is the timing when the forward voltage starts to act on the first diode 34. Timing a forward voltage begins to act on the first diode 34, the voltage VD of the drain electrode D, exceeds the voltage V1 of the third connection point 33 the total of the forward voltage V F of the first diode 34 a (V1 + V F) When Therefore, if the voltage V1 at the third connection point 33 is adjusted to be low, the timing at which the forward voltage starts to act on the first diode 32 is accelerated, and the charging current is supplied to the first capacitor 32 when the voltage VD at the drain electrode D is low. Can start to flow.

電圧調整回路20は、トランジスタ50がオフしているときに第1キャパシタ32を充電した電荷を、トランジスタ50がオンしているときに減少させ、第3接続点33の電圧V1を電圧Vt(図2(C)を参照)にまで降下させる。電圧Vtは、予め決められた大きさであってもよく、スイッチングが繰返される毎に異なる大きさであってもよい。トランジスタ50がオンしているときの第3接続点33の電圧V1が電圧Vtまで降下すると、図2(C)に示すように、第1キャパシタ32に充電電流が流れ始めるタイミングTcが早くなる。即ち、ドレイン電極Dの電圧VDが低いときに、第1キャパシタ32に充電電流が流れ始め、トランジスタ50のゲート電極Gの電圧の低下速度が遅速化し、トランジスタ50のドレイン電流IDの低下速度が遅速化し、ドレイン電極Dの電圧の変化速度が遅速化される。すなわち、サージ電圧がピークとなるタイミングより充分に早いタイミングで第1キャパシタ32に充電電流が流れ始め、ゲート電極Gの電圧の低下速度が遅速化し、トランジスタ50のドレイン電流IDの低下速度が遅速化し、ドレイン電極Dの電圧の変化速度が遅速化される。この結果、サージ電圧の増大を顕著に抑制することができる。
なお、第1キャパシタ32がトランジスタ50のドレイン電極D側に配置され、第1ダイオード34がトランジスタ50のゲート電極G側に配置されていて、電圧調整回路20を付加すると、サージ電圧がピークとなるタイミングより充分に早いタイミングで第1キャパシタ32に充電電流が流れ始め、ゲート電極Gの電圧の低下速度が遅速化し、ドレイン電極Dの電圧の変化速度が遅速化される現象が得られ、サージ電圧の増大を顕著に抑制することができる。
The voltage adjustment circuit 20 reduces the charge charged in the first capacitor 32 when the transistor 50 is off, and reduces the voltage V1 at the third connection point 33 to the voltage Vt (see FIG. 2 (see (C)). The voltage Vt may have a predetermined magnitude or a different magnitude each time switching is repeated. When the voltage V1 at the third connection point 33 when the transistor 50 is on decreases to the voltage Vt, the timing Tc at which the charging current starts to flow through the first capacitor 32 is advanced as shown in FIG. That is, when the voltage VD of the drain electrode D is low, the charging current begins to flow through the first capacitor 32, the rate of decrease in the voltage of the gate electrode G of the transistor 50 is slowed down, and the rate of decrease in the drain current ID of the transistor 50 is slowed down. As a result, the change rate of the voltage of the drain electrode D is reduced. That is, the charging current starts to flow through the first capacitor 32 at a timing sufficiently earlier than the timing at which the surge voltage peaks, the rate of decrease in the voltage of the gate electrode G is delayed, and the rate of decrease in the drain current ID of the transistor 50 is decreased. The voltage change rate of the drain electrode D is slowed down. As a result, an increase in surge voltage can be significantly suppressed.
The first capacitor 32 is disposed on the drain electrode D side of the transistor 50, the first diode 34 is disposed on the gate electrode G side of the transistor 50, and when the voltage adjustment circuit 20 is added, the surge voltage peaks. A charging current begins to flow through the first capacitor 32 at a timing sufficiently earlier than the timing, the rate at which the voltage at the gate electrode G decreases, and the rate at which the voltage at the drain electrode D changes is reduced, resulting in a surge voltage. Can be significantly suppressed.

図3に、電圧調整回路20の具体的な回路図を示す。
電圧調整回路20は、第1キャパシタ32と第1ダイオード24を接続する第3接続点33と、第1ダイオード34のアノードの間に接続されている。電圧調整回路20は、第2キャパシタ22と第2ダイオード24が直列に接続されている回路を備えている。第2ダイオード24のカソードは第1ダイオードのアノード側に接続されており、第2ダイオード24のアノードは第3接続点33側に接続されている。
FIG. 3 shows a specific circuit diagram of the voltage adjustment circuit 20.
The voltage adjustment circuit 20 is connected between the third connection point 33 connecting the first capacitor 32 and the first diode 24 and the anode of the first diode 34. The voltage adjustment circuit 20 includes a circuit in which a second capacitor 22 and a second diode 24 are connected in series. The cathode of the second diode 24 is connected to the anode side of the first diode, and the anode of the second diode 24 is connected to the third connection point 33 side.

図4に、図3のスイッチング回路10を用いてトランジスタ50を駆動させた場合のシミュレーション結果を示す。図4(A)に、トランジスタ50のゲート電極Gの電圧VG、ドレイン電極Dの電圧VD、及び電圧V1、V2、の経時的な変化を示す。なお、電圧V1は第3接続点33の電圧であり、電圧V2は第2ダイオード22と第2キャパシタ24の間の接続線の電圧である。図4(B)に、トランジスタ50のドレイン電流ID、及び電流I1、I2の経時的な変化を示す。電流I1は第1ダイオード34を流れる電流であり、電流I2は第2ダイオード24を流れる電流である。図4は、第1キャパシタ32の静電容量C1が1nFであり、第2キャパシタ22の静電容量C2が0.5nFであり、電源電圧Vddが100Vであり、第1ダイオード32と第2ダイオード22の順方向電圧VFが0.8Vのときの結果である。 FIG. 4 shows a simulation result when the transistor 50 is driven using the switching circuit 10 of FIG. 4A shows changes over time in the voltage VG of the gate electrode G, the voltage VD of the drain electrode D, and the voltages V1 and V2 of the transistor 50. FIG. The voltage V 1 is the voltage at the third connection point 33, and the voltage V 2 is the voltage on the connection line between the second diode 22 and the second capacitor 24. FIG. 4B shows changes over time in the drain current ID of the transistor 50 and the currents I1 and I2. The current I1 is a current flowing through the first diode 34, and the current I2 is a current flowing through the second diode 24. In FIG. 4, the capacitance C1 of the first capacitor 32 is 1 nF, the capacitance C2 of the second capacitor 22 is 0.5 nF, the power supply voltage Vdd is 100 V, the first diode 32 and the second diode 22. forward voltage V F of the result when the 0.8V.

まず、トランジスタ50がオフで安定している期間T1を考える。スイッチング回路10では、トランジスタ50がオフで安定しているときに、電源電圧Vddから第1ダイオード34の順方向電圧VFを引いた電圧(Vdd−VF)が第1キャパシタ32及び第2キャパシタ22に印加される。トランジスタ50がオフしているときの第1キャパシタ32の充電電圧は(Vdd−VF)であり、第3接続点33の電圧V1は、(Vdd−VF)になる。なお、第2キャパシタ22と第2ダイオード24の間の電圧V2も、(Vdd−VF)になる。すなわち、第2キャパシタ22は充電されない。図4に示すように、期間T1の電圧V1及び電圧V2は、概ね100Vになっている。 First, consider a period T1 in which the transistor 50 is off and stable. In the switching circuit 10, when the transistor 50 is off and stable, a voltage (Vdd−V F ) obtained by subtracting the forward voltage V F of the first diode 34 from the power supply voltage Vdd is the first capacitor 32 and the second capacitor. 22 is applied. When the transistor 50 is off, the charging voltage of the first capacitor 32 is (Vdd−V F ), and the voltage V1 at the third connection point 33 is (Vdd−V F ). The voltage V2 between the second capacitor 22 and the second diode 24 is also (Vdd−V F ). That is, the second capacitor 22 is not charged. As shown in FIG. 4, the voltage V1 and the voltage V2 in the period T1 are approximately 100V.

次に、トランジスタ50がターンオンする期間T2を考える。期間T2では、まずトランジスタ50のゲート電極Gの電圧VGが上昇する。電圧V1と電圧V2は、ゲート電圧VGの上昇に追随して上昇する。ゲート電極Gの電圧VGが閾値を超えると、トランジスタ50のドレイン電極Dとソース電極S間にドレイン電流IDが流れ、トランジスタ50がオンする。トランジスタ50がオンすると、ドレイン電極Dの電圧VDが降下する。ドレイン電極Dの電圧VDが降下すると、第1ダイオード34には逆バイアス電圧が加わるようになるので、第1ダイオード34は遮断される。一方、第2ダイオード24には順方向電圧が加わる。電圧V2とドレイン電極Dの電圧VDの差が、第2ダイオード24の順方向電圧VFを越えると、第2ダイオード24が導通する。 Next, consider a period T2 during which the transistor 50 is turned on. In the period T2, first, the voltage VG of the gate electrode G of the transistor 50 rises. The voltages V1 and V2 increase following the increase of the gate voltage VG. When the voltage VG of the gate electrode G exceeds the threshold value, the drain current ID flows between the drain electrode D and the source electrode S of the transistor 50, and the transistor 50 is turned on. When the transistor 50 is turned on, the voltage VD of the drain electrode D drops. When the voltage VD of the drain electrode D drops, a reverse bias voltage is applied to the first diode 34, so that the first diode 34 is cut off. On the other hand, a forward voltage is applied to the second diode 24. The difference between the voltage VD of the voltage V2 and the drain electrode D, exceeds the forward voltage V F of the second diode 24, second diode 24 becomes conductive.

図3を参照して、このときの現象をより詳細に説明する。トランジスタ50がオフしているときは、第3接続点33と第1接続点41の間に存在する第1キャパシタ32が充電されている。第3接続点33が高電圧側であり、第1接続点41が低電圧側である。このとき、第3接続点33の電位V1と第2キャパシタ22と第2ダイオード24の間の接続線の電位V2は等しく、第2キャパシタ22の充電電圧はゼロである。次にトランジスタ50がオンすると、前記したように、第2ダイオード24が導通し、第1キャパシタ32を充電していた電荷の一部が、第2キャパシタ22に移動して第2キャパシタ24を充電する。このとき、トランジスタ50がオンしているので、第2接続点51は第3接続点33に対して低電圧側である。したがって、トランジスタ50がオンすると、第1キャパシタ32と第2キャパシタ22の並列回路が形成されると評価することができる。即ち、第1接続点41と第2接続点51の間の静電容量が、第1キャパシタ32と第2キャパシタ22の直列静電容量になる。この結果、第3接続点33の電圧V1が降下する。換言すると、第1キャパシタ32を充電していた電荷の一部が第2キャパシタ22に移動し、その結果、第3接続点33の電圧V1が降下する。図4(B)に示すように、トランジスタ50がターンオンする過渡期では、第1キャパシタ32、第2キャパシタ22、第2ダイオード24、第2接続点51を介して電流I2が流れ、第3接続点33の電圧V1が降下する。第1キャパシタ32と第2キャパシタ22の静電容量の比率を調整することによって、第3接続点33の電圧V1の降下量が調整できることが分かる。   The phenomenon at this time will be described in more detail with reference to FIG. When the transistor 50 is off, the first capacitor 32 existing between the third connection point 33 and the first connection point 41 is charged. The third connection point 33 is on the high voltage side, and the first connection point 41 is on the low voltage side. At this time, the potential V1 of the third connection point 33 is equal to the potential V2 of the connection line between the second capacitor 22 and the second diode 24, and the charging voltage of the second capacitor 22 is zero. Next, when the transistor 50 is turned on, as described above, the second diode 24 becomes conductive, and a part of the charge that has charged the first capacitor 32 moves to the second capacitor 22 and charges the second capacitor 24. To do. At this time, since the transistor 50 is on, the second connection point 51 is on the low voltage side with respect to the third connection point 33. Therefore, it can be evaluated that when the transistor 50 is turned on, a parallel circuit of the first capacitor 32 and the second capacitor 22 is formed. That is, the capacitance between the first connection point 41 and the second connection point 51 becomes the series capacitance of the first capacitor 32 and the second capacitor 22. As a result, the voltage V1 at the third connection point 33 drops. In other words, a part of the charge that has charged the first capacitor 32 moves to the second capacitor 22, and as a result, the voltage V1 at the third connection point 33 drops. As shown in FIG. 4B, in the transition period in which the transistor 50 is turned on, the current I2 flows through the first capacitor 32, the second capacitor 22, the second diode 24, and the second connection point 51, and the third connection is established. The voltage V1 at point 33 drops. It can be seen that the amount of decrease in the voltage V1 at the third connection point 33 can be adjusted by adjusting the capacitance ratio of the first capacitor 32 and the second capacitor 22.

トランジスタ50が完全にオンしている期間T3では、第1ダイオード32及び第2ダイオード22の双方がオフになり、電圧V1及び電圧V2が保持される。   In the period T3 in which the transistor 50 is completely turned on, both the first diode 32 and the second diode 22 are turned off, and the voltage V1 and the voltage V2 are maintained.

次に、トランジスタ50がターンオフする期間T4を説明する。トランジスタ50がターンオフすると、ドレイン電極Dの電圧VDが上昇する。ドレイン電極Dの電圧VDが第1キャパシタ32に充電されている充電電圧V1と第1ダイオード34の順方向電圧VFの合計(V1+VF=Vt+VF)を超えると、第1ダイオード34が導通する。第1ダイオード34が導通すると、第1キャパシタ32に電流I1が流れ始め、トランジスタ50のゲート電極Gの電圧の下降速度が遅速化し、トランジスタ50のドレイン電流IDの下降速度が遅速化する。このため、それ以降は、ドレイン電極Dの電圧VDの急峻な上昇が抑えられ、サージ電圧を低く抑えることができる。
これらの動作を繰返すことによって、スイッチング回路10はサージ電圧を抑制しながらトランジスタ50を駆動することができる。
Next, a period T4 in which the transistor 50 is turned off will be described. When the transistor 50 is turned off, the voltage VD of the drain electrode D increases. When the voltage VD of the drain electrode D exceeds the sum (V1 + V F = Vt + V F ) of the charging voltage V1 charged in the first capacitor 32 and the forward voltage V F of the first diode 34, the first diode 34 becomes conductive. . When the first diode 34 is turned on, the current I1 begins to flow through the first capacitor 32, the rate of decrease in the voltage of the gate electrode G of the transistor 50 is decreased, and the rate of decrease in the drain current ID of the transistor 50 is decreased. For this reason, thereafter, a sharp rise in the voltage VD of the drain electrode D can be suppressed, and the surge voltage can be suppressed low.
By repeating these operations, the switching circuit 10 can drive the transistor 50 while suppressing the surge voltage.

図5に、ターンオフした過渡期のトランジスタ50のドレイン電極Dの電圧VDの変動を示す。第1キャパシタ32の静電容量C1と第2キャパシタ22の静電容量C2を変えた場合の結果も併せて示す。なお、「対策なし」は、サージ電圧対策回路12が設けられていない場合の結果である。
図5に示すように、第1キャパシタ32の静電容量C1が1nFの場合と0.5nFの場合を比較すると、ドレイン電極Dの電圧VDの傾きが異なることが分かる。第1キャパシタ32の静電容量C1の大きさは、ドレイン電極Dの電圧VDの傾きを決定する。
図5に示すように、第1キャパシタ32と第2キャパシタ22の静電容量の比が1:1の場合と1:0.5の場合を比較すると、ドレイン電極Dの電圧VDが傾き始めるタイミングが異なる。第1キャパシタ32と第2キャパシタ22の静電容量の比は、ドレイン電極Dの電圧VDが傾き始めるタイミングを決定する。
FIG. 5 shows the fluctuation of the voltage VD of the drain electrode D of the transistor 50 in the transition period when it is turned off. The results when the capacitance C1 of the first capacitor 32 and the capacitance C2 of the second capacitor 22 are changed are also shown. “No countermeasure” is the result when the surge voltage countermeasure circuit 12 is not provided.
As shown in FIG. 5, comparing the case where the capacitance C1 of the first capacitor 32 is 1 nF and the case where it is 0.5 nF, it can be seen that the slope of the voltage VD of the drain electrode D is different. The magnitude of the capacitance C1 of the first capacitor 32 determines the slope of the voltage VD of the drain electrode D.
As shown in FIG. 5, when the ratio of the capacitance of the first capacitor 32 and the second capacitor 22 is 1: 1 and 1: 0.5, the timing at which the voltage VD of the drain electrode D starts to tilt is different. . The ratio of the capacitances of the first capacitor 32 and the second capacitor 22 determines the timing at which the voltage VD of the drain electrode D begins to tilt.

図6に、ターンオフした過渡期のトランジスタ50のドレイン電流IDの変動を示す。
図6に示すように、第1キャパシタ32の静電容量C1が1nFと0.5nFの場合を比較すると、トランジスタ50のドレイン電流IDの傾きが異なることが分かる。第1キャパシタ32の静電容量C1の大きさは、トランジスタ50のドレイン電流IDの傾きを決定する。
図6に示すように、第1キャパシタ32と第2キャパシタ22の静電容量の比が1:1の場合と1:0.5の場合を比較すると、トランジスタ50のドレイン電流IDが傾き始めるタイミングが異なる。第1キャパシタ32と第2キャパシタ22の静電容量の比は、トランジスタ50のドレイン電流IDが傾き始めるタイミングを決定する。
FIG. 6 shows the fluctuation of the drain current ID of the transistor 50 in the transition period when it is turned off.
As shown in FIG. 6, comparing the cases where the capacitance C1 of the first capacitor 32 is 1 nF and 0.5 nF, it can be seen that the slope of the drain current ID of the transistor 50 is different. The magnitude of the capacitance C1 of the first capacitor 32 determines the slope of the drain current ID of the transistor 50.
As shown in FIG. 6, when the ratio of the capacitances of the first capacitor 32 and the second capacitor 22 is 1: 1 and 1: 0.5, the timing at which the drain current ID of the transistor 50 starts to tilt is different. . The ratio of the capacitances of the first capacitor 32 and the second capacitor 22 determines the timing at which the drain current ID of the transistor 50 begins to tilt.

図5及び図6の結果から、第1キャパシタ32と第2キャパシタ22の静電容量を調整することによって、トランジスタ50がターンオフした過渡期の特性が改善されることが分かる。
特に、本実施例のスイッチング回路10は、図5に示すように、トランジスタ50がターンオフした過渡期の序盤でドレイン電極Dの電圧VDを急峻に変動させ、過渡期の終盤でドレイン電極Dの電圧VDを緩慢に変動させることができる。このため、過渡期の序盤でドレイン電極Dの電圧VDを急峻に変動させることによってターンオフ損失の増大を抑制し、過渡期の終盤でドレイン電極Dの電圧VDを緩慢に変動させることによってサージ電圧の増大を抑制することができる。
From the results of FIGS. 5 and 6, it can be seen that adjusting the capacitances of the first capacitor 32 and the second capacitor 22 improves the characteristics in the transition period in which the transistor 50 is turned off.
In particular, as shown in FIG. 5, the switching circuit 10 of the present embodiment causes the voltage VD of the drain electrode D to change sharply at the beginning of the transition period when the transistor 50 is turned off, and the voltage of the drain electrode D at the end of the transition period. VD can be changed slowly. Therefore, the increase in turn-off loss is suppressed by abruptly changing the voltage VD of the drain electrode D in the early stage of the transition period, and the surge voltage is controlled by slowly changing the voltage VD of the drain electrode D in the end of the transition period. The increase can be suppressed.

図7に、トランジスタ50を駆動する場合に存在するターンオフ損失とサージ電圧の間のトレードオフ曲線を示す。図中の破線は、「対策なし」の場合のトレードオフ曲線である。
図7に示すように、本実施例のスイッチング回路10は、ターンオフ損失をほとんど増大させることなく、サージ電圧を低減できていることが分かる。本実施例のスイッチング回路10は、ターンオフ損失とサージ電圧の間に存在しているトレードオフ関係を打破することができる。
FIG. 7 shows a trade-off curve between the turn-off loss and the surge voltage existing when driving the transistor 50. The broken line in the figure is a trade-off curve in the case of “no countermeasure”.
As shown in FIG. 7, it can be seen that the switching circuit 10 of the present embodiment can reduce the surge voltage with almost no increase in turn-off loss. The switching circuit 10 of this embodiment can break the trade-off relationship that exists between the turn-off loss and the surge voltage.

以下の比較例では、第1キャパシタ32又は第2キャパシタ22に、静電容量の値が極端なものを採用した場合のシミュレーション結果を示す。なお、以下の比較例のスイッチング回路の構成は、図3に示すスイッチング回路10と同一である。
(比較例1)
図8の結果は、第1キャパシタ32の静電容量C1が1nFであり、第2キャパシタ22の静電容量C2が0.1pFの場合である。第2キャパシタ22の静電容量C2が極めて小さい。したがって、比較例1は、第2キャパシタ22が存在していない場合と実質的に等価である。
図8に示すように、比較例1では、トランジスタ50がターンオンする過渡期に電流I2が流れない。このため、第3接続点33の電圧V1が降下しない。
In the following comparative example, a simulation result in the case where an extremely large capacitance value is employed for the first capacitor 32 or the second capacitor 22 is shown. The configuration of the switching circuit of the following comparative example is the same as that of the switching circuit 10 shown in FIG.
(Comparative Example 1)
The result of FIG. 8 is a case where the capacitance C1 of the first capacitor 32 is 1 nF and the capacitance C2 of the second capacitor 22 is 0.1 pF. The capacitance C2 of the second capacitor 22 is extremely small. Therefore, Comparative Example 1 is substantially equivalent to the case where the second capacitor 22 is not present.
As shown in FIG. 8, in the comparative example 1, the current I2 does not flow during the transition period in which the transistor 50 is turned on. For this reason, the voltage V1 at the third connection point 33 does not drop.

(比較例2)
図9の結果は、第1キャパシタ32の静電容量C1が0.1pFであり、第2キャパシタ22の静電容量C2が1nFの場合である。第1キャパシタ32の静電容量C1が極めて小さい。
図9に示すように、比較例2では、トランジスタ50がターンオンする過渡期に電流I2が流れない。さらに、トランジスタ50がターンオフする過渡期においても、電流I1が流れない。したがって、比較例2は、サージ電圧対策回路12が設けられていない場合と等価であると評価できる。
(Comparative Example 2)
The result of FIG. 9 is the case where the capacitance C1 of the first capacitor 32 is 0.1 pF and the capacitance C2 of the second capacitor 22 is 1 nF. The capacitance C1 of the first capacitor 32 is extremely small.
As shown in FIG. 9, in Comparative Example 2, the current I2 does not flow during the transition period in which the transistor 50 is turned on. Further, the current I1 does not flow even in the transition period in which the transistor 50 is turned off. Therefore, it can be evaluated that Comparative Example 2 is equivalent to the case where the surge voltage countermeasure circuit 12 is not provided.

(比較例3)
図10の結果は、第1キャパシタ32の静電容量C1が1nFであり、第2キャパシタ22の静電容量C2が10nFの場合である。第2キャパシタ22の静電容量C2が極めて大きい。
図10に示すように、比較例3では、トランジスタ50がターンオンする過渡期に過剰な電流I2が流れ、第3接続点33の電圧V1が下がり過ぎてしまう。このため、トランジスタ50がターンオフする過渡期では、その序盤から第2接続点の電圧VDが傾斜する。比較例3のスイッチング回路は、オフ損失が大きい。
(Comparative Example 3)
The result of FIG. 10 is a case where the capacitance C1 of the first capacitor 32 is 1 nF and the capacitance C2 of the second capacitor 22 is 10 nF. The capacitance C2 of the second capacitor 22 is extremely large.
As shown in FIG. 10, in Comparative Example 3, an excessive current I2 flows during a transition period in which the transistor 50 is turned on, and the voltage V1 at the third connection point 33 is too low. For this reason, in the transition period in which the transistor 50 is turned off, the voltage VD at the second connection point slopes from the beginning. The switching circuit of Comparative Example 3 has a large off loss.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
例えば、図3のスイッチング回路10において、第2キャパシタ22と第2ダイオード24の直列回路と、第1ダイオード34で構成される並列回路と、第1キャパシタ32は、第1接続点41と第2接続点51の間でその位置関係が逆に配置されてもよい。
また、第2キャパシタ22と第2ダイオード24の配置順序は逆であってもよい。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.
For example, in the switching circuit 10 of FIG. 3, the series circuit of the second capacitor 22 and the second diode 24, the parallel circuit formed of the first diode 34, and the first capacitor 32 are connected to the first connection point 41 and the second circuit. The positional relationship between the connection points 51 may be reversed.
Further, the arrangement order of the second capacitor 22 and the second diode 24 may be reversed.
The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in this specification or the drawings can achieve a plurality of objects at the same time, and has technical usefulness by achieving one of the objects.

スイッチング回路の基本的な回路図を示す。A basic circuit diagram of a switching circuit is shown. (A)サージ電圧対策回路が設けられていないスイッチング回路において、トランジスタのドレイン電極の電圧の変動を示す。(B)サージ電圧対策回路のうち直列回路のみが設けられているスイッチング回路において、トランジスタのドレイン電極の電圧の変動を示す。(C)本実施例のスイッチング回路において、トランジスタのドレイン電極の電圧の変動を示す。(A) In a switching circuit that is not provided with a surge voltage countermeasure circuit, the fluctuation of the voltage of the drain electrode of the transistor is shown. (B) In a switching circuit in which only a series circuit is provided in a surge voltage countermeasure circuit, the fluctuation of the voltage of the drain electrode of the transistor is shown. (C) In the switching circuit of this embodiment, the fluctuation of the voltage of the drain electrode of the transistor is shown. スイッチング回路の具体的な回路図を示す。A specific circuit diagram of the switching circuit is shown. (A)本実施例のスイッチング回路において、トランジスタのゲート電極の電圧VG、ドレイン電極Dの電圧VD、及び電圧V1、V2、の経時的な変化を示す。(B)本実施例のスイッチング回路において、トランジスタのドレイン電流ID、及び電流I1、I2の経時的な変化を示す。(A) In the switching circuit of this embodiment, changes over time in the voltage VG of the gate electrode of the transistor, the voltage VD of the drain electrode D, and the voltages V1 and V2 are shown. (B) In the switching circuit of the present embodiment, changes in the drain current ID and currents I1 and I2 of the transistor over time are shown. ターンオフした過渡期のドレイン電極の電圧の変動を示す。The fluctuation of the voltage of the drain electrode in the transition period when turned off is shown. ターンオフした過渡期のドレイン電流の変動を示す。It shows the fluctuation of the drain current during the transition period when it is turned off. 本実施例のスイッチング回路のオフ損失とサージ電圧の間の関係を示す。The relationship between the off loss and the surge voltage of the switching circuit of a present Example is shown. (A)比較例1のスイッチング回路において、トランジスタのゲート電極の電圧VG、ドレイン電極Dの電圧VD、及び電圧V1、V2、の経時的な変化を示す。(B)比較例1のスイッチング回路において、トランジスタのドレイン電流ID、及び電流I1、I2の経時的な変化を示す。(A) In the switching circuit of Comparative Example 1, changes over time in the voltage VG of the gate electrode of the transistor, the voltage VD of the drain electrode D, and the voltages V1 and V2 are shown. (B) In the switching circuit of Comparative Example 1, changes in the drain current ID of the transistor and the currents I1 and I2 over time are shown. (A)比較例2のスイッチング回路において、トランジスタのゲート電極の電圧VG、ドレイン電極Dの電圧VD、及び電圧V1、V2、の経時的な変化を示す。(B)比較例2のスイッチング回路において、トランジスタのドレイン電流ID、及び電流I1、I2の経時的な変化を示す。(A) In the switching circuit of Comparative Example 2, changes over time in the voltage VG of the gate electrode of the transistor, the voltage VD of the drain electrode D, and the voltages V1 and V2 are shown. (B) In the switching circuit of Comparative Example 2, changes in the drain current ID of the transistor and the currents I1 and I2 over time are shown. (A)比較例3のスイッチング回路において、トランジスタのゲート電極の電圧VG、ドレイン電極Dの電圧VD、及び電圧V1、V2、の経時的な変化を示す。(B)比較例3のスイッチング回路において、トランジスタのドレイン電流ID、及び電流I1、I2の経時的な変化を示す。(A) In the switching circuit of Comparative Example 3, changes over time in the voltage VG of the gate electrode of the transistor, the voltage VD of the drain electrode D, and the voltages V1 and V2 are shown. (B) In the switching circuit of Comparative Example 3, changes in the drain current ID of the transistor and the currents I1 and I2 over time are shown. 直列回路のみが設けられているスイッチング回路の回路図を示す。The circuit diagram of the switching circuit in which only a series circuit is provided is shown.

符号の説明Explanation of symbols

10:スイッチング回路
12:サージ電圧対策回路
20:電圧調整回路
22:第2キャパシタ
24:第2ダイオード
30:直列回路
32:第1キャパシタ
34:第1ダイオード
40:制御回路
50:トランジスタ
60:寄生のインダクタンス
70:負荷
80:電源
10: switching circuit 12: surge voltage countermeasure circuit 20: voltage regulator circuit 22: second capacitor 24: second diode 30: series circuit 32: first capacitor 34: first diode 40: control circuit 50: transistor 60: parasitic Inductance 70: Load 80: Power supply

Claims (2)

トランジスタを備えているスイッチング回路であり、
一対の主電極の間に電源と負荷を直列に接続して用いるトランジスタと、
そのトランジスタの制御電極に接続されているとともにそのトランジスタをオンさせる電圧とオフさせる電圧を交互に出力する制御回路と、
そのトランジスタの制御電極と高電圧側の主電極の間に接続されているとともに第1キャパシタと第1ダイオードが直列に接続されている回路であって、その第1ダイオードのカソードが前記制御電極側に接続されており、その第1ダイオードのアノードが前記高電圧側の主電極側に接続されている直列回路と、
その第1キャパシタと第1ダイオードを接続する接続線に接続されているとともにその接続線の電圧を調整する電圧調整回路と、を備えており、
その電圧調整回路は、第1キャパシタと第1ダイオードを接続する接続線と第1ダイオードのアノードの間に接続されているとともに第2キャパシタと第2ダイオードが直列に接続されている回路を有しており、
その第2ダイオードのカソードが第1ダイオードのアノード側に接続されており、その第2ダイオードのアノードが前記接続線側に接続されているスイッチング回路。
A switching circuit comprising a transistor;
A transistor used by connecting a power source and a load in series between a pair of main electrodes;
A control circuit connected to the control electrode of the transistor and alternately outputting a voltage for turning on and off the transistor;
The circuit is connected between the control electrode of the transistor and the main electrode on the high voltage side, and the first capacitor and the first diode are connected in series, the cathode of the first diode being the control electrode side A series circuit in which the anode of the first diode is connected to the main electrode side on the high voltage side;
A voltage adjustment circuit that is connected to a connection line connecting the first capacitor and the first diode and adjusts a voltage of the connection line ;
The voltage adjustment circuit includes a circuit connected between a connection line connecting the first capacitor and the first diode and the anode of the first diode, and the second capacitor and the second diode connected in series. And
A switching circuit in which the cathode of the second diode is connected to the anode side of the first diode, and the anode of the second diode is connected to the connection line side .
第2コンデンサの静電容量が、第1コンデンサの静電容量以下であることを特徴とする請求項1のスイッチング回路。 2. The switching circuit according to claim 1, wherein the capacitance of the second capacitor is equal to or less than the capacitance of the first capacitor.
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