JP7256089B2 - gate drive circuit - Google Patents
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Description
本発明は、共振インバータ用のゲート駆動回路に関する。 The present invention relates to gate drive circuits for resonant inverters.
従来、LC共振を利用して直流電力を交流電力に変換するDC/ACコンバータである共振インバータが存在する(例えば特許文献1)。 Conventionally, there is a resonance inverter that is a DC/AC converter that converts DC power into AC power using LC resonance (for example, Patent Document 1).
共振インバータでは、直流の電源電圧側のハイサイドトランジスタと、基準電位側のローサイドトランジスタと、を有して、上記ハイサイドトランジスタと上記ローサイドトランジスタのスイッチングを行う。ハイサイドトランジスタとローサイドトランジスタが同時にオンになると、電源電圧側と基準電位側とが短絡してしまうため、ハイサイドトランジスタとローサイドトランジスタの双方をオフとする同時オフ期間を設ける必要がある。この同時オフ期間は、デッドタイムと称される。 The resonance inverter has a high-side transistor on the DC power supply voltage side and a low-side transistor on the reference potential side, and performs switching between the high-side transistor and the low-side transistor. If the high-side transistor and the low-side transistor are turned on at the same time, the power supply voltage side and the reference potential side are short-circuited. This simultaneous off period is called dead time.
そして、共振インバータでは、上記ハイサイドトランジスタと上記ローサイドトランジスタとが接続されるノードにおける電圧であるスイッチ電圧をデッドタイム中に電源電圧から基準電位(0V)まで立ち下げることができるので、ローサイドトランジスタに印加される電圧が0Vのときにローサイドトランジスタをオンとするゼロボルトスイッチング(ソフトスイッチング)が可能となる。また、上記スイッチ電圧をデッドタイム中に基準電位から電源電圧まで立ち上げることができるので、ハイサイドトランジスタに印加される電圧が0Vのときにハイサイドトランジスタをオンとするゼロボルトスイッチングも可能となる。 In the resonant inverter, the switch voltage, which is the voltage at the node where the high-side transistor and the low-side transistor are connected, can be lowered from the power supply voltage to the reference potential (0 V) during the dead time. Zero-volt switching (soft switching) that turns on the low-side transistor when the applied voltage is 0V becomes possible. In addition, since the switch voltage can be raised from the reference potential to the power supply voltage during the dead time, zero-volt switching is also possible in which the high-side transistor is turned on when the voltage applied to the high-side transistor is 0V.
ここで、例えば特許文献2には、ソフトスイッチングコンバータに用いられるデッドタイム調整回路について開示されている。しかしながら、当該デッドタイム調整回路では、トランジスタのゲートを駆動する信号を生成するためにコンパレータ等のICが用いられるため、実際にトランジスタがオンとなるタイミングの理想のタイミングからの遅れが大きくなってしまう虞がある。上記共振コンバータでは、当該遅れが大きくなると、トランジスタのボディダイオードに電流が流れてしまい、ダイオード損失が増加してしまう結果となる。特に高周波でのスイッチングとなるほど、上記ダイオード損失の増加は顕著となる。 Here, for example, Patent Document 2 discloses a dead time adjustment circuit used in a soft switching converter. However, in the dead time adjustment circuit, since an IC such as a comparator is used to generate a signal for driving the gate of the transistor, the timing at which the transistor is actually turned on lags behind the ideal timing. There is fear. In the resonant converter described above, when the delay becomes large, current flows through the body diode of the transistor, resulting in an increase in diode loss. In particular, the higher the switching frequency, the more remarkable the increase in the diode loss.
上記状況に鑑み、本発明は、デッドタイムを適切に調整することにより損失を低減できる共振インバータ用のゲート駆動回路を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above situation, it is an object of the present invention to provide a gate drive circuit for a resonant inverter that can reduce loss by appropriately adjusting dead time.
本発明の第1態様に係るゲート駆動回路は、入力電圧側のハイサイドトランジスタと、グランド電位側のローサイドトランジスタと、を有する共振インバータに用いられて前記ローサイドトランジスタのゲートを駆動するゲート駆動回路であって、
前記ハイサイドトランジスタと前記ローサイドトランジスタとが接続される第1ノードに生じるスイッチ電圧が一端に印加される第1キャパシタと、
前記第1キャパシタの他端に一端が接続されて他端に基準としてのグランド電位からオフセット電圧が加わった電圧が印加される第1抵抗と、
前記第1キャパシタの他端と前記第1抵抗の一端とが接続される第2ノードにアノードが接続され、前記第1抵抗の他端にカソードが接続される第1ダイオードと、
を有して前記スイッチ電圧の立下りを検出する立下り検出部を備える構成としている(第1の構成)。
A gate drive circuit according to a first aspect of the present invention is a gate drive circuit that is used in a resonant inverter having a high-side transistor on the input voltage side and a low-side transistor on the ground potential side, and drives the gate of the low-side transistor. There is
a first capacitor to one end of which a switch voltage generated at a first node where the high-side transistor and the low-side transistor are connected is applied;
a first resistor having one end connected to the other end of the first capacitor and having the other end applied with a voltage obtained by adding an offset voltage from a reference ground potential;
a first diode having an anode connected to a second node where the other end of the first capacitor and one end of the first resistor are connected, and a cathode connected to the other end of the first resistor;
and a fall detector for detecting the fall of the switch voltage (first structure).
また、上記第1の構成において、前記立下り検出部は、前記第1抵抗の他端と前記第1ダイオードのカソードとが接続される第3ノードにカソードが接続され、アノードがグランド電位の印加端に接続される第2ダイオードをさらに有することとしてもよい(第2の構成)。 Further, in the first configuration, the fall detector has a cathode connected to a third node to which the other end of the first resistor and the cathode of the first diode are connected, and an anode to which a ground potential is applied. It may further have a second diode connected to the end (second configuration).
また、上記第1または第2の構成において、前記立下り検出部が生成する立下り検出信号に基づいて前記ローサイドトランジスタを駆動するローサイドゲート信号を生成するローサイドゲート信号生成部をさらに備え、
前記ローサイドゲート信号生成部は、
第1電源電圧とグランド電位との間に構成されて前記立下り検出信号が入力されるCMOS構成と、
前記CMOS構成の出力端が接続されるゲートと、前記第1電源電圧の印加端が接続されるソースを有する第1pチャネルMOSFETと、
前記CMOS構成の出力端が接続されるゲートと、前記第1pチャネルMOSFETのドレインが接続されるドレインと、グランド電位の印加端に接続されるソースを有する第1nチャネルMOSFETと、
前記CMOS構成の出力端が接続されるゲートと、グランド電位の印加端が接続されるソースを有する第2nチャネルMOSFETと、
前記第2nチャネルMOSFETのドレインが接続されるゲートと、前記第1nチャネルMOSFETのドレインが接続されるドレインと、グランド電位の印加端が接続されるソースを有する第3nチャネルMOSFETと、
を有することとしてもよい(第3の構成)。
Further, in the above first or second configuration, further comprising a low side gate signal generation section that generates a low side gate signal for driving the low side transistor based on the fall detection signal generated by the fall detection section,
The low side gate signal generation unit
a CMOS configuration configured between a first power supply voltage and a ground potential and receiving the fall detection signal;
a first p-channel MOSFET having a gate to which the output terminal of the CMOS configuration is connected, and a source to which the application terminal of the first power supply voltage is connected;
a first n-channel MOSFET having a gate connected to the output end of the CMOS structure, a drain connected to the drain of the first p-channel MOSFET, and a source connected to a ground potential application end;
a second n-channel MOSFET having a gate connected to the output terminal of the CMOS structure and a source connected to the application terminal of the ground potential;
a third n-channel MOSFET having a gate connected to the drain of the second n-channel MOSFET, a drain connected to the drain of the first n-channel MOSFET, and a source connected to a ground potential application terminal;
(third configuration).
また、上記第3の構成において、前記ローサイドゲート信号生成部は、前記第2nチャネルMOSFETのドレインとグランド電位の印加端との間に接続される第2抵抗をさらに有することとしてもよい(第4の構成)。 In the third configuration, the low-side gate signal generator may further include a second resistor connected between the drain of the second n-channel MOSFET and a ground potential application terminal (fourth configuration).
また、上記第3または第4の構成において、前記ローサイドゲート信号生成部は、前記第1電源電圧の印加端が接続されるソースと、前記第2nチャネルMOSFETのドレインが接続されるドレインと、ローサイドオフ信号が印加されるゲートを有する第2pチャネルMOSFETをさらに有することとしてもよい(第5の構成)。 In the third or fourth configuration, the low-side gate signal generator includes a source connected to the application terminal of the first power supply voltage, a drain connected to the drain of the second n-channel MOSFET, and a low-side gate signal generator. It may further include a second p-channel MOSFET having a gate to which an off signal is applied (fifth configuration).
また、上記第3から第5のいずれかの構成において、前記ローサイドゲート信号生成部は、前記第2nチャネルMOSFETのドレインが接続されるドレインと、グランド電位の印加端が接続されるソースと、ローサイドオン信号が印加されるゲートを有する第4nチャネルMOSFETをさらに有することとしてもよい(第6の構成)。 In any one of the third to fifth configurations, the low-side gate signal generator includes a drain connected to the drain of the second n-channel MOSFET, a source connected to a ground potential application terminal, and a low-side gate signal generator. It may further include a fourth n-channel MOSFET having a gate to which an ON signal is applied (sixth configuration).
また、本発明の第2態様に係る電源制御装置は、上記第5の構成としたゲート駆動回路と、前記ローサイドオフ信号を生成するオフ生成回路と、を有する電源制御装置であって、
前記オフ生成回路は、
第1フリップフロップと、
前記第1フリップフロップの出力に基づき三角波信号を生成する三角波生成部と、
前記三角波信号と参照電圧が入力される第1コンパレータと、
前記三角波信号と、前記共振インバータの出力電圧に基づく帰還電圧とが入力される第2コンパレータと、
を有し、
前記第1コンパレータの出力により前記第1フリップフロップはリセットされ、
前記第2コンパレータの出力により前記第1フリップフロップはセットされ、
前記ローサイドオフ信号は、前記第1コンパレータの出力に基づき、
ハイサイドオフ信号は、前記第2コンパレータの出力に基づく構成としている(第7の構成)。
Further, a power supply control device according to a second aspect of the present invention is a power supply control device including a gate drive circuit having the fifth configuration and an off generation circuit for generating the low side off signal,
The off generation circuit is
a first flip-flop;
a triangular wave generator that generates a triangular wave signal based on the output of the first flip-flop;
a first comparator to which the triangular wave signal and the reference voltage are input;
a second comparator to which the triangular wave signal and a feedback voltage based on the output voltage of the resonant inverter are input;
has
The first flip-flop is reset by the output of the first comparator,
The first flip-flop is set by the output of the second comparator,
The low side off signal is based on the output of the first comparator,
The high side off signal is configured based on the output of the second comparator (seventh configuration).
また、本発明の第3態様に係る電源制御装置は、上記第6の構成としたゲート駆動回路と、前記ローサイドオン信号を生成するローサイドオン生成回路と、を有する電源制御装置であって、
前記ローサイドオン生成回路は、
ハイサイドオフ信号が入力される第1RC回路と、
第2フリップフロップと、
前記第2フリップフロップの出力が入力される第2RC回路と、
を有し、
前記第1RC回路の出力により前記第2フリップフロップはセットされ、
前記第2RC回路の出力により前記第2フリップフロップはリセットされ、
前記ローサイドオン信号は、前記第2フリップフロップの出力に基づく構成としている(第8の構成)。
Further, a power supply control device according to a third aspect of the present invention is a power supply control device including a gate drive circuit having the sixth configuration and a low side on generation circuit for generating the low side on signal,
The low-side on generation circuit is
a first RC circuit to which a high side off signal is input;
a second flip-flop;
a second RC circuit to which the output of the second flip-flop is input;
has
The second flip-flop is set by the output of the first RC circuit,
The second flip-flop is reset by the output of the second RC circuit,
The low-side ON signal is configured based on the output of the second flip-flop (eighth configuration).
また、本発明の第4態様に係るゲート駆動回路は、入力電圧側のハイサイドトランジスタと、グランド電位側のローサイドトランジスタと、を有する共振インバータに用いられて前記ハイサイドトランジスタのゲートを駆動するゲート駆動回路であって、
前記入力電圧が一端に印加される第1キャパシタと、
前記第1キャパシタの他端に一端が接続されて、他端に、前記ハイサイドトランジスタと前記ローサイドトランジスタとが接続される第1ノードに生じるスイッチ電圧を基準とするオフセット電圧が印加される第1抵抗と、
前記第1キャパシタの他端と前記第1抵抗の一端とが接続される第2ノードにアノードが接続され、前記第1抵抗の他端にカソードが接続される第1ダイオードと、
を有して前記スイッチ電圧の立上りを検出する立上り検出部を備える構成としている(第9の構成)。
A gate drive circuit according to a fourth aspect of the present invention is used in a resonant inverter having a high-side transistor on the input voltage side and a low-side transistor on the ground potential side, and drives the gate of the high-side transistor. A drive circuit,
a first capacitor to one end of which the input voltage is applied;
A first capacitor having one end connected to the other end of the first capacitor and having the other end applied with an offset voltage based on a switch voltage generated at a first node where the high-side transistor and the low-side transistor are connected. resistance and
a first diode having an anode connected to a second node where the other end of the first capacitor and one end of the first resistor are connected, and a cathode connected to the other end of the first resistor;
and a rise detector for detecting the rise of the switch voltage (ninth structure).
また、上記第9の構成において、前記立上り検出部は、前記第1抵抗の他端と前記第1ダイオードのカソードとが接続される第3ノードにカソードが接続され、アノードが前記スイッチ電圧の印加端に接続される第2ダイオードをさらに有することとしてもよい(第10の構成)。 In the ninth configuration, the rise detector has a cathode connected to a third node to which the other end of the first resistor and the cathode of the first diode are connected, and an anode to which the switch voltage is applied. It may further have a second diode connected to the end (tenth configuration).
また、上記第9または第10の構成において、前記立上り検出部が生成する立上り検出信号に基づいて前記ハイサイドトランジスタを駆動するハイサイドゲート信号を生成するハイサイドゲート信号生成部をさらに備え、
前記ハイサイドゲート信号生成部は、
第1電源電圧と前記スイッチ電圧との間に構成されて前記立上り検出信号が入力されるCMOS構成と、
前記CMOS構成の出力端が接続されるゲートと、前記第1電源電圧の印加端が接続されるソースを有する第1pチャネルMOSFETと、
前記CMOS構成の出力端が接続されるゲートと、前記第1pチャネルMOSFETのドレインが接続されるドレインと、前記スイッチ電圧の印加端に接続されるソースを有する第1nチャネルMOSFETと、
前記CMOS構成の出力端が接続されるゲートと、前記スイッチ電圧の印加端が接続されるソースを有する第2nチャネルMOSFETと、
前記第2nチャネルMOSFETのドレインが接続されるゲートと、前記第1nチャネルMOSFETのドレインが接続されるドレインと、前記スイッチ電圧の印加端が接続されるソースを有する第3nチャネルMOSFETと、
を有することとしてもよい(第11の構成)。
In the ninth or tenth configuration, further comprising a high side gate signal generating section for generating a high side gate signal for driving the high side transistor based on the rising edge detection signal generated by the rising edge detecting section,
The high side gate signal generation unit
a CMOS configuration configured between a first power supply voltage and the switch voltage and receiving the rise detection signal;
a first p-channel MOSFET having a gate to which the output terminal of the CMOS configuration is connected, and a source to which the application terminal of the first power supply voltage is connected;
a first n-channel MOSFET having a gate connected to the output terminal of the CMOS configuration, a drain connected to the drain of the first p-channel MOSFET, and a source connected to the application terminal of the switch voltage;
a second n-channel MOSFET having a gate connected to the output terminal of the CMOS configuration and a source connected to the application terminal of the switch voltage;
a third n-channel MOSFET having a gate to which the drain of the second n-channel MOSFET is connected, a drain to which the drain of the first n-channel MOSFET is connected, and a source to which the switch voltage application terminal is connected;
(eleventh configuration).
また、上記第11の構成において、前記ハイサイドゲート信号生成部は、前記第2nチャネルMOSFETのドレインと前記スイッチ電圧の印加端との間に接続される第2抵抗をさらに有することとしてもよい(第12の構成)。 In the eleventh configuration, the high-side gate signal generator may further include a second resistor connected between the drain of the second n-channel MOSFET and the switch voltage application terminal ( 12th configuration).
また、上記第11または第12の構成において、前記ハイサイドゲート信号生成部は、前記第1電源電圧の印加端が接続されるソースと、前記第2nチャネルMOSFETのドレインが接続されるドレインと、ハイサイドオフ信号が印加されるゲートを有する第2pチャネルMOSFETをさらに有することとしてもよい(第13の構成)。 In the eleventh or twelfth configuration, the high-side gate signal generator includes a source connected to the application terminal of the first power supply voltage, a drain connected to the drain of the second n-channel MOSFET, It may further include a second p-channel MOSFET having a gate to which a high-side off signal is applied (13th configuration).
また、上記第11から第13のいずれかの構成において、前記ハイサイドゲート信号生成部は、前記第2nチャネルMOSFETのドレインが接続されるドレインと、前記スイッチ電圧の印加端が接続されるソースと、ハイサイドオン信号が印加されるゲートを有する第4nチャネルMOSFETをさらに有することとしてもよい(第14の構成)。 In any one of the eleventh to thirteenth configurations, the high-side gate signal generator includes a drain connected to the drain of the second n-channel MOSFET and a source connected to the switch voltage application terminal. , and a fourth n-channel MOSFET having a gate to which a high-side ON signal is applied (14th configuration).
また、本発明の第5態様に係る電源制御装置は、上記第13の構成としたゲート駆動回路と、前記ハイサイドオフ信号を生成するオフ生成回路と、を有する電源制御装置であって、
前記オフ生成回路は、
第1フリップフロップと、
前記第1フリップフロップの出力に基づき三角波信号を生成する三角波生成部と、
前記三角波信号と参照電圧が入力される第1コンパレータと、
前記三角波信号と、前記共振インバータの出力電圧に基づく帰還電圧とが入力される第2コンパレータと、
を有し、
前記第1コンパレータの出力により前記第1フリップフロップはリセットされ、
前記第2コンパレータの出力により前記第1フリップフロップはセットされ、
ローサイドオフ信号は、前記第1コンパレータの出力に基づき、
前記ハイサイドオフ信号は、前記第2コンパレータの出力に基づく構成としている(第15の構成)。
Further, a power control device according to a fifth aspect of the present invention is a power control device including a gate drive circuit having the thirteenth configuration and an off generation circuit for generating the high side off signal,
The off generation circuit is
a first flip-flop;
a triangular wave generator that generates a triangular wave signal based on the output of the first flip-flop;
a first comparator to which the triangular wave signal and the reference voltage are input;
a second comparator to which the triangular wave signal and a feedback voltage based on the output voltage of the resonant inverter are input;
has
The first flip-flop is reset by the output of the first comparator,
The first flip-flop is set by the output of the second comparator,
The low side off signal is based on the output of the first comparator,
The high side off signal is configured based on the output of the second comparator (15th configuration).
また、本発明の第6態様に係る電源制御装置は、上記第14の構成としたゲート駆動回路と、前ハイサイドオン信号を生成するハイサイドオン生成回路と、を有する電源制御装置であって、
前記ハイサイドオン生成回路は、
ローサイドオフ信号が入力される第1RC回路と、
第2フリップフロップと、
前記第2フリップフロップの出力が入力される第2RC回路と、
を有し、
前記第1RC回路の出力により前記第2フリップフロップはセットされ、
前記第2RC回路の出力により前記第2フリップフロップはリセットされ、
前記ハイサイドオン信号は、前記第2フリップフロップの出力に基づく構成としている(第16の構成)。
Further, a power supply control device according to a sixth aspect of the present invention is a power supply control device including a gate drive circuit having the fourteenth configuration, and a high side-on generation circuit for generating a previous high side-on signal, ,
The high side-on generation circuit is
a first RC circuit to which a low-side off signal is input;
a second flip-flop;
a second RC circuit to which the output of the second flip-flop is input;
has
The second flip-flop is set by the output of the first RC circuit,
The second flip-flop is reset by the output of the second RC circuit,
The high-side ON signal is configured based on the output of the second flip-flop (sixteenth configuration).
また、本発明の第7態様は、上記第1から第6、第9から第14のいずれかの構成としたゲート駆動回路を有する電源制御装置である(第17の構成)。 A seventh aspect of the present invention is a power supply control device having a gate drive circuit having any one of the first to sixth and ninth to fourteenth configurations (seventeenth configuration).
また、本発明の第8態様は、上記第17の構成とした電源制御装置と、前記電源制御装置により駆動制御されるハイサイドトランジスタおよびローサイドトランジスタと、を有する共振インバータである(第18の構成)。 An eighth aspect of the present invention is a resonance inverter including the power control device having the seventeenth configuration, and a high-side transistor and a low-side transistor driven and controlled by the power control device (eighteenth configuration ).
また、上記第18の構成において、前記ハイサイドトランジスタおよび前記ローサイドトランジスタは、GaN(窒化ガリウム)を半導体材料として構成されることとしてもよい(第19の構成)。 In the eighteenth configuration, the high-side transistor and the low-side transistor may be configured using GaN (gallium nitride) as a semiconductor material (nineteenth configuration).
また、本発明の第9態様は、上記第18または第19の構成とした共振インバータと、前記共振インバータの負荷となるプラズマ処理部と、を有するプラズマ処理装置である。 A ninth aspect of the present invention is a plasma processing apparatus having the resonant inverter having the eighteenth or nineteenth configuration, and a plasma processing section serving as a load of the resonant inverter.
また、本発明の第10態様は、第1整流平滑部と、前記第1整流平滑部から出力される直流電圧を入力電圧として入力される上記第18または第19の構成とした共振インバータと、前記共振インバータの負荷となる送電コイルと、を有する給電装置と、
受電コイルと、前記受電コイルの出力が入力される第2整流平滑部と、を有する被給電装置と、
を有するワイヤレス給電システムである。
A tenth aspect of the present invention is a first rectifying/smoothing section; a power supply device including a power transmission coil that serves as a load of the resonance inverter;
a power-supplied device having a power receiving coil and a second rectifying/smoothing section to which the output of the power receiving coil is input;
A wireless power supply system having
本発明のゲート駆動回路によると、デッドタイムを適切に調整することにより損失を低減できる。 According to the gate drive circuit of the present invention, loss can be reduced by appropriately adjusting the dead time.
以下に本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
<1.共振インバータの基本構成および基本動作>
本発明の実施形態について述べる前に、まず共振インバータの基本構成および基本動作について述べる。図1は、共振インバータの基本構成を示す回路図である。
<1. Basic Configuration and Basic Operation of Resonant Inverter>
Before describing the embodiments of the present invention, first, the basic configuration and basic operation of the resonant inverter will be described. FIG. 1 is a circuit diagram showing the basic configuration of a resonant inverter.
図1に示す共振インバータは、LC共振を利用して直流電圧である入力電圧Vinを交流電圧である出力電圧Voutに変換して負荷Zに供給するDC/ACコンバータである。図1に示す共振インバータは、入力電圧Vin(電源電圧)側のハイサイドトランジスタHSと、基準電位側のローサイドトランジスタBSと、インダクタL1と、キャパシタCR1と、を有する。 The resonant inverter shown in FIG. 1 is a DC/AC converter that uses LC resonance to convert an input voltage Vin, which is a DC voltage, into an output voltage Vout, which is an AC voltage, and supplies the load Z with the output voltage Vout. The resonant inverter shown in FIG. 1 has a high-side transistor HS on the input voltage Vin (power supply voltage) side, a low-side transistor BS on the reference potential side, an inductor L1, and a capacitor CR1.
nチャネルMOSFETで構成されるハイサイドトランジスタHSのドレインは、入力電圧Vinの印加端に接続される。ハイサイドトランジスタHSのソースは、nチャネルMOSFETで構成されるローサイドトランジスタBSのドレインにノードN1にて接続される。ローサイドトランジスタBSのソースは、基準電位の印加端に接続される。 The drain of the high-side transistor HS composed of an n-channel MOSFET is connected to the application terminal of the input voltage Vin. The source of the high side transistor HS is connected at a node N1 to the drain of the low side transistor BS composed of an n-channel MOSFET. The source of the low-side transistor BS is connected to the reference potential application terminal.
インダクタL1の一端は、ノードN1に接続される。インダクタL1の他端は、キャパシタCR1の一端に接続される。キャパシタCR1の他端と基準電位の印加端との間には、負荷Zが接続される。 One end of inductor L1 is connected to node N1. The other end of inductor L1 is connected to one end of capacitor CR1. A load Z is connected between the other end of the capacitor CR1 and the application end of the reference potential.
また、ハイサイドトランジスタHSおよびローサイドトランジスタBSは、それぞれ、ドレイン・ソース間にボディダイオード(寄生ダイオード)HBD,BBDおよび寄生容量HCds、BCdsを内在している。 Also, the high-side transistor HS and the low-side transistor BS have body diodes (parasitic diodes) HBD, BBD and parasitic capacitances HCds, BCds between their drains and sources, respectively.
このような構成の共振インバータにおいて、ハイサイドトランジスタHSのゲートおよびローサイドトランジスタBSのゲートは、それぞれ不図示のゲート駆動回路によって駆動される。これにより、ハイサイドトランジスタHSおよびローサイドトランジスタBSは、スイッチングされる。 In the resonance inverter having such a configuration, the gate of the high side transistor HS and the gate of the low side transistor BS are each driven by a gate driving circuit (not shown). Thereby, the high side transistor HS and the low side transistor BS are switched.
次に、このような構成の共振インバータにおける基本動作について、図2~図9を参照して説明する。図2~図9は、スイッチング状態およびノードN1に生じるスイッチ電圧SWの遷移を示す。なお、図2(a)~図9(a)において、太線矢印は発生する電流を示す。 Next, the basic operation of the resonant inverter having such a configuration will be described with reference to FIGS. 2 to 9. FIG. FIGS. 2-9 show the switching states and transitions of the switch voltage SW occurring at node N1. 2(a) to 9(a), thick arrows indicate currents generated.
まず、図2(a)に示すように、ハイサイドトランジスタHSがオン、ローサイドトランジスタBSがオフの場合、ハイサイドトランジスタHS、ノードN1、インダクタL1、キャパシタCR1、および負荷Zの順の経路で電流が流れる。このとき、図2(b)に示すように、スイッチ電圧SWは、入力電圧Vinとなる。 First, as shown in FIG. 2A, when the high-side transistor HS is on and the low-side transistor BS is off, the current flows through the order of the high-side transistor HS, the node N1, the inductor L1, the capacitor CR1, and the load Z. flows. At this time, as shown in FIG. 2B, the switch voltage SW becomes the input voltage Vin.
次に、図3(a)に示すように、ローサイドトランジスタBSがオフのままハイサイドトランジスタHSがオフとなり、デッドタイムが開始される。このとき、入力電圧Vin側からハイサイドトランジスタHSの寄生容量HCdsを、基準電位側からローサイドトランジスタBSの寄生容量BCdsをそれぞれ流れる電流がノードN1で合流し、インダクタL1、キャパシタCR1、および負荷Zを流れる。すなわち、ハイサイドトランジスタHSの寄生容量HCdsを充電し、ローサイドトランジスタBSの寄生容量BCdsを放電する。これにより、図3(b)に示すように、スイッチ電圧SWは、入力電圧Vinから0Vまで立ち下がる。 Next, as shown in FIG. 3A, the high side transistor HS is turned off while the low side transistor BS is turned off, and the dead time starts. At this time, currents flowing through the parasitic capacitance HCds of the high-side transistor HS from the input voltage Vin side and flowing through the parasitic capacitance BCds of the low-side transistor BS from the reference potential side merge at the node N1, and the inductor L1, the capacitor CR1, and the load Z are connected. flow. That is, the parasitic capacitance HCds of the high side transistor HS is charged and the parasitic capacitance BCds of the low side transistor BS is discharged. As a result, the switch voltage SW falls from the input voltage Vin to 0 V, as shown in FIG. 3(b).
スイッチ電圧SWが0Vまで立ち下がった後も、図4(a)に示すように、ハイサイドトランジスタHS、ローサイドトランジスタBSともにオフであり、デッドタイムが継続されると、ローサイドトランジスタBSのボディダイオードBBD、インダクタL1、キャパシタCR1、および負荷Zの順に電流が流れる。このとき、図4(b)に示すように、スイッチ電圧SWは、0Vを維持する。 Even after the switch voltage SW has fallen to 0 V, as shown in FIG. 4A, both the high-side transistor HS and the low-side transistor BS are off, and if the dead time continues, the body diode BBD of the low-side transistor BS , inductor L1, capacitor CR1, and load Z in that order. At this time, as shown in FIG. 4B, the switch voltage SW is maintained at 0V.
次に、図5(a)に示すように、ハイサイドトランジスタHSがオフのままローサイドトランジスタBSがオンとされると、デッドタイムが終了し、ローサイドトランジスタBS、インダクタL1、キャパシタCR1、および負荷Zの順に電流が流れる。このとき、図5(b)に示すように、スイッチ電圧SWは、0Vを維持する。 Next, as shown in FIG. 5A, when the low-side transistor BS is turned on while the high-side transistor HS is off, the dead time ends and the low-side transistor BS, inductor L1, capacitor CR1, and load Z Current flows in the order of At this time, as shown in FIG. 5B, the switch voltage SW maintains 0V.
そして、図6(a)に示すように、図5(a)のスイッチング状態が維持されると、LC共振により電流は逆流し、負荷Z、キャパシタCR1、インダクタL1、およびローサイドトランジスタBSの順に電流が流れる。このとき、図6(b)に示すように、スイッチ電圧SWは、0Vを維持する。 Then, as shown in FIG. 6(a), when the switching state of FIG. 5(a) is maintained, the current flows backward due to the LC resonance, and the current flows through the load Z, the capacitor CR1, the inductor L1, and the low-side transistor BS in this order. flows. At this time, as shown in FIG. 6B, the switch voltage SW maintains 0V.
次に、図7(a)に示すように、ハイサイドトランジスタHSがオフのままローサイドトランジスタBSがオフとなり、デッドタイムが開始されると、負荷Z、キャパシタCR1、およびインダクタL1の順に流れた電流は、ハイサイドトランジスタHSの寄生容量HCdsに流れる電流と、ローサイドトランジスタBSの寄生容量BCdsに流れる電流とに分かれる。すなわち、ハイサイドトランジスタHSの寄生容量HCdsは放電し、ローサイドトランジスタBSの寄生容量BCdsは充電される。これにより、図7(b)に示すように、スイッチ電圧SWは、0Vから入力電圧Vinまで立ち上がる。 Next, as shown in FIG. 7A, when the low-side transistor BS is turned off while the high-side transistor HS is off and the dead time starts, the current flowing through the load Z, the capacitor CR1, and the inductor L1 in this order is is divided into a current flowing through the parasitic capacitance HCds of the high-side transistor HS and a current flowing through the parasitic capacitance BCds of the low-side transistor BS. That is, the parasitic capacitance HCds of the high side transistor HS is discharged and the parasitic capacitance BCds of the low side transistor BS is charged. As a result, as shown in FIG. 7B, the switch voltage SW rises from 0V to the input voltage Vin.
そして、図8(a)に示すように、スイッチ電圧SWが入力電圧Vinまで立ち上った後もハイサイドトランジスタHS、ローサイドトランジスタBSがともにオフであるデッドタイムが継続されると、負荷Z、キャパシタCR1、インダクタL1、およびハイサイドトランジスタHSのボディダイオードHBDの順に電流が流れる。このとき、図8(b)に示すように、スイッチ電圧SWは、入力電圧Vinを維持する。 Then, as shown in FIG. 8A, when the dead time in which both the high-side transistor HS and the low-side transistor BS are off continues even after the switch voltage SW has risen to the input voltage Vin, the load Z and the capacitor CR1 , inductor L1, and body diode HBD of high-side transistor HS. At this time, as shown in FIG. 8B, the switch voltage SW maintains the input voltage Vin.
次に、図9(a)に示すように、ローサイドトランジスタBSをオフのままハイサイドトランジスタHSをオンとすると、デッドタイムが終了し、負荷Z、キャパシタCR1、インダクタL1、およびハイサイドトランジスタHSの順に電流が流れる。このとき、図9(b)に示すように、スイッチ電圧SWは、入力電圧Vinを維持する。 Next, as shown in FIG. 9A, when the high side transistor HS is turned on while the low side transistor BS is turned off, the dead time ends and the load Z, the capacitor CR1, the inductor L1, and the high side transistor HS are turned on. Current flows in order. At this time, as shown in FIG. 9B, the switch voltage SW maintains the input voltage Vin.
その後、図9(a)のスイッチング状態が継続されると、LC共振により電流が逆流し、図2(a)に示すような状態に戻る。 After that, when the switching state of FIG. 9(a) continues, the current flows backward due to the LC resonance, and the state returns to the state shown in FIG. 2(a).
<2.共振インバータの課題>
ここで、図10は、上述したような挙動のスイッチ電圧SWを示すが、デッドタイムDT1が開始されてからスイッチ電圧SWが0Vに立ち下がったタイミングtp1にてローサイドトランジスタBSをオンとすると、ゼロボルトスイッチングが達成される。
<2. Issues of Resonant Inverter>
Here, FIG. 10 shows the switch voltage SW having the behavior described above. Switching is achieved.
しかしながら、図11に示すように、ローサイドトランジスタBSをオンとするタイミングが、タイミングtp1よりも早いタイミングtp11となった場合は、ゼロボルトスイッチングとならない。また、図11に示すように、ローサイドトランジスタBSをオンとするタイミングが、タイミングtp1よりも遅れたタイミングtp12となった場合は、ゼロボルトスイッチングは達成されるが、先述の図4(a)に示すようにローサイドトランジスタBSのボディダイオードBBDに電流が流れ、ダイオード損失が生じてしまう。従って、図10に示すように、タイミングtp1がローサイドトランジスタBSをオンとする理想的なタイミングであり、すなわちデッドタイムDT1はスイッチ電圧SWの立ち下り期間と一致させることが望ましい。 However, as shown in FIG. 11, when the timing at which the low-side transistor BS is turned on is timing tp11, which is earlier than timing tp1, zero-volt switching does not occur. Also, as shown in FIG. 11, when the timing to turn on the low-side transistor BS is timing tp12, which is later than timing tp1, zero-volt switching is achieved, but as shown in FIG. Thus, a current flows through the body diode BBD of the low-side transistor BS, resulting in diode loss. Therefore, as shown in FIG. 10, the timing tp1 is the ideal timing for turning on the low-side transistor BS, that is, the dead time DT1 is desirably matched with the falling period of the switch voltage SW.
また、図10に示すように、デッドタイムDT2が開始されてからスイッチ電圧SWが入力電圧Vinに立ち上がったタイミングtp2にてハイサイドトランジスタHSをオンとすると、ゼロボルトスイッチングが達成される。 Further, as shown in FIG. 10, when the high-side transistor HS is turned on at timing tp2 when the switch voltage SW rises to the input voltage Vin after the dead time DT2 starts, zero-volt switching is achieved.
しかしながら、図11に示すように、ハイサイドトランジスタHSをオンとするタイミングが、タイミングtp2よりも早いタイミングtp21となった場合は、ゼロボルトスイッチとならない。また、ハイサイドトランジスタHSをオンとするタイミングが、タイミングtp2よりも遅れたタイミングtp22となった場合は、ゼロボルトスイッチングは達成されるが、先述の図8(a)に示すようにハイサイドトランジスタHSのボディダイオードHBDに電流が流れ、ダイオード損失が生じてしまう。従って、図10に示すように、タイミングtp2がハイサイドトランジスタHSをオンとする理想的なタイミングであり、すなわちデッドタイムDT2はスイッチ電圧SWの立ち上り期間と一致させることが望ましい。 However, as shown in FIG. 11, when the timing to turn on the high-side transistor HS is timing tp21 earlier than timing tp2, the zero-volt switch does not work. When the timing to turn on the high-side transistor HS is timing tp22, which is later than timing tp2, zero-volt switching is achieved, but the high-side transistor HS is turned on as shown in FIG. A current flows through the body diode HBD of , resulting in diode loss. Therefore, as shown in FIG. 10, the timing tp2 is the ideal timing for turning on the high-side transistor HS, that is, it is desirable that the dead time DT2 coincide with the rising period of the switch voltage SW.
そこで、本発明では、スイッチング用のトランジスタをオンとするタイミングの理想的なタイミングからのずれを抑制すること、特に、理想的なタイミングからの遅れを抑制してダイオード損失を低減することを目的とする。すなわち、デッドタイムを適切に調整することを目的とする。 Accordingly, the present invention aims at suppressing the deviation of the timing for turning on the switching transistor from the ideal timing, in particular, suppressing the delay from the ideal timing to reduce the diode loss. do. That is, the object is to appropriately adjust the dead time.
<3.本発明の実施形態に係る共振インバータ>
図12は、本発明の例示的な実施形態に係る共振インバータの構成を示す図である。図12に示す共振インバータ50は、先述した基本的な構成の共振インバータと同様に、ハイサイドトランジスタHS、ローサイドトランジスタBS、インダクタL1、およびキャパシタCR1を有しており、ハイサイドトランジスタHSおよびローサイドトランジスタBSのスイッチングによって直流の入力電圧Vinを交流の出力電圧Voutに変換する。
<3. Resonance Inverter According to Embodiment of the Present Invention>
FIG. 12 is a diagram illustrating a configuration of a resonant inverter according to an exemplary embodiment of the invention. The
スイッチング用のトランジスタのオンタイミングの遅れによるダイオード損失は、高周波でのスイッチング駆動で顕著となる。そこで、本実施形態では、ハイサイドトランジスタHSおよびローサイドトランジスタBSとして、特に高周波でのスイッチングに有利となるGaN(窒化ガリウム)を半導体材料としたデバイスを用いることが望ましい。 A diode loss due to a delay in turning on timing of a switching transistor becomes significant in high-frequency switching driving. Therefore, in this embodiment, as the high-side transistor HS and the low-side transistor BS, it is desirable to use a device using GaN (gallium nitride) as a semiconductor material, which is particularly advantageous for switching at high frequencies.
また、GaNを半導体材料としたトランジスタでは、ボディダイオードの順電圧(Vf)が比較的大きいので、ダイオード損失が大きくなりやすく、その意味でも本発明の対象として好適である。但し、例えばダイオードのVfを小さくすべく、トランジスタに外付けのダイオードを接続してもよい。 In addition, since a transistor using GaN as a semiconductor material has a relatively large forward voltage (Vf) of the body diode, the diode loss tends to increase, and in that sense, the transistor is suitable as the object of the present invention. However, an external diode may be connected to the transistor, for example, in order to reduce Vf of the diode.
また、本発明では、トランジスタをGaN以外の例えばSiCやSiなどの半導体材料により構成することを制限するものではない。 In addition, the present invention does not limit the use of semiconductor materials other than GaN, such as SiC and Si, for transistors.
特に、図12に示す共振インバータ50は、電源制御装置51を有している。電源制御装置51は、ハイサイドトランジスタHSのゲートを駆動するハイサイドゲート信号HG、およびローサイドトランジスタBSのゲートを駆動するローサイドゲート信号BGを生成する。
In particular, the
電源制御装置51は、ローサイドゲート駆動回路52、ハイサイドゲート駆動回路53、オフ生成回路54、ハイサイドオン生成回路55、およびローサイドオン生成回路56を有している。
The power
ローサイドゲート駆動回路52は、ローサイドゲート信号BGを生成する回路である。ハイサイドゲート駆動回路53は、ハイサイドゲート信号HGを生成する回路である。
The low side
オフ生成回路54は、ハイサイドトランジスタHSをオフするためのハイサイドオフ信号HS-OFF、およびローサイドトランジスタBSをオフするためのローサイドオフ信号BS-OFFを生成する回路である。
The off
ローサイドオン生成回路56は、後述するようにローサイドトランジスタBSを強制的にオンするためのローサイドオン信号BS-ONを生成する回路である。ハイサイドオン生成回路55は、後述するようにハイサイドトランジスタHSを強制的にオンするためのハイサイドオン信号HS-ONを生成する回路である。
The low-side on
電源制御装置51に含まれる上記各回路の詳細については後述する。
Details of the circuits included in the power
なお、図12に示すように、共振インバータ50は、出力電圧Voutを分圧するための分圧抵抗Rd1、Rd2と、整流平滑部57も有している。出力電圧Voutを分圧抵抗Rd1,Rd2によって分圧して得られる電圧は、整流平滑部57により整流平滑されることで帰還電圧FBとされる。後述するように帰還電圧FBは、オフ生成回路54で使用される。
Note that, as shown in FIG. 12, the
<4.ローサイドゲート駆動回路>
次に、電源制御装置51に含まれるローサイドゲート駆動回路52の詳細について述べる。図13は、ローサイドゲート駆動回路52の一構成例を示す回路図である。
<4. Low-side gate drive circuit>
Next, details of the low-side
図13に示すように、ローサイドゲート駆動回路52は、スイッチ電圧SWの立ち下りを検出する立下り検出部521と、立下り検出部521により生成される立下り検出信号VB1に基づいてローサイドゲート信号BGを生成するローサイドゲート信号生成部522と、を有している。
As shown in FIG. 13, the low-side
立下り検出部521は、キャパシタC11と、抵抗R11と、ダイオードD11と、ダイオードD12と、を有している。キャパシタC11の一端には、スイッチ電圧SWが印加される。キャパシタC11の他端は、抵抗R11の一端に接続される。抵抗R11の他端には、グランド電位を基準とするオフセット用のオフセット電圧Eの印加端が接続される。ダイオードD11のアノードは、キャパシタC11と抵抗R11とが接続されるノードND1とノードND11において接続される。ダイオードD11のカソードは、ダイオードD12のカソードと接続される。ダイオードD12のアノードは、グランド電位の印加端に接続される。抵抗R11とオフセット電圧Eの印加端とが接続されるノードND2は、ダイオードD11とD12とが接続されるノードND3に接続される。
The
立下り検出信号VB1は、ノードND11に生成される。 Fall detection signal VB1 is generated at node ND11.
また、ローサイドゲート信号生成部522は、pチャネルMOSFETで構成されるトランジスタP11~P13と、nチャネルMOSFETで構成されるトランジスタN11~N15と、抵抗R12と、を有している。
The low-side
トランジスタP11とN11は、所定の電源電圧V11の印加端とグランド電位の印加端との間でCMOSを構成する。すなわち、トランジスタP11のソースは、電源電圧V11の印加端に接続される。トランジスタP11のドレインは、トランジスタN11のドレインに接続される。トランジスタN11のソースは、グランド電位の印加端に接続される。トランジスタP11のゲートと、トランジスタN11のゲートが接続されるノードND12は、ノードND11に接続される。すなわち、ノードND12には、立下り検出信号VB1が印加される。 The transistors P11 and N11 constitute a CMOS between the application terminal of the predetermined power supply voltage V11 and the application terminal of the ground potential. That is, the source of the transistor P11 is connected to the application terminal of the power supply voltage V11. The drain of transistor P11 is connected to the drain of transistor N11. The source of the transistor N11 is connected to the ground potential application terminal. A node ND12 to which the gate of the transistor P11 and the gate of the transistor N11 are connected is connected to the node ND11. That is, the fall detection signal VB1 is applied to the node ND12.
トランジスタP11のドレインとトランジスタN11のドレインとが接続されるノードN1D3は、トランジスタP12のゲートとトランジスタN12のゲートとが接続されるノードND14に接続される。トランジスタP12のソースは、電源電圧V11の印加端とノードND15で接続される。 A node N1D3 to which the drains of the transistors P11 and N11 are connected is connected to a node ND14 to which the gates of the transistors P12 and N12 are connected. The source of the transistor P12 is connected to the application terminal of the power supply voltage V11 at the node ND15.
トランジスタN12のドレインは、トランジスタP12のドレインにノードND16で接続される。トランジスタN12のソースは、グランド電位の印加端に接続される。 The drain of transistor N12 is connected to the drain of transistor P12 at node ND16. The source of the transistor N12 is connected to the ground potential application terminal.
トランジスタN13のゲートは、ノードND14に接続される。トランジスタN13のドレインは、トランジスタP13のドレインにノードND17で接続される。トランジスタP13のソースは、ノードND16に接続される。トランジスタP13のゲートには、ローサイドオフ信号BS-OFFが印加される。トランジスタN13のソースは、グランド電位の印加端に接続される。 A gate of the transistor N13 is connected to the node ND14. The drain of transistor N13 is connected to the drain of transistor P13 at node ND17. The source of transistor P13 is connected to node ND16. A low-side off signal BS-OFF is applied to the gate of the transistor P13. The source of the transistor N13 is connected to the ground potential application terminal.
接続ノードND17は、抵抗R12の一端、トランジスタN14のドレイン、およびトランジスN15のゲートに接続される。抵抗R12の他端、トランジスタN14のソース、およびトランジスタN15のソースは、グランド電位の印加端に接続される。トランジスタN14のゲートには、ローサイドオン信号BS-ONが印加される。 The connection node ND17 is connected to one end of the resistor R12, the drain of the transistor N14, and the gate of the transistor N15. The other end of the resistor R12, the source of the transistor N14, and the source of the transistor N15 are connected to the ground potential application end. A low-side on signal BS-ON is applied to the gate of the transistor N14.
トランジスタN15のドレインは、ノードND16とノードND18で接続される。ローサイドゲート信号BGは、ノードND18に生成される。 The drain of transistor N15 is connected at node ND16 and node ND18. A low-side gate signal BG is generated at a node ND18.
ここで、図15は、定常動作におけるローサイドゲート駆動回路52の各部の信号挙動を示すタイミングチャートである。図15には、上段より順に、スイッチ電圧SW、立下り検出信号VB1、トランジスタN13のゲート信号VC1(ノードND14に生じる電圧)、ローサイドオフ信号BS-OFF、ローサイドオン信号BS-ON、トランジスタN15のゲート信号VD1(ノードND17に生じる電圧)、およびローサイドゲート信号BGを示す。
Here, FIG. 15 is a timing chart showing signal behavior of each part of the low-side
まず、ハイサイドトランジスタHSがオンでローサイドトランジスタBSがオフでスイッチ電圧SWが入力電圧Vinとなっているときに(タイミングt1手前)、立下り検出部521におけるキャパシタC11と抵抗R11からなる微分回路による出力0Vがオフセット電圧Eだけ持ち上げられた電圧が立下り検出信号VB1として生じる(立下り検出信号VB1=High)。 First, when the high-side transistor HS is on, the low-side transistor BS is off, and the switch voltage SW is equal to the input voltage Vin (before timing t1), A voltage obtained by raising the output 0 V by the offset voltage E is generated as the fall detection signal VB1 (fall detection signal VB1=High).
これにより、トランジスタP11とN11によるCMOS構成により、立下り検出信号VB1がレベル反転され、ゲート信号VC1はLowとなる。ローサイドオフ信号BS-OFFはHighであり、ローサイドオン信号BS-ONはLowである。従って、トランジスタN13,P13,N14はオフであり、ノードND17の電圧(=ゲート信号VD1)はHighを維持される。ここで、抵抗R12は必須ではないが、抵抗R12を設けないとノードND17の電圧が不定となるため、抵抗R12を設けることが望ましい。 As a result, the level of the fall detection signal VB1 is inverted by the CMOS configuration of the transistors P11 and N11, and the gate signal VC1 becomes Low. The low side off signal BS-OFF is High and the low side on signal BS-ON is Low. Therefore, the transistors N13, P13, and N14 are off, and the voltage of the node ND17 (=gate signal VD1) is kept High. Here, although the resistor R12 is not essential, it is desirable to provide the resistor R12 because the voltage of the node ND17 becomes unstable if the resistor R12 is not provided.
ゲート信号VD1がHighのため、トランジスタN15はオンであり、ローサイドゲート信号BGは、Lowとなる。 Since the gate signal VD1 is High, the transistor N15 is on and the low-side gate signal BG is Low.
そして、タイミングt1にてハイサイドトランジスタHSがオフとなるとデッドタイムが開始され、スイッチ電圧SWは立下りを開始する。このとき、上記微分回路により出力される負の電圧は、オフセット電圧Eだけ持ち上げられ0V以下の電圧となるが、ダイオードD12により立下り検出信号VB1は0Vとされる。ダイオードD12は、スイッチ電圧SWの立下りの傾きが大きい場合に大きな負電圧が生じるため、その場合でも0Vに制限するために設けている。但し、ダイオードD12は、必須ではない。 Then, when the high-side transistor HS is turned off at timing t1, the dead time starts, and the switch voltage SW starts falling. At this time, the negative voltage output from the differentiating circuit is raised by the offset voltage E and becomes a voltage of 0V or less, but the fall detection signal VB1 is set to 0V by the diode D12. The diode D12 is provided to limit the voltage to 0 V even in such a case because a large negative voltage is generated when the switch voltage SW has a steep fall slope. However, the diode D12 is not essential.
このとき、上記CMOS構成により、ゲート信号VC1は、Highとなる。これにより、トランジスタN13がオンとなり、ゲート信号VD1はLowとなる。ゲート信号VC1によりトランジスタN12がオンとなるので、ローサイドゲート信号BGはLowとなる。 At this time, the gate signal VC1 becomes High due to the above CMOS configuration. As a result, the transistor N13 is turned on and the gate signal VD1 becomes Low. Since the transistor N12 is turned on by the gate signal VC1, the low-side gate signal BG becomes Low.
そして、タイミングt2にてスイッチ電圧SWが0Vに達すると、上記微分回路により出力される0Vがオフセット電圧Eだけ持ち上げられた電圧が立下り検出信号VB1として生じる。すなわち、立下り検出信号VB1は、0VからEまで立ち上がる。すると、ゲート信号VC1はLowとなり、ローサイドオフ信号BS-OFFはHigh、ローサイドオン信号BS-ONはLowのため、ゲート信号VD1はLowを維持する。ゲート信号VC1によりトランジスタP12はオンとなるので、ローサイドゲート信号BGはHighとされる。これにより、ローサイドトランジスタBSはオンとされ、デッドタイムは終了する。 Then, when the switch voltage SW reaches 0 V at timing t2, a voltage obtained by raising the 0 V output by the differentiating circuit by the offset voltage E is generated as the fall detection signal VB1. That is, the fall detection signal VB1 rises from 0V to E. Then, the gate signal VC1 becomes Low, the low-side off signal BS-OFF is High, and the low-side on signal BS-ON is Low, so the gate signal VD1 maintains Low. Since the transistor P12 is turned on by the gate signal VC1, the low-side gate signal BG becomes High. This turns on the low-side transistor BS, ending the dead time.
その後、タイミングt3にてローサイドオン信号BS-ONがHighに立ち上がり、その後Lowに立ち下がっても、トランジスタN14がオンとなってからオフとなるので、ゲート信号VD1はLowを維持する。 After that, even if the low-side-on signal BS-ON rises to high at timing t3 and then falls to low, the gate signal VD1 remains low because the transistor N14 turns on and then turns off.
そして、タイミングt4にてローサイドオフ信号BS-OFFがLowに立ち下がると、トランジスタP13がオンとされ、ゲート信号VD1はHighとされる。これにより、トランジスタN15はオンとなり、ローサイドゲート信号BGはLowとされる。従って、ローサイドトランジスタBSがオフとされ、デッドタイムが開始される。これにより、スイッチ電圧SWの立ち上がりが開始される。 Then, when the low-side off signal BS-OFF falls to Low at timing t4, the transistor P13 is turned on and the gate signal VD1 is set to High. As a result, the transistor N15 is turned on, and the low-side gate signal BG becomes Low. Therefore, the low-side transistor BS is turned off and dead time begins. As a result, the switch voltage SW starts to rise.
すると、上記微分回路により正の電圧が出力されるが、ダイオードD11により0Vに制限されてからオフセット電圧Eだけ持ち上げられた電圧が立下り検出信号VB1として生じる(立下り検出信号VB1=High)。 Then, a positive voltage is output by the differentiating circuit, but the voltage is limited to 0 V by the diode D11 and raised by the offset voltage E to generate the fall detection signal VB1 (fall detection signal VB1=High).
その後、ローサイドオフ信号BS-OFFがHighに立ち上がっても、トランジスタP13がオフとなるので、ゲート信号VD1はHighを維持する。 After that, even if the low-side off signal BS-OFF rises to High, the gate signal VD1 remains High because the transistor P13 is turned off.
そして、タイミングt5にてスイッチ電圧SWが入力電圧Vinに達すると、後述するハイサイドゲート駆動回路53によりハイサイドトランジスタHSがオンとされ、デッドタイムが終了される。その後、スイッチ電圧SWは入力電圧Vinを維持するので、立下り検出信号VB1=High、ゲート信号VC1=Lowとなり、ゲート信号VD1はHighを維持する。
When the switch voltage SW reaches the input voltage Vin at timing t5, the high-side transistor HS is turned on by the high-side
このように本実施形態のローサイドゲート駆動回路52は、トランジスタ、ダイオード、抵抗、およびキャパシタにより構成され、ICは用いないので、スイッチ電圧SWが0Vに立ち下がったタイミングt2で即時に立下り検出信号VB1をHighに立ち上げて、ローサイドゲート信号BGをHighとして、ローサイドトランジスタBSをオンさせることができる。従って、ローサイドトランジスタBSのオンタイミングの理想的なタイミングt2からの遅れを抑制し、ダイオード損失を低減できる。
As described above, the low-side
シミュレーションを行った結果では、ローサイドトランジスタBSのオンタイミングの理想的なタイミングからの遅れは、ICを用いる従来の構成では20~30nsであったものが、本発明の構成であれば、5nsまで低減することが確認された。この結果より、スイッチング周期に対する遅れの割合を考慮すると、共振インバータのスイッチング周波数は5MHz以上であると特に本発明は有効となる。 According to simulation results, the delay from the ideal timing of turning on the low-side transistor BS was 20 to 30 ns in the conventional configuration using an IC, but in the configuration of the present invention, it is reduced to 5 ns. It was confirmed that From this result, considering the rate of delay with respect to the switching period, the present invention is particularly effective when the switching frequency of the resonant inverter is 5 MHz or higher.
また、図16は、入力電圧Vinを投入後すぐの過渡状態におけるローサイドゲート駆動回路52の各部の信号挙動を示すタイミングチャートである。ここでは、タイミングt11にてデッドタイムが開始されると、電流量が小さいため、スイッチ電圧SWの立ち下がる傾きが緩やかとなり、立下り検出信号VB1はHighで維持される。これにより、ゲート信号VC1はLow、ゲート信号VD1はHighを維持され、ローサイドゲート信号BGはLowを維持する。
FIG. 16 is a timing chart showing signal behavior of each part of the low-side
しかしながら、タイミングt12にてローサイドオン信号BS-ONがHighに立ち上がるので、トランジスタN14がオンとされ、ゲート信号VD1はLowとなる。このとき、Lowであるゲート信号VC1によりトランジスタP12はオンであるので、ローサイドゲート信号BGはHighとされる。従って、ローサイドオン信号BS-ONによってローサイドトランジスタBSを強制的にオンさせることができる。 However, since the low-side on signal BS-ON rises to High at timing t12, the transistor N14 is turned on and the gate signal VD1 becomes Low. At this time, since the transistor P12 is turned on by the low gate signal VC1, the low-side gate signal BG is set high. Therefore, the low side transistor BS can be forcibly turned on by the low side on signal BS-ON.
<5.ハイサイドゲート駆動回路>
次に、電源制御装置51に含まれるハイサイドゲート駆動回路53の詳細について述べる。図14は、ハイサイドゲート駆動回路53の一構成例を示す回路図である。
<5. High side gate drive circuit>
Next, the details of the high-side
図14に示すように、ハイサイドゲート駆動回路53は、スイッチ電圧SWの立上りを検出する立上り検出部531と、立上り検出部531により生成される立上り検出信号VB2に基づいてハイサイドゲート信号HGを生成するハイサイドゲート信号生成部532と、を有している。
As shown in FIG. 14, the high-side
立上り検出部531およびハイサイドゲート信号生成部532ともに基本的な構成は図13で示したローサイドゲート駆動回路52と同様であるので詳述しないが、図13との相違は、キャパシタC21に入力電圧Vinが印加されること、オフセット電圧Eの基準がスイッチ電圧SWであること、所定の電源電圧V21の基準がスイッチ電圧SWであることである。
The basic configuration of both the rising
ここで、図17は、定常動作におけるハイサイドゲート駆動回路53の各部の信号挙動を示すタイミングチャートである。図17には、上段より順に、スイッチ電圧SW、入力電圧Vinとスイッチ電圧SWとの電圧差(Vin-SW)、立上り検出信号VB2、ゲート信号VC2、ハイサイドオフ信号HS-OFF、ハイサイドオン信号HS-ON、ゲート信号VD2、およびハイサイドゲート信号HGを示す。
Here, FIG. 17 is a timing chart showing signal behavior of each part of the high-side
まず、ハイサイドトランジスタHSがオフでローサイドトランジスタBSがオンでスイッチ電圧SWが0Vとなっているとき、Vin-SWはVinとなり(タイミングt21手前)、立上り検出部531におけるキャパシタC21と抵抗R21からなる微分回路による出力SWがオフセット電圧Eだけ持ち上げられた電圧が立上り検出信号VB2として生じる(立上り検出信号VB2=High)。
First, when the high-side transistor HS is off, the low-side transistor BS is on, and the switch voltage SW is 0 V, Vin−SW becomes Vin (before timing t21), and the
これにより、トランジスタP21とN21によるCMOS構成により、立上り検出信号VB2がレベル反転され、ゲート信号VC2はLowとなる。ハイサイドオフ信号HS-OFFはHighであり、ハイサイドオン信号HS-ONはLowである。従って、トランジスタN23,P23,N24はオフであり、ノードND27の電圧(=ゲート信号VD2)はHighを維持される。ここで、抵抗R22は必須ではないが、抵抗R22を設けないとノードND27の電圧が不定となるため、抵抗R22を設けることが望ましい。 As a result, the level of the rise detection signal VB2 is inverted by the CMOS configuration of the transistors P21 and N21, and the gate signal VC2 becomes Low. The high side off signal HS-OFF is High and the high side on signal HS-ON is Low. Therefore, the transistors N23, P23, and N24 are off, and the voltage of the node ND27 (=gate signal VD2) is kept High. Here, although the resistor R22 is not essential, it is desirable to provide the resistor R22 because the voltage of the node ND27 becomes unstable if the resistor R22 is not provided.
ゲート信号VD2がHighのため、トランジスタN25はオンであり、ハイサイドゲート信号HGは、Lowとなる。 Since the gate signal VD2 is High, the transistor N25 is on and the high side gate signal HG is Low.
そして、タイミングt21にてローサイドトランジスタBSがオフとなるとデッドタイムが開始され、スイッチ電圧SWは立上りを開始し、Vin-SWは立下りを開始する。このとき、上記微分回路により出力されるSWより低い電圧は、オフセット電圧Eだけ持ち上げられSW以下の電圧となるが、ダイオードD22により立上り検出信号VB2はSWとされる。ダイオードD22は、スイッチ電圧SWの立上りの傾きが大きい場合にSWよりかなり低い電圧が生じるため、その場合でもSWに制限するために設けている。但し、ダイオードD22は、必須ではない。 Then, when the low-side transistor BS is turned off at timing t21, the dead time starts, the switch voltage SW starts rising, and Vin-SW starts falling. At this time, the voltage lower than SW output by the differentiating circuit is raised by the offset voltage E to become a voltage lower than SW, but the rising detection signal VB2 is set to SW by the diode D22. The diode D22 is provided in order to limit the voltage to SW even in such a case because a voltage considerably lower than SW occurs when the rising slope of the switch voltage SW is large. However, the diode D22 is not essential.
このとき、上記CMOS構成により、ゲート信号VC2は、Highとなる。これにより、トランジスタN23がオンとなり、ゲート信号VD2はLowとなる。ゲート信号VC2によりトランジスタN22がオンとなるので、ハイサイドゲート信号HGはLowとなる。 At this time, the gate signal VC2 becomes High due to the above CMOS configuration. As a result, the transistor N23 is turned on and the gate signal VD2 becomes Low. Since the transistor N22 is turned on by the gate signal VC2, the high side gate signal HG becomes Low.
そして、タイミングt22にてスイッチ電圧SWがVinに達すると、上記微分回路により出力されるSWがオフセット電圧Eだけ持ち上げられた電圧が立上り検出信号VB2として生じる。すなわち、立上り検出信号VB2は、SWからSW+Eまで立ち上がる。すると、ゲート信号VC2はLowとなり、ハイサイドオフ信号HS-OFFはHigh、ハイサイドオン信号HS-ONはLowのため、ゲート信号VD2はLowを維持する。ゲート信号VC2によりトランジスタP22はオンとなるので、ハイサイドゲート信号HGはHighとされる。これにより、ハイサイドトランジスタHSはオンとされ、デッドタイムは終了する。 Then, when the switch voltage SW reaches Vin at timing t22, a voltage obtained by raising the SW output by the differentiating circuit by the offset voltage E is generated as the rise detection signal VB2. That is, the rise detection signal VB2 rises from SW to SW+E. Then, the gate signal VC2 becomes Low, the high-side OFF signal HS-OFF is High, and the high-side ON signal HS-ON is Low, so the gate signal VD2 maintains Low. Since the transistor P22 is turned on by the gate signal VC2, the high side gate signal HG becomes High. As a result, the high-side transistor HS is turned on and the dead time ends.
その後、タイミングt23にてハイサイドオン信号HS-ONがHighに立ち上がり、その後Lowに立ち下がっても、トランジスタN24がオンとなってからオフとなるので、ゲート信号VD2はLowを維持する。 After that, even if the high-side ON signal HS-ON rises to High at timing t23 and then falls to Low, the gate signal VD2 maintains Low because the transistor N24 turns on and then turns off.
そして、タイミングt24にてハイサイドオフ信号HS-OFFがLowに立ち下がると、トランジスタP23がオンとされ、ゲート信号VD2はHighとされる。これにより、トランジスタN25はオンとなり、ハイサイドゲート信号HGはLowとされる。従って、ハイサイドトランジスタHSがオフとされ、デッドタイムが開始される。これにより、スイッチ電圧SWの立ち下がりが開始され、Vin-SWは立上りを開始する。 Then, when the high-side off signal HS-OFF falls to Low at timing t24, the transistor P23 is turned on and the gate signal VD2 is set to High. As a result, the transistor N25 is turned on, and the high-side gate signal HG becomes Low. Therefore, the high-side transistor HS is turned off and dead time begins. As a result, the switch voltage SW starts to fall, and Vin-SW starts to rise.
すると、上記微分回路によりSWより高い電圧が出力されるが、ダイオードD21によりSWに制限されてからオフセット電圧Eだけ持ち上げられた電圧が立上り検出信号VB2として生じる(立上り検出信号VB2=High)。 Then, a voltage higher than SW is output by the differentiating circuit, but a voltage that is limited to SW by the diode D21 and raised by the offset voltage E is generated as the rising edge detection signal VB2 (rising edge detection signal VB2=High).
その後、ハイサイドオフ信号HS-OFFがHighに立ち上がっても、トランジスタP23がオフとなるので、ゲート信号VD2はHighを維持する。 After that, even if the high-side off signal HS-OFF rises to High, the gate signal VD2 remains High because the transistor P23 is turned off.
そして、タイミングt25にてスイッチ電圧SWが0Vに達すると、ローサイドゲート駆動回路52によりローサイドトランジスタBSがオンとされ、デッドタイムが終了される。その後、スイッチ電圧SWは0Vを維持するので、立上り検出信号VB2=High、ゲート信号VC2=Lowとなり、ゲート信号VD2はHighを維持する。
Then, when the switch voltage SW reaches 0 V at timing t25, the low side transistor BS is turned on by the low side
このように本実施形態のハイサイドゲート駆動回路53は、トランジスタ、ダイオード、抵抗、およびキャパシタにより構成され、ICは用いないので、スイッチ電圧SWがVinに立ち上がったタイミングt22で即時に立上り検出信号VB2をHighに立ち上げて、ハイサイドゲート信号HGをHighとして、ハイサイドトランジスタHSをオンさせることができる。従って、ハイサイドトランジスタHSのオンタイミングの理想的なタイミングt22からの遅れを抑制し、ダイオード損失を低減できる。
As described above, the high-side
また、図18は、入力電圧Vinを投入後すぐの過渡状態におけるハイサイドゲート駆動回路53の各部の信号挙動を示すタイミングチャートである。ここでは、タイミングt31にてデッドタイムが開始されると、電流量が小さいため、スイッチ電圧SWの立上る傾きが緩やかとなり、Vin-SWの立ち下がる傾きは緩やかとなり、立上り検出信号VB2はHighで維持される。これにより、ゲート信号VC2はLow、ゲート信号VD2はHighを維持され、ハイサイドゲート信号HGはLowを維持する。
FIG. 18 is a timing chart showing signal behavior of each part of the high-side
しかしながら、タイミングt32にてハイサイドオン信号HS-ONがHighに立ち上がるので、トランジスタN24がオンとされ、ゲート信号VD2はLowとなる。このとき、Lowであるゲート信号VC2によりトランジスタP22はオンであるので、ハイサイドゲート信号HGはHighとされる。従って、ハイサイドオン信号HS-ONによってハイサイドトランジスタHSを強制的にオンさせることができる。 However, since the high-side ON signal HS-ON rises to High at timing t32, the transistor N24 is turned on and the gate signal VD2 becomes Low. At this time, since the transistor P22 is turned on by the low gate signal VC2, the high side gate signal HG is set high. Therefore, the high side transistor HS can be forcibly turned on by the high side on signal HS-ON.
<6.オフ生成回路>
次に、電源制御装置51に含まれるオフ生成回路54の詳細について述べる。図19は、オフ生成回路54の一構成例を示す回路図である。
<6. OFF Generation Circuit>
Next, the details of the
図19に示すオフ生成回路54は、フリップフロップ54Aと、三角波生成部54Bと、コンパレータ54Cと、コンパレータ54Dと、を有している。
The off
フリップフロップ54Aのセット端子(S)には、ハイサイドオフ信号HS-OFF―が入力される。フリップフロップ54Aのリセット端子(R)には、ローサイドオフ信号BS-OFF―が入力される。フリップフロップ54AのQ出力端子は、三角波生成部54Bに入力される。三角波生成部54Bは、一例として、RC回路を2つ接続したものとして構成している。三角波生成部54Bは、上記Q出力端子からの入力に基づいて三角波信号SSを生成する。
A high side off signal HS- OFF- is input to the set terminal (S) of the flip-
コンパレータ54Cの非反転入力端(+)には、三角波信号SSが入力される。コンパレータ54Cの反転入力端(-)には、参照電圧Vrefが印加される。コンパレータ54Cの出力がローサイドオフ信号BS-OFF―となる。なお、コンパレータ54Cからは、ローサイドオフ信号BS-OFF―を反転させたローサイドオフ信号BS-OFFも出力される。このローサイドオフ信号BS-OFFがローサイドゲート駆動回路52で使用される。
A triangular wave signal SS is input to the non-inverting input terminal (+) of the
コンパレータ54Dの非反転入力端(+)には、先述した帰還電圧FB(図12)が印加される。コンパレータ54Dの反転入力端(-)には、三角波信号SSが入力される。コンパレータ54Dの出力がハイサイドオフ信号HS-OFF―となる。なお、コンパレータ54Dからは、ハイサイドオフ信号HS-OFF―を反転させたハイサイドオフ信号HS-OFFも出力される。このハイサイドオフ信号HS-OFFがハイサイドゲート駆動回路53で使用される。
The aforementioned feedback voltage FB (FIG. 12) is applied to the non-inverting input terminal (+) of the
図20は、図19に示すオフ生成回路54によるオフ信号の生成を示すタイミングチャートである。タイミングt41にて三角波信号SSが帰還電圧FBを下回ると、ハイサイドオフ信号HS-OFF―がHighとされ、フリップフロップ54Aがセットされる。これにより、Q出力端子からの出力がHighとなり、三角波信号SSは上昇を開始する。そして、タイミングt42にて三角波信号SSが帰還電圧FBを上回ると、ハイサイドオフ信号HS-OFF―はLowとされる。
FIG. 20 is a timing chart showing generation of an off signal by the
その後、三角波信号SSが上昇を継続し、タイミングt43にて参照電圧Vrefに達すると、ローサイドオフ信号BS-OFF―はHighとされる。これにより、フリップフロップ54Aがリセットされるので、Q出力端子からの出力はLowとなり、三角波信号SSは低下を開始する。そして、タイミングt44にて三角波信号SSが参照電圧Vrefを下回ると、ローサイドオフ信号BS-OFF―はLowとされる。
Thereafter, when the triangular wave signal SS continues to rise and reaches the reference voltage Vref at timing t43, the low-side off signal BS- OFF- becomes High. As a result, the flip-
その後、三角波信号SSが低下を継続し、タイミングt45にて三角波信号SSが帰還電圧FBを下回ると、ハイサイドオフ信号HS-OFF―がHighとされる。 Thereafter, the triangular wave signal SS continues to drop, and when the triangular wave signal SS falls below the feedback voltage FB at timing t45, the high side off signal HS- OFF- becomes High.
<7.オン生成回路>
次に、電源制御装置51に含まれるハイサイドオン生成回路55およびローサイドオン生成回路56の詳細について述べる。
<7. ON generation circuit>
Next, the details of the high-side on
図21は、ハイサイドオン生成回路55の一構成例を示す回路図である。図21に示すハイサイドオン生成回路55は、抵抗R551とキャパシタC551からなるRC回路55Aと、フリップフロップ55Bと、抵抗R552とキャパシタC552とからなるRC回路55Cと、を有している。
FIG. 21 is a circuit diagram showing a configuration example of the high side-on
ローサイドオフ信号BS-OFF―は、RC回路55Aに入力される。RC回路55Aの出力は、フリップフロップ55Bのセット端子(S)に入力される。フリップフロップ55BのQ出力は、ハイサイドオン信号HS-ONとなり、RC回路55Cに入力される。RC回路55Cの出力は、フリップフロップ55Bのリセット端子(R)に入力される。
The low side off signal BS- OFF- is input to the
このような構成により、ローサイドオフ信号BS-OFF―がHighに立ち上がると、RC回路55Aの出力は時定数に従って上昇してフリップフロップ55Bはセットされる。これにより、ローサイドオフ信号BS-OFF―が立ち上がってから一定期間の経過後にハイサイドオン信号HS-ONをHighに立ち上げることができる。
With such a configuration, when the low-side off signal BS- OFF- rises to High, the output of the
ハイサイドオン信号HS-ONがHighとなると、RC回路55Cの出力は時定数に従って上昇してフリップフロップ55Bはリセットされる。これにより、ハイサイドオン信号HS-ONはLowに立ち下げられる。
When the high-side ON signal HS-ON becomes High, the output of the
図22は、ローサイドオン生成回路56の一構成例を示す回路図である。図22に示すローサイドオン生成回路56は、抵抗R561とキャパシタC561からなるRC回路56Aと、フリップフロップ56Bと、抵抗R562とキャパシタC562とからなるRC回路56Cと、を有している。
FIG. 22 is a circuit diagram showing a configuration example of the low-side-on
ハイサイドオフ信号HS-OFF―は、RC回路56Aに入力される。RC回路56Aの出力は、フリップフロップ56Bのセット端子(S)に入力される。フリップフロップ56BのQ出力は、ローサイドオン信号BS-ONとなり、RC回路56Cに入力される。RC回路56Cの出力は、フリップフロップ56Bのリセット端子(R)に入力される。
The high side off signal HS- OFF- is input to the
このような構成により、ハイサイドオフ信号HS-OFF―がHighに立ち上がると、RC回路56Aの出力は時定数に従って上昇してフリップフロップ56Bはセットされる。これにより、ハイサイドオフ信号HS-OFF―が立ち上がってから一定期間の経過後にローサイドオン信号BS-ONをHighに立ち上げることができる。
With such a configuration, when the high-side off signal HS- OFF- rises to High, the output of the
ローサイドオン信号BS-ONがHighとなると、RC回路56Cの出力は時定数に従って上昇してフリップフロップ56Bはリセットされる。これにより、ローサイドオン信号BS-ONはLowに立ち下げられる。
When the low-side on signal BS-ON becomes High, the output of the
<8.回路定数の設定>
次に、一例として、先述したローサイドゲート駆動回路52における立下り検出部521に含まれる微分回路についての回路定数の設定方法について述べる。
<8. Circuit constant setting>
Next, as an example, a method of setting circuit constants for the differentiating circuit included in the falling
ここで、図23は、キャパシタC1と抵抗Rからなる微分回路を示す。これは、立下り検出部521におけるキャパシタC11と抵抗R11からなる微分回路に相当する。さらに、図23では、寄生容量C2を示している。この寄生容量C2は、図13に示すようなダイオードD11,D12の寄生容量およびトランジスタN11の寄生容量の合成容量を示している。
Here, FIG. 23 shows a differentiating circuit consisting of a capacitor C1 and a resistor R. FIG. This corresponds to a differentiating circuit consisting of a capacitor C11 and a resistor R11 in the
そして、図23において、キャパシタC1に入力電圧Viを印加した場合の出力電圧をVoとする。ここで、図24に示すように時間的に傾斜する入力電圧Viを印加した場合の出力電圧Voは、(1)式で表される。
(1)式をラプラス変換すると、(2)式となる。
(2)式は、さらに(3)式となる。
(3)式を逆ラプラス変換して時間領域へ戻すと、(4)式となる。
(4)式より、出力電圧Voの振幅は、
ここで、図25に示すように、立下り検出部521の微分回路に入力電圧Viに相当するスイッチ電圧SWが入力されると、出力電圧Voに相当する立下り検出信号VB1は、オフセット電圧Eから上記の電圧振幅にて立ち下がる。
Here, as shown in FIG. 25, when the switch voltage SW corresponding to the input voltage Vi is input to the differentiating circuit of the falling
図25に示すトランジスタN11の閾値電圧Vthを下回るような電圧振幅であれば、トランジスタN11をオフとすることは可能ではあるが、余裕をもって0Vを下回るような電圧振幅であることが望ましい。従って、この場合、(5)式を満たす必要がある。
また、(4)式より出力電圧Voは時定数(C1+C2)Rに従って変化する。そこで、図25に示すように、電圧変化が63.2%(時定数)になるときには閾値Vthは超えているとして、時定数が許容時間Tdより下回るようにする。この場合、(6)式を満たす必要がある。
以上の条件である(5)式および(6)式をともに満たす条件は、(7)式となる。
(7)式の条件からC1とRを導出する。例えば、Vin=500V、Δt=10ns、Td=2ns、Vgo=5V、C2=60pFとすると、(7)式は、
ここで、R=20Ω、C1=20pFとすると、
また、C1,Rの定数が±20%ずれた場合でも、
<9.プラズマ処理装置への適用>
次に、本発明の実施形態に係る共振インバータ50をプラズマ処理装置へ適用した場合の一例について図26を用いて説明する。
<9. Application to plasma processing apparatus>
Next, an example of applying the
図26に示すプラズマ処理装置65は、共振インバータ50と、プラズマ処理部60と、を有している。共振インバータ50の負荷として、プラズマ処理部60が用いられる。
A
プラズマ処理部60は、例えば、内部に搬入したウェハなどの被加工物を加工(エッチング、表面改質等)するための装置である。この場合、プラズマ処理部60は、プラズマ放電用のガスを導入され、共振インバータ50から出力される高周波交流電流を利用して、プラズマ放電用ガスをプラズマ状態とする。そして、生成されたプラズマを利用して被加工物を加工する。
The
なお、プラズマ処理部60は、その他にも例えば殺菌用など医療用に利用することもできる。
In addition, the
<10.ワイヤレス給電システムへの適用>
次に、本発明の実施形態に係る共振インバータ50をワイヤレス給電システムへ適用した場合の一例について図27を用いて説明する。ワイヤレス給電は、非接触給電とも称される。
<10. Application to wireless power supply system>
Next, an example of applying the
図27に示すワイヤレス給電システム70は、給電装置701と、被給電装置の一例としてのバッテリパック702と、を有している。給電装置701は、ダイオードブリッジ701Aと、平滑コンデンサ701Bと、共振インバータ50と、送電コイル701Cと、を有している。
A wireless
また、バッテリパック702は、受電コイル702Aと、ダイオードブリッジ702Bと、平滑コンデンサ702Cと、充電回路702Dと、バッテリ702Eと、を有している。
The battery pack 702 also includes a
交流電源75による交流電圧は、ダイオードブリッジ701Aおよび平滑コンデンサ701Bによって整流平滑され、直流の入力電圧Vinに変換される。入力電圧Vinは、共振インバータ50により交流の出力電圧Voutに変換され、送電コイル701Cに印加される。
The AC voltage from
送電コイル701Cは、磁気結合によって電力を受電コイル702A側へ送電する。受電コイル702Aにより受電された電力は、ダイオードブリッジ702Bおよび平滑コンデンサ702Cによって整流平滑され、直流電力に変換される。充電回路702Dは、直流電力に基づいてバッテリ702Eへの充電を行う。
The
なお、被給電装置としては、バッテリパック以外にも、例えばスマートフォンや車両などとすることができる。 In addition to the battery pack, the power-supplied device may be, for example, a smartphone or a vehicle.
<11.半導体デバイス>
本実施形態の共振インバータ50におけるハイサイドトランジスタHSおよびローサイドトランジスタBSには、例えば以下に説明するような半導体デバイスを用いてもよい。
<11. Semiconductor device>
For the high-side transistor HS and the low-side transistor BS in the
図28は、半導体デバイスの斜視図である。図29は、図28に示す半導体デバイスにおけるトランジスタの平面図である。 FIG. 28 is a perspective view of a semiconductor device. 29 is a plan view of a transistor in the semiconductor device shown in FIG. 28. FIG.
図28に示すように、半導体デバイス1は、回路基板(図28では不図示)に電気的に接続するためのリードフレーム10と、リードフレーム10に載せられるトランジスタ20と、トランジスタ20を封止する封止樹脂30とを備える。トランジスタ20は、窒化物半導体を用いたHEMT(High Electron Mobility Transistor)である。半導体デバイス1は、半導体デバイス1の横方向となる第1の方向Xの寸法が略5mm、半導体デバイス1の縦方向となる第2の方向Yの寸法が略6mm、半導体デバイス1の高さ方向Zが略0.6mmのパッケージ(封止樹脂30)からなる。半導体デバイス1は、表面実装形であり、リードフレームが封止樹脂30の2方向から取り出される、所謂SOP(Small Outline Package)である。
As shown in FIG. 28, the
半導体デバイス1の使用周波数範囲は、1MHz以上かつ100MHz以下であり、好ましくは1MHz以上かつ30MHz以下である。本実施形態の半導体デバイス1は、30MHzで用いられる。また半導体デバイス1は、ドレイン電流の範囲が1A以上かつ200A以下の範囲の回路に適用可能であり、ドレイン電流の範囲が10A以上かつ100A以下の範囲の回路に適用することが好ましい。
The operating frequency range of the
封止樹脂30は、例えばエポキシ樹脂により矩形板状に形成されている。封止樹脂30は、上面となる表面31と、高さ方向Zにおいて表面31と対向する底面となる裏面32を有する。裏面32は、回路基板に実装される面となる。また封止樹脂30は、第1の方向Xにおいて一方側の側面となる第1の横側面33と、第1の方向Xにおいて他方側の側面となる第2の横側面34と、第2の方向Yにおいて一方側の側面となる第1の縦側面35と、第2の方向Yにおいて他方側の側面となる第2の縦側面36とを有する。
The sealing
トランジスタ20は、矩形板状に形成されている。平面視におけるトランジスタ20の形状は、長方形である。トランジスタ20は、第1の方向Xが長手方向となるようにリードフレーム10に載せられている。図29に示すように、トランジスタ20の外形サイズの一例は、平面視において長手方向の一辺の長さL1が略4200μmであり、他の一辺の長さL2が略2100μmであるような縦横比が2:1の長方形である。なお、以降のトランジスタ20の説明において、方向を示す場合は、トランジスタ20がリードフレーム10に載せられた状態におけるトランジスタ20の方向のことをいう。
The
トランジスタ20は、リードフレーム10(図28参照)側となる一方の面である表面20a及び表面20aと対向する他方の面である裏面20b(図28参照)を有する。表面20aには、リードフレーム10と電気的に接続するための5個のドレイン電極パッド21、4個のソース電極パッド22、及び1個のゲート電極パッド23が設けられている。ドレイン電極パッド21は、長手方向の長さLDが長い4個のドレイン電極パッド21Pと、長手方向の長さLDEが短い1個のドレイン電極パッド21Qとからなる。なお、ドレイン電極パッド21、ソース電極パッド22、及びゲート電極パッド23の個数は任意の設定事項である。このため、例えばドレイン電極パッド21の個数とソース電極パッド22の個数とが異なってもよい。またトランジスタ20は、複数のゲート電極パッド23を有してもよい。また以降の説明において、5個のドレイン電極パッド全体を示すときはドレイン電極パッド21と称する。
The
図29に示すように、ドレイン電極パッド21及びソース電極パッド22は、平面視においてトランジスタ20の長手方向(第1の方向X)において交互に配置されている。ドレイン電極パッド21及びソース電極パッド22のそれぞれは、トランジスタ20の長手方向と直交する方向(第2の方向Y)が長手方向となる略矩形状に形成されている。ドレイン電極パッド21及びソース電極パッド22は、互いに平行している。第1の方向Xにおいてトランジスタ20の両端には、それぞれドレイン電極パッド21が配置されている。
As shown in FIG. 29, the
ゲート電極パッド23は、第1の方向Xにおいてトランジスタ20の一端に配置されている。ゲート電極パッド23は、第1の方向Xにおいてトランジスタ20の一端に配置されたドレイン電極パッド21Qと第2の方向Yにおいて隙間を空けて対向している。ゲート電極パッド23はトランジスタ20の第2の方向Yの一端寄りに配置され、ドレイン電極パッド21Qはトランジスタ20の第2の方向Yの他端寄りに配置されている。
The gate electrode pad 23 is arranged at one end of the
4個のドレイン電極パッド21Pの長さLDと、4個のソース電極パッド22の長さLSとは互いに等しい。ドレイン電極パッド21Qの長さLDEは、長さLDの半分以下である。ゲート電極パッド23の長さLGは、長さLDEと等しい。ドレイン電極パッド21の幅WD、ソース電極パッド22の幅WS、及びゲート電極パッド23の幅WGは、それぞれ等しい。第2の方向Yにおいてドレイン電極パッド21、ソース電極パッド22、及びゲート電極パッド23の両端部は、第2の方向Yに向けて凸となる円弧状に形成されている。
The length LD of the four
ドレイン電極パッド21は第1の方向Xにおいて等間隔に配置され、ソース電極パッド22は第1の方向Xにおいて等間隔に配置されている。4個のドレイン電極パッド21P及び4個のソース電極パッド22は、第2の方向Yにおいて同じ位置に配置されている。ドレイン電極パッド21とこのドレイン電極パッド21と第1の方向Xにおいて隣り合うソース電極パッド22との間の距離Ddsは、それぞれ等しい。ゲート電極パッド23と、第1の方向Xにおいてゲート電極パッド23と隣り合うソース電極パッド22との間の距離Dsgは、距離Ddsと等しい。
The
図29のトランジスタ20の寸法関係は以下のとおりである。4個のドレイン電極パッド21Pの長さLD及び4個のソース電極パッド22の長さLSは、略1760μmであり、ドレイン電極パッド21Qの長さLDEは、略755μmである。ゲート電極パッド23の長さLGは、略755μmである。ドレイン電極パッド21の幅WD、ソース電極パッド22の幅WS、及びゲート電極パッド23の幅WGのそれぞれは、略240μmである。
The dimensional relationship of the
第2の方向Yにおけるゲート電極パッド23とドレイン電極パッド21Qとの間の距離Ddgは、略250μmである。ドレイン電極パッド21と、このドレイン電極パッド21と第1の方向Xにおいて隣り合うソース電極パッド22との間の距離Ddsのそれぞれは略200μmである。第1の方向Xにおいてゲート電極パッド23と隣り合うソース電極パッド22との間の距離Dsgは略200μmである。
A distance Ddg between the gate electrode pad 23 and the
リードフレーム10は、ドレイン電極パッド21(図29参照)と電気的に接続されるドレインフレーム11、ソース電極パッド22(図29参照)と電気的に接続されるソースフレーム12、及びゲート電極パッド23(図29参照)と電気的に接続されるゲートフレーム13を備える。ドレインフレーム11、ソースフレーム12、及びゲートフレーム13のそれぞれは、例えば銅板をエッチング加工することにより形成されている。ドレインフレーム11、ソースフレーム12、及びゲートフレーム13は、互いに隙間を空けて配置されることにより、互いに電気的に絶縁している。
The
ドレインフレーム11は、平面視において封止樹脂30の第1の縦側面35寄りに配置されている。ドレインフレーム11は、4個のドレイン端子11aと、これらドレイン端子11aを連結するドレイン連結部11bと、ドレイン連結部11bから第2の方向Yにおける第2の縦側面36側に向けて延びる5本のドレインフレームフィンガー11cとを備える。ドレインフレームフィンガー11cは、第2の方向Yに沿って延びている。このように、ドレインフレーム11は、櫛歯状に形成されている。4個のドレイン端子11a、ドレイン連結部11b、及び5本のドレインフレームフィンガー11cは、例えば単一部材により形成されている。なお、ドレイン端子11aの個数及びドレインフレームフィンガー11cの本数は任意の設定事項である。例えばドレイン端子11aの個数とドレインフレームフィンガー11cの本数とが同じであっても異なってもよい。またドレインフレームフィンガー11cの本数は、図29のトランジスタ20のドレイン電極パッド21の個数に応じて設定することが好ましい。
The
ドレイン端子11aは、平面視において第2の方向Yが長手方向となる長方形に形成されている。ドレイン端子11aは、第1の方向Xにおいて等間隔に配置されている。ドレイン端子11aは、封止樹脂30の第1の縦側面35と隣り合う位置に配置されている。第2の方向Yにおいてドレイン端子11aの一方の端部は、第1の縦側面35から封止樹脂30の外部に向けて突出している。第2の方向Yにおいてドレイン端子11aの他方の端部は、ドレイン連結部11bに連結されている。
The
第1の方向Xにおけるドレイン連結部11bの両端部には、母材となる鋼板(図示略)からドレインフレーム11を形成するときに鋼板とドレインフレーム11とを連結する第1タイバー部11dがドレイン連結部11bと一体に設けられている。第1タイバー部11dは、ドレイン連結部11bの両端部から第1の方向Xに沿って延びている。一方の第1タイバー部11dは、ドレイン連結部11bから第1の横側面33までに亘って形成されている。他方の第1タイバー部11dは、ドレイン連結部11bから第2の横側面34までに亘って形成されている。
At both end portions of the
ドレインフレームフィンガー11cは、第2の方向Yの長さが長い4本のドレインフレームフィンガー11Pと、第2の方向Yの長さが短い1本のドレインフレームフィンガー11Qとからなる。
The
ドレインフレームフィンガー11Pのうちの第1の横側面33側の端部のドレインフレームフィンガー11Pと、ドレインフレームフィンガー11Qとには、第2タイバー部11i,11jが設けられている。ドレインフレームフィンガー11Pに設けられた第2タイバー部11iは、封止樹脂30の第2の方向Yの中央位置から第1の横側面33に向けて第2の方向Yに沿って延びている。第2タイバー部11iは、第1の横側面33から露出する。ドレインフレームフィンガー11Qに設けられた第2タイバー部11jは、封止樹脂30の第2の方向Yの中央位置から第2の横側面34に向けて第2の方向Yに沿って延びている。第2タイバー部11jは、第2の横側面34から露出する。
Second tie bar portions 11i and 11j are provided on the drain frame finger 11P at the end of the drain frame finger 11P on the side of the first
ソースフレーム12は、平面視において封止樹脂30の第2の縦側面36寄りに配置されている。またソースフレーム12は、平面視において封止樹脂30の第1の横側面33寄りに配置されている。ソースフレーム12は、3個のソース端子12aと、これらソース端子12aを連結するソース連結部12bと、ソース連結部12bから第2の方向Yにおける第1の縦側面35側に向けて延びる4本のソースフレームフィンガー12cとを備える。ソースフレームフィンガー12cは、第2の方向Yに沿って延びている。このように、ソースフレーム12は、櫛歯状に形成されている。複数のソース端子12a、ソース連結部12b、及び複数のソースフレームフィンガー12cは、例えば単一部材により形成されている。なお、ソース端子12aの個数及びソースフレームフィンガー12cの本数は任意の設定事項である。例えばソース端子12aの個数とソースフレームフィンガー12cの本数とが同じであっても異なってもよい。またソースフレームフィンガー12cの本数は、図29のトランジスタ20のソース電極パッド22の個数に応じて設定することが好ましい。
The
ソース端子12aは、平面視において第2の方向Yが長手方向となる長方形に形成されている。ソース端子12aは、第1の方向Xにおいて等間隔に配置されている。ソース端子12aは、封止樹脂30の第2の縦側面36と隣り合う位置に配置されている。第2の方向Yにおいてソース端子12aの一方の端部は、第2の縦側面36から封止樹脂30の外部に向けて突出している。第2の方向Yにおいてソース端子12aの他方の端部は、ソース連結部12bに連結されている。ソース端子12aの第1の方向Xの位置は、ドレイン端子11aの第1の方向Xの位置と等しい。ソース端子12aの幅(ソース端子12aの第1の方向Xの寸法)は、ドレイン端子11aの幅と等しい。
The
ソース連結部12bにおける第1の横側面33側の端部には、母材となる鋼板(図示略)からソースフレーム12を形成するときに鋼板とソースフレーム12とを連結するタイバー部12dが設けられている。タイバー部12dは、ソース連結部12bの端部から第1の横側面33までに亘って第1の方向Xに沿って延びている。
At the end of the source connecting portion 12b on the side of the first
ゲートフレーム13は、平面視において封止樹脂30の第2の縦側面36寄りに配置されている。またゲートフレーム13は、平面視において封止樹脂30の第2の横側面34寄りに配置されている。ゲートフレーム13は、ゲート端子13a、ゲート連結部13b、及びゲートフレームフィンガー13cを備える。ゲートフレーム13は、第1の方向Xにおいてソースフレーム12と隣り合うように配置されている。
The
ゲート端子13aは、平面視において第2の方向Yが長手方向となる長方形に形成されている。ゲート端子13aは、封止樹脂30の第2の縦側面36と隣り合う位置に配置されている。第2の方向Yにおいてゲート端子13aの一方の端部は、第2の縦側面36から封止樹脂30の外部に向けて突出している。第2の方向Yにおいてゲート端子13aの他方の端部は、ゲート連結部13bに連結されている。ゲート端子13aの第1の方向Xの位置は、ドレイン端子11aのうちの第2の横側面34側の端部に配置されたドレイン端子11aの第1の方向Xの位置と等しい。ゲート端子13aの幅(ゲート端子13aの第1の方向Xの寸法)は、ドレイン端子11aの幅と等しい。
The
ゲート連結部13bは、ゲート端子13aとゲートフレームフィンガー13cとを連結している。ゲート連結部13bの第2の方向Yの位置は、ソース連結部12bの第2の方向Yの位置と等しい。ゲート連結部13bにおける第2の横側面34側の端部には、母材となる鋼板(図示略)からゲートフレーム13を形成するときに鋼板とゲートフレーム13とを連結するタイバー部13dが設けられている。タイバー部13dは、ゲート連結部13bの端部から第2の横側面34までに亘って第1の方向Xに沿って延びている。
The
ゲートフレームフィンガー13cは、ゲート連結部13bに対してゲート端子13aとは反対側に配置されている。ゲートフレームフィンガー13cは、ゲート連結部13bの第1の横側面33側の端部から第2の方向Yに沿って延びている。ゲートフレームフィンガー13cの長さは、ソースフレームフィンガー12cの長さよりも短い。
The
ゲートフレームフィンガー13cの第1の方向Xの位置は、ドレインフレームフィンガー11Qの第1の方向Xの位置と等しい。ゲートフレームフィンガー13cは、ソースフレームフィンガー12cと平行している。ゲートフレームフィンガー13cは、ドレインフレームフィンガー11Qよりも第2の縦側面36側に配置されている。すなわち、第2の方向Yにおいて、ゲートフレームフィンガー13cの先端部は、ドレインフレームフィンガー11Qの先端部と対向している。
The position in the first direction X of
<12.その他>
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の趣旨の範囲内であれば、実施形態は種々の変更が可能である。
<12. Others>
Although the embodiments of the present invention have been described above, various modifications can be made to the embodiments within the scope of the present invention.
本発明は、各種装置に用いられる共振インバータに利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for resonance inverters used in various devices.
50 共振インバータ
51 電源制御装置
52 ローサイドゲート駆動回路
521 立下り検出部
522 ローサイドゲート信号生成部
53 ハイサイドゲート駆動回路
531 立上り検出部
532 ハイサイドゲート信号生成部
54 オフ生成回路
55 ハイサイドオン生成回路
56 ローサイドオン生成回路
HS ハイサイドトランジスタ
BS ローサイドトランジスタ
L1 インダクタ
CR1 キャパシタ
Z 負荷
60 プラズマ処理部
65 プラズマ処理装置
70 ワイヤレス給電システム
701 給電装置
702 バッテリパック
50
Claims (21)
前記ハイサイドトランジスタと前記ローサイドトランジスタとが接続される第1ノードに生じるスイッチ電圧が一端に印加される第1キャパシタと、
前記第1キャパシタの他端に一端が接続されて他端に基準としてのグランド電位からオフセット電圧が加わった電圧が印加される第1抵抗と、
前記第1キャパシタの他端と前記第1抵抗の一端とが接続される第2ノードにアノードが接続され、前記第1抵抗の他端にカソードが接続される第1ダイオードと、
を有して前記スイッチ電圧の立下りを検出する立下り検出部を備える、ゲート駆動回路。 A gate drive circuit used in a resonant inverter having a high-side transistor on the input voltage side and a low-side transistor on the ground potential side to drive the gate of the low-side transistor,
a first capacitor to one end of which a switch voltage generated at a first node where the high-side transistor and the low-side transistor are connected is applied;
a first resistor having one end connected to the other end of the first capacitor and having the other end applied with a voltage obtained by adding an offset voltage from a reference ground potential;
a first diode having an anode connected to a second node where the other end of the first capacitor and one end of the first resistor are connected, and a cathode connected to the other end of the first resistor;
and a fall detector that detects a fall of the switch voltage.
前記第1抵抗の他端と前記第1ダイオードのカソードとが接続される第3ノードにカソードが接続され、アノードがグランド電位の印加端に接続される第2ダイオードをさらに有する、請求項1に記載のゲート駆動回路。 The falling edge detection unit
2. The device according to claim 1, further comprising a second diode having a cathode connected to a third node to which the other end of said first resistor and the cathode of said first diode are connected, and having an anode connected to a ground potential application terminal. A gate drive circuit as described.
前記ローサイドゲート信号生成部は、
第1電源電圧とグランド電位との間に構成されて前記立下り検出信号が入力されるCMOS構成と、
前記CMOS構成の出力端が接続されるゲートと、前記第1電源電圧の印加端が接続されるソースを有する第1pチャネルMOSFETと、
前記CMOS構成の出力端が接続されるゲートと、前記第1pチャネルMOSFETのドレインが接続されるドレインと、グランド電位の印加端に接続されるソースを有する第1nチャネルMOSFETと、
前記CMOS構成の出力端が接続されるゲートと、グランド電位の印加端が接続されるソースを有する第2nチャネルMOSFETと、
前記第2nチャネルMOSFETのドレインが接続されるゲートと、前記第1nチャネルMOSFETのドレインが接続されるドレインと、グランド電位の印加端が接続されるソースを有する第3nチャネルMOSFETと、
を有する、請求項1または請求項2に記載のゲート駆動回路。 further comprising a low side gate signal generation unit that generates a low side gate signal for driving the low side transistor based on the fall detection signal generated by the fall detection unit;
The low side gate signal generation unit
a CMOS configuration configured between a first power supply voltage and a ground potential and receiving the fall detection signal;
a first p-channel MOSFET having a gate to which the output terminal of the CMOS configuration is connected, and a source to which the application terminal of the first power supply voltage is connected;
a first n-channel MOSFET having a gate connected to the output end of the CMOS structure, a drain connected to the drain of the first p-channel MOSFET, and a source connected to a ground potential application end;
a second n-channel MOSFET having a gate connected to the output terminal of the CMOS structure and a source connected to the application terminal of the ground potential;
a third n-channel MOSFET having a gate connected to the drain of the second n-channel MOSFET, a drain connected to the drain of the first n-channel MOSFET, and a source connected to a ground potential application terminal;
3. A gate drive circuit as claimed in claim 1 or claim 2, comprising:
前記オフ生成回路は、
第1フリップフロップと、
前記第1フリップフロップの出力に基づき三角波信号を生成する三角波生成部と、
前記三角波信号と参照電圧が入力される第1コンパレータと、
前記三角波信号と、前記共振インバータの出力電圧に基づく帰還電圧とが入力される第2コンパレータと、
を有し、
前記第1コンパレータの出力により前記第1フリップフロップはリセットされ、
前記第2コンパレータの出力により前記第1フリップフロップはセットされ、
前記ローサイドオフ信号は、前記第1コンパレータの出力に基づき、
ハイサイドオフ信号は、前記第2コンパレータの出力に基づく、電源制御装置。 A power control device comprising the gate drive circuit according to claim 5 and an off generation circuit that generates the low side off signal,
The off generation circuit is
a first flip-flop;
a triangular wave generator that generates a triangular wave signal based on the output of the first flip-flop;
a first comparator to which the triangular wave signal and the reference voltage are input;
a second comparator to which the triangular wave signal and a feedback voltage based on the output voltage of the resonant inverter are input;
has
The first flip-flop is reset by the output of the first comparator,
The first flip-flop is set by the output of the second comparator,
The low side off signal is based on the output of the first comparator,
The power control device, wherein the high side off signal is based on the output of the second comparator.
前記ローサイドオン生成回路は、
ハイサイドオフ信号が入力される第1RC回路と、
第2フリップフロップと、
前記第2フリップフロップの出力が入力される第2RC回路と、
を有し、
前記第1RC回路の出力により前記第2フリップフロップはセットされ、
前記第2RC回路の出力により前記第2フリップフロップはリセットされ、
前記ローサイドオン信号は、前記第2フリップフロップの出力に基づく、電源制御装置。 A power control device comprising the gate drive circuit according to claim 6 and a low side on generation circuit for generating the low side on signal,
The low-side on generation circuit is
a first RC circuit to which a high side off signal is input;
a second flip-flop;
a second RC circuit to which the output of the second flip-flop is input;
has
The second flip-flop is set by the output of the first RC circuit,
The second flip-flop is reset by the output of the second RC circuit,
The power control device, wherein the low-side on signal is based on the output of the second flip-flop.
前記入力電圧が一端に印加される第1キャパシタと、
前記第1キャパシタの他端に一端が接続されて、他端に、前記ハイサイドトランジスタと前記ローサイドトランジスタとが接続される第1ノードに生じるスイッチ電圧を基準とするオフセット電圧が印加される第1抵抗と、
前記第1キャパシタの他端と前記第1抵抗の一端とが接続される第2ノードにアノードが接続され、前記第1抵抗の他端にカソードが接続される第1ダイオードと、
を有して前記スイッチ電圧の立上りを検出する立上り検出部を備える、ゲート駆動回路。 A gate drive circuit used in a resonant inverter having a high-side transistor on the input voltage side and a low-side transistor on the ground potential side to drive the gate of the high-side transistor,
a first capacitor to one end of which the input voltage is applied;
A first capacitor having one end connected to the other end of the first capacitor and having the other end applied with an offset voltage based on a switch voltage generated at a first node where the high-side transistor and the low-side transistor are connected. resistance and
a first diode having an anode connected to a second node where the other end of the first capacitor and one end of the first resistor are connected, and a cathode connected to the other end of the first resistor;
and a rise detector that detects the rise of the switch voltage.
前記第1抵抗の他端と前記第1ダイオードのカソードとが接続される第3ノードにカソードが接続され、アノードが前記スイッチ電圧の印加端に接続される第2ダイオードをさらに有する、請求項9に記載のゲート駆動回路。 The rising edge detection unit
10. Further comprising a second diode having a cathode connected to a third node to which the other end of said first resistor and a cathode of said first diode are connected, and having an anode connected to said switch voltage application terminal. The gate drive circuit according to .
前記ハイサイドゲート信号生成部は、
第1電源電圧と前記スイッチ電圧との間に構成されて前記立上り検出信号が入力されるCMOS構成と、
前記CMOS構成の出力端が接続されるゲートと、前記第1電源電圧の印加端が接続されるソースを有する第1pチャネルMOSFETと、
前記CMOS構成の出力端が接続されるゲートと、前記第1pチャネルMOSFETのドレインが接続されるドレインと、前記スイッチ電圧の印加端に接続されるソースを有する第1nチャネルMOSFETと、
前記CMOS構成の出力端が接続されるゲートと、前記スイッチ電圧の印加端が接続されるソースを有する第2nチャネルMOSFETと、
前記第2nチャネルMOSFETのドレインが接続されるゲートと、前記第1nチャネルMOSFETのドレインが接続されるドレインと、前記スイッチ電圧の印加端が接続されるソースを有する第3nチャネルMOSFETと、
を有する、請求項9または請求項10に記載のゲート駆動回路。 further comprising a high side gate signal generation unit that generates a high side gate signal for driving the high side transistor based on the rising detection signal generated by the rising detection unit;
The high side gate signal generation unit
a CMOS configuration configured between a first power supply voltage and the switch voltage and receiving the rise detection signal;
a first p-channel MOSFET having a gate to which the output terminal of the CMOS configuration is connected, and a source to which the application terminal of the first power supply voltage is connected;
a first n-channel MOSFET having a gate connected to the output terminal of the CMOS configuration, a drain connected to the drain of the first p-channel MOSFET, and a source connected to the application terminal of the switch voltage;
a second n-channel MOSFET having a gate connected to the output terminal of the CMOS configuration and a source connected to the application terminal of the switch voltage;
a third n-channel MOSFET having a gate to which the drain of the second n-channel MOSFET is connected, a drain to which the drain of the first n-channel MOSFET is connected, and a source to which the switch voltage application terminal is connected;
11. A gate drive circuit as claimed in claim 9 or claim 10, comprising:
前記オフ生成回路は、
第1フリップフロップと、
前記第1フリップフロップの出力に基づき三角波信号を生成する三角波生成部と、
前記三角波信号と参照電圧が入力される第1コンパレータと、
前記三角波信号と、前記共振インバータの出力電圧に基づく帰還電圧とが入力される第2コンパレータと、
を有し、
前記第1コンパレータの出力により前記第1フリップフロップはリセットされ、
前記第2コンパレータの出力により前記第1フリップフロップはセットされ、
ローサイドオフ信号は、前記第1コンパレータの出力に基づき、
前記ハイサイドオフ信号は、前記第2コンパレータの出力に基づく、電源制御装置。 A power control device comprising the gate drive circuit according to claim 13 and an off generation circuit that generates the high side off signal,
The off generation circuit is
a first flip-flop;
a triangular wave generator that generates a triangular wave signal based on the output of the first flip-flop;
a first comparator to which the triangular wave signal and the reference voltage are input;
a second comparator to which the triangular wave signal and a feedback voltage based on the output voltage of the resonant inverter are input;
has
The first flip-flop is reset by the output of the first comparator,
The first flip-flop is set by the output of the second comparator,
The low side off signal is based on the output of the first comparator,
The power control device, wherein the high side off signal is based on the output of the second comparator.
前記ハイサイドオン生成回路は、
ローサイドオフ信号が入力される第1RC回路と、
第2フリップフロップと、
前記第2フリップフロップの出力が入力される第2RC回路と、
を有し、
前記第1RC回路の出力により前記第2フリップフロップはセットされ、
前記第2RC回路の出力により前記第2フリップフロップはリセットされ、
前記ハイサイドオン信号は、前記第2フリップフロップの出力に基づく、電源制御装置。 A power supply control device comprising the gate drive circuit according to claim 14 and a high side-on generation circuit that generates a front high side-on signal,
The high side-on generation circuit is
a first RC circuit to which a low-side off signal is input;
a second flip-flop;
a second RC circuit to which the output of the second flip-flop is input;
has
The second flip-flop is set by the output of the first RC circuit,
The second flip-flop is reset by the output of the second RC circuit,
The power control device, wherein the high side on signal is based on the output of the second flip-flop.
受電コイルと、前記受電コイルの出力が入力される第2整流平滑部と、を有する被給電装置と、
を有するワイヤレス給電システム。 A first rectifying/smoothing section, the resonant inverter according to claim 18 or claim 19, which receives a DC voltage output from the first rectifying/smoothing section as an input voltage, and a power transmitting coil that serves as a load of the resonant inverter. a power supply device having a
a power-supplied device having a power receiving coil and a second rectifying/smoothing section to which the output of the power receiving coil is input;
A wireless power supply system.
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