JP5471862B2 - Level shift circuit and switching power supply device - Google Patents

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Description

本発明は、電源電圧の異なる回路相互間のインターフェースに用いられるレベルシフト回路及び当該レベルシフト回路を用いたスイッチング電源装置に関する。   The present invention relates to a level shift circuit used for an interface between circuits having different power supply voltages and a switching power supply apparatus using the level shift circuit.

薄型化の要求が特に強いフラットパネルディスプレイ等に用いられるスイッチング電源装置は、スイッチング素子を2石用いるハーフブリッジ型で、さらにスイッチング損失を減らすことができる電流共振型を採用する場合が多い。さらに、将来的にフラットパネルディスプレイ(LCD−TV等)に代表される民生装置の小型化と薄型化のために、スイッチング電源の高周波化による各部品のダウンサイジングが要求されている。   A switching power supply device used for a flat panel display or the like that is particularly demanding to be thin is often a half-bridge type using two switching elements and a current resonance type that can further reduce switching loss. Furthermore, in order to reduce the size and thickness of consumer devices typified by flat panel displays (LCD-TV, etc.) in the future, downsizing of each component by increasing the frequency of the switching power supply is required.

ハーフブリッジ構成においてはNch型MOSFETが2石用いられており、ローサイド側の制御信号をハイサイド側に伝達するレベルシフト回路が必要とされる。民生用スイッチング電源の1次側コンバータ入力電圧は、高調波規制対応PFC(Power Factor Correction)回路の出力になるので、一般的にはDC400V程度となる。レベルシフト回路についても、ローサイド側電位から400V程度まで、ほぼ同じ電圧だけレベルシフトする必要があるために特有の問題が発生し、各種対策が検討されている。   In the half-bridge configuration, two Nch-type MOSFETs are used, and a level shift circuit that transmits a control signal on the low side to the high side is required. Since the primary side converter input voltage of the consumer switching power supply is an output of a PFC (Power Factor Correction) circuit that complies with the harmonic regulation, it is generally about DC 400V. Also in the level shift circuit, since it is necessary to shift the level by approximately the same voltage from the low side potential to about 400 V, a specific problem occurs, and various countermeasures are being studied.

図8は、従来のレベルシフト回路を利用するハーフブリッジ構成の電流共振型電源の構成例を示す図である。レベルシフト回路は、制御回路2内においてハイサイドドライバとして使用されている。   FIG. 8 is a diagram showing a configuration example of a current resonance type power supply having a half bridge configuration using a conventional level shift circuit. The level shift circuit is used as a high side driver in the control circuit 2.

図8に示す電源装置において、制御回路2は、ハイサイドのスイッチング素子とローサイドのスイッチング素子を交互にオン/オフさせ、周波数を制御することにより共振コンデンサCiへの充放電期間を変化させ、トランスの二次側に誘導される電力量を制御する。   In the power supply device shown in FIG. 8, the control circuit 2 alternately turns on / off the high-side switching element and the low-side switching element and changes the charge / discharge period to the resonance capacitor Ci by controlling the frequency. Controls the amount of power induced on the secondary side.

特許文献1には、dv/dt電流によるフリップフロップ回路の誤動作を防止してスイッチングデバイスを保護する半導体装置が記載されている。図9は、特許文献1に記載されている従来のレベルシフト回路を含む半導体装置の構成を示す回路図であり、一般的なハイサイドドライバ回路HD1の構成を示している。この半導体装置は、図9に示すように、電源とグランドとの間にIGBT(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)等によるスイッチング素子17,18を直列に接続したハーフブリッジ型パワーデバイス19を構成しており、スイッチング素子17とスイッチング素子18との接続点N1に負荷(モータ等の誘導性負荷)21を接続している。   Patent Document 1 describes a semiconductor device that protects a switching device by preventing malfunction of a flip-flop circuit due to a dv / dt current. FIG. 9 is a circuit diagram showing a configuration of a semiconductor device including a conventional level shift circuit described in Patent Document 1, and shows a configuration of a general high-side driver circuit HD1. As shown in FIG. 9, this semiconductor device constitutes a half-bridge type power device 19 in which switching elements 17 and 18 such as IGBTs (insulated gate bipolar transistors) are connected in series between a power source and a ground. A load (inductive load such as a motor) 21 is connected to a connection point N1 between the switching element 17 and the switching element 18.

ハイサイド側のスイッチング素子17は、接続点N1の電位を基準電位として、当該基準電位と電源が供給する電源電位(例えば400V)との間でスイッチング動作する素子である。一方、ローサイド側のスイッチング素子18は、接地電位を基準電位として、当該基準電位と接続点N1の電位との間でスイッチング動作する素子である。   The high-side switching element 17 is an element that performs a switching operation between the reference potential and a power supply potential (for example, 400 V) supplied from the power supply with the potential at the connection point N1 as a reference potential. On the other hand, the switching element 18 on the low side is an element that performs a switching operation between the reference potential and the potential at the connection point N1 with the ground potential as a reference potential.

図9に示すようなハイサイドドライバ回路HD1においては、ハーフブリッジ型パワーデバイス19のスイッチング状態によって、接続点N1からダイオード8及びダイオード9のアノードに至るラインL1及びL1を基準電位とするハイサイド側回路に速いdv/dt過渡信号が印加される。高耐圧のMOSFET20,30は、ドレインと各部耐圧(通常700〜1100V程度)を持たせるための素子領域が大きく、ドレインとソース、バックゲート、ゲート、サブ基板間において寄生容量を有する。   In the high-side driver circuit HD1 as shown in FIG. 9, depending on the switching state of the half-bridge type power device 19, the high-side side using the lines L1 and L1 from the connection point N1 to the anodes of the diodes 8 and 9 as a reference potential. A fast dv / dt transient signal is applied to the circuit. The high breakdown voltage MOSFETs 20 and 30 have a large element region for providing a drain and a breakdown voltage of each part (usually about 700 to 1100 V), and have a parasitic capacitance between the drain and the source, the back gate, the gate, and the sub-substrate.

仮にフィルタ回路26が存在しない場合、ハイサイドドライバ回路HD1は、MOSFET20,30のドレイン−ソース間に存在する寄生容量により寄生容量とdv/dt過渡信号との積算で得られるdv/dt電流が流れ、抵抗4及び抵抗5に同時に電圧降下が生じるので、インバータ6,7を動作させてフリップフロップ回路12のセット入力およびリセット入力に誤って“H(High)”信号を与えてしまう場合がある。   If the filter circuit 26 does not exist, the dv / dt current obtained by integrating the parasitic capacitance and the dv / dt transient signal flows through the high side driver circuit HD1 due to the parasitic capacitance existing between the drain and source of the MOSFETs 20 and 30. Since the voltage drop occurs at the resistors 4 and 5 at the same time, the inverters 6 and 7 may be operated to erroneously give the “H (High)” signal to the set input and reset input of the flip-flop circuit 12.

図9に示すハイサイドドライバ回路HD1は、フリップフロップ回路12の入力の前段にフィルタ回路26を備えているので、ラインL1にdv/dt過渡信号が印加されてMOSFET20,30に同時にdv/dt電流が流れることにより抵抗4,5に同時に電圧降下が生じた場合においても、フィルタ回路26がインバータ回路6,7により出力される“H”信号を阻止する。   The high side driver circuit HD1 shown in FIG. 9 includes a filter circuit 26 in front of the input of the flip-flop circuit 12, so that a dv / dt transient signal is applied to the line L1 and the dv / dt current is simultaneously applied to the MOSFETs 20 and 30. The filter circuit 26 prevents the “H” signal output from the inverter circuits 6 and 7 even when a voltage drop occurs simultaneously in the resistors 4 and 5 due to the flow of.

すなわち、フィルタ回路26は、自己が有するCRフィルタの時定数に応じた時間が経過するまでフリップフロップ回路12に“H”信号を出力しないので、遅延時間をdv/dt過渡信号の印加時間よりも長く設定することによりdv/dt電流による“H”信号がフリップフロップ回路12に入力されるのを阻止し、フリップフロップ回路12の誤動作を防止できる。   That is, the filter circuit 26 does not output the “H” signal to the flip-flop circuit 12 until the time according to the time constant of the CR filter that the filter circuit 26 has passes, so the delay time is longer than the application time of the dv / dt transient signal. By setting the length longer, it is possible to prevent the “H” signal due to the dv / dt current from being input to the flip-flop circuit 12 and to prevent malfunction of the flip-flop circuit 12.

一方、パルス発生回路10から出力されるオン信号及びオフ信号のパルス幅をdv/dt過渡信号印加時間よりも十分に長く、すなわちフィルタ回路26による遅延時間よりも長く設定することにより、パルス発生回路10により出力されるオン信号及びオフ信号に基づいたインバータ回路6,7の出力信号は、フリップフロップ回路12に与えられ、フリップフロップ回路12を正常に動作させる。   On the other hand, by setting the pulse width of the ON signal and OFF signal output from the pulse generation circuit 10 to be sufficiently longer than the dv / dt transient signal application time, that is, longer than the delay time by the filter circuit 26, the pulse generation circuit The output signals of the inverter circuits 6 and 7 based on the ON signal and the OFF signal output by the signal 10 are supplied to the flip-flop circuit 12 to operate the flip-flop circuit 12 normally.

図10は、特許文献1に記載されている従来のレベルシフト回路を含む半導体装置の動作を示すタイミングチャートである。スイッチング素子17をオンさせる場合には、パルス発生回路10は、オン信号として“H”信号を出力し、オフ信号として“L(Low)”信号を出力する。この場合に、インバータ回路7による“H”信号を受けたオン側CRフィルタ回路の出力は、図10に示すように、コンデンサ25に電荷が満たされるまで徐々に立ち上がることになる。なお、立ち下がりも同様である。オン側CRフィルタ回路の出力が立ち上がると、フリップフロップ回路12は、Q出力として“H”信号を出力する。   FIG. 10 is a timing chart showing the operation of the semiconductor device including the conventional level shift circuit described in Patent Document 1. When the switching element 17 is turned on, the pulse generation circuit 10 outputs an “H” signal as an on signal and an “L (Low)” signal as an off signal. In this case, the output of the on-side CR filter circuit that has received the “H” signal from the inverter circuit 7 gradually rises until the capacitor 25 is filled with electric charge, as shown in FIG. The same applies to the falling. When the output of the on-side CR filter circuit rises, the flip-flop circuit 12 outputs an “H” signal as the Q output.

スイッチング素子17をオフさせる場合には、パルス発生回路10は、オン信号として“L”信号を出力し、オフ信号として“H”信号を出力する。この場合に、インバータ回路6による“H”信号を受けたオフ側CRフィルタ回路の出力は、図10に示すように、コンデンサ24に充電されるまで徐々に立ち上がることになる。なお、立ち下がりも同様である。オフ側CRフィルタ回路の出力が立ち上がると、フリップフロップ回路12は、Q出力として“L”信号を出力する。   When the switching element 17 is turned off, the pulse generation circuit 10 outputs an “L” signal as an on signal and an “H” signal as an off signal. In this case, the output of the off-side CR filter circuit receiving the “H” signal by the inverter circuit 6 gradually rises until the capacitor 24 is charged, as shown in FIG. The same applies to the falling. When the output of the off-side CR filter circuit rises, the flip-flop circuit 12 outputs an “L” signal as the Q output.

したがって、スイッチング素子17は、フリップフロップ回路12のQ出力から“H”信号が出力されている期間においてオンしており、フィルタ回路26を有さない場合に比してオン側オフ側CRフィルタ回路の遅延時間の分だけフリップフロップ回路12のQ出力が遅れてオン/オフすることになる。   Therefore, the switching element 17 is on during the period when the “H” signal is output from the Q output of the flip-flop circuit 12, and the on-side off-side CR filter circuit as compared with the case where the filter circuit 26 is not provided. The Q output of the flip-flop circuit 12 is turned on / off with a delay corresponding to the delay time.

また、MOSFET20,30は、上述したようにオン/オフのパルス幅がフィルタ回路26による遅延時間よりも長く設定されている必要があるが、誤動作耐量を上げるためにフィルタ回路26のフィルタ時間を長くすると、消費電力を増大するという問題がある。そこで、特許文献1には、論理回路で構成することにより遅延時間を生じさせない保護回路を有する半導体装置も記載されている。   Further, as described above, the MOSFETs 20 and 30 need to have the on / off pulse width set longer than the delay time by the filter circuit 26. However, in order to increase the malfunction tolerance, the filter time of the filter circuit 26 is increased. Then, there is a problem of increasing power consumption. Therefore, Patent Document 1 also describes a semiconductor device having a protection circuit that does not cause a delay time by being configured with a logic circuit.

特許文献2には、dv/dt過渡現象に対する妨害排除能力を備えたレベルシフト回路が記載されている。このレベルシフト回路は、パルスフィルター回路を備えており、このパルスフィルター回路がパルス幅に基づいてdv/dt過渡信号により生成されるパルスを識別し、正常動作パルスのみを選択して通過させるので、dv/dt過渡信号による誤動作を回避することができる。   Patent Document 2 describes a level shift circuit having a capability of eliminating interference against a dv / dt transient phenomenon. This level shift circuit includes a pulse filter circuit, which identifies a pulse generated by a dv / dt transient signal based on the pulse width and selects and passes only a normal operation pulse. A malfunction due to a dv / dt transient signal can be avoided.

特許文献3に記載されたレベルシフト回路は、セットレベル回路を作動させるために必要な値より低い入力信号で、リセットレベル回路を作動し、パワーMOSFETをターンオフするリセット優先回路を備えている。すなわち、このレベルシフト回路は、リセット電圧降下抵抗器の大きさを増加するかあるいは、セットおよびリセット電圧降下抵抗器を読む回路の入力しきい値を調整することによりリセット優先に構成されており、ノイズパルスによる誤動作を防止することができる。   The level shift circuit described in Patent Document 3 includes a reset priority circuit that operates a reset level circuit and turns off a power MOSFET with an input signal lower than a value necessary for operating the set level circuit. That is, this level shift circuit is configured to give priority to reset by increasing the size of the reset voltage drop resistor or by adjusting the input threshold of the circuit that reads the set and reset voltage drop resistors, It is possible to prevent malfunction due to noise pulses.

リセット優先の概念は、図9に示すレベルシフト回路に適用することもできる。リセット側の抵抗4を大きくすることにより図9に示すレベルシフト回路は、リセット優先でハイサイド側のスイッチング素子17をオフにするため、スイッチング素子17,18が同時にオンするのを防止する。   The concept of reset priority can also be applied to the level shift circuit shown in FIG. By increasing the resistance 4 on the reset side, the level shift circuit shown in FIG. 9 turns off the switching element 17 on the high side with priority on resetting, thereby preventing the switching elements 17 and 18 from turning on simultaneously.

特開平9−200017号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-200017 特開平4−230117号公報JP-A-4-230117 特開平8−65143号公報JP-A-8-65143

レベルシフト回路において、例えばローサイド側スイッチング素子がオフでハイサイド側スイッチング素子がターンオンすることにより、0Vから400Vに変化する場合(あるいはハイサイド側スイッチング素子がターンオフしてローサイド側スイッチング素子がオンすることにより400Vから0Vに変化する場合)、スイッチング素子のオン/オフに同期してレベルシフト回路にdv/dtが印加される。この場合には、スイッチング素子のオン/オフに起因するdv/dtにより誤動作しないように対策を行う必要がある。   In the level shift circuit, for example, when the low-side switching element is turned off and the high-side switching element is turned on to change from 0 V to 400 V (or the high-side switching element is turned off and the low-side switching element is turned on. Dv / dt is applied to the level shift circuit in synchronization with on / off of the switching element. In this case, it is necessary to take measures so as not to malfunction due to dv / dt resulting from on / off of the switching element.

特許文献1に記載の半導体装置は、dv/dtが高くなったときにハイサイド側フリップフロップに対して保護回路を入れることにより誤動作を防止している。そのため、dv/dtが高くなりローサイドからハイサイド移行時間中に、ローサイド側からMOSFET20,30を介して正規の信号が伝達されても、保護回路が動作しているので、ローサイド側からハイサイド側にオン/オフ信号が送れなくなるという問題がある。   The semiconductor device described in Patent Document 1 prevents malfunction by inserting a protection circuit for the high-side flip-flop when dv / dt becomes high. Therefore, even if a proper signal is transmitted from the low side via the MOSFETs 20 and 30 during the transition time from the low side to the high side during the time when dv / dt becomes high, the protection circuit is operated. There is a problem that the on / off signal cannot be sent to the camera.

この問題は、主スイッチング素子にIGBT等を用いてスイッチング周波数が最高でも20KHz程度のモータ用途ではdv/dtが小さいため、問題にならない可能性が高い。しかし、電流共振型スイッチング電源を高周波化(500kHz程度)した場合には、dv/dtを高くする必要がある。スイッチングするオン/オフ周期が短くなり(500kHzでは2μSの周期)、相対的にdv/dtを速くしなければ、必要とするオン時間を確保することができなくなる(例えば、dv/dtの期間が0.5μSあると500kHzでは完全なオン又はオフの時間は残りの1μSを折半した値となる。)。従って、dv/dtを高くせざるを得ないので、問題になる可能性が高くなる。   This problem is not likely to be a problem because dv / dt is small in motor applications where the switching frequency is about 20 KHz at the highest using an IGBT or the like as the main switching element. However, when the current resonance switching power supply is increased in frequency (about 500 kHz), it is necessary to increase dv / dt. The on / off cycle for switching becomes short (a cycle of 2 μs at 500 kHz), and the required on time cannot be secured unless dv / dt is made relatively fast (for example, the dv / dt period is long). If it is 0.5 μS, the complete on / off time is half the remaining 1 μS at 500 kHz.) Therefore, since dv / dt has to be increased, the possibility of a problem increases.

特許文献1に記載の装置において上述した問題をクリアする半導体製品を設計する場合(例えば、電流共振型IC等の設計)のレベルシフト回路において高周波化を目指す場合には、当該装置は、通常想定される動作時において保護回路が動作しないように適切な定数設定を行う必要がある。具体的には、設計者は、図9に示す抵抗4,5の抵抗値を下げて、dv/dtによりMOSFET20,30の寄生容量に流れる充電電流による抵抗4,5の電圧降下を小さくして、後段の検出回路が動作しないように設計を行う。さらにMOSFET20,30に流す電流を大きくし、後段の検出回路が動作するのに必要な電流を流せる設計にする。この問題点として、高周波化するにつれてdv/dtが高くなるため、抵抗4,5の抵抗値をより下げる方向になり、MOSFET20,30に流れる電流が増える方向であり、消費電流が増加してしまう点が挙げられる。   When designing a semiconductor product that clears the above-described problems in the apparatus described in Patent Document 1 (for example, designing a current resonance type IC or the like), when aiming at high frequency, the apparatus is normally assumed. It is necessary to set an appropriate constant so that the protection circuit does not operate during the operation. Specifically, the designer reduces the resistance values of the resistors 4 and 5 shown in FIG. 9 to reduce the voltage drop of the resistors 4 and 5 due to the charging current flowing through the parasitic capacitances of the MOSFETs 20 and 30 by dv / dt. Then, the design is performed so that the detection circuit in the subsequent stage does not operate. Further, the current flowing through the MOSFETs 20 and 30 is increased so that a current necessary for operating the detection circuit at the subsequent stage can be supplied. As this problem, since dv / dt increases as the frequency increases, the resistance values of the resistors 4 and 5 become lower, the current flowing through the MOSFETs 20 and 30 increases, and the current consumption increases. A point is mentioned.

また、レベルシフト回路は、ハイサイド側電位VBが低い場合(例えば10V以下等)、かつハイサイド基準電位が低い場合は、MOSFET20,30が飽和領域から非飽和領域になるため、ドレイン電流が急激に下がる。しかし、レベルシフト回路は、ハイサイド側電位が、どのような電位でもローサイド側からハイサイド側へ信号を伝達することが求められる。このため、ハイサイド側電位が低い時でも信号を伝達できるように、MOSFET20,30のドレイン電流を設定し、抵抗4,5で十分な信号が確保されるように設計する。この場合、ハイサイド側電位が高い場合には、ドレイン電流が増加してしまうので、消費電力が増加する。通常であれば、ハイサイド側電位が低い時(例えば10V以下)のMOSFET20,30のドレイン電流は1〜5mA程度まで下がり、ハイサイド側電位が高い時(400V等)のMOSFET20,30のドレイン電流は7〜30mA程度まで増加し、ハイサイド側電位が高いと、MOSFET20,30の静特性によりドレイン電流が3倍以上に増加する。   Further, in the level shift circuit, when the high-side potential VB is low (for example, 10 V or less) and when the high-side reference potential is low, the MOSFETs 20 and 30 are changed from the saturated region to the non-saturated region, so Go down. However, the level shift circuit is required to transmit a signal from the low side to the high side whatever the high side potential is. For this reason, the drain currents of the MOSFETs 20 and 30 are set so that signals can be transmitted even when the high side potential is low, and the resistors 4 and 5 are designed to ensure a sufficient signal. In this case, when the high-side potential is high, the drain current increases, so that power consumption increases. Normally, the drain current of the MOSFETs 20 and 30 when the high-side potential is low (for example, 10 V or less) drops to about 1 to 5 mA, and the drain current of the MOSFETs 20 and 30 when the high-side potential is high (such as 400 V). Increases to about 7 to 30 mA, and when the high-side potential is high, the drain current increases three times or more due to the static characteristics of the MOSFETs 20 and 30.

レベルシフト回路の損失は、MOSFET20,30のゲート幅を150nsとし、発振周波数を200kHz,ドレイン電流を10mAと設定した場合、2×150ns×400V×10mA×200kHz=0.24Wであり、無視できない値である。発振周波数に比例して損失が増加するため、高周波化するためには、1パルスの損失を下げる必要がある。あるいは、回路電流を下げるために、ハイサイド側電位が低い時(10V以下)を見越して、抵抗4,5を大きくして電圧振幅を大きくする方法もあるが、抵抗4,5とMOSFET20,30のもつ寄生容量との時定数が大きくなり、dv/dt印加時に寄生容量への充電が間に合わず、インバータ6,7が動作して後段に信号を伝えて、フリップフロップ回路12を誤動作させてしまう。   The loss of the level shift circuit is 2 × 150 ns × 400 V × 10 mA × 200 kHz = 0.24 W when the gate width of the MOSFETs 20 and 30 is set to 150 ns, the oscillation frequency is set to 200 kHz, and the drain current is set to 10 mA. It is. Since loss increases in proportion to the oscillation frequency, it is necessary to reduce the loss of one pulse in order to increase the frequency. Alternatively, in order to reduce the circuit current, there is a method in which the voltage amplitude is increased by increasing the resistances 4 and 5 in anticipation of when the high-side potential is low (10 V or less). Increases the time constant with respect to the parasitic capacitance, and charging of the parasitic capacitance is not in time when dv / dt is applied, and the inverters 6 and 7 operate to transmit signals to the subsequent stage, causing the flip-flop circuit 12 to malfunction. .

本発明は、dv/dtの印加によるフリップフロップ回路の誤動作を防止し、かつdv/dtの印加時でもローサイド側からハイサイド側へ信号を伝達し、ハイサイド側電位が低電圧でも低消費電力で広い範囲で動作できるレベルシフト回路及び当該レベルシフト回路を用いたスイッチング電源装置を提供することを課題とする。   The present invention prevents a malfunction of the flip-flop circuit due to application of dv / dt, transmits a signal from the low side to the high side even when dv / dt is applied, and reduces power consumption even when the high side potential is low. It is an object of the present invention to provide a level shift circuit that can operate in a wide range and a switching power supply device using the level shift circuit.

本発明に係るレベルシフト回路は、上記課題を解決するために、一端がレベルシフト電源に接続され所定値以上の抵抗値を有する第1抵抗と、前記第1抵抗の他端にドレインが接続され、ソースがグランドに接続された第1のN型MOSFETと、前記第1抵抗と同じ抵抗値を有し、一端が前記レベルシフト電源に接続された第2抵抗と、前記第2抵抗の他端にドレインが接続され、ソースがグランドに接続された第2のN型MOSFETと、入力信号に基づいて前記第1のN型MOSFETと前記第2のN型MOSFETとのオン/オフを制御するパルス発生回路と、前記第1抵抗の両端に、第3抵抗と非線形特性を有し且つ一定以上のdv/dt過渡信号が印加された場合にオンする半導体素子とが接続された第1直列回路と、前記第2抵抗の両端に、前記第3抵抗と同じ抵抗値を有する第4抵抗と前記半導体素子とが接続された第2直列回路と、前記第1のN型MOSFETがオンである場合にセット信号を生成し、前記第2のN型MOSFETがオンである場合にリセット信号を生成し、前記第1のN型MOSFETのドレインにおける電位と前記第2のN型MOSFETのドレインにおける電位との間において電圧差が生じていない場合には前記セット信号と前記リセット信号とのいずれの信号も生成しない制御部と、前記制御部により生成されたセット信号とリセット信号とに基づいて前記入力信号をレベルシフトした出力信号を出力するフリップフロップとを備えることを特徴とする。   In order to solve the above problems, a level shift circuit according to the present invention has one end connected to a level shift power supply and having a resistance value equal to or higher than a predetermined value, and a drain connected to the other end of the first resistor. A first N-type MOSFET whose source is connected to the ground, a second resistor having the same resistance value as the first resistor, one end connected to the level shift power supply, and the other end of the second resistor And a pulse for controlling on / off of the first N-type MOSFET and the second N-type MOSFET based on an input signal. A first series circuit in which a generation circuit and a semiconductor element that has a non-linear characteristic with a third resistance and is turned on when a dv / dt transient signal of a certain level or more is applied to both ends of the first resistance; The second A second series circuit in which a fourth resistor having the same resistance value as the third resistor and the semiconductor element are connected to both ends of the resistor and a set signal is generated when the first N-type MOSFET is on A reset signal is generated when the second N-type MOSFET is on, and a voltage difference is generated between the potential at the drain of the first N-type MOSFET and the potential at the drain of the second N-type MOSFET. A control unit that does not generate any of the set signal and the reset signal, and an output obtained by level-shifting the input signal based on the set signal and the reset signal generated by the control unit. And a flip-flop for outputting a signal.

本発明に係るスイッチング電源装置は、上記課題を解決するために、ハイサイド側スイッチング素子とローサイド側スイッチング素子とを有するスイッチング電源装置において、前記ハイサイド側スイッチング素子を制御するための回路として、請求項1乃至請求項6のいずれか1項記載のレベルシフト回路を用いることを特徴とする。   In order to solve the above problems, a switching power supply according to the present invention is a switching power supply device having a high-side switching element and a low-side switching element, and as a circuit for controlling the high-side switching element. A level shift circuit according to any one of claims 1 to 6 is used.

本発明によれば、dv/dtの印加によるフリップフロップ回路の誤動作を防止し、dv/dtの印加時でもローサイド側からハイサイド側へ信号を伝達し、ハイサイド側電位が低い電圧でも低消費電力で広い範囲で動作できるレベルシフト回路及びスイッチング電源装置を提供できる。   According to the present invention, the malfunction of the flip-flop circuit due to the application of dv / dt is prevented, the signal is transmitted from the low side to the high side even when dv / dt is applied, and the power consumption is low even when the voltage on the high side is low. A level shift circuit and a switching power supply device that can operate over a wide range with electric power can be provided.

本発明の実施例1の形態のレベルシフト回路の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the level shift circuit of the form of Example 1 of this invention. 本発明の実施例1の形態のスイッチング電源装置の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the switching power supply device of the form of Example 1 of this invention. 本発明の実施例1の形態のレベルシフト回路の動作を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows operation | movement of the level shift circuit of the form of Example 1 of this invention. 本発明の実施例1の形態のレベルシフト回路の動作を示すタイミングチャートの別例である。It is another example of the timing chart which shows operation | movement of the level shift circuit of the form of Example 1 of this invention. 本発明の実施例1の形態のレベルシフト回路の動作を示すタイミングチャートの別例である。It is another example of the timing chart which shows operation | movement of the level shift circuit of the form of Example 1 of this invention. 本発明の実施例2の形態のレベルシフト回路の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the level shift circuit of the form of Example 2 of this invention. 本発明の実施例1及び実施例2の形態の変形例のレベルシフト回路の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the level shift circuit of the modification of the form of Example 1 and Example 2 of this invention. 従来のレベルシフト回路を利用するハーフブリッジ構成の電流共振型電源の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the current resonance type | mold power supply of a half bridge structure using the conventional level shift circuit. 従来のレベルシフト回路を含む半導体装置の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the semiconductor device containing the conventional level shift circuit. 従来のレベルシフト回路を含む半導体装置の動作を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows operation | movement of the semiconductor device containing the conventional level shift circuit.

以下、本発明のレベルシフト回路及びスイッチング電源装置の実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。   Embodiments of a level shift circuit and a switching power supply apparatus according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。まず、本実施の形態の構成を説明する。図1は、本発明の実施例1のレベルシフト回路の構成を示す回路図である。このレベルシフト回路は、図1に示すように、抵抗R1〜R6,R9,R10と、パルス発生回路10と、トランジスタMN1,MN2,MN3,MN4と、フリップフロップ12と、ダイオードD1〜D6とを備えている。すなわち、本実施例のレベルシフト回路は、図9に示す従来のレベルシフト回路からフィルタ回路26を削除して抵抗R5,R6,R9,R10及びトランジスタMN1,MN2、ダイオードD1〜D6を追加した。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. First, the configuration of the present embodiment will be described. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a level shift circuit according to a first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the level shift circuit includes resistors R1 to R6, R9, and R10, a pulse generation circuit 10, transistors MN1, MN2, MN3, and MN4, a flip-flop 12, and diodes D1 to D6. I have. That is, in the level shift circuit of this embodiment, the filter circuit 26 is deleted from the conventional level shift circuit shown in FIG. 9, and resistors R5, R6, R9, R10, transistors MN1, MN2, and diodes D1-D6 are added.

図2は、本発明の実施例1のスイッチング電源装置の構成を示す回路図である。このスイッチング電源装置は、図2に示すように、ハーフブリッジ構成のハイサイド側スイッチング素子17aとローサイド側スイッチング素子18aとを有する電流共振型スイッチング電源装置であり、ハイサイド側スイッチング素子17aを制御するための回路として制御回路2内のレベルシフト回路を用いている。ただし、本発明を適用するにあたり必ずしもハーフブリッジ構成である必要はなく、フルブリッジ構成のスイッチング電源装置にも適用可能である。   FIG. 2 is a circuit diagram illustrating a configuration of the switching power supply device according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, this switching power supply device is a current resonance type switching power supply device having a high-side switching element 17a and a low-side switching element 18a having a half bridge configuration, and controls the high-side switching element 17a. For this purpose, a level shift circuit in the control circuit 2 is used. However, the application of the present invention does not necessarily require a half-bridge configuration, and can also be applied to a switching power supply device having a full-bridge configuration.

図2に示すスイッチング電源装置において、制御回路2は、ハイサイド側スイッチング素子17aとローサイド側スイッチング素子18aを交互にオン/オフさせ、周波数を制御することにより共振コンデンサCiへの充放電期間を変化させ、トランスの二次側に誘導される電力量を制御する。   In the switching power supply device shown in FIG. 2, the control circuit 2 changes the charging / discharging period of the resonant capacitor Ci by alternately turning on / off the high-side switching element 17a and the low-side switching element 18a and controlling the frequency. And control the amount of power induced on the secondary side of the transformer.

図2に示すように、中点電圧(レベルシフト基準電位)は、ハイサイド側スイッチング素子17aのソースとローサイド側スイッチング素子18aのドレインとに接続されたライン上の電位であり、レベルシフト電源に対して所定の電圧差を有する。本実施例において、レベルシフト電源VB(ハイサイド側電源)とレベルシフト基準電位VS(ハイサイド基準電位)との間の電圧差は、10V程度である。   As shown in FIG. 2, the midpoint voltage (level shift reference potential) is a potential on a line connected to the source of the high-side switching element 17a and the drain of the low-side switching element 18a. On the other hand, it has a predetermined voltage difference. In this embodiment, the voltage difference between the level shift power supply VB (high side power supply) and the level shift reference potential VS (high side reference potential) is about 10V.

図1の抵抗R1は、本発明の第1抵抗に対応し、一端がレベルシフト電源に接続され、他端がトランジスタMN3のドレインに接続されている。   The resistor R1 in FIG. 1 corresponds to the first resistor of the present invention, and has one end connected to the level shift power supply and the other end connected to the drain of the transistor MN3.

トランジスタMN3は、本発明の第1のN型MOSFETに対応し、抵抗R1の他端にドレインが接続され、ソースがグランドに接続されている。ただし、本実施例においては、トランジスタMN3のソースは、抵抗R3を介してグランドに接続されている。すなわち、抵抗R3は、本発明の第9抵抗に対応し、トランジスタMN3のソースとグランドとの間に接続されている。さらに、トランジスタMN3のドレインとグランドとの間には、寄生容量C1が存在する。また、トランジスタMN3のゲートは、パルス発生回路10に接続されている。   The transistor MN3 corresponds to the first N-type MOSFET of the present invention, the drain is connected to the other end of the resistor R1, and the source is connected to the ground. However, in the present embodiment, the source of the transistor MN3 is connected to the ground via the resistor R3. That is, the resistor R3 corresponds to the ninth resistor of the present invention and is connected between the source of the transistor MN3 and the ground. Further, a parasitic capacitance C1 exists between the drain of the transistor MN3 and the ground. The gate of the transistor MN3 is connected to the pulse generation circuit 10.

抵抗R2は、本発明の第2抵抗に対応し、抵抗R1と同じ抵抗値を有し、一端がレベルシフト電源に接続され、他端がトランジスタMN4のドレインに接続されている。抵抗R1,R2は、所定値である1kΩ以上の抵抗値を有し、1kΩ〜10kΩ程度の抵抗値を有し、例えば5kΩである。   The resistor R2 corresponds to the second resistor of the present invention, has the same resistance value as the resistor R1, has one end connected to the level shift power source and the other end connected to the drain of the transistor MN4. The resistors R1 and R2 have a predetermined resistance value of 1 kΩ or more, have a resistance value of about 1 kΩ to 10 kΩ, and are, for example, 5 kΩ.

トランジスタMN4は、本発明の第2のN型MOSFETに対応し、抵抗R2の他端にドレインが接続され、ソースがグランドに接続されている。ただし、本実施例においては、トランジスタMN4のソースは、抵抗R4を介してグランドに接続されている。すなわち、抵抗R4は、本発明の第10抵抗に対応し、トランジスタMN4のソースとグランドとの間に接続されている。さらに、トランジスタMN4のドレインとグランドとの間には、寄生容量C2が存在する。また、トランジスタMN4のゲートは、パルス発生回路10に接続されている。   The transistor MN4 corresponds to the second N-type MOSFET of the present invention, the drain is connected to the other end of the resistor R2, and the source is connected to the ground. However, in the present embodiment, the source of the transistor MN4 is connected to the ground via the resistor R4. That is, the resistor R4 corresponds to the tenth resistor of the present invention and is connected between the source of the transistor MN4 and the ground. Further, a parasitic capacitance C2 exists between the drain of the transistor MN4 and the ground. The gate of the transistor MN4 is connected to the pulse generation circuit 10.

パルス発生回路10は、入力信号に基づいてトランジスタMN3とトランジスタMN4とのオン/オフを制御する。具体的には、パルス発生回路10は、図1のパルス発生回路10の下方に描かれているように、入力信号の立ち上がりの際にセットパルス信号をトランジスタMN3のゲートに出力する。また、パルス発生回路10は、入力信号の立ち下がりの際にリセットパルス信号をトランジスタMN4のゲートに出力する。   The pulse generation circuit 10 controls on / off of the transistors MN3 and MN4 based on the input signal. Specifically, the pulse generation circuit 10 outputs a set pulse signal to the gate of the transistor MN3 when the input signal rises, as depicted below the pulse generation circuit 10 in FIG. The pulse generation circuit 10 outputs a reset pulse signal to the gate of the transistor MN4 when the input signal falls.

なお、トランジスタMN3,MN4のゲート駆動パルスは、例えば50nS〜200nS程度である。   Note that the gate drive pulses of the transistors MN3 and MN4 are, for example, about 50 nS to 200 nS.

抵抗R5,R6とトランジスタMN1,MN2とは、本発明の制御部に対応する。この抵抗R5,R6とトランジスタMN1,MN2とからなる制御部は、トランジスタMN3がオンである場合にセット信号を生成し、トランジスタMN4がオンである場合にリセット信号を生成し、トランジスタMN3のドレインにおける電位とトランジスタMN4のドレインにおける電位との間において電圧差が生じていない場合にはいずれの信号も生成しない。   The resistors R5 and R6 and the transistors MN1 and MN2 correspond to the control unit of the present invention. The control unit including the resistors R5 and R6 and the transistors MN1 and MN2 generates a set signal when the transistor MN3 is on, generates a reset signal when the transistor MN4 is on, and generates a reset signal at the drain of the transistor MN3. If there is no voltage difference between the potential and the potential at the drain of transistor MN4, no signal is generated.

抵抗R5は、本発明の第5抵抗に対応し、一端がレベルシフト電源に接続され、他端がトランジスタMN1のドレインに接続されている。   The resistor R5 corresponds to the fifth resistor of the present invention, and has one end connected to the level shift power supply and the other end connected to the drain of the transistor MN1.

トランジスタMN1は、本発明の第3のN型MOSFETに対応し、抵抗R5の他端とフリップフロップ12のセット端子とにドレインが接続され、ソースがトランジスタMN3のドレインに接続され、ゲートがトランジスタMN4のドレインに接続されている。なお、本実施例のトランジスタMN1のドレインは、インバータを介してフリップフロップ12のセット端子に接続されている。   The transistor MN1 corresponds to the third N-type MOSFET of the present invention, the drain is connected to the other end of the resistor R5 and the set terminal of the flip-flop 12, the source is connected to the drain of the transistor MN3, and the gate is the transistor MN4. Connected to the drain. Note that the drain of the transistor MN1 of this embodiment is connected to the set terminal of the flip-flop 12 through an inverter.

抵抗R6は、本発明の第6抵抗に対応し、抵抗R5と同じ抵抗値を有し、一端がレベルシフト電源に接続され、他端がトランジスタMN2のドレインに接続されている。抵抗R5,R6は、例えば抵抗R1,R2の2倍から20倍程度の抵抗値を有している。   The resistor R6 corresponds to the sixth resistor of the present invention, has the same resistance value as the resistor R5, one end is connected to the level shift power supply, and the other end is connected to the drain of the transistor MN2. The resistors R5 and R6 have a resistance value that is about 2 to 20 times that of the resistors R1 and R2, for example.

トランジスタMN2は、本発明の第4のN型MOSFETに対応し、抵抗R6の他端とフリップフロップ12のリセット端子とにドレインが接続され、ソースがトランジスタMN4のドレインに接続され、ゲートがトランジスタMN3のドレインに接続されている。なお、本実施例のトランジスタMN2のドレインは、インバータを介してフリップフロップ12のリセット端子に接続されている。   The transistor MN2 corresponds to the fourth N-type MOSFET of the present invention, the drain is connected to the other end of the resistor R6 and the reset terminal of the flip-flop 12, the source is connected to the drain of the transistor MN4, and the gate is the transistor MN3. Connected to the drain. Note that the drain of the transistor MN2 of this embodiment is connected to the reset terminal of the flip-flop 12 through an inverter.

抵抗R5,R6に接続される検出インバータ回路のスレッショルドは、レベルシフト電源とレベルシフト基準電位との電圧差の50%(20%〜80%の間)である。   The threshold of the detection inverter circuit connected to the resistors R5 and R6 is 50% (between 20% and 80%) of the voltage difference between the level shift power supply and the level shift reference potential.

フリップフロップ12は、制御部により生成されたセット信号とリセット信号とに基づいて入力信号をレベルシフトした出力信号を出力する。本実施例においては、フリップフロップ12による出力信号は、図2に示すハイサイド側スイッチング素子17aのゲートに印加される。   The flip-flop 12 outputs an output signal obtained by level-shifting the input signal based on the set signal and reset signal generated by the control unit. In the present embodiment, the output signal from the flip-flop 12 is applied to the gate of the high-side switching element 17a shown in FIG.

抵抗R1の両端には、直列に接続されたダイオードD3〜D6と抵抗R9とが直列に接続された第1直列回路が接続されている。ダイオードD3のアノードは、抵抗R1,R2の一端に接続され、抵抗R9の一端は、抵抗R1の他端とトランジスタMN1のソースとトランジスタMN3のドレインとトランジスタMN2のゲートとダイオードD2のカソードに接続されている。   A first series circuit in which diodes D3 to D6 connected in series and a resistor R9 are connected in series is connected to both ends of the resistor R1. The anode of the diode D3 is connected to one ends of the resistors R1 and R2, and one end of the resistor R9 is connected to the other end of the resistor R1, the source of the transistor MN1, the drain of the transistor MN3, the gate of the transistor MN2, and the cathode of the diode D2. ing.

抵抗R2の両端には、直列に接続されたダイオードD3〜D6と抵抗R10とが直列に接続された第2直列回路が接続されている。抵抗R10の一端は、抵抗R2の他端とトランジスタMN2のソースとトランジスタMN4のドレインとトランジスタMN1のゲートとダイオードD1のカソードに接続されている。   A second series circuit in which diodes D3 to D6 connected in series and a resistor R10 are connected in series is connected to both ends of the resistor R2. One end of the resistor R10 is connected to the other end of the resistor R2, the source of the transistor MN2, the drain of the transistor MN4, the gate of the transistor MN1, and the cathode of the diode D1.

ダイオードD3〜D6は非線形特性を有する半導体素子であり、一定値以上のdv/dt過渡信号が印加された場合にオンする。抵抗R9は、本発明の第3抵抗に対応し、例えば、5kΩである。抵抗R10は、本発明の第4抵抗に対応し、抵抗R9の抵抗値と同じ抵抗値を有し、例えば、5kΩである。   The diodes D3 to D6 are semiconductor elements having nonlinear characteristics, and are turned on when a dv / dt transient signal of a certain value or more is applied. The resistor R9 corresponds to the third resistor of the present invention and is, for example, 5 kΩ. The resistor R10 corresponds to the fourth resistor of the present invention, has the same resistance value as that of the resistor R9, and is 5 kΩ, for example.

次に、上述のように構成された本実施の形態の作用を説明する。本実施例のレベルシフト回路は、大きく分けて4つの動作があるため、分けて説明を行う。   Next, the operation of the present embodiment configured as described above will be described. The level shift circuit of this embodiment is roughly divided into four operations, and will be described separately.

最初に、レベルシフト回路に対するdv/dt印加時の誤動作耐量について説明する(動作1)。図3は、本実施例のレベルシフト回路の動作を示すタイミングチャートであり、図2に示すような電流共振型スイッチング電源装置を想定したものである。図3において、LOは、ローサイド側スイッチング素子18aのゲートに印加される電圧であり、HOは、ハイサイド側スイッチング素子17aのゲートに印加される電圧である。   First, the malfunction tolerance when dv / dt is applied to the level shift circuit will be described (operation 1). FIG. 3 is a timing chart showing the operation of the level shift circuit of this embodiment, and assumes a current resonance type switching power supply device as shown in FIG. In FIG. 3, LO is a voltage applied to the gate of the low-side switching element 18a, and HO is a voltage applied to the gate of the high-side switching element 17a.

時刻t1においてローサイド側スイッチング素子18aがオフされると、時刻t1から時刻t2までの間に共振回路の影響により中点電圧が0Vから400Vに変化する(dv/dtが印加される)。中点電圧が上がりきった時刻t2においてハイサイド側スイッチング素子17aがオンするので、ハイサイド側スイッチング素子17aのスイッチ端子間電圧はほぼ0Vであり、図2に示すスイッチング電源装置は、ZVS(ゼロボルトスイッチング)を行うことができ、スイッチングクロス低減(=電源効率改善)とノイズ低減に効果がある。   When the low-side switching element 18a is turned off at time t1, the midpoint voltage changes from 0 V to 400 V (dv / dt is applied) from time t1 to time t2 due to the influence of the resonance circuit. Since the high-side switching element 17a is turned on at the time t2 when the midpoint voltage has fully increased, the voltage between the switch terminals of the high-side switching element 17a is almost 0 V, and the switching power supply shown in FIG. Switching), which is effective in reducing switching cross (= improvement of power supply efficiency) and noise.

dv/dt印加時にdv/dtに応じて寄生容量C1,C2を充電する電流が抵抗R1,R2に流れるので、抵抗R1,R2の両端に電圧降下が発生する。この場合に、抵抗R1,R2における電圧降下量が同じであるため、トランジスタMN3のドレインにおける電位とトランジスタMN4のドレインにおける電位との間に電圧差は生じない。したがって、トランジスタMN1,MN2は、それぞれにおけるゲート−ソース間電圧が約0Vとなるのでオフ状態を維持し、抵抗R5,R6の両端に電圧降下を発生させない。これにより、抵抗R5,R6とトランジスタMN1,MN2とからなる制御部は、後段のインバータ及びフリップフロップ12に信号を出力しないので、dv/dtに起因する誤動作を生じさせない。   When dv / dt is applied, the current for charging the parasitic capacitances C1 and C2 flows through the resistors R1 and R2 in accordance with dv / dt, so that a voltage drop occurs across the resistors R1 and R2. In this case, since the voltage drop amounts in the resistors R1 and R2 are the same, there is no voltage difference between the potential at the drain of the transistor MN3 and the potential at the drain of the transistor MN4. Therefore, the transistors MN1 and MN2 have their gate-source voltages of about 0 V, so that the transistors MN1 and MN2 are kept off, and no voltage drop occurs across the resistors R5 and R6. As a result, the control unit including the resistors R5 and R6 and the transistors MN1 and MN2 does not output a signal to the subsequent inverter and the flip-flop 12, and thus does not cause a malfunction due to dv / dt.

なお、特許文献1の引用例では、dv/dt印加時にdv/dtに応じて寄生容量C1,C2を充電する電流が抵抗4,5に流れるので、抵抗4,5の両端に電圧降下が発生する。この電圧降下がインバータ6,7のスレッショルドに達すると後段に信号が伝達され、フィルタ回路26は、信号をカットオフするが、遅延時間よりもパルス発生回路10から出力されるオン信号オフ信号のパルス幅を十分に長くするので消費電力増大の問題を生じ、さらにフィルタ回路26の処理能力以上のノイズ信号が入力されれば、フリップフロップ12に誤信号を伝達してしまい、動作不安定となって誤動作の原因となる。特許文献2も同様である。   In the cited example of Patent Document 1, since the current for charging the parasitic capacitances C1 and C2 flows through the resistors 4 and 5 according to dv / dt when dv / dt is applied, a voltage drop occurs at both ends of the resistors 4 and 5. To do. When this voltage drop reaches the thresholds of the inverters 6 and 7, a signal is transmitted to the subsequent stage, and the filter circuit 26 cuts off the signal, but the pulse of the on signal off signal output from the pulse generation circuit 10 is longer than the delay time. Since the width is made sufficiently long, a problem of increased power consumption occurs, and if a noise signal exceeding the processing capability of the filter circuit 26 is input, an error signal is transmitted to the flip-flop 12 and operation becomes unstable. It may cause malfunction. The same applies to Patent Document 2.

次に、セットパルス、リセットパルス伝達時の動作について説明する(動作2)。ただし、セットパルス伝達時の動作とリセットパルス伝達時の動作とは、使用するトランジスタや抵抗が異なるだけで動作自体に違いは無いため、ここではセットパルス伝達時の動作についてのみ説明する。   Next, the operation at the time of transmitting the set pulse and the reset pulse will be described (operation 2). However, the operation at the time of transmitting the set pulse and the operation at the time of transmitting the reset pulse are not different in the operation itself only by using different transistors and resistances. Therefore, only the operation at the time of transmitting the set pulse is described here.

図3の時刻t2において、パルス発生回路10がトランジスタMN3のゲートに対してセットパルス信号を出力すると、トランジスタMN3はオンして抵抗R1に電流を流す。これによって抵抗R1の両端に電圧差が発生するので、トランジスタMN1のソース電圧が下がり、ゲート−ソース間電圧がスレッショルド以上になると、トランジスタMN1はオンして抵抗R5に電流を流す。抵抗R5の両端に生じた電圧降下が後段のインバータにおけるスレッショルドに達すると、セット信号がフリップフロップ12に入力され、フリップフロップ12は、ハイサイド側スイッチング素子17aのゲートにH(HIGH)レベルの信号を出力し、スイッチング素子17aをオンさせる。   At time t2 in FIG. 3, when the pulse generation circuit 10 outputs a set pulse signal to the gate of the transistor MN3, the transistor MN3 is turned on to pass a current through the resistor R1. As a result, a voltage difference is generated between both ends of the resistor R1, and when the source voltage of the transistor MN1 decreases and the gate-source voltage becomes equal to or higher than the threshold, the transistor MN1 is turned on to pass a current through the resistor R5. When the voltage drop generated across the resistor R5 reaches the threshold in the subsequent inverter, the set signal is input to the flip-flop 12, and the flip-flop 12 receives a signal of H (HIGH) level at the gate of the high-side switching element 17a. Is output to turn on the switching element 17a.

次に、dv/dt印加時で、且つローサイドからハイサイドに信号を伝達する際の動作について説明する(動作3)。図4は、本実施例のレベルシフト回路の動作を示すタイミングチャートの別例であり、図2に示すような電流共振型スイッチング電源装置を想定したものである。   Next, an operation at the time of applying dv / dt and transmitting a signal from the low side to the high side will be described (operation 3). FIG. 4 is another example of a timing chart showing the operation of the level shift circuit of this embodiment, and assumes a current resonance type switching power supply device as shown in FIG.

時刻t1においてローサイド側スイッチング素子18aがオフされると、共振回路の影響により中点電圧が0Vから上昇する(dv/dtが印加される)。dv/dt印加時にdv/dtに応じて寄生容量C1,C2を充電する電流が抵抗R1,R2に流れるので、抵抗R1,R2の両端に電圧降下が発生する。この場合に、抵抗R1,R2における電圧降下量が同じであるため、トランジスタMN3のドレインにおける電位とトランジスタMN4のドレインにおける電位との間に電圧差は生じない。したがって、トランジスタMN1,MN2は、それぞれにおけるゲート−ソース間電圧が約0Vとなるのでオフ状態を維持し、抵抗R5,R6の両端に電圧降下を発生させないので、後段に信号を伝えない。   When the low-side switching element 18a is turned off at time t1, the midpoint voltage rises from 0V (dv / dt is applied) due to the influence of the resonance circuit. When dv / dt is applied, the current for charging the parasitic capacitances C1 and C2 flows through the resistors R1 and R2 in accordance with dv / dt, so that a voltage drop occurs across the resistors R1 and R2. In this case, since the voltage drop amounts in the resistors R1 and R2 are the same, there is no voltage difference between the potential at the drain of the transistor MN3 and the potential at the drain of the transistor MN4. Therefore, the transistors MN1 and MN2 maintain the OFF state because the gate-source voltage in each transistor is about 0 V, and no voltage drop is generated across the resistors R5 and R6, so that no signal is transmitted to the subsequent stage.

この時、以下の問題がある。即ち、抵抗R1と抵抗R2とに電圧降下が発生しており、この電圧降下が、((VB-VS)+(D1又はD2の順方向電圧VF)+(MN1又はMN2のしきい値Vth)−(MN1又はMN2の後段に信号が伝わるMN1又はMN2のオーバードライブ電圧)以下、限界降下電圧と略する。)まで達すると、トランジスタMN3(MN4)がオンしても、トランジスタMN1(MN2)がオンしない。このため、フリップフロップ12に信号を伝達できない。   At this time, there are the following problems. That is, a voltage drop occurs in the resistor R1 and the resistor R2, and this voltage drop is ((VB-VS) + (forward voltage VF of D1 or D2) + (threshold value Vth of MN1 or MN2)). -(The overdrive voltage of MN1 or MN2 where a signal is transmitted to the subsequent stage of MN1 or MN2) and below, it is abbreviated as a critical drop voltage.) Do not turn on. For this reason, a signal cannot be transmitted to the flip-flop 12.

しかしながら、実施例1では、dv/dt過渡信号が印加されてレベルシフト基準電位VSが高速に上昇したとき、寄生容量C1,C2に充電する電流により抵抗R1,R2の両端電圧が上昇する。このとき、ダイオードD3〜D6がオンして、抵抗R9,R10に電流が流れる。この場合には、抵抗R1に抵抗R9が並列に接続され、抵抗R2に抵抗R10が並列に接続されるので、抵抗R1,R2の両端電圧は下がり、限界降下電圧まで達しないように調整することができる。   However, in the first embodiment, when the dv / dt transient signal is applied and the level shift reference potential VS rises at high speed, the voltage across the resistors R1 and R2 rises due to the current charged in the parasitic capacitors C1 and C2. At this time, the diodes D3 to D6 are turned on, and a current flows through the resistors R9 and R10. In this case, since the resistor R9 is connected in parallel to the resistor R1, and the resistor R10 is connected in parallel to the resistor R2, the voltage across the resistors R1 and R2 is adjusted so that it does not reach the limit voltage drop. Can do.

抵抗R1,R2の両端電圧が限界降下電圧まで達しなければ、トランジスタMN1(セット時)又はトランジスタMN2(リセット時)がオンして、dv/dt印加時でも、ローサイド側からハイサイド側に信号を伝達することができる。   If the voltage across the resistors R1 and R2 does not reach the limit drop voltage, the transistor MN1 (when set) or the transistor MN2 (when reset) is turned on, and even when dv / dt is applied, a signal is sent from the low side to the high side. Can communicate.

なお、抵抗R9,R10により負荷抵抗を下げているが、トランジスタMN3,MN4は、両端電圧が増加して非飽和領域から飽和領域に遷移するため、ドレイン電流は数倍に増加する。このため、ハイサイド側の信号振幅を十分に得ることができる。   Although the load resistance is lowered by the resistors R9 and R10, the drain currents of the transistors MN3 and MN4 increase several times because the voltages at both ends increase and transition from the unsaturated region to the saturated region. For this reason, the signal amplitude on the high side can be sufficiently obtained.

一方、特許文献1では、フリップフロップがオフ状態でセット信号が入力されると、セット信号は保護回路によりフリップフロップ回路へ入力されず、ハイサイド側に出力されない。なお、抵抗4,5が小さいと、保護回路が動作してないので、セット信号が入力されれば信号伝達が可能であるが、抵抗4,5の抵抗値を小さくすると、消費電力が増大してしまう。   On the other hand, in Patent Document 1, when a set signal is input while the flip-flop is off, the set signal is not input to the flip-flop circuit by the protection circuit and is not output to the high side. If the resistances 4 and 5 are small, the protection circuit does not operate, so that signal transmission is possible if a set signal is input. However, if the resistance values of the resistances 4 and 5 are small, power consumption increases. End up.

特許文献2では、dv/dt印加時の誤信号をフィルタリングするので、セット信号もフィルタリングさせてしまうので、信号伝達できない。特許文献3では、dv/dt印加時にセット信号が入ると、セットとリセットの両方の信号がフリップフロップに印加されることとなり、フリップフロップの動作はリセット優先となるため、セット信号を受け付けない。なお、抵抗4,5が小さいと、インバータ6が動作しないので、セット信号が入力されれば信号伝達が可能であるが、抵抗4,5の抵抗値を小さくすると、消費電力が増大してしまう。   In Patent Document 2, since an erroneous signal at the time of applying dv / dt is filtered, the set signal is also filtered, so that signal transmission cannot be performed. In Patent Document 3, if a set signal is input when dv / dt is applied, both the set signal and the reset signal are applied to the flip-flop, and the operation of the flip-flop has a reset priority, so the set signal is not accepted. Note that if the resistors 4 and 5 are small, the inverter 6 does not operate, so that signal transmission is possible if a set signal is input. However, if the resistance values of the resistors 4 and 5 are reduced, power consumption increases. .

次に、レベルシフト回路に印加される電圧が低い場合に信号を伝達する際の動作について説明する(動作4)。   Next, an operation for transmitting a signal when the voltage applied to the level shift circuit is low will be described (operation 4).

基本的には、上述した動作2と同じであるが、抵抗R1,R2を特許文献1〜3の抵抗値よりも大きく設定する。レベルシフト電源VS電位が低い(例えば10V以下等)場合には、トランジスタMN3,MN4の電流値が下がるので、抵抗R1,R2の抵抗値を例えば5kΩと大きくすることにより、トランジスタMN3,MN4からの信号を大きくすることができる。   Basically, it is the same as the operation 2 described above, but the resistors R1 and R2 are set larger than the resistance values of Patent Documents 1 to 3. When the level shift power supply VS potential is low (for example, 10 V or less), the current values of the transistors MN3 and MN4 decrease. Therefore, by increasing the resistance values of the resistors R1 and R2 to 5 kΩ, for example, The signal can be increased.

これにより、フリップフロップまで信号が伝達されるので、従来の回路よりもレベルシフト回路に印加される電圧が低くても信号を伝達することができる。また、レベルシフト電源VB電位が低くdv/dtが印加されていない場合には、ダイオードD3〜D6がオフ状態で、抵抗R9(R10)を抵抗R1(R2)と切り離すことによりインピーダンスを高くすることができる。   Thus, since the signal is transmitted to the flip-flop, the signal can be transmitted even if the voltage applied to the level shift circuit is lower than that of the conventional circuit. When the level shift power supply VB potential is low and dv / dt is not applied, the impedance is increased by disconnecting the resistor R9 (R10) from the resistor R1 (R2) while the diodes D3 to D6 are off. Can do.

このように、抵抗R1,R2を特許文献1〜3の抵抗値よりも大きくしてもフリップフロップ12の誤動作がなく、dv/dt時でも信号を伝達できるので、レベルシフト回路に印加される電圧が低くても、より広い範囲で動作することができる。特に、スイッチング時に浮遊インダクタンスと共振回路(Lr,Cv,Ci)の共振動作によりレベルシフト側基準電位VSが負電位になり、これと同時にレベルシフト電源が下がった場合でも従来よりも広い範囲で信号を伝達することができる。なお、従来技術の動作範囲と同程度までの動作範囲では、トランジスタMN3,MN4のドレイン電流を小さくすることができるので、低消費電力化でき、しかも高速化が可能である。   Thus, even if the resistances R1 and R2 are made larger than the resistance values of Patent Documents 1 to 3, the flip-flop 12 does not malfunction, and a signal can be transmitted even at dv / dt. Therefore, the voltage applied to the level shift circuit Even if it is low, it can operate in a wider range. In particular, the level shift side reference potential VS becomes a negative potential due to the stray inductance and the resonance operation of the resonance circuit (Lr, Cv, Ci) during switching, and at the same time, even when the level shift power supply is lowered, the signal is in a wider range than before. Can be transmitted. Note that in the operation range up to the same level as the operation range of the prior art, the drain currents of the transistors MN3 and MN4 can be reduced, so that the power consumption can be reduced and the speed can be increased.

このように、本発明の実施例1の形態に係るレベルシフト回路及び当該レベルシフト回路を用いたスイッチング電源装置によれば、dv/dt印加時には、ダイオードD3〜D6をオンすることにより、負荷インピーダンスを適切な値に下げることにより、ローサイド側からハイサイド側に信号を伝達することができる。この場合、トランジスタMN3,MN4が非飽和領域から飽和領域に入り電流が増加し、インピーダンスを下げてハイサイド側の信号振幅は、十分に確保されるので、信号を伝達することができる。また、ハイサイド側に印加される電圧が低い場合には抵抗R1,R2を大きくすることでインピーダンスを高くすることができ、より低い電圧まで動作できる。   As described above, according to the level shift circuit and the switching power supply device using the level shift circuit according to the first embodiment of the present invention, the load impedance is set by turning on the diodes D3 to D6 when dv / dt is applied. By lowering to an appropriate value, a signal can be transmitted from the low side to the high side. In this case, the transistors MN3 and MN4 enter the saturation region from the non-saturation region, the current increases, the impedance is lowered, and the signal amplitude on the high side is sufficiently secured, so that the signal can be transmitted. In addition, when the voltage applied to the high side is low, the impedance can be increased by increasing the resistances R1 and R2, and the operation can be performed up to a lower voltage.

従って、dv/dtの印加によるフリップフロップ回路の誤動作を防止し、dv/dtの印加時でもローサイド側からハイサイド側へ信号を伝達し、ハイサイド側電位が低い電圧でも低消費電力で広い範囲で動作できるレベルシフト回路及びスイッチング電源装置を提供できる。   Therefore, the malfunction of the flip-flop circuit due to the application of dv / dt is prevented, the signal is transmitted from the low side to the high side even when dv / dt is applied, and a wide range is achieved with low power consumption even when the voltage on the high side is low. A level shift circuit and a switching power supply device that can operate in the above manner can be provided.

さらに、実施例のレベルシフト回路は、抵抗R3,R4を備えることにより、トランジスタMN3,MN4がオンした場合に流れる電流を制限することができる。具体的に説明すると、トランジスタMN3(MN4)のソース電流は、抵抗R3(R4)の両端に電圧降下を発生させる。パルス発生回路10から出力されるパルス信号は一定の電圧値であるので、抵抗R3(R4)の電圧降下分だけトランジスタMN3(MN4)のゲート−ソース間電圧が小さくなることにより、ソース電流は一定の電流値で平衡する。したがって、本実施例のレベルシフト回路は、抵抗R3(R4)を備えることにより、トランジスタMN3(MN4)に流れるドレイン電流を定電流駆動することができる。   Furthermore, the level shift circuit of the embodiment can limit the current that flows when the transistors MN3 and MN4 are turned on by providing the resistors R3 and R4. More specifically, the source current of the transistor MN3 (MN4) causes a voltage drop across the resistor R3 (R4). Since the pulse signal output from the pulse generation circuit 10 has a constant voltage value, the gate-source voltage of the transistor MN3 (MN4) is reduced by the voltage drop of the resistor R3 (R4), so that the source current is constant. Equilibrium at the current value of. Therefore, the level shift circuit according to this embodiment includes the resistor R3 (R4), so that the drain current flowing through the transistor MN3 (MN4) can be driven with a constant current.

なお、図5は、高周波化を行うための最適な設計を行った場合における本実施例のレベルシフト回路の動作を示すタイミングチャートであり、図2に示すような電流共振型スイッチング電源装置を想定したものである。   FIG. 5 is a timing chart showing the operation of the level shift circuit of this embodiment when an optimum design for increasing the frequency is performed, and assumes a current resonance type switching power supply device as shown in FIG. It is a thing.

通常、ハイサイド側とローサイド側のオン信号には、同時オン防止のためにデッドタイム回路が設けられている。このデッドタイム回路は、通常は抵抗等により任意の値に設定することができる。また、dv/dt時間は、共振回路と負荷電流によりある程度決定される。ここで、最適な設計が行われたアプリケーション回路とは、抵抗等によりデッドタイムを調整し、dv/dt時間中にローサイド側からハイサイド側に信号伝達を開始し、伝達の遅延時間によりハイサイド側がターンオンするのと、dv/dt印加時間が終わるのを、ほぼ同時に設定することである(実際には若干のマージンを設定し、ターンオンするのを若干遅らせる)。   Usually, a dead time circuit is provided in the ON signal on the high side and the low side to prevent simultaneous ON. This dead time circuit can usually be set to an arbitrary value by a resistor or the like. The dv / dt time is determined to some extent by the resonance circuit and the load current. Here, the application circuit that has been optimally designed is that the dead time is adjusted by resistance or the like, signal transmission is started from the low side to the high side during dv / dt time, and the high side is determined by the transmission delay time. The side is turned on and the end of the dv / dt application time is set almost simultaneously (actually, a slight margin is set and the turn-on is slightly delayed).

図5において、時刻t1からt3までの間がデッドタイムであり、図2に示すハイサイド側スイッチング素子17aとローサイド側スイッチング素子18aとは、いずれもオフの状態である。また、理想的には、中点電圧の上昇が終わる時刻t3においてハイサイド側スイッチング素子17aのゲートに印加される電圧(HO)がHレベルになると、ハイサイド側スイッチング素子17aがオンできる最大時間となるので、ハイサイド側スイッチング素子17aの利用率は最大となる。   In FIG. 5, the dead time is from time t1 to t3, and both the high-side switching element 17a and the low-side switching element 18a shown in FIG. 2 are in an off state. Ideally, when the voltage (HO) applied to the gate of the high-side switching element 17a becomes H level at time t3 when the rise of the midpoint voltage ends, the maximum time that the high-side switching element 17a can be turned on. Therefore, the utilization factor of the high-side switching element 17a is maximized.

図3,4で説明した波形においては、パルス発生回路10によりセットパルス信号が出力されるのとフリップフロップ12によりHOがHレベルになるのとがほぼ同時であるとして説明しているが、図5は、遅延時間を考慮したものとなっている。すなわち、実際の回路においては、パルス発生回路10によりセットパルス信号(MN3Gate)が出力されて、HO端子がHighとなるまでの間には、無視することができない回路遅延時間が存在する。そのため、時刻t3においてHOをHレベルにするためには、中点電圧にdv/dtが印加されている状態で、パルス発生回路10がセットパルス信号を出力する必要があり、この状態でもローサイド制御回路からハイサイド制御回路に信号伝達することが求められる。   In the waveforms described with reference to FIGS. 3 and 4, it is described that the set pulse signal is output from the pulse generation circuit 10 and the HO is at the H level by the flip-flop 12. 5 takes into account the delay time. That is, in an actual circuit, there is a circuit delay time that cannot be ignored until the set pulse signal (MN3Gate) is output by the pulse generation circuit 10 and the HO terminal becomes High. Therefore, in order to set HO to H level at time t3, it is necessary for the pulse generation circuit 10 to output a set pulse signal in a state where dv / dt is applied to the midpoint voltage. Signal transmission from the circuit to the high-side control circuit is required.

したがって、本実施例のレベルシフト回路は、dv/dt印加時においても、トランジスタMN3のドレインとトランジスタMN4のドレインとの間における電圧バランスがくずれることにより信号伝達ができるので、上述した理想動作を実現することが可能となる。すなわち、dv/dt印加が終わったのと同時にハイサイド側スイッチング素子17aをオンするため、最大限スイッチング素子のオン時間を得ることができ、且つZVSを行うことができる。   Therefore, the level shift circuit of the present embodiment realizes the ideal operation described above because even when dv / dt is applied, the voltage balance between the drain of the transistor MN3 and the drain of the transistor MN4 is lost. It becomes possible to do. That is, since the high-side switching element 17a is turned on at the same time as the application of dv / dt is finished, the switching element can be maximized in on time and ZVS can be performed.

図6は、本発明の実施例2のレベルシフト回路の構成を示す回路図である。図1に示す実施例1のレベルシフト回路の構成と異なる点は、新たに、バッファ部14、及びフィルタ部16を備えている点である。本実施例におけるレベルシフト回路は、実施例1と同様に、図2に示すスイッチング電源装置に使用されているものとする。   FIG. 6 is a circuit diagram showing the configuration of the level shift circuit according to the second embodiment of the present invention. A difference from the configuration of the level shift circuit of the first embodiment shown in FIG. 1 is that a buffer unit 14 and a filter unit 16 are newly provided. The level shift circuit in this embodiment is assumed to be used in the switching power supply device shown in FIG.

バッファ部14は、トランジスタMP1、トランジスタMP2、抵抗R7、及び抵抗R8を備えている。   The buffer unit 14 includes a transistor MP1, a transistor MP2, a resistor R7, and a resistor R8.

トランジスタMP2と抵抗R8とは、本発明の第1信号増幅部に対応し、制御部とフリップフロップ12との間に設けられ、制御部により生成されたセット信号をフリップフロップ12で検出される程度に増幅する。   The transistor MP2 and the resistor R8 correspond to the first signal amplifying unit of the present invention, and are provided between the control unit and the flip-flop 12, and the set signal generated by the control unit is detected by the flip-flop 12. Amplify to.

ここで、トランジスタMP2は、本発明の第1のP型MOSFETに対応し、ソースがレベルシフト電源に接続されるとともにゲートが抵抗R5に接続され、制御部により生成されたセット信号に基づいてオン/オフ動作を行う。また、抵抗R8は、本発明の第7抵抗に対応し、一端がトランジスタMP2のドレインに接続されるとともに他端がレベルシフト基準電位に接続されている。   Here, the transistor MP2 corresponds to the first P-type MOSFET of the present invention, the source is connected to the level shift power supply and the gate is connected to the resistor R5, and is turned on based on the set signal generated by the control unit. / Performs an off operation. The resistor R8 corresponds to the seventh resistor of the present invention, and has one end connected to the drain of the transistor MP2 and the other end connected to the level shift reference potential.

すなわち、第1信号増幅部は、レベルシフト電源とレベルシフト電源に対して所定の電圧差を有するレベルシフト基準電位との間に直列に接続されたトランジスタMP2と抵抗R8とからなる。   That is, the first signal amplifying unit includes the transistor MP2 and the resistor R8 connected in series between the level shift power supply and the level shift reference potential having a predetermined voltage difference with respect to the level shift power supply.

また、トランジスタMP1と抵抗R7とは、本発明の第2信号増幅部に対応し、制御部とフリップフロップ12との間に設けられ、制御部により生成されたリセット信号をフリップフロップ12で検出される程度に増幅する。   The transistor MP1 and the resistor R7 correspond to the second signal amplification unit of the present invention, and are provided between the control unit and the flip-flop 12. The reset signal generated by the control unit is detected by the flip-flop 12. Amplify to a certain extent.

ここで、トランジスタMP1は、本発明の第2のP型MOSFETに対応し、ソースがレベルシフト電源に接続されるとともにゲートが抵抗R6に接続され、制御部により生成されたリセット信号に基づいてオン/オフ動作を行う。また、抵抗R7は、本発明の第8抵抗に対応し、一端がトランジスタMP1のドレインに接続されるとともに他端がレベルシフト基準電位に接続されている。   Here, the transistor MP1 corresponds to the second P-type MOSFET of the present invention, the source is connected to the level shift power supply and the gate is connected to the resistor R6, and is turned on based on the reset signal generated by the control unit. / Performs an off operation. The resistor R7 corresponds to the eighth resistor of the present invention, and has one end connected to the drain of the transistor MP1 and the other end connected to the level shift reference potential.

すなわち、第2信号増幅部は、レベルシフト電源とレベルシフト電源に対して所定の電圧差を有するレベルシフト基準電位との間に直列に接続されたトランジスタMP1と抵抗R7とからなる。   That is, the second signal amplifying unit includes the transistor MP1 and the resistor R7 connected in series between the level shift power supply and the level shift reference potential having a predetermined voltage difference with respect to the level shift power supply.

フィルタ部16は、バッファ部14により増幅されたセット信号、リセット信号に対してフィルタリングを行い、フリップフロップ12に出力する。このフィルタ部16は、さらなるノイズ耐量向上のために設けられたものであるが、必須の構成ではない。ただし、アナログ信号をデジタル信号に変換するためのインバータ又はバッファは必要である。   The filter unit 16 performs filtering on the set signal and the reset signal amplified by the buffer unit 14 and outputs the filtered signal to the flip-flop 12. The filter unit 16 is provided to further improve noise tolerance, but is not an essential configuration. However, an inverter or buffer for converting an analog signal into a digital signal is necessary.

ダイオードD1,D2は、トランジスタMN1,MN2に対する保護回路として作用するものであり、トランジスタMN3,MN4の動作時においても、トランジスタMN1,MN2の耐圧以上に電圧が印加されるのを防止するものである。   The diodes D1 and D2 function as a protection circuit for the transistors MN1 and MN2, and prevent a voltage from being applied beyond the breakdown voltage of the transistors MN1 and MN2 even when the transistors MN3 and MN4 are operating. .

その他の構成は、実施例1と同様であり、重複した説明を省略する。   Other configurations are the same as those of the first embodiment, and redundant description is omitted.

次に、上述のように構成された本実施の形態の作用を説明する。最初に従来回路の問題点について説明すると、図9に示す従来のレベルシフト回路は、抵抗4,5におけるレベルシフト電源からの電圧降下により、MOSFET20,30に流れる電流を電圧変換し、インバータ6,7により電圧変換された電圧の検出が行われる。その際のインバータ6,7における検出スレッショルドは、通常、レベルシフト基準電位(図9におけるラインL1)に対して設定されたものである。したがって、スイッチング時に負荷21の浮遊インダクタンスと共振回路(Lr,Cv,Ci)の共振動作によりレベルシフト基準電位がローサイド側の基準電位である接地電位よりも下がった場合(例えば−3V等)に、従来のレベルシフト回路は、ローサイドからハイサイドに信号伝達を行う際に、MOSFET20,30がオンしたとしても、インバータ6,7の検出電位まで電位が下がらず、インバータ6,7の後段に信号伝達できない可能性がある。   Next, the operation of the present embodiment configured as described above will be described. First, the problems of the conventional circuit will be described. The conventional level shift circuit shown in FIG. The voltage converted by 7 is detected. The detection threshold in the inverters 6 and 7 at that time is normally set with respect to the level shift reference potential (line L1 in FIG. 9). Therefore, when the level shift reference potential falls below the ground potential which is the reference potential on the low side due to the stray inductance of the load 21 and the resonance operation of the resonance circuit (Lr, Cv, Ci) during switching (for example, −3 V) In the conventional level shift circuit, even when the MOSFETs 20 and 30 are turned on when transmitting a signal from the low side to the high side, the potential does not drop to the detection potential of the inverters 6 and 7, and the signal is transmitted to the subsequent stage of the inverters 6 and 7. It may not be possible.

これに対し、本実施例のレベルシフト回路は、バッファ部14を備えているので、制御部により生成された信号がトランジスタMP1,MP2により信号増幅されるとともに、レベルシフト基準電位側から抵抗R7,R8を用いて検出電圧を得ており、レベルシフト基準電位がローサイド側の基準電位よりも下がったとしても適切な動作が可能であり、従来よりも動作範囲を広げることができる。   On the other hand, since the level shift circuit of the present embodiment includes the buffer unit 14, the signal generated by the control unit is amplified by the transistors MP1 and MP2, and the resistors R7, R7, Even if the detection voltage is obtained using R8 and the level shift reference potential is lower than the low-side reference potential, an appropriate operation is possible, and the operation range can be expanded as compared with the conventional case.

すなわち、抵抗R8,R7は、セット信号及びリセット信号をレベルシフト基準電位側にレベルシフトし、後段のインバータにより確実に検出されるようにする役割を有する。   That is, the resistors R8 and R7 have a role of shifting the set signal and the reset signal to the level shift reference potential side so as to be reliably detected by the subsequent inverter.

その他の作用は、実施例1と同様であり、重複した説明を省略する。   Other operations are the same as those in the first embodiment, and redundant description is omitted.

上述のとおり、本発明の実施例2の形態に係るレベルシフト回路及び当該レベルシフト回路を用いたスイッチング電源装置によれば、実施例1の効果に加え、レベルシフト基準電位がローサイド側の基準電位よりも下がって負電位となったとしても、適切にセット信号やリセット信号を検出し、ローサイド側からハイサイド側に確実に信号を伝達することができる。   As described above, according to the level shift circuit and the switching power supply using the level shift circuit according to the second embodiment of the present invention, in addition to the effects of the first embodiment, the level shift reference potential is the low-side reference potential. Even if the voltage drops to a negative potential, the set signal and the reset signal can be appropriately detected, and the signal can be reliably transmitted from the low side to the high side.

レベルシフト基準電位は、例えばハイサイド側スイッチング素子17aがオフして、400V近辺から0Vまで下がるような場合にオーバーシュートして負電位まで下がる可能性が十分に考えられるため、バッファ部14を適用した本実施例のレベルシフト回路は、特性改善効果が高いといえる。   The level shift reference potential may be overshooted and lowered to a negative potential when the high-side switching element 17a is turned off and the voltage drops from around 400V to 0V. It can be said that the level shift circuit of this embodiment has a high characteristic improvement effect.

(変形例)
図7は本発明の実施例1及び実施例2の形態の変形例のレベルシフト回路の構成を示す回路図である。図1及び図6に示す実施例1、実施例2のレベルシフト回路では、点P1と点P2との間に非線形素子としてダイオードD3〜D6を用いたが、ダイオードD3〜D6の代わりに、例えば、図7(a)に示すツェナーダイオードを用いても良い。この1つのツェナーダイオードの降伏電圧は、ダイオードD3〜D6の順方向電圧VFの合計と同程度であれば良い。このツェナーダイオードを用いることで、より安価となる。
(Modification)
FIG. 7 is a circuit diagram showing a configuration of a level shift circuit according to a modification of the first and second embodiments of the present invention. In the level shift circuits of the first and second embodiments shown in FIGS. 1 and 6, diodes D3 to D6 are used as nonlinear elements between the points P1 and P2, but instead of the diodes D3 to D6, for example, A Zener diode shown in FIG. 7A may be used. The breakdown voltage of this one Zener diode may be about the same as the sum of the forward voltages VF of the diodes D3 to D6. By using this Zener diode, it becomes cheaper.

また、ダイオードD3〜D6の代わりに、点P1と点P2との間に図7(b)に示すP型のMOSFETからなるトランジスタMP3と、抵抗R11と抵抗R12との直列回路を設けても良い。この場合、トランジスタMP3のドレインが抵抗R11の一端に接続され、ソースが抵抗R12の一端に接続され、抵抗R11の他端と抵抗R12の他端との接続点がゲートに接続される。抵抗R11は例えば30kΩであり、抵抗R12は例えば60kΩの高抵抗を用いる。抵抗R11と抵抗R12とによる任意の動作点からトランジスタMP3に電流を流すようにすれば良い。   Instead of the diodes D3 to D6, a series circuit of a transistor MP3 made of a P-type MOSFET shown in FIG. 7B and a resistor R11 and a resistor R12 may be provided between the points P1 and P2. . In this case, the drain of the transistor MP3 is connected to one end of the resistor R11, the source is connected to one end of the resistor R12, and the connection point between the other end of the resistor R11 and the other end of the resistor R12 is connected to the gate. The resistor R11 is, for example, 30 kΩ, and the resistor R12 is, for example, a high resistance of 60 kΩ. What is necessary is just to let an electric current flow into transistor MP3 from the arbitrary operating points by resistance R11 and resistance R12.

このように、図7(a)、図7(b)に示す構成を用いても、実施例1、実施例2の動作及び効果が得られる。   Thus, even if the configuration shown in FIGS. 7A and 7B is used, the operations and effects of the first and second embodiments can be obtained.

本発明に係るレベルシフト回路は、電源電圧の異なる回路相互間のインターフェースに用いられるレベルシフト回路及びスイッチング電源装置に利用可能である。   The level shift circuit according to the present invention can be used for a level shift circuit and a switching power supply used for an interface between circuits having different power supply voltages.

1 全波整流回路
2 制御回路
3 エラーアンプ
4,5 抵抗
6,7,11 インバータ回路
8,9,D1〜D6 ダイオード
10 パルス発生回路
12 フリップフロップ
14 バッファ部
16 フィルタ部
17,17a ハイサイド側スイッチング素子
18,18a ローサイド側スイッチング素子
19 ハーフブリッジ型パワーデバイス
20,30 MOSFET
21 負荷
22,23 抵抗
24,25 コンデンサ
26 フィルタ回路
31 高電位側電源
C1,C2 寄生容量
Ci 共振コンデンサ
HD1 ハイサイドドライバ回路
L1 ライン
Lr 共振リアクトル
MN1,MN2,MN3,MN4,MP1,MP2,MP3 トランジスタ
ZD ツェナーダイオード
P 一次巻線
R1,R2,R3,R4,R5,R6,R7,R8,R9,R10,R11,R12 抵抗
S1,S2 二次巻線
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Full wave rectifier circuit 2 Control circuit 3 Error amplifier 4, 5 Resistor 6, 7, 11 Inverter circuit 8, 9, D1-D6 Diode 10 Pulse generation circuit 12 Flip-flop 14 Buffer part 16 Filter part 17, 17a High side switching Element 18, 18a Low side switching element 19 Half-bridge type power device 20, 30 MOSFET
21 Load 22, 23 Resistor 24, 25 Capacitor 26 Filter circuit 31 High potential side power supply C1, C2 Parasitic capacitance Ci Resonance capacitor HD1 High side driver circuit L1 Line Lr Resonance reactor MN1, MN2, MN3, MN4, MP1, MP2, MP3 Transistor ZD Zener diode P Primary winding R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8, R9, R10, R11, R12 Resistors S1, S2 Secondary winding

Claims (7)

一端がレベルシフト電源に接続され所定値以上の抵抗値を有する第1抵抗と、
前記第1抵抗の他端にドレインが接続され、ソースがグランドに接続された第1のN型MOSFETと、
前記第1抵抗と同じ抵抗値を有し、一端が前記レベルシフト電源に接続された第2抵抗と、
前記第2抵抗の他端にドレインが接続され、ソースがグランドに接続された第2のN型MOSFETと、
入力信号に基づいて前記第1のN型MOSFETと前記第2のN型MOSFETとのオン/オフを制御するパルス発生回路と、
前記第1抵抗の両端に、第3抵抗と非線形特性を有し且つ一定以上のdv/dt過渡信号が印加された場合にオンする半導体素子とが接続された第1直列回路と、
前記第2抵抗の両端に、前記第3抵抗と同じ抵抗値を有する第4抵抗と前記半導体素子とが接続された第2直列回路と、
前記第1のN型MOSFETがオンである場合にセット信号を生成し、前記第2のN型MOSFETがオンである場合にリセット信号を生成し、前記第1のN型MOSFETのドレインにおける電位と前記第2のN型MOSFETのドレインにおける電位との間において電圧差が生じていない場合には前記セット信号と前記リセット信号とのいずれの信号も生成しない制御部と、
前記制御部により生成されたセット信号とリセット信号とに基づいて前記入力信号をレベルシフトした出力信号を出力するフリップフロップと、
を備えることを特徴とするレベルシフト回路。
A first resistor having one end connected to the level shift power supply and having a resistance value equal to or greater than a predetermined value;
A first N-type MOSFET having a drain connected to the other end of the first resistor and a source connected to the ground;
A second resistor having the same resistance value as the first resistor and having one end connected to the level shift power supply;
A second N-type MOSFET having a drain connected to the other end of the second resistor and a source connected to the ground;
A pulse generation circuit for controlling on / off of the first N-type MOSFET and the second N-type MOSFET based on an input signal;
A first series circuit in which a semiconductor element that has a non-linear characteristic and a non-linear characteristic and is turned on when a dv / dt transient signal of a certain level or more is applied to both ends of the first resistor;
A second series circuit in which a fourth resistor having the same resistance value as the third resistor and the semiconductor element are connected to both ends of the second resistor;
A set signal is generated when the first N-type MOSFET is on, a reset signal is generated when the second N-type MOSFET is on, and the potential at the drain of the first N-type MOSFET is A control unit that does not generate any of the set signal and the reset signal when there is no voltage difference with the potential at the drain of the second N-type MOSFET;
A flip-flop that outputs an output signal obtained by level-shifting the input signal based on a set signal and a reset signal generated by the control unit;
A level shift circuit comprising:
前記制御部と前記フリップフロップとの間に設けられ、前記制御部により生成されたセット信号を前記フリップフロップで検出される程度に増幅する第1信号増幅部と、
前記制御部と前記フリップフロップとの間に設けられ、前記制御部により生成されたリセット信号を前記フリップフロップで検出される程度に増幅する第2信号増幅部と、
を備えることを特徴とする請求項1記載のレベルシフト回路。
A first signal amplifying unit, which is provided between the control unit and the flip-flop, and amplifies the set signal generated by the control unit to the extent detected by the flip-flop;
A second signal amplifying unit provided between the control unit and the flip-flop, and amplifies a reset signal generated by the control unit to an extent detected by the flip-flop;
The level shift circuit according to claim 1, further comprising:
前記制御部は、
一端がレベルシフト電源に接続された第5抵抗と、
前記第5抵抗の他端と前記フリップフロップのセット端子とにドレインが接続され、ソースが前記第1のN型MOSFETのドレインと前記第1直列回路の一端とに接続され、ゲートが前記第2のN型MOSFETのドレインに接続された第3のN型MOSFETと、
前記第5抵抗と同じ抵抗値を有し、一端がレベルシフト電源に接続された第6抵抗と、
前記第6抵抗の他端と前記フリップフロップのリセット端子とにドレインが接続され、ソースが前記第2のN型MOSFETのドレインと前記第2直列回路の一端とに接続され、ゲートが前記第1のN型MOSFETのドレインに接続された第4のN型MOSFETと、
を有することを特徴とする請求項1又は請求項2記載のレベルシフト回路。
The controller is
A fifth resistor having one end connected to the level shift power supply;
The drain is connected to the other end of the fifth resistor and the set terminal of the flip-flop, the source is connected to the drain of the first N-type MOSFET and one end of the first series circuit, and the gate is the second. A third N-type MOSFET connected to the drain of the N-type MOSFET;
A sixth resistor having the same resistance value as the fifth resistor and having one end connected to a level shift power supply;
The drain is connected to the other end of the sixth resistor and the reset terminal of the flip-flop, the source is connected to the drain of the second N-type MOSFET and one end of the second series circuit, and the gate is the first. A fourth N-type MOSFET connected to the drain of the N-type MOSFET,
The level shift circuit according to claim 1 or 2, characterized by comprising:
前記第1信号増幅部は、前記レベルシフト電源と、前記レベルシフト電源に対して所定の電圧差を有するレベルシフト基準電位との間に直列に接続された第1のP型MOSFETと第7抵抗とからなり、
前記第2信号増幅部は、前記レベルシフト電源と前記レベルシフト基準電位との間に直列に接続された第2のP型MOSFETと第8抵抗とからなり、
前記第1のP型MOSFETは、前記制御部により生成されたセット信号に基づいてオン/オフ動作を行い、
前記第2のP型MOSFETは、前記制御部により生成されたリセット信号に基づいてオン/オフ動作を行うことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項記載のレベルシフト回路。
The first signal amplifying unit includes a first P-type MOSFET and a seventh resistor connected in series between the level shift power source and a level shift reference potential having a predetermined voltage difference with respect to the level shift power source. And consist of
The second signal amplification unit includes a second P-type MOSFET and an eighth resistor connected in series between the level shift power supply and the level shift reference potential.
The first P-type MOSFET performs an on / off operation based on a set signal generated by the control unit,
4. The level shift circuit according to claim 1, wherein the second P-type MOSFET performs an on / off operation based on a reset signal generated by the control unit. 5.
前記第1のN型MOSFETのソースとグランドとの間に接続された第9抵抗と、
前記第2のN型MOSFETのソースとグランドとの間に接続された第10抵抗と、
を備えることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項記載のレベルシフト回路。
A ninth resistor connected between the source of the first N-type MOSFET and the ground;
A tenth resistor connected between the source of the second N-type MOSFET and the ground;
The level shift circuit according to claim 1, further comprising:
前記半導体素子は、ダイオードであることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか1項記載のレベルシフト回路。   The level shift circuit according to claim 1, wherein the semiconductor element is a diode. ハイサイド側スイッチング素子とローサイド側スイッチング素子とを有するスイッチング電源装置において、
前記ハイサイド側スイッチング素子を制御するための回路として、請求項1乃至請求項6のいずれか1項記載のレベルシフト回路を用いることを特徴とするスイッチング電源装置。
In a switching power supply device having a high-side switching element and a low-side switching element,
7. A switching power supply apparatus using the level shift circuit according to claim 1 as a circuit for controlling the high-side switching element.
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