JP5458739B2 - 静電保護回路、静電保護回路の動作制御方法、静電保護回路を使用したスイッチングレギュレータ及びスイッチングレギュレータの静電保護方法 - Google Patents
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Description
しかし、高耐圧素子は一般にESDに対して自己保護能力が低く、ブレークダウン耐圧が小さいため保護素子による静電保護が難しかった。特に、LDMOSトランジスタはこのような傾向が顕著であり、LDMOSトランジスタの静電保護耐圧を向上させるとオン抵抗も大きくなり、静電保護耐圧とオン抵抗がトレードオフの関係になっていた。このため、LDMOSトランジスタをスイッチングレギュレータのスイッチング素子に使用した場合、静電保護耐圧を確保した上でオン抵抗を小さくするには、スイッチングトランジスタの面積を大きくしなくてはならず、IC化を図る際にICチップが大きくなる等のデメリットが大きかった。
図3の静電保護回路は、内部回路130を静電気から保護するためのものであり、ダイオードD131、D132、NMOSトランジスタM131、コンデンサC131及びC132で構成されている。
図3において、入力端子に静電気が印加されていない場合は、NMOSトランジスタM131のゲート電圧VxがNMOSトランジスタM131のしきい値電圧よりも十分に小さい電圧になるようにコンデンサC131とC132の各容量がそれぞれ設定されている。
昇圧型スイッチングレギュレータ110のスイッチングトランジスタM101には、Nチャネル型のLDMOSトランジスタを使用しており、スイッチングトランジスタM101が被保護素子である。静電気検出回路120とNMOSトランジスタで構成されたクランプ素子M102とで静電保護回路が構成されている。
スイッチングレギュレータ110に静電気が印加され、スイッチングトランジスタM101のソース−ドレイン間の電圧が急上昇すると、コンデンサC121を介して抵抗R121に電流が流れ、抵抗R121の両端に電圧降下が発生してインバータ回路121の入力電圧が上昇する。
昇圧型スイッチングレギュレータ110が動作を開始すると、時刻t1でスイッチングトランジスタM101がオフし、インダクタL101に充電されたエネルギーによって接続部LXの電圧VLXが急激に上昇する。電圧VLXが上昇すると、前記のように、コンデンサC121を介して抵抗R121に電流が供給され抵抗R121に電圧降下が発生する。該電圧降下がインバータ回路121のしきい値電圧Vthを超えると、クランプ素子M102がオンして電圧VLXの上昇が停止する。このため、電圧VLXは、本来23V程度まで上昇するはずが、図5で示しているように9〜10V程度までしか上昇しない。この結果、出力電圧Voが正常な電圧まで立ち上がらないため、スイッチングトランジスタM101のオン/オフのタイミングが大きくずれてしまい、昇圧型スイッチングレギュレータ110が正常な動作をしなくなっていた。
前記スイッチングトランジスタに並列に接続されたクランプ素子と、
前記静電気の検出を行い、該静電気が所定値を超えると該クランプ素子をオンさせて前記スイッチングトランジスタに印加された電圧をクランプさせる静電気検出回路部と、
を備え、
前記静電気検出回路部は、外部から入力されたイネーブル信号に応じて動作を停止して前記クランプ素子をオフさせて遮断状態にするものである。
外部から入力されたイネーブル信号が動作を開始することを示すと、
前記静電気の検出を行い、
該静電気が所定値を超えると前記クランプ素子をオンさせて前記スイッチングトランジスタに印加された電圧をクランプさせ、
前記イネーブル信号が動作を停止することを示すと、
動作を停止して前記クランプ素子をオフさせ遮断状態にするようにした。
制御電極に入力された制御信号に応じてスイッチングを行うスイッチングトランジスタと、
前記スイッチングトランジスタのスイッチングによって前記入力電圧による充電が行われるインダクタと、
前記スイッチングトランジスタによる該インダクタへの充電が停止すると、該インダクタの放電を行う整流素子と、
前記イネーブル信号に応じて作動し、前記出力電圧が前記所定の電圧になるように、前記スイッチングトランジスタに対するスイッチング制御を行う制御回路と、
前記スイッチングトランジスタに印加された静電気をクランプして、該スイッチングトランジスタを静電気から保護する静電保護回路と、
を有し、
前記静電保護回路は、
前記スイッチングトランジスタに並列に接続されたクランプ素子と、
前記静電気の検出を行い、該静電気が所定値を超えると該クランプ素子をオンさせて前記スイッチングトランジスタに印加された電圧をクランプさせる静電気検出回路部と、
を備え、
前記静電気検出回路部は、前記イネーブル信号に応じて動作を停止して前記クランプ素子をオフさせて遮断状態にするものである。
前記スイッチングトランジスタのスイッチングによって入力端子に入力された入力電圧による充電が行われるインダクタと、
前記スイッチングトランジスタによる該インダクタへの充電が停止すると、該インダクタの放電を行う整流素子と、
前記スイッチングトランジスタに並列に接続されたクランプ素子と、
を備え、
出力端子から出力する出力電圧が所定の電圧になるように、前記スイッチングトランジスタに対するスイッチング制御を行って、前記入力端子に入力された入力電圧を所定の電圧に変換して前記出力端子から出力するスイッチングレギュレータの静電保護方法において、
外部から入力されたイネーブル信号が前記スイッチングレギュレータの動作を停止することを示すと、
前記スイッチングトランジスタに印加された静電気の検出を行い、
該静電気が所定値を超えると前記クランプ素子をオンさせて前記スイッチングトランジスタに印加された電圧をクランプさせ、
前記イネーブル信号が前記スイッチングレギュレータの動作を開始することを示すと、
前記クランプ素子をオフさせて遮断状態にし前記スイッチングトランジスタに対する静電保護動作を停止するようにした。
第1の実施の形態.
図1は、本発明の第1の実施の形態における静電保護回路の回路例を示した図であり、図1では、昇圧型スイッチングレギュレータに使用した場合を例にして示している。
図1において、DC−DCコンバータ1は、入力端子INに入力された入力電圧Vinを所定の電圧に昇圧して出力電圧Voutとして出力端子OUTから負荷50に出力する非同期整流方式の昇圧型スイッチングレギュレータをなしている。
なお、静電気検出回路3は静電気検出回路部をなし、整流ダイオードD1は整流素子を、帰還回路11、PWM回路12及びドライブ回路13は制御回路をなす。また、DC−DCコンバータ1において、出力コンデンサCoを除く各回路は1つのICに集積されるようにしてもよく、この場合、入力端子IN、出力端子OUT及び接地端子GNDは該ICの接続端子をそれぞれなし、場合によっては、前記ICはイネーブル信号ENが入力される入力端子をも備えるようにしてもよい。
スイッチングレギュレータ2に静電気が印加され、スイッチングトランジスタM1のソース−ドレイン間の電圧が急上昇すると、コンデンサC21を介して抵抗R21に電流が流れ、抵抗R21の両端に電圧降下が発生してインバータ回路21の入力電圧が上昇する。
イネーブル信号ENがローレベルである場合は、NMOSトランジスタM3がオフして遮断状態になり、このような状態ではクランプ素子M2は前記のような動作制御が行われる。
イネーブル信号ENがハイレベルになると、スイッチングレギュレータ2が動作を開始すると共にNMOSトランジスタM3がオンして導通状態になってクランプ素子M2のゲート−ソース間をショートさせる。このため、クランプ素子M2は、オフして遮断状態になってスイッチングレギュレータ2の動作に影響を与えなくなる。
図2において、スイッチングトランジスタM1がターンオフするタイミングで、インダクタL1に充電されたエネルギーにより、電圧VLXが急上昇する。すると、コンデンサC21を介して抵抗R21に電流が供給され、抵抗R21に電圧降下が発生し、該電圧降下がインバータ回路21のしきい値電圧Vthを超えるとインバータ回路21の出力信号の信号レベルが反転してローレベルになる。しかし、インバータ回路22の出力端は、NMOSトランジスタM3によってローレベルに固定されているため、クランプ素子M2のゲートがハイレベルになることができず、クランプ素子M2はオフしたままである。
次に、スイッチングレギュレータ2が作動しているときに静電気が印加された場合について説明する。
スイッチングトランジスタM1がオン状態のときに静電気が印加されると、スイッチングトランジスタM1によって該静電気が瞬時に消費されてしまうため問題になることはない。
このように、スイッチングレギュレータ2が作動していない場合は、静電気検出回路3及びクランプ素子M2からなる静電保護回路4が作動するようにしてスイッチングトランジスタM1に高電圧が印加されることを防止することができる。また、スイッチングレギュレータ2が作動している場合は、クランプ素子M2がオフしていても、イッチングトランジスタM1や、出力コンデンサCoと負荷50等で静電気が消費されてしまうため、やはりスイッチングトランジスタM1が破壊することはない。
2 スイッチングレギュレータ
3 静電気検出回路
4 静電保護回路
11 帰還回路
12 PWM回路
13 ドライブ回路
21,22 インバータ回路
50 負荷
M1 スイッチングトランジスタ
M2,M3 NMOSトランジスタ
L1 インダクタ
D1 整流ダイオード
Co 出力コンデンサ
C21 コンデンサ
R21 抵抗
Claims (11)
- スイッチングレギュレータを構成しインダクタの充電を行うスイッチングトランジスタに印加された静電気をクランプして、該スイッチングトランジスタを静電気から保護する静電保護回路において、
前記スイッチングトランジスタに並列に接続されたクランプ素子と、
前記静電気の検出を行い、該静電気が所定値を超えると該クランプ素子をオンさせて前記スイッチングトランジスタに印加された電圧をクランプさせる静電気検出回路部と、
を備え、
前記静電気検出回路部は、外部から入力されたイネーブル信号に応じて動作を停止して前記クランプ素子をオフさせて遮断状態にすることを特徴とする静電保護回路。 - 前記静電気検出回路部は、前記スイッチングトランジスタの両端に印加された電圧を検出することを特徴とする請求項1記載の静電保護回路。
- 前記クランプ素子は、MOSトランジスタで構成されることを特徴とする請求項1又は2記載の静電保護回路。
- スイッチングレギュレータを構成しインダクタの充電を行うスイッチングトランジスタに並列に接続されたクランプ素子を使用して該スイッチングトランジスタに印加された静電気をクランプし、該スイッチングトランジスタを静電気から保護する静電保護回路の動作制御方法において、
外部から入力されたイネーブル信号が動作を開始することを示すと、
前記静電気の検出を行い、
該静電気が所定値を超えると前記クランプ素子をオンさせて前記スイッチングトランジスタに印加された電圧をクランプさせ、
前記イネーブル信号が動作を停止することを示すと、
動作を停止して前記クランプ素子をオフさせ遮断状態にすることを特徴とする静電保護回路の動作制御方法。 - 前記スイッチングトランジスタの両端に印加された電圧を検出して前記静電気の検出を行うことを特徴とする請求項4記載の静電保護回路の動作制御方法。
- 外部から入力されたイネーブル信号に応じて作動し、入力端子に入力された入力電圧を所定の電圧に変換して出力端子から出力電圧として出力するスイッチングレギュレータにおいて、
制御電極に入力された制御信号に応じてスイッチングを行うスイッチングトランジスタと、
前記スイッチングトランジスタのスイッチングによって前記入力電圧による充電が行われるインダクタと、
前記スイッチングトランジスタによる該インダクタへの充電が停止すると該インダクタの放電を行う整流素子と、
前記出力電圧が前記所定の電圧になるように、前記スイッチングトランジスタに対するスイッチング制御を行う制御回路と、
前記スイッチングトランジスタに印加された静電気をクランプして、該スイッチングトランジスタを静電気から保護する静電保護回路と、
を有し、
前記静電保護回路は、
前記スイッチングトランジスタに並列に接続されたクランプ素子と、
前記静電気の検出を行い、該静電気が所定値を超えると該クランプ素子をオンさせて前記スイッチングトランジスタに印加された電圧をクランプさせる静電気検出回路部と、
を備え、
前記静電気検出回路部は、前記イネーブル信号に応じて動作を停止して前記クランプ素子をオフさせて遮断状態にすることを特徴とするスイッチングレギュレータ。 - 前記静電気検出回路部は、前記スイッチングトランジスタの両端に印加された電圧を検出することを特徴とする請求項6記載のスイッチングレギュレータ。
- 前記クランプ素子は、MOSトランジスタで構成されることを特徴とする請求項6又は7記載のスイッチングレギュレータ。
- 前記スイッチングトランジスタはLDMOSトランジスタであることを特徴とする請求項6、7又は8記載のスイッチングレギュレータ。
- 制御電極に入力された制御信号に応じてスイッチングを行うスイッチングトランジスタと、
前記スイッチングトランジスタのスイッチングによって入力端子に入力された入力電圧による充電が行われるインダクタと、
前記スイッチングトランジスタによる該インダクタへの充電が停止すると該インダクタの放電を行う整流素子と、
前記スイッチングトランジスタに並列に接続されたクランプ素子と、
を備え、
出力端子から出力する出力電圧が所定の電圧になるように、前記スイッチングトランジスタに対するスイッチング制御を行って、前記入力端子に入力された入力電圧を所定の電圧に変換して前記出力端子から出力するスイッチングレギュレータの静電保護方法において、
外部から入力されたイネーブル信号が前記スイッチングレギュレータの動作を停止することを示すと、
前記スイッチングトランジスタに印加された静電気の検出を行い、
該静電気が所定値を超えると前記クランプ素子をオンさせて前記スイッチングトランジスタに印加された電圧をクランプさせ、
前記イネーブル信号が前記スイッチングレギュレータの動作を開始することを示すと、
前記クランプ素子をオフさせて遮断状態にし前記スイッチングトランジスタに対する静電保護動作を停止することを特徴とするスイッチングレギュレータの静電保護方法。 - 前記スイッチングトランジスタの両端に印加された電圧を検出して前記静電気の検出を行うことを特徴とする請求項10記載のスイッチングレギュレータの静電保護方法。
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