JP4888028B2 - スイッチ回路 - Google Patents
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Description
図4に、スイッチ回路例を示す。
図4に示すスイッチ回路30は、電池等の電源11(電圧E〔V〕)と負荷との間に半導体スイッチであるFET(Field Effect Transistor)12が設けられているものである。FET12はpチャネルのMOS型の例を示しており、FET12のソースは電源11の正極側に、ドレインは負荷に接続されるようになっている。また、FET12のゲートには、npn型トランジスタ13及び制御回路15が配設されている。また、電源11とトランジスタ13との間に抵抗14が設けられている。
図7において、VgsはFET12のゲート−ソース間の電圧、RonはFET12のソース−ドレイン間のON抵抗、Vebはトランジスタ13のエミッタ−ベース間の電圧であって、ON/OFFの閾値電圧(約0.7〔V〕)、VthはFET12のON/OFFの閾値電圧である。VthはFETの種類によっても異なるが、3〜8〔V〕程度である。
トランジスタ13は、ベース電圧がLo状態(GND電位)のときOFF動作し、Lo状態から閾値電圧Veb以上高電圧となると、Hi状態となってトランジスタ13はON動作する。また、FET12のゲート−ソース間電圧VgsはLo状態(Vgs≒0〔V〕)のときOFF動作し、Lo状態から閾値電圧Vth以上高電圧となると、Hi状態(Vgs>Vth)となってON動作する。
電源と負荷とを結ぶ電流路にソース・ドレインが直列に接続され、ゲートに印加される電圧に応じてON/OFF動作するFETを設けたスイッチ回路において、
前記FETのソース又はドレインとゲートとの間に接続された制御スイッチを含み、前記FETをOFF動作させる際に、前記制御スイッチのON動作によって当該FETのゲートに前記電源の電圧を直接的に印加するOFF回路と、
前記FETの寄生容量と、一端が前記ゲート及び前記制御スイッチに接続されかつ他端が接地電位に接続された第1抵抗との直列回路を含み、前記FETをON動作させる際に、前記制御スイッチのOFF動作によって前記FETの寄生容量を充電し、前記FETの寄生容量と第1抵抗との時定数によりFETのゲートに印加された電圧の降下速度を遅延させるON回路と、
を備えることを特徴とする。
前記ON回路は、前記制御スイッチに直列接続され、一端が前記FETのゲートに接続されかつ他端が接地電位に接続されたコンデンサと、前記コンデンサの一端と接地電位との間に接続された第1抵抗との直列回路を含み、前記制御スイッチのOFF動作によって前記コンデンサが放電し、当該コンデンサと第1抵抗との時定数により前記FETのゲートに印加された電圧の降下速度を遅延させることを特徴とする。
前記制御スイッチに第2抵抗が直列接続されていることを特徴とする。
図1に、第1実施形態に係るスイッチ回路10を示す。
スイッチ回路10は、電源1(電圧E〔V〕)から負荷への電流供給を制御するものであり、FET2、トランジスタ3、抵抗4、5、7、8、制御回路6を備えて構成されている。FET2はpチャネルのMOS型FETであり、負荷側への電流供給を直接的に制御するスイッチとして電源1と負荷との間に設けられている。FET2はそのソースが電源1に、ドレインが負荷に直列に接続されており、FET2のゲートは抵抗7を介してGND(接地電位)に接続されている。
上記スイッチ回路10においてFET2をON動作させる場合について説明する。
初期状態ではトランジスタ3はON状態であり、コレクタ−エミッタ間を電流が流れている。このとき、(抵抗8の抵抗値)<<(抵抗7の抵抗値)であれば、FET2のゲートーソース間電圧VgsはLo(Vgs≒0〔V〕、つまりFET2のゲート電圧VG=ソース電圧VS=E〔V〕)であるため、ソース−ドレイン間ではチャネルは形成されず、FET2はOFF状態となっている。なお、ゲート電圧VGとは、FET2のゲートに印加される電圧であり、ソース電圧VSとはFET2のソースに印加される電圧である。
次に、FET2のOFF動作について説明する。
上記のFET2のON状態において、制御回路6によりトランジスタ3をON状態とする。このとき、電源1からの供給電流はトランジスタ3を介して抵抗8、抵抗7へと流入するため、寄生容量が急速放電され、FET2のゲート−ソース間電圧Vgsは瞬時にHiからLoへと変動する。FET2のゲート電圧は瞬時にLoからHiへと変動する。これにより、FET2は急峻にOFF状態となり、ソース−ドレイン間の導通状態が遮断される。
従って、簡素な回路構成で、緩やかにONし、急峻にOFFすることが可能なスイッチ回路を実現することができる。
第1実施形態では、FETの寄生容量を利用したON回路を示したが、第2実施形態ではコンデンサを用いたON回路の例を説明する。
スイッチ回路20は、第1実施形態に係るスイッチ回路10においてさらにコンデンサ9を設けたものである。よって、スイッチ回路20においてスイッチ回路10と同一の構成部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。
コンデンサ9はその一端が抵抗8を介してFET2のゲートに直列接続され、他端がGNDに接続されている。つまり、コンデンサ9の一端がトランジスタ3のコレクタに接続されている。
また、抵抗7はその一端がFET2のゲートに接続されるとともに抵抗8を介してコンデンサ9の一端に接続され、他端がGNDに接続されている。
スイッチ回路20におけるFET2のON動作について説明する。
初期状態ではトランジスタ3はON状態であり、トランジスタ3を介してコンデンサ9に電流が供給される。このとき、FET2のゲート−ソース間電圧VgsはLoであるため、ソース−ドレイン間ではチャネルは形成されず、FET2はOFF状態となっている。
次に、FET2のOFF動作について説明する。
FET2のON状態において制御回路6によりトランジスタ3をONすると、電源1からの供給電流はトランジスタ3を介してコンデンサ9へと流入する。コンデンサ9では充電が行われる。そして、FET2のゲート−ソース間電圧Vgsは瞬時にHiからLoへと変動する。これにより、FET2は急峻にOFF状態となり、ソース−ドレイン間の導通状態が遮断される。
従って、簡素な回路構成で、緩やかにONし、急峻にOFFすることが可能なスイッチ回路を実現することができる。
例えば、FET2はpチャネルのものを説明したが、nチャネルのものを適用してもよい。この場合、図1及び図3においてFET2のソースとドレインの位置が逆となり、トランジスタ3はFET2のドレインとゲート間に設けられることとなる。
また、抵抗8は、抵抗8の一端がトランジスタ3のコレクタに接続され、他端がコンデンサ9の一端、抵抗7の一端及びFET2のゲートに接続されるようにしてもよい。
さらに、抵抗8の設置は必須ではなく、スイッチ回路10、20の構成から除くこととしてもよい。この場合、FET2の寄生容量の放電がより急速に行われる。
1 電源
2 FET
3 トランジスタ
6 制御回路
7、8 抵抗
9 コンデンサ
Claims (3)
- 電源と負荷とを結ぶ電流路にソース・ドレインが直列に接続され、ゲートに印加される電圧に応じてON/OFF動作するFETを設けたスイッチ回路において、
前記FETのソース又はドレインとゲートとの間に接続された制御スイッチを含み、前記FETをOFF動作させる際に、前記制御スイッチのON動作によって当該FETのゲートに前記電源の電圧を直接的に印加するOFF回路と、
前記FETの寄生容量と、一端が前記ゲート及び前記制御スイッチに接続されかつ他端が接地電位に接続された第1抵抗との直列回路を含み、前記FETをON動作させる際に、前記制御スイッチのOFF動作によって前記FETの寄生容量を充電し、前記FETの寄生容量と第1抵抗との時定数によりFETのゲートに印加された電圧の降下速度を遅延させるON回路と、
を備えることを特徴とするスイッチ回路。 - 前記ON回路は、前記制御スイッチに直列接続され、一端が前記FETのゲートに接続されかつ他端が接地電位に接続されたコンデンサと、前記コンデンサの一端と接地電位との間に接続された第1抵抗との直列回路を含み、前記制御スイッチのOFF動作によって前記コンデンサが放電し、当該コンデンサと第1抵抗との時定数により前記FETのゲートに印加された電圧の降下速度を遅延させることを特徴とする請求項1に記載のスイッチ回路。
- 前記制御スイッチに第2抵抗が直列接続されていることを特徴とする請求項1又は2に記載のスイッチ回路。
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