JP6278874B2 - Control circuit - Google Patents
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本発明は、カスコード素子の制御回路に関する。 The present invention relates to a control circuit for a cascode element.
ノーマリオン型半導体スイッチをスイッチング回路に使用する場合、ノーマリオフ電圧駆動型半導体スイッチとノーマリオン電圧駆動型半導体スイッチとを、カスコード接続したノーマリオフ型の複合半導体素子(以下、カスコード素子とする。)として構成することが多い(特許文献1参照)。 When a normally-on type semiconductor switch is used in a switching circuit, a normally-off voltage-driven semiconductor switch and a normally-on-voltage-driven semiconductor switch are configured as a normally-off type composite semiconductor element (hereinafter referred to as a cascode element) that is cascode-connected. Often (see Patent Document 1).
ここで、図面を参照しながら、従来の制御回路200を用いたスイッチング回路の構成および動作について説明する。図6は、従来の制御回路200を用いたスイッチング回路2の構成を示す回路図である。図7は、図6のスイッチング回路2の各部の動作波形図である。
Here, the configuration and operation of a switching circuit using the
なお、図7では、最上部から順に、第1ゲート端子電圧VGS(Q1)、接続点電圧V(C)、スイッチング電流I(C)、第2ゲート端子電圧VGS(Q2)および第2ドレイン端子電圧VDS(Q2)を示している。 In FIG. 7, in order from the top, the first gate terminal voltage VGS (Q1), the connection point voltage V (C), the switching current I (C), the second gate terminal voltage VGS (Q2), and the second drain terminal The voltage VDS (Q2) is shown.
第1ゲート端子電圧VGS(Q1)は、図6中のスイッチQ1の第1ゲート端子G1と第1ソース端子S1との間の電圧を示す。接続点電圧V(C)は、図6中の接続点11と基準点12(スイッチQ1のソース端子S1と同電位の点)との間の電圧を示す。 The first gate terminal voltage VGS (Q1) indicates a voltage between the first gate terminal G1 and the first source terminal S1 of the switch Q1 in FIG. A connection point voltage V (C) indicates a voltage between the connection point 11 and the reference point 12 (a point having the same potential as the source terminal S1 of the switch Q1) in FIG.
スイッチング電流I(C)は、スイッチQ2の第2ドレイン端子D2および第2ソース端子S2と、スイッチQ1の第1ドレイン端子D1および第1ソース端子S1と、に流れるスイッチング電流を示す。 The switching current I (C) indicates a switching current flowing through the second drain terminal D2 and the second source terminal S2 of the switch Q2 and the first drain terminal D1 and the first source terminal S1 of the switch Q1.
第2ゲート端子電圧VGS(Q2)は、スイッチQ2の第2ゲート端子G2と第2ソース端子S2との間の電圧を示す。第2ドレイン端子電圧VDS(Q2)は、スイッチQ2の第2ドレイン端子D2と第2ソース端子S2との間の電圧を示す。 The second gate terminal voltage VGS (Q2) indicates a voltage between the second gate terminal G2 and the second source terminal S2 of the switch Q2. The second drain terminal voltage VDS (Q2) indicates a voltage between the second drain terminal D2 and the second source terminal S2 of the switch Q2.
図6に示すように、スイッチング回路2は、直流電源3、抵抗4、抵抗5、直流電源7、カスコード素子10及び制御回路200を備えている。なお、スイッチング回路2を実際に構成する場合、回路パターン中に寄生インダクタンタ8や図示しない寄生コンデンサ及び寄生抵抗も含まれることとなる。
As shown in FIG. 6, the
カスコード素子10は、第1ドレイン端子D1と、第1ソース端子S1と、第1ゲート端子G1と、を有するノーマリオフ電圧駆動型半導体の第1スイッチQ1を備えている。
The
また、カスコード素子10は、第2ドレイン端子D2と、第2ソース端子S2と、第2ゲート端子G2と、を有するノーマリオン電圧駆動型半導体の第2スイッチQ2を備えている。
Further, the
第2ソース端子S2と第1ドレイン端子D1とは、接続点11で接続されており、カスコード素子10は、第1スイッチQ1と第2スイッチQ2とが接続点11でカスコード接続されたノーマリオフ型の複合半導体素子として構成される。
The second source terminal S2 and the first drain terminal D1 are connected at the connection point 11, and the
制御回路200は、第1制御部210と、制御電源部250と、を備えている。第1制御部210は、第1スイッチQ1のスイッチング制御を行う第1制御信号を生成し、第1制御信号に基づいて第1スイッチQ1のスイッチング制御を行う。
The
制御電源部250は、端子207を介して直流電源7に接続されており、第1制御部210にスイッチング制御を行うのに必要な電力を供給する。 The control power supply unit 250 is connected to the DC power supply 7 via the terminal 207 and supplies power necessary for performing switching control to the first control unit 210.
スイッチング回路2においては、第1ゲート端子電圧VGS(Q1)がLowレベルの期間(図7中の時刻t1〜t2の期間)は、第2ゲート端子電圧VGS(Q2)が負電圧にバイアスされ、カスコード素子10がオフし、カスコード素子10のスイッチング電流I(C)が流れないように制御する必要がある。
In the
また、スイッチング回路2においては、第1ゲート端子電圧VGS(Q1)がHighレベルの期間(図7中の時刻t2〜t3の期間)に、第2ゲート端子電圧VGS(Q2)が約0[V]となるよう制御し、カスコード素子10をオンさせる。
In the
このようにして、スイッチング回路2では、カスコード素子10のスイッチング電流I(C)が図7中の時刻t2〜t3の期間中流れる動作となる。
In this way, in the
しかしながら、従来の制御回路200においては、接続点11の電位が制御されておらず、接続点電圧V(C)が不安定になる場合がある。
However, in the
そのため、図7の破線で囲まれた部分に示すように、カスコード素子10のオフ期間中(図7の時刻t1〜t2の期間中)、第2ゲート端子電圧VGS(Q2)等も不安定となり、カスコード素子10のスイッチング制御が不安定になる虞があった。
Therefore, as shown in a portion surrounded by a broken line in FIG. 7, the second gate terminal voltage VGS (Q2) and the like become unstable during the off period of the cascode element 10 (during the period from time t1 to t2 in FIG. 7). As a result, the switching control of the
また、第2ゲート端子電圧VGS(Q2)が過度に大きくなる場合もあり、第2ゲート端子電圧VGS(Q2)がその絶対最大定格電圧を超えてしまい、カスコード素子10を安全に動作させることができなくなるといった虞があった。
In addition, the second gate terminal voltage VGS (Q2) may become excessively large, and the second gate terminal voltage VGS (Q2) exceeds the absolute maximum rated voltage, and the
特に、スイッチング回路2に大きなインダクタンス値の寄生インダクタンタ等が存在する場合には、第2ゲート端子電圧VGS(Q2)に第1制御信号よりも高い周波数の電圧が重畳され易い。従って、カスコード素子10のスイッチング制御の安定動作・安全動作が更に確保し難くなるといった虞があった。
In particular, when a parasitic inductor or the like having a large inductance value exists in the
なお、図7は、回路シミュレータによるシミュレーション波形を示したものであるが、図中、第1ゲート端子電圧VGS(Q1)に第1制御信号よりも高い周波数の電圧が重畳していないものの、図中の第2ゲート端子電圧VGS(Q2)等には第1制御信号よりも高い周波数の電圧が重畳していることがわかる。 FIG. 7 shows a simulation waveform by a circuit simulator. In FIG. 7, although a voltage having a frequency higher than that of the first control signal is not superimposed on the first gate terminal voltage VGS (Q1), FIG. It can be seen that a voltage having a frequency higher than that of the first control signal is superimposed on the second gate terminal voltage VGS (Q2) and the like.
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、カスコード素子のスイッチングを安定かつ安全に制御することが可能な制御回路を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a control circuit capable of stably and safely controlling switching of a cascode element.
本発明は、上記の課題を解決するために、以下の事項を提案している。 The present invention proposes the following matters in order to solve the above problems.
第1ドレイン端子と第1ソース端子と第1ゲート端子とを有するノーマリオフ型半導体の第1スイッチと、第2ドレイン端子と第2ソース端子と第2ゲート端子とを有し前記第2ソース端子と第1ドレイン端子とが接続されることにより第1スイッチとカスコード接続されるノーマリオン型半導体の第2スイッチと、を備えたカスコード素子のスイッチングを、制御する制御回路において、
第1スイッチのスイッチング制御を行う第1制御信号を生成し、第1制御信号に基づいて第1スイッチのスイッチング制御を行う第1制御部と、
第2ソース端子と第1ゲート端子との間に設けられ、第2ソース端子と第1ソース端子との間の電圧である第2ソース端子電圧が正側に設定された第1設定電圧以上になった場合に、第2ソース端子電圧が第1設定電圧未満となるように第1スイッチを線形領域で動作させ、第2ソース端子を基準とする第2ゲート端子の第2ゲート端子電圧を負側に設定された第2設定電圧よりも更に負側にバイアスさせないように制御する第2制御部と、
を備えたことを特徴とする制御回路を提案している。
A normally-off semiconductor first switch having a first drain terminal, a first source terminal, and a first gate terminal; a second drain terminal, a second source terminal, and a second gate terminal; In a control circuit that controls switching of a cascode element including a normally-on semiconductor second switch that is cascode-connected to the first switch by being connected to the first drain terminal,
A first control unit that generates a first control signal that performs switching control of the first switch, and that performs switching control of the first switch based on the first control signal;
The second source terminal voltage, which is provided between the second source terminal and the first gate terminal and is a voltage between the second source terminal and the first source terminal, is equal to or higher than the first set voltage set to the positive side. The first switch is operated in a linear region so that the second source terminal voltage is less than the first set voltage, and the second gate terminal voltage of the second gate terminal relative to the second source terminal is negative. A second control unit that performs control so as not to bias further to the negative side than the second set voltage set on the side;
A control circuit characterized by comprising:
第1制御部によりスイッチング制御される第1スイッチのオフ期間中に、第1制御信号と同期して第2ソース端子電圧を補助的にバイアスする第3制御部を備えたことを特徴とする制御回路を提案している。 A control comprising: a third control unit for assisting biasing of the second source terminal voltage in synchronization with the first control signal during the OFF period of the first switch controlled by the first control unit. A circuit is proposed.
第2スイッチは、高電子移動度トランジスタであることを特徴とする制御回路を提案している。 The second switch proposes a control circuit characterized by being a high electron mobility transistor.
高電子移動度トランジスタは、窒化ガリウム又は炭化ケイ素をチャネルに用いたものであることであることを特徴とする制御回路を提案している。 A high electron mobility transistor has been proposed which uses gallium nitride or silicon carbide for the channel.
高電子移動度トランジスタは、酸化物半導体をチャネルに用いたものであることであることを特徴とする制御回路を提案している。 A high-electron mobility transistor has been proposed which uses an oxide semiconductor for a channel.
酸化物半導体は、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化インジウム又はこれらを複合した複合酸化物半導体であることを特徴とする制御回路を提案している。 A control circuit is proposed in which the oxide semiconductor is tin oxide, zinc oxide, indium oxide, or a composite oxide semiconductor in which these are combined.
第2設定電圧は、第2スイッチの第2ゲート端子と第2ソース端子との間の絶対最大定格電圧である第2ゲート端子絶対最大定格電圧よりも低い値となるように設定されることを特徴とする制御回路を提案している。 The second set voltage is set to be lower than a second gate terminal absolute maximum rated voltage which is an absolute maximum rated voltage between the second gate terminal and the second source terminal of the second switch. A control circuit is proposed.
第2制御部は、第2ソース端子と第1ゲート端子との間の電圧を、第2ゲート端子絶対最大定格電圧から、第1スイッチがターンオンする第1スイッチ閾値電圧を、減算して得られる減算値よりも低い値になるように制御することを特徴とする制御回路を提案している。 The second control unit is obtained by subtracting the voltage between the second source terminal and the first gate terminal from the second gate terminal absolute maximum rated voltage and the first switch threshold voltage at which the first switch is turned on. A control circuit has been proposed that is controlled so as to be lower than the subtraction value.
第2制御部は、第3ドレイン端子と第3ソース端子と第3ゲート端子とを有する第3スイッチと、第1ダイオードと、第1ツェナダイオードとを有し、
第3スイッチは、第2ソース端子と第1ゲート端子とを、短絡又は開放するよう接続され、
第1ダイオードのアノード端子は、第2ソース端子に直接又は間接的に接続され、第1ダイオードのカソード端子は、第3ゲート端子に直接又は間接的に接続され、
第1ツェナダイオードのアノード端子は、第3ゲート端子に直接又は間接的に接続され、第1ツェナダイオードのカソード端子は、第2ソース端子に直接又は間接的に接続されていることを特徴とする制御回路を提案している。
The second control unit includes a third switch having a third drain terminal, a third source terminal, and a third gate terminal, a first diode, and a first Zener diode,
The third switch is connected to short-circuit or open the second source terminal and the first gate terminal,
The anode terminal of the first diode is directly or indirectly connected to the second source terminal, the cathode terminal of the first diode is directly or indirectly connected to the third gate terminal,
The anode terminal of the first Zener diode is directly or indirectly connected to the third gate terminal, and the cathode terminal of the first Zener diode is directly or indirectly connected to the second source terminal. A control circuit is proposed.
第2制御部は、第2ダイオードと第2ツェナダイオードとを有し、
第2ダイオードのアノード端子は、第2ソース端子に直接又は間接的に接続され、第2ダイオードのカソード端子は、第1ゲート端子に直接又は間接的に接続され、
第2ツェナダイオードのアノード端子は、第1ゲート端子に直接又は間接的に接続され、第2ツェナダイオードのカソード端子は、第2ソース端子に直接又は間接的に接続されていることを特徴とする制御回路を提案している。
The second control unit includes a second diode and a second Zener diode,
The anode terminal of the second diode is directly or indirectly connected to the second source terminal, and the cathode terminal of the second diode is directly or indirectly connected to the first gate terminal;
The anode terminal of the second Zener diode is directly or indirectly connected to the first gate terminal, and the cathode terminal of the second Zener diode is directly or indirectly connected to the second source terminal. A control circuit is proposed.
第1制御部、第2制御部及び第3制御部は、共通の半導体基板に形成されることを特徴とする制御回路を提案している。 The first control unit, the second control unit, and the third control unit propose a control circuit that is formed on a common semiconductor substrate.
本発明によれば、第1ドレイン端子と第1ソース端子と第1ゲート端子とを有するノーマリオフ型半導体の第1スイッチと、第2ドレイン端子と第2ソース端子と第2ゲート端子とを有し前記第2ソース端子と第1ドレイン端子とが接続されることにより第1スイッチとカスコード接続されるノーマリオン型半導体の第2スイッチと、を備えたカスコード素子のスイッチングを、制御する制御回路において、
第1制御部は、第1スイッチのスイッチング制御を行う第1制御信号を生成し、第1制御信号に基づいて第1スイッチのスイッチング制御を行い、
第2制御部は、第2ソース端子と第1ゲート端子との間に設けられ、第2ソース端子と第1ソース端子との間の電圧である第2ソース端子電圧が正側に設定された第1設定電圧以上になった場合に、第2ソース端子電圧が第1設定電圧未満となるように第1スイッチを線形領域で動作させ、第2ソース端子を基準とする第2ゲート端子の第2ゲート端子電圧を、負側に設定された第2設定電圧よりも更に負側にバイアスさせないように制御する。これにより、カスコード素子のスイッチングを安定かつ安全に制御することができる。
According to the present invention, a normally-off semiconductor first switch having a first drain terminal, a first source terminal, and a first gate terminal, a second drain terminal, a second source terminal, and a second gate terminal are provided. A control circuit for controlling switching of a cascode element including a normally-on semiconductor second switch that is cascode-connected to the first switch by connecting the second source terminal and the first drain terminal;
The first control unit generates a first control signal for performing switching control of the first switch, performs switching control of the first switch based on the first control signal,
The second control unit is provided between the second source terminal and the first gate terminal, and the second source terminal voltage, which is a voltage between the second source terminal and the first source terminal, is set to the positive side. The first switch is operated in a linear region so that the second source terminal voltage is less than the first set voltage when the voltage exceeds the first set voltage. Control is performed so that the two-gate terminal voltage is not biased further to the negative side than the second set voltage set to the negative side. Thereby, switching of a cascode element can be controlled stably and safely.
本発明によれば、第3制御部は、第1制御部によりスイッチング制御される第1スイッチのオフ期間中に、第1制御信号と同期して第2ソース端子電圧を補助的にバイアスする。これにより、カスコード素子のスイッチングを安定的に制御することができる。 According to the present invention, the third control unit supplementarily biases the second source terminal voltage in synchronization with the first control signal during the OFF period of the first switch that is switching-controlled by the first control unit. Thereby, switching of a cascode element can be controlled stably.
本発明によれば、第2スイッチは、高電子移動度トランジスタであるため、高速スイッチング、低オン抵抗、高耐圧および高温動作といった特徴を有するカスコード素子を安定的かつ安全に動作させ、高効率なスイッチング回路を構成できる。 According to the present invention, since the second switch is a high electron mobility transistor, the cascode element having characteristics such as high-speed switching, low on-resistance, high withstand voltage, and high-temperature operation can be operated stably and safely, and high efficiency. A switching circuit can be configured.
本発明によれば、高電子移動度トランジスタは、窒化ガリウム又は炭化ケイ素をチャネルに用いたものであるため、高高速スイッチング、低オン抵抗、高耐圧および高温動作といった特徴を有するカスコード素子を安定的かつ安全に動作させ、高効率なスイッチング回路を構成できる。 According to the present invention, since the high electron mobility transistor uses gallium nitride or silicon carbide as a channel, a cascode element having features such as high-speed switching, low on-resistance, high breakdown voltage, and high-temperature operation can be stably provided. In addition, it can be operated safely and a highly efficient switching circuit can be configured.
高電子移動度トランジスタは、酸化物半導体をチャネルに用いたものであるため、高速スイッチング、低オン抵抗、高耐圧および高温動作といった特徴を有するカスコード素子を安定的かつ安全に動作させ、高効率なスイッチング回路を構成できる。 A high electron mobility transistor uses an oxide semiconductor for a channel, and thus operates a cascode element having features such as high-speed switching, low on-resistance, high breakdown voltage, and high-temperature operation stably and safely, and is highly efficient. A switching circuit can be configured.
酸化物半導体は、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化インジウム又はこれらを複合した複合酸化物半導体であるため、高速スイッチング、低オン抵抗、高耐圧および高温動作といった特徴を有するカスコード素子を安定的かつ安全に動作させ、高効率なスイッチング回路を構成できる。 Since the oxide semiconductor is tin oxide, zinc oxide, indium oxide or a composite oxide semiconductor in which these are combined, a cascode element having features such as high-speed switching, low on-resistance, high breakdown voltage, and high-temperature operation can be stably and safely. A highly efficient switching circuit can be configured by operating.
第2設定電圧は、第2スイッチの第2ゲート端子と第2ソース端子との間の絶対最大定格電圧である第2ゲート端子絶対最大定格電圧よりも低い値となるように設定されるため、更に安全動作が可能な制御回路を提供することができる。 Since the second set voltage is set to be lower than the second gate terminal absolute maximum rated voltage, which is the absolute maximum rated voltage between the second gate terminal and the second source terminal of the second switch, Furthermore, a control circuit capable of safe operation can be provided.
第2制御部は、第2ソース端子と第1ゲート端子との間の電圧を、第2ゲート端子絶対最大定格電圧から第1スイッチがターンオンする第1スイッチ閾値電圧を減算して得られる減算値よりも低い値になるように制御する。そのため、更に安全動作が可能な制御回路を提供することができる。 The second control unit subtracts the voltage between the second source terminal and the first gate terminal by subtracting the first switch threshold voltage at which the first switch is turned on from the absolute maximum rated voltage of the second gate terminal. Control to a lower value. Therefore, a control circuit capable of further safe operation can be provided.
第2制御部は、第3ドレイン端子と第3ソース端子と第3ゲート端子とを有する第3スイッチと、第1ダイオードと、第1ツェナダイオードとを有し、
第3スイッチは、第2ソース端子と第1ゲート端子とを、短絡又は開放するよう接続され、
第1ダイオードのアノード端子は、第2ソース端子に直接又は間接的に接続され、第1ダイオードのカソード端子は、第3ゲート端子に直接又は間接的に接続され、
第1ツェナダイオードのアノード端子は、第3ゲート端子に直接又は間接的に接続され、第1ツェナダイオードのカソード端子は、第2ソース端子に直接又は間接的に接続されている。
そのため、簡素な構成で、安定的かつ安全に動作させることができる制御回路を提供することができる。
The second control unit includes a third switch having a third drain terminal, a third source terminal, and a third gate terminal, a first diode, and a first Zener diode,
The third switch is connected to short-circuit or open the second source terminal and the first gate terminal,
The anode terminal of the first diode is directly or indirectly connected to the second source terminal, the cathode terminal of the first diode is directly or indirectly connected to the third gate terminal,
The anode terminal of the first Zener diode is directly or indirectly connected to the third gate terminal, and the cathode terminal of the first Zener diode is directly or indirectly connected to the second source terminal.
Therefore, it is possible to provide a control circuit that can be operated stably and safely with a simple configuration.
第2制御部は、第2ダイオードと第2ツェナダイオードとを有し、
第2ダイオードのアノード端子は、第2ソース端子に直接又は間接的に接続され、第2ダイオードのカソード端子は、第1ゲート端子に直接又は間接的に接続され、
第2ツェナダイオードのアノード端子は、第1ゲート端子に直接又は間接的に接続され、第2ツェナダイオードのカソード端子は、第2ソース端子に直接又は間接的に接続されている。
そのため、更に、簡素な構成で、安定的かつ安全に動作させることができる制御回路を提供することができる。
The second control unit includes a second diode and a second Zener diode,
The anode terminal of the second diode is directly or indirectly connected to the second source terminal, and the cathode terminal of the second diode is directly or indirectly connected to the first gate terminal;
The anode terminal of the second Zener diode is directly or indirectly connected to the first gate terminal, and the cathode terminal of the second Zener diode is directly or indirectly connected to the second source terminal.
Therefore, it is possible to provide a control circuit that can be operated stably and safely with a simple configuration.
第1制御部、第2制御部及び第3制御部は、共通の半導体基板に形成されるため、簡素な構成の制御回路を構成できる。 Since the first control unit, the second control unit, and the third control unit are formed on a common semiconductor substrate, a control circuit having a simple configuration can be configured.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、本実施形態における構成要素は適宜、既存の構成要素等との置き換えが可能であり、また、他の既存の構成要素との組合せをする様々なバリエーションが可能である。従って、本実施形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. It should be noted that the constituent elements in the present embodiment can be appropriately replaced with existing constituent elements and the like, and various variations in combination with other existing constituent elements are possible. Therefore, the description of the present embodiment does not limit the contents of the invention described in the claims.
本発明の実施の形態に係る制御回路およびこれを用いたスイッチング回路の構成について、図面を参照しながら、説明する。 A configuration of a control circuit according to an embodiment of the present invention and a switching circuit using the control circuit will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施形態に係る制御回路100を用いたスイッチング回路1の構成を示す回路図である。図2は、図1に示した第2制御部の構成の第1の構成例を示す回路図である。図3は、図1に示した第2制御部の構成の第2の構成例を示す回路図である。図4は、図1に示した第3制御部の構成の一例を示す回路図である。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a
スイッチング回路1は、直流電源3、抵抗4、抵抗5、カスコード素子10及び制御回路100を備えている。直流電源3、抵抗4、カスコード素子10及び抵抗5は、直列接続されスイッチング回路1を構成している。
The
なお、スイッチング回路1の回路を実際に構成する場合、回路パターン中に寄生インダクタンタ8や図示しない寄生コンデンサ及び寄生抵抗も含まれることとなる。
When the circuit of the
カスコード素子10は、ノーマリオフ型半導体の第1スイッチQ1と、ノーマリオン型半導体の第2スイッチQ2と、を備えている。
The
第1スイッチQ1は、第1ドレイン端子D1と第1ソース端子S1と第1ゲート端子G1とを有する。第2スイッチQ2は、第2ドレイン端子D2と第2ソース端子S2と第2ゲート端子G2とを有する。 The first switch Q1 has a first drain terminal D1, a first source terminal S1, and a first gate terminal G1. The second switch Q2 has a second drain terminal D2, a second source terminal S2, and a second gate terminal G2.
第2ソース端子S2と第1ドレイン端子D1とは、接続点11で接続され、第1スイッチQ1と第2スイッチQ2とは、カスコード接続されている。 The second source terminal S2 and the first drain terminal D1 are connected at the connection point 11, and the first switch Q1 and the second switch Q2 are cascode-connected.
第1スイッチQ1は、例えば、MOSFETを用いる。また、第2スイッチQ2には、例えば、窒化ガリウム又は炭化ケイ素をチャネルに用いた高電子移動度トランジスタを用いる。 For example, a MOSFET is used as the first switch Q1. For the second switch Q2, for example, a high electron mobility transistor using gallium nitride or silicon carbide as a channel is used.
また、第2スイッチQ2は、例えば、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化インジウム又はこれらを複合した複合酸化物半導体をチャネルに用いた高電子移動度トランジスタを用いても良い。 The second switch Q2 may be a high electron mobility transistor using, for example, tin oxide, zinc oxide, indium oxide, or a composite oxide semiconductor in which these are combined as a channel.
第2スイッチQ2に高電子移動度トランジスタを用いると、高速スイッチング、低オン抵抗、高耐圧および高温動作といった特徴を有するカスコード素子10を構成でき、高効率なスイッチング回路1を構成できる。
When a high electron mobility transistor is used for the second switch Q2, a
制御回路100は、カスコード素子10のスイッチングを制御する制御回路である。制御回路100は、第1制御部110と、第2制御部120と、第3制御部130と、制御電源部150と、を備えている。
The
第1制御部110は、第1スイッチのスイッチング制御を行う第1制御信号を生成し、第1制御信号に基づいて第1スイッチのスイッチング制御を行う。第1制御信号は、例えば、パルス矩形波として生成される。 The first control unit 110 generates a first control signal for performing switching control of the first switch, and performs switching control of the first switch based on the first control signal. The first control signal is generated as a pulse rectangular wave, for example.
制御回路100は、第1スイッチQ1の第1ゲート端子G1と第1ソース端子S1との間に、第1制御信号を供給する。カスコード素子10は、第1制御信号により、スイッチング制御がなされる。
The
第1制御部110は、駆動部111と、発振部112と、駆動制御部113と、を有している。
The first control unit 110 includes a
駆動部111は、制御回路100の端子103及びカスコード素子10の端子13を介してスイッチQ1の第1ゲート端子G1に接続されており、スイッチQ1のスイッチングを駆動する第1制御信号を、端子103と端子104との間に、例えばパルス矩形波として出力する。駆動部111は、駆動制御部113に接続されており、駆動制御部113により制御される。
The
発振部112は、駆動制御部113に接続されており、スイッチQ1のスイッチング周波数及びデューティを決定する発振信号を生成して駆動制御部113に出力する。駆動制御部113は、発振部112が出力する発振信号に基づいて、駆動部111を制御する。
The oscillation unit 112 is connected to the
また、駆動制御部113は、制御回路100の端子104及びカスコード素子10の端子14を介して第1スイッチQ1の第1ソース端子S1に接続されており、カスコード素子10に流れるスイッチング電流ID(C)が過電流になった場合等に駆動部111を制御してスイッチング電流I(C)の過度な増加を抑制する。
The
第2制御部120は、第2ソース端子S2と第1ゲート端子G1との間に、制御回路100の端子105、103及びカスコード素子10の端子15、13を介して接続される。
The
第2制御部120は、第2ソース端子S2と第1ソース端子S1との間の電圧である第2ソース端子電圧V(C)が第1設定電圧V1以上になった場合に、第2ソース端子電圧V(C)が第1設定電圧V1未満となるように第1スイッチQ1を線形領域で動作させる。
When the second source terminal voltage V (C), which is the voltage between the second source terminal S2 and the first source terminal S1, becomes equal to or higher than the first set voltage V1, the
また、第2制御部120は、第2ソース端子S2を基準とする第2ゲート端子G2の第2ゲート端子電圧を第2設定電圧V2よりも更に負側にバイアスさせないように制御する。
The
第2設定電圧V2は、第2スイッチQ2の第2ゲート端子G2と第2ソース端子S2との間の絶対最大定格電圧である第2ゲート端子絶対最大定格電圧よりも低い値となるように設定すると、カスコード素子10を更に安全に制御させることができる。
The second setting voltage V2 is set to be lower than the second gate terminal absolute maximum rated voltage, which is the absolute maximum rated voltage between the second gate terminal G2 and the second source terminal S2 of the second switch Q2. Then, the
例えば、第2設定電圧V2は、第2ゲート端子絶対最大定格電圧が30[V]である場合は、30[V]よりも低い20[V]となるように設定すると、更に安全動作が可能となる。 For example, when the second set terminal voltage V2 is set to 20 [V] lower than 30 [V] when the second gate terminal absolute maximum rated voltage is 30 [V], further safe operation is possible. It becomes.
この場合、第2制御部120は、例えば、第2ソース端子S2と第1ゲート端子G1との間の電圧を、第2ゲート端子絶対最大定格電圧(例えば、30[V])から第1スイッチQ1がターンオンする第1スイッチ閾値電圧(例えば、3[V])を減算して得られる減算値(例えば、27V(=30[V]−3[V]))よりも低い値(例えば、20[V])になるように制御するよう構成する。このような構成にすると、カスコード素子10を更に安定的かつ安全に動作させることができる。
In this case, for example, the
第2制御部120は、例えば、図2に示す第1の構成例のように、第3スイッチQ3と、第1ダイオード121と、第1ツェナダイオード122とで構成すると、カスコード素子10を更に安全に制御させることができる。
When the
第1の構成例では、第3スイッチQ3は、第3ドレイン端子D3と第3ソース端子S3と第3ゲート端子G3とを有するMOSFETを用いる。第3スイッチQ3は、第2ソース端子S2と第1ゲート端子G1とを、短絡又は開放するよう接続する。 In the first configuration example, the third switch Q3 uses a MOSFET having a third drain terminal D3, a third source terminal S3, and a third gate terminal G3. The third switch Q3 connects the second source terminal S2 and the first gate terminal G1 so as to be short-circuited or opened.
なお、第3スイッチQ3による、第2ソース端子S2と第1ゲート端子G1とを短絡させる動作においては、第2ソース端子電圧V(C)が第1設定電圧V1以上になった場合に、第2ソース端子電圧V(C)が第1設定電圧V1未満となるように第1スイッチQ1を線形領域で動作させるようになっている。 In the operation of short-circuiting the second source terminal S2 and the first gate terminal G1 by the third switch Q3, when the second source terminal voltage V (C) is equal to or higher than the first set voltage V1, The first switch Q1 is operated in the linear region so that the two-source terminal voltage V (C) is less than the first set voltage V1.
この場合、第1ダイオード121のアノード端子は、抵抗123を介して第2ソース端子S2に接続し、第1ダイオード121のカソード端子は、第1ツェナダイオード122を介して第3ゲート端子G3に接続する。
In this case, the anode terminal of the
第1ツェナダイオード122のアノード端子は、第3ゲート端子G3に直接又は間接的に接続し、第1ツェナダイオード122のカソード端子は、第2ソース端子S2に直接又は間接的に接続する。図2においては、第1ツェナダイオード122のアノード端子は、第3ゲート端子G3に直接的に接続し、第1ツェナダイオード122のカソード端子は、第1ダイオード121および抵抗123を介して第2ソース端子S2に間接的に接続する例を示している。
The anode terminal of the
第1ダイオード121、第1ツェナダイオード122、及び、抵抗123の接続順については問わない。例えば、第1ツェナダイオード122のカソード端子を第2ソース端子S2に接続し、第1ツェナダイオード122のアノード端子を第1ダイオード121のアノード端子に接続し、第1ダイオード121のカソード端子を、抵抗123を介して第3ゲート端子G3に接続する等してもよい。
The connection order of the
なお、構成例1においては、第1設定電圧V1は、第1ダイオード121、第1ツェナダイオード122及び抵抗123の定数調整で設定することができる。
In the configuration example 1, the first set voltage V1 can be set by constant adjustment of the
また、第2制御部120は、例えば、図3に示す第2の構成例のように、第2ダイオード124と、第2ツェナダイオード125とで構成してもよい。これによっても、簡素な構成でカスコード素子10を更に安全に制御させることができる。
Further, the
この場合、第2ダイオード124のアノード端子は、第2ソース端子S2に接続し、第2ダイオード124のカソード端子は、第2ツェナダイオード125及び抵抗127を介して第1ゲート端子G1に接続する。
In this case, the anode terminal of the
第2ツェナダイオード125のアノード端子は、抵抗127を介して第1ゲート端子G1に接続し、第2ツェナダイオード125のカソード端子は、第2ダイオード124を介して第2ソース端子S2に接続する。
The anode terminal of the
なお、第2ダイオード124、及び、第2ツェナダイオード125の接続順については問わない。例えば、第2ダイオード124と第2ツェナダイオード125とを、逆に接続してもよい。
Note that the connection order of the
なお、構成例2においては、第1設定電圧V1は、第2ダイオード124、第2ツェナダイオード125及び抵抗127の定数調整で設定することができる。
In the configuration example 2, the first setting voltage V1 can be set by adjusting the constants of the
第3制御部130は、第1制御部110によりスイッチング制御される第1スイッチQ1のオフ期間中に、第1制御信号と同期して第2ソース端子電圧を補助的にバイアスする。
The
第3制御部130は、例えば、ダイオード136、MOSFET137および抵抗138を有する。ダイオード136のカソード端子は、制御回路100の端子105に接続され、制御回路100の端子105及びカスコード素子10の端子15を介して接続点11に接続される。ダイオード136のアノード端子は、MOSFET137のソース端子に接続されている。
The
MOSFET137のドレイン端子は、制御電源部150の出力部に接続されている。MOSFET137のゲート端子は、抵抗138の一端に接続されている。MOSFET137のソース端子は、ダイオード136のアノード端子に接続されている。抵抗138の他端は、駆動制御部113の出力部に接続されている。
The drain terminal of the
制御電源部150は、制御回路100がカスコード素子10のスイッチングを制御するのに必要な制御電力を、第1制御部110および第3制御部130等に供給する。制御電源部150は、制御回路100の端子107を介して直流電源7に接続され、直流電源7より電力供給を受ける。
The control
上記第1制御部110、第2制御部120及び第3制御部130は、例えば、共通の半導体基板に形成すると、簡素な構成の制御回路100を構成できる。
When the first control unit 110, the
続いて、図5を参照しながら、本実施の形態に係る制御回路100の動作及び効果について説明する。図5は、図1のスイッチング回路1の各部の動作波形図である。
Next, operations and effects of the
なお、図5では、最上部から順に、第1ゲート端子電圧VGS(Q1)、接続点電圧V(C)、スイッチング電流I(C)、第2ゲート端子電圧VGS(Q2)および第2ドレイン端子電圧VDS(Q2)を示している。 In FIG. 5, in order from the top, the first gate terminal voltage VGS (Q1), the connection point voltage V (C), the switching current I (C), the second gate terminal voltage VGS (Q2), and the second drain terminal. The voltage VDS (Q2) is shown.
第1ゲート端子電圧VGS(Q1)は、図1中のスイッチQ1の第1ゲート端子G1と第1ソース端子S1との間の電圧を示す。接続点電圧V(C)は、図1中の接続点11と基準点12(スイッチQ1のソース端子S1と同電位の点)との間の電圧を示す。 The first gate terminal voltage VGS (Q1) indicates a voltage between the first gate terminal G1 and the first source terminal S1 of the switch Q1 in FIG. The connection point voltage V (C) indicates a voltage between the connection point 11 and the reference point 12 (a point having the same potential as the source terminal S1 of the switch Q1) in FIG.
スイッチング電流I(C)は、スイッチQ2の第2ドレイン端子D2および第2ソース端子S2と、スイッチQ1の第1ドレイン端子D1および第1ソース端子S1と、に流れるスイッチング電流を示す。 The switching current I (C) indicates a switching current flowing through the second drain terminal D2 and the second source terminal S2 of the switch Q2 and the first drain terminal D1 and the first source terminal S1 of the switch Q1.
第2ゲート端子電圧VGS(Q2)は、スイッチQ2の第2ゲート端子G2と第2ソース端子S2との間の電圧を示す。第2ドレイン端子電圧VDS(Q2)は、スイッチQ2の第2ドレイン端子D2と第2ソース端子S2との間の電圧を示す。 The second gate terminal voltage VGS (Q2) indicates a voltage between the second gate terminal G2 and the second source terminal S2 of the switch Q2. The second drain terminal voltage VDS (Q2) indicates a voltage between the second drain terminal D2 and the second source terminal S2 of the switch Q2.
スイッチング回路1においては、第1ゲート端子電圧VGS(Q1)がHighレベルの期間(図5中の時刻t2〜t3の期間)に、第2ゲート端子電圧VGS(Q2)が約0[V]となり、カスコード素子10がオンとなる。これにより、カスコード素子10のスイッチング電流I(C)が図5中の時刻t2〜t3の期間中流れる。
In the
また、第1ゲート端子電圧VGS(Q1)がLowレベルの期間(図5中の時刻t1〜t2の期間)は、第2ゲート端子電圧VGS(Q2)が負電圧にバイアスされる。 Further, the second gate terminal voltage VGS (Q2) is biased to a negative voltage during a period in which the first gate terminal voltage VGS (Q1) is at the low level (period t1 to t2 in FIG. 5).
また、図5の時刻t1〜t2の期間、カスコード素子10がオフし、カスコード素子10のスイッチング電流I(C)が流れなくなる。
Further, during the period from time t1 to time t2 in FIG. 5, the
上記カスコード素子10のスイッチング動作は、制御回路100が生成する第1制御信号に基づいて行われる。
The switching operation of the
ここで、本実施の形態に係るカスコード素子10を用いたスイッチング回路1においては、図5の時刻t1〜t2の期間では、第2制御部120は、第2ソース端子S2と第1ソース端子S1との間の電圧である第2ソース端子電圧(図5中のV(C))が第1設定電圧V1以上になった場合に、第2ソース端子電圧(図5中のV(C))が第1設定電圧V1未満となるように第1スイッチQ1を線形領域で動作させる。
Here, in the
そして、第2制御部120は、第2ゲート端子電圧VGS(Q2)を第2設定電圧V2よりも更に負側にバイアスさせないように制御する。
The
具体的には、第1の構成例の場合、第2ソース端子電圧(図5中のV(C))が第1設定電圧V1以上になると、第3スイッチQ3のゲートG3−ソースS3の電圧が第3スイッチQ3の閾値に達し、第3スイッチQ3がオンする。 Specifically, in the case of the first configuration example, when the second source terminal voltage (V (C) in FIG. 5) becomes equal to or higher than the first set voltage V1, the voltage of the gate G3-source S3 of the third switch Q3. Reaches the threshold value of the third switch Q3, and the third switch Q3 is turned on.
そうすると、制御回路100の端子103およびカスコード素子10の端子13の電位が上昇し、第1スイッチQ1のゲートG1−ソースS1間の電圧VGS(Q1)が第1スイッチQ1の閾値に達し、第1スイッチQ1がオンする。
As a result, the potentials of the
第1スイッチQ1がオンすると、接続点11の電位は低下し、第2ソース端子電圧(図5中のV(C))が第1設定電圧V1未満となり、第3スイッチQ3がオフすることとなる。上記のような第3スイッチQ3のオンオフ動作は、第1スイッチQ1を線形領域で動作させることとなる。 When the first switch Q1 is turned on, the potential at the connection point 11 decreases, the second source terminal voltage (V (C) in FIG. 5) becomes less than the first set voltage V1, and the third switch Q3 is turned off. Become. The on / off operation of the third switch Q3 as described above causes the first switch Q1 to operate in the linear region.
この場合において、図5に示すVGS(Q1)の波形は、時刻t1〜t2の期間中、第1制御信号よりも高い周波数の電圧が重畳した波形となるが、これは第1スイッチQ1を線形領域でスイッチング動作させているためであり、この動作によって、第2ゲート端子電圧VGS(Q2)等に重畳される、第1制御信号よりも高い周波数の電圧の振幅を、小さく抑えることができる。 In this case, the waveform of VGS (Q1) shown in FIG. 5 is a waveform in which a voltage having a higher frequency than the first control signal is superimposed during the period from time t1 to time t2, which is linear with the first switch Q1. This is because the switching operation is performed in the region, and this operation can suppress the amplitude of the voltage having a frequency higher than that of the first control signal, which is superimposed on the second gate terminal voltage VGS (Q2) and the like.
また、第2の構成例の場合は、第2ソース端子電圧(図5中のV(C))が第1設定電圧V1以上になると、第2ダイオード124、第2ツェナダイオード125及び抵抗127に電流が流れる。
In the case of the second configuration example, when the second source terminal voltage (V (C) in FIG. 5) becomes equal to or higher than the first set voltage V1, the
そうすると、制御回路100の端子103およびカスコード素子10の端子13の電位が上昇し、第1スイッチQ1のゲートG1−ソースS1の電圧VGS(Q1)が第1スイッチQ1の閾値に達し、第1スイッチQ1がオンする。
Then, the potentials of the
第1スイッチQ1がオンすると、接続点11の電位は低下し、第2ソース端子電圧(図5中のV(C))が第1設定電圧V1未満となり、第2ダイオード124、第2ツェナダイオード125及び抵抗127に電流が流れなくなる。
When the first switch Q1 is turned on, the potential at the connection point 11 decreases, the second source terminal voltage (V (C) in FIG. 5) becomes less than the first set voltage V1, and the
上記のような第2ダイオード124、第2ツェナダイオード125及び抵抗127に流す或いは流さなくする動作は、第1スイッチQ1を線形領域で動作させることとなる。
The operation of passing the current through or not passing through the
この場合においても、第1の構成例の場合と同様に、第2ゲート端子電圧VGS(Q2)等に重畳される、第1制御信号よりも高い周波数の電圧の振幅を、小さく抑えることができる。 Also in this case, as in the case of the first configuration example, the amplitude of the voltage having a frequency higher than that of the first control signal superimposed on the second gate terminal voltage VGS (Q2) or the like can be suppressed to be small. .
このようにして、第1の構成例の場合も第2の構成例の場合も、図5の時刻t1〜t2の期間では、第2ソース端子電圧(図5中のV(C))が第1設定電圧V1以上になった場合に、第2ソース端子電圧(図5中のV(C))が第1設定電圧V1未満となるように第1スイッチQ1を線形領域で動作させる。そして、第2ゲート端子電圧(図5中のVGS(Q2))を第2設定電圧V2よりも更に負側にバイアスさせないように制御する。 In this way, in the case of the first configuration example and the second configuration example, the second source terminal voltage (V (C) in FIG. 5) is the second during the period from time t1 to t2 in FIG. The first switch Q1 is operated in the linear region so that the second source terminal voltage (V (C) in FIG. 5) is less than the first set voltage V1 when the set voltage becomes equal to or higher than the set voltage V1. Then, the second gate terminal voltage (VGS (Q2) in FIG. 5) is controlled not to be biased further to the negative side than the second set voltage V2.
従って、本実施の形態に係る制御回路100によれば、第2ゲート端子電圧VGS(Q2)が、その絶対最大定格電圧を超えてしまい、カスコード素子10を安全に動作させることができなくなるといった虞が解消され、カスコード素子10を安定的かつ安全に動作させることができる。
Therefore, according to the
また、本実施の形態に係るカスコード素子10を用いたスイッチング回路1においては、第3制御部130は、第1制御部110によりスイッチング制御される第1スイッチQ1のオフ期間中(図5中の時刻t1〜t2の期間)に、第1制御信号と同期して第2ソース端子電圧を補助的にバイアスする。
In the
具体的には、図4に示した例の場合、発振部112が生成する発振信号と同期する第1制御信号がLOWの期間中、すなわち、第1スイッチQ1のオフ期間中(図5中の時刻t1〜t2の期間中)、MOSFET137がオンし、制御電源部150から端子105及び端子15を介して接続点11の電位を上昇させ、第2ソース端子電圧を補助的にバイアスする。
Specifically, in the example shown in FIG. 4, the first control signal synchronized with the oscillation signal generated by the oscillating unit 112 is LOW, that is, during the OFF period of the first switch Q1 (in FIG. 5). During the period of time t1 to t2, the
なお、MOSFET137のゲート端子には、第1制御信号と同期した駆動信号が入力され、MOSFET137が第1制御信号と同期してスイッチングする。これにより、第3制御部130は、図5中の時刻t1〜t2の期間に、第1制御信号と同期して第2ソース端子電圧を補助的にバイアスする。
A drive signal synchronized with the first control signal is input to the gate terminal of the
上記動作により、制御回路100は、カスコード素子10がオン状態からオフ状態に遷移した直後からカスコード素子10がオンするまでの期間中(図5中の時刻t1〜t2の期間中)、第2ゲート端子電圧(図5中のVGS(Q2))の変動を抑制し、カスコード素子10のスイッチング制御を安定化させる。
With the above operation, the
以上説明したように、本実施の形態に係る制御回路100によれば、第1制御部110は、第1スイッチQ1のスイッチング制御を行う第1制御信号を生成し、第1制御信号に基づいて第1スイッチQ1のスイッチング制御を行い、第2制御部120は、第2ソース端子S2と第1ソース端子S1との間の電圧である第2ソース端子電圧V(C)が第1設定電圧V1以上になった場合に、第2ソース端子電圧V(C)が第1設定電圧V1未満となるように第1スイッチQ1を線形領域で動作させ、第2ソース端子S2を基準とする第2ゲート端子G2の第2ゲート端子電圧を、第2設定電圧V2よりも更に負側にバイアスさせないように制御する。これにより、カスコード素子10のスイッチングを安定かつ安全に制御することができる。
As described above, according to the
本実施の形態に係る制御回路100によれば、第3制御部130は、第1制御部110によりスイッチング制御される第1スイッチQ1のオフ期間中に、第1制御信号と同期して第2ソース端子電圧V(C)を補助的にバイアスする。これにより、カスコード素子10のスイッチングを安定的に制御することができる。
According to the
本実施の形態において、カスコード素子10の第2スイッチQ2が高電子移動度トランジスタの場合、高速スイッチング、低オン抵抗、高耐圧および高温動作といった特徴を有するカスコード素子10を安定的かつ安全に動作させ、高効率なスイッチング回路1を構成できる。
In the present embodiment, when the second switch Q2 of the
本実施の形態において、カスコード素子10の第2スイッチQ2に用いる高電子移動度トランジスタが、窒化ガリウム又は炭化ケイ素をチャネルに用いたものである場合、高速スイッチング、低オン抵抗、高耐圧および高温動作といった特徴を有するカスコード素子を安定的かつ安全に動作させ、高効率なスイッチング回路を構成できる。
In the present embodiment, when the high electron mobility transistor used for the second switch Q2 of the
本実施の形態において、カスコード素子10の第2スイッチQ2に用いる高電子移動度トランジスタが、酸化物半導体をチャネルに用いたものである場合、高速スイッチング、低オン抵抗、高耐圧および高温動作といった特徴を有するカスコード素子を安定的かつ安全に動作させ、高効率なスイッチング回路を構成できる。
In the present embodiment, when the high electron mobility transistor used for the second switch Q2 of the
本実施の形態において、カスコード素子10の第2スイッチQ2に用いる高電子移動度トランジスタが、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化インジウム又はこれらを複合した複合酸化物半導体である場合、高速スイッチング、低オン抵抗、高耐圧および高温動作といった特徴を有するカスコード素子を安定的かつ安全に動作させ、高効率なスイッチング回路を構成できる。
In the present embodiment, when the high electron mobility transistor used for the second switch Q2 of the
本実施の形態において、第2設定電圧V2は、第2スイッチQ2の第2ゲート端子G2と第2ソース端子S2との間の絶対最大定格電圧である第2ゲート端子絶対最大定格電圧よりも低い値となるように設定すると、カスコード素子10を更に安全に制御させることができる。
In the present embodiment, the second set voltage V2 is lower than the second gate terminal absolute maximum rated voltage which is the absolute maximum rated voltage between the second gate terminal G2 and the second source terminal S2 of the second switch Q2. When set to be a value, the
本実施の形態において、第2制御部120は、例えば、第2ソース端子S2と第1ゲート端子G1との間の電圧を、第2ゲート端子絶対最大定格電圧から、第1スイッチQ1がターンオンする第1スイッチ閾値電圧を、減算して得られる減算値よりも低い値になるように制御するような構成にすると、カスコード素子10を更に安定的かつ安全に動作させることができる。
In the present embodiment, the
本実施の形態において、第2制御部120は、第3ドレイン端子D3と第3ソース端子S3と第3ゲート端子G3とを有する第3スイッチQ3と、第1ダイオード121と、第1ツェナダイオード122とを有し、第3スイッチQ3は、第2ソース端子S2と第1ゲート端子G1とを、短絡又は開放するよう接続され、第1ダイオード121のアノード端子は、第2ソース端子S2に直接又は間接的に接続され、第1ダイオード121のカソード端子は、第3ゲート端子G3に直接又は間接的に接続され、第1ツェナダイオード122のアノード端子は、第3ゲート端子G3に直接又は間接的に接続され、第1ツェナダイオード122のカソード端子は、第2ソース端子に直接又は間接的に接続されている。
そのため、簡素な構成で、安定的かつ安全に動作させることができる制御回路を提供することができる。
In the present embodiment, the
Therefore, it is possible to provide a control circuit that can be operated stably and safely with a simple configuration.
本実施の形態において、第2制御部120は、第2ダイオード124と第2ツェナダイオード125とを有し、第2ダイオード124のアノード端子は、第2ソース端子S2に直接又は間接的に接続され、第2ダイオード124のカソード端子は、第1ゲート端子G1に直接又は間接的に接続され、第2ツェナダイオード125のアノード端子は、第1ゲート端子G1に直接又は間接的に接続され、第2ツェナダイオード125のカソード端子は、第2ソース端子S2に直接又は間接的に接続されている。
そのため、更に、簡素な構成で、安定的かつ安全に動作させることができる制御回路を提供することができる。
In the present embodiment, the
Therefore, it is possible to provide a control circuit that can be operated stably and safely with a simple configuration.
本実施の形態において、第1制御部110、第2制御部120及び第3制御部130は、共通の半導体基板に形成すると、簡素な構成の制御回路100を構成できる。
In the present embodiment, when the first control unit 110, the
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to embodiment mentioned above. Various modifications and applications are possible without departing from the scope of the present invention.
1:スイッチング回路
3、7:直流電源
4、5:抵抗
8:寄生インダクタンタ
10:カスコード素子
11:接続点
13、14、15、16:端子
100:制御回路
103、104、105、106、107、109:端子
110:第1制御部
111:駆動部
112:発振部
113:駆動制御部
120:第2制御部
121:第1ダイオード
122:第1ツェナダイオード
123:抵抗
124:第2ダイオード
125:第2ツェナダイオード
127:抵抗
130:第3制御部
Q1:第1スイッチ
Q2:第2スイッチ
Q3:第3スイッチ
1: switching circuit 3, 7: DC power supply 4, 5: resistor 8: parasitic inductor 10: cascode element 11:
Claims (11)
前記第1スイッチのスイッチング制御を行う第1制御信号を生成し、前記第1制御信号に基づいて前記第1スイッチのスイッチング制御を行う第1制御部と、
前記第2ソース端子と前記第1ゲート端子との間に設けられ、前記第2ソース端子と前記第1ソース端子との間の電圧である第2ソース端子電圧が正側に設定された第1設定電圧以上になった場合に、前記第2ソース端子電圧が前記第1設定電圧未満となるように前記第1スイッチを線形領域で動作させ、前記第2ソース端子を基準とする前記第2ゲート端子の第2ゲート端子電圧を、負側に設定された第2設定電圧よりも更に負側にバイアスさせないように制御する第2制御部と、
を備え、
前記第1制御部によりスイッチング制御される前記第1スイッチのオフ期間中に、前記第1制御信号と同期して前記第2ソース端子電圧を補助的にバイアスする第3制御部を備えたことを特徴とする制御回路。 A normally-off semiconductor first switch having a first drain terminal, a first source terminal, and a first gate terminal; a second drain terminal, a second source terminal, and a second gate terminal; A control circuit for controlling switching of a cascode element including a normally-on semiconductor second switch cascode-connected to the first switch by being connected to the first drain terminal;
A first control unit that generates a first control signal that performs switching control of the first switch, and that performs switching control of the first switch based on the first control signal;
A first source terminal is provided between the second source terminal and the first gate terminal, and a second source terminal voltage which is a voltage between the second source terminal and the first source terminal is set to a positive side. The second gate with the second source terminal as a reference by operating the first switch in a linear region so that the second source terminal voltage becomes less than the first set voltage when the voltage becomes equal to or higher than a set voltage. A second control unit for controlling the second gate terminal voltage of the terminal so as not to be biased further to the negative side than the second set voltage set to the negative side;
Equipped with a,
A third control unit configured to supplementarily bias the second source terminal voltage in synchronization with the first control signal during an off period of the first switch controlled by the first control unit ; Characteristic control circuit.
前記第3スイッチは、前記第2ソース端子と前記第1ゲート端子とを、短絡又は開放するよう接続され、
前記第1ダイオードのアノード端子は、前記第2ソース端子に直接又は間接的に接続され、前記第1ダイオードのカソード端子は、前記第3ゲート端子に直接又は間接的に接続され、
前記第1ツェナダイオードのアノード端子は、前記第3ゲート端子に直接又は間接的に接続され、前記第1ツェナダイオードのカソード端子は、前記第2ソース端子に直接又は間接的に接続されていることを特徴とする請求項1に記載の制御回路。 The second control unit includes a third switch having a third drain terminal, a third source terminal, and a third gate terminal, a first diode, and a first Zener diode,
The third switch is connected to short-circuit or open the second source terminal and the first gate terminal;
An anode terminal of the first diode is directly or indirectly connected to the second source terminal; a cathode terminal of the first diode is directly or indirectly connected to the third gate terminal;
The anode terminal of the first Zener diode is directly or indirectly connected to the third gate terminal, and the cathode terminal of the first Zener diode is directly or indirectly connected to the second source terminal. The control circuit according to claim 1.
前記第2ダイオードのアノード端子は、前記第2ソース端子に直接又は間接的に接続され、前記第2ダイオードのカソード端子は、前記第1ゲート端子に直接又は間接的に接続され、
前記第2ツェナダイオードのアノード端子は、前記第1ゲート端子に直接又は間接的に接続され、前記第2ツェナダイオードのカソード端子は、前記第2ソース端子に直接又は間接的に接続されていることを特徴とする請求項1に記載の制御回路。 The second control unit includes a second diode and a second Zener diode,
The anode terminal of the second diode is directly or indirectly connected to the second source terminal, and the cathode terminal of the second diode is directly or indirectly connected to the first gate terminal;
The anode terminal of the second Zener diode is directly or indirectly connected to the first gate terminal, and the cathode terminal of the second Zener diode is directly or indirectly connected to the second source terminal. The control circuit according to claim 1.
前記第1スイッチのスイッチング制御を行う第1制御信号を生成し、前記第1制御信号に基づいて前記第1スイッチのスイッチング制御を行う第1制御部と、
前記第2ソース端子と前記第1ゲート端子との間に設けられ、前記第2ソース端子と前記第1ソース端子との間の電圧である第2ソース端子電圧が正側に設定された第1設定電圧以上になった場合に、前記第2ソース端子電圧が前記第1設定電圧未満となるように前記第1スイッチを線形領域で動作させ、前記第2ソース端子を基準とする前記第2ゲート端子の第2ゲート端子電圧を、負側に設定された第2設定電圧よりも更に負側にバイアスさせないように制御する第2制御部と、
を備え、
前記第2制御部は、第3ドレイン端子と第3ソース端子と第3ゲート端子とを有する第3スイッチと、第1ダイオードと、第1ツェナダイオードとを有し、
前記第3スイッチは、前記第2ソース端子と前記第1ゲート端子とを、短絡又は開放するよう接続され、
前記第1ダイオードのアノード端子は、前記第2ソース端子に直接又は間接的に接続され、前記第1ダイオードのカソード端子は、前記第3ゲート端子に直接又は間接的に接続され、
前記第1ツェナダイオードのアノード端子は、前記第3ゲート端子に直接又は間接的に接続され、前記第1ツェナダイオードのカソード端子は、前記第2ソース端子に直接又は間接的に接続されていることを特徴とする制御回路。 A normally-off semiconductor first switch having a first drain terminal, a first source terminal, and a first gate terminal; a second drain terminal, a second source terminal, and a second gate terminal; A control circuit for controlling switching of a cascode element including a normally-on semiconductor second switch cascode-connected to the first switch by being connected to the first drain terminal;
A first control unit that generates a first control signal that performs switching control of the first switch, and that performs switching control of the first switch based on the first control signal;
A first source terminal is provided between the second source terminal and the first gate terminal, and a second source terminal voltage which is a voltage between the second source terminal and the first source terminal is set to a positive side. The second gate with the second source terminal as a reference by operating the first switch in a linear region so that the second source terminal voltage becomes less than the first set voltage when the voltage becomes equal to or higher than a set voltage. A second control unit for controlling the second gate terminal voltage of the terminal so as not to be biased further to the negative side than the second set voltage set to the negative side;
With
The second control unit includes a third switch having a third drain terminal, a third source terminal, and a third gate terminal, a first diode, and a first Zener diode,
The third switch is connected to short-circuit or open the second source terminal and the first gate terminal;
An anode terminal of the first diode is directly or indirectly connected to the second source terminal; a cathode terminal of the first diode is directly or indirectly connected to the third gate terminal;
The anode terminal of the first Zener diode is directly or indirectly connected to the third gate terminal, and the cathode terminal of the first Zener diode is directly or indirectly connected to the second source terminal. A control circuit characterized by.
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