JP7295787B2 - ゲート駆動回路用電源回路 - Google Patents
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Description
このため、この種の製品におけるゲート駆動回路は、その内部に、5~10Vの電圧を出力する内部電源回路を設け、この電圧を、外付け又は内蔵される素子サイズの大きなトランジスタのゲート駆動を行うインバータの電源として供給する構成が採られることが多い。
外付けのNチャンネルMOS電界効果トランジスタ(以下、「NchMOSFET」と称する)であるスイッチングトランジスタMN_EXTは、インバータ部第1及び第2のトランジスタINVMP1,INVMN1を用いたインバータ回路を中心に構成されたゲート駆動回路101Aにより、ゲート駆動されるものとなっている。
この従来回路においては、電源回路用第1のトランジスタMP1にはPchMOSFETが、電源回路用第2のトランジスタMN1及び電源回路用第3のトランジスタMN2にはNchMOSFETが、それぞれ用いられている。
電源回路用第2のトランジスタMN1、電源回路用第3のトランジスタMN2によってそれぞれ生成され、ノードReg1,Reg2にそれぞれ得られ出力される電圧は同一である。
ノードReg1とノードReg2が短絡されている場合、インバータ部第1及び第2のトランジスタINVMP1,INVMN1のゲートを駆動する前段のNOT回路INV1の電圧も低下して、その出力電圧が不安定となる。
また、定電圧源VREFは、一般には、例えば、図7に一例が示されたように、定電流源I3とツェナーダイオードDz1とを用いて構成される場合があるが、このように構成された電圧源から電流をシンク又はソースすると、定電圧源VREFの出力電圧も変化し易くなる。
例えば、電源電圧VDDが急激に増加した場合、電源回路用第2のトランジスタMN1及び電源回路用第3のトランジスタMN2のドレイン・ゲート間の寄生容量を介して、電流がドレインからゲートに流れ、ゲート電圧を引き上げようとする。
このような従来回路において、外付けのスイッチングトランジスタのゲート容量が大きい場合、このスイッチングトランジスタをオンさせる際に、インバータ部第1のトランジスタINVMP1と電源回路用第3のトランジスタMN2により大きな電流を流す必要がある。
インバータ部第1のトランジスタINVMP1がオフからオンに切り替わる際に(図6(A)参照)、ノードReg2の電圧VReg2が低下すると(図6(C)参照)、寄生容量Cgsを介して電源回路用第3のトランジスタMN2のゲートからソースに電流が流れて、MN2のゲートのノードの電圧が引き下げられることとなる(図6(B)参照)。
スイッチングトランジスタのゲート駆動を行うゲート駆動回路に電源電圧を供給するゲート駆動回路用電源回路であって、
定電圧源にゲートが接続される一方、ソースが第1の定電流源を介して電源に接続された電源回路用第1のMOSトランジスタと、前記電源回路用第1のMOSトランジスタのソースにゲートが接続された電源回路用第3及び第5のMOSトランジスタとを具備し、前記電源回路用第3及び第5のMOSトランジスタのソースから一定の電圧を前記ゲート駆動回路の終段に供給可能に構成されてなるゲート駆動回路用電源回路において、
ゲートが前記定電圧源に、ソースが第2の定電流源を介して前記電源に接続された電源回路用第2のMOSトランジスタが設けられ、
前記電源回路用第4のMOSトランジスタのゲートが前記電源回路用第1のトランジスタのソースに接続されることに代えて、前記電源回路用第2のMOSトランジスタのソースに接続され、
前記電源回路用第1のMOSトランジスタのソースに電源回路用第5のMOSトランジスタのゲートが接続される一方、当該電源回路用第5のMOSトランジスタのソースが第2の抵抗器を介して前記電源回路用第4のMOSトランジスタのソースに接続され、
前記電源回路用第5のMOSトランジスタのドレインがカレントミラー回路の入力段に接続され、前記カレントミラー回路の出力段が前記電源回路用第4のMOSトランジスタのゲートに接続され、前記電源回路用第5のMOSトランジスタのドレイン電流を前記カレントミラー回路を介して折り返させて、前記電源回路用第4のMOSトランジスタのゲートへの電流供給を可能とし、
前記電源回路用第1及び第2のMOSトランジスタにPチャンネルMOSFETを、前記電源回路用第3乃至第5のMOSトランジスタ及び前記スイッチングトランジスタにNチャンネルMOSFETを、前記電源回路用第6及び第7のMOSトランジスタにPチャンネルMOSFETを、それぞれ用いてなるものである。
なお、以下に説明する部材、配置等は本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。
最初に、第1の回路構成例について、図1を参照しつつ説明する。
本発明の実施の形態におけるゲート駆動回路用電源回路は、例えば、従来同様、スイッチング電源ICにおいて用いられるスイッチングトランジスタのゲート駆動を行うゲート駆動回路の内部回路として設けられるものである。
図1には、ゲート駆動回路101と、このゲート駆動回路101と共に設けられたゲート駆動回路用電源回路102の第1の回路構成例が示されている。
本発明の実施の形態においては、スイッチングトランジスタ16にNチャンネルMOS電界効果トランジスタ(以下、「NchMOSFET」と称する)が用いられている。
ゲート駆動回路用電源回路102は、ゲート駆動回路101への電源供給、特に、インバータ部103に対する電源供給を担っている(詳細は後述)。
以下、かかるゲート駆動回路101の具体的な回路構成について説明する。
NOT回路20は、ゲート駆動回路101へ外部から入力されるゲート駆動用の制御信号INを論理反転するための回路である。
NOT回路20の出力端子はインバータ部103の入力段に接続されている。
また、インバータ用第1のMOSトランジスタ7のソースは、後述するゲート駆動回路用電源回路102に接続されている。
さらに、インバータ用第2のMOSトランジスタ15のソースはグランドに接続されている。
まず、電源用第1のMOSトランジスタ1のゲートは、定電圧源24の正極に接続され、定電圧源24の負極はグランドンに接続されている。
一方、電源用第1のMOSトランジスタ1のドレインはグランドに接続されている。
また、電源用第2のMOSトランジスタ2のソースと電源端子41との間には、第2の定電流源22が直列接続されて設けられると共に、電源用第2のMOSトランジスタ2のソースは、電源用第4のMOSトランジスタ12のゲート及び後述のカレントミラー回路の終段をなす電源用第7のMOSトランジスタ4のドレインと相互に接続されている。
一方、電源用第2のMOSトランジスタ2のドレインはグランドに接続されている。
NOT回路20の負極電源端子はグランドに接続されている。
なお、説明の便宜上、電源用第3のMOSトランジスタ11のソースと、NOT回路20の正極電源端子と、第1の抵抗器31の一端との相互の接続点を”ノードReg1”と、インバータ用第1のMOSトランジスタ7のソースと、電源用第4のMOSトランジスタ12のソースと、第1の抵抗器31の他端との相互の接続点を”ノードReg2”と、それぞれ称することとする。
すなわち、電源用第6及び第7のMOSトランジスタ3,4のソースは、共に電源端子41に接続される一方、各々のゲートは相互に接続されると共に、電源用第6のMOSトランジスタ3のドレインに接続されている。これにより、電源用第6のMOSトランジスタ3は、いわゆるダイオード接続状態で設けられている。
また、電源用第4のMOSトランジスタ12のドレインは電源端子41に接続されている。
図4は、ゲート駆動回路101及びゲート駆動回路用電源回路102が設けられたICの外部に設けられて接続されたスイッチングトランジスタ16をオフからオンに切り替えた際の主要部の波形を模式的に示した模式図である。
まず、スイッチングトランジスタ16がオフからオンに切り替わる際には、インバータ部第1のトランジスタ7がオフからオンに切り替わり(図4(A)参照)、出力端子42の電圧を引き上げようとする。ところが、スイッチングトランジスタ16のゲート容量が大きいため、出力端子42の電圧が上昇するまで時間がかかるため、オンしているインバータ部第1のトランジスタ7のドレイン・ソース間の抵抗を介してノードReg2の電圧VReg2が出力端子42の電圧まで一時的に引き下げられることとなる(図4(C)参照)。このため、寄生容量Cgsを介して電源回路用第4のMOSトランジスタ12のゲート・ソース間に電流が流れて、ゲートのノードの電圧が引き下げられることとなる(図4(B)参照)。
その結果、電源回路用第5のMOSトランジスタ13のゲート・ソース間の電位差が増加して、電源回路用第5のMOSトランジスタ13のドレイン電流が増加することとなる。
そのため、電源回路用第4のMOSトランジスタ12及びインバータ用第1のMOSトランジスタ7のゲート・ソース間の電位差は素早く回復して(図4(B)及び図4(C)参照)、結果として、出力電流IOUTの立ち上がり時間が短縮されることとなる(図4(D)及び図4(E)参照)。
すなわち、例えば、出力端子42がグランドに短絡された場合、電源回路用第4のMOSトランジスタ12のゲート電圧が回復しても電源回路用第5のMOSトランジスタ13のドレイン電流が流れ続け、電源回路用第2のMOSトランジスタ2に過剰な電流を流すこととなる。このような場合、第2の抵抗器32が無いとすると、電源回路用第2のMOSトランジスタ2に過剰な電流が流れ続けて、同トランジスタ2の破壊、或いは、電源用第4のMOSトランジスタ12のゲート・ソース間の電位差が素子の耐圧を越えることによる同トランジスタ12の破壊を招く畏れがある。
なお、図1に示された構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付して、その詳細な説明を省略し、以下、異なる点を中心に説明する。
この第2の回路構成例は、第1の回路構成例において、出力端子42がグランドに短絡された場合、電源回路用第7のMOSトランジスタ4のドレイン電流が流れつづけ、電源回路用第2のMOSトランジスタ2のゲート電圧が素子の耐圧以上となる事態を防止する観点から以下に説明する電流抑圧回路が図1に示された第1の回路構成例に付加されたものである。
以下、具体的な回路構成について説明する。
まず、抑圧回路用第1及び第2のMOSトランジスタ5,6は、次述するようにカレントミラー回路を構成している。
そして、抑圧回路用第1のMOSトランジスタ5のドレインとグランドとの間には、第3の定電流源23が直列接続されて設けられている。
抑圧回路用第2のMOSトランジスタ6のドレインは、グランドに接続されている。
さらに、抑圧回路用第3のMOSトランジスタ14のドレインは電源端子41に接続される一方、ゲートは電源回路用第2のMOSトランジスタ2のソースと電源回路用第4のMOSトランジスタ12のゲートの相互の接続点に接続されている。
また、図3において、”PW1”は、電源回路用第1のMOSトランジスタ1Aを、”PW2”は、電源回路用第2のMOSトランジスタ2Aを、”PW3”は、電源回路用第3のMOSトランジスタ11Aを、”PW4”は、電源回路用第4のMOSトランジスタ12Aを、”PW5”は、電源回路用第5のMOSトランジスタ13Aを、”PW6”は、電源回路用第6のMOSトランジスタ3Aを、”PW7”は、電源回路用第7のMOSトランジスタ4Aを、”MP_EXT”は、スイッチングトランジスタ16Aを、それぞれ表している。
102…ゲート駆動回路用電源回路
103…インバータ部
104…電流抑圧回路
Claims (3)
- スイッチングトランジスタのゲート駆動を行うゲート駆動回路に電源電圧を供給するゲート駆動回路用電源回路であって、
定電圧源にゲートが接続される一方、ソースが第1の定電流源を介して電源に接続された電源回路用第1のMOSトランジスタと、前記電源回路用第1のMOSトランジスタのソースにゲートが接続された電源回路用第3及び第5のMOSトランジスタとを具備し、前記電源回路用第3及び第5のMOSトランジスタのソースから一定の電圧を前記ゲート駆動回路の終段に供給可能に構成されてなるゲート駆動回路用電源回路において、
ゲートが前記定電圧源に、ソースが第2の定電流源を介して前記電源に接続された電源回路用第2のMOSトランジスタが設けられ、
前記電源回路用第4のMOSトランジスタのゲートが前記電源回路用第1のトランジスタのソースに接続されることに代えて、前記電源回路用第2のMOSトランジスタのソースに接続され、
前記電源回路用第1のMOSトランジスタのソースに電源回路用第5のMOSトランジスタのゲートが接続される一方、当該電源回路用第5のMOSトランジスタのソースが第2の抵抗器を介して前記電源回路用第4のMOSトランジスタのソースに接続され、
前記電源回路用第5のMOSトランジスタのドレインがカレントミラー回路の入力段に接続され、前記カレントミラー回路の出力段が前記電源回路用第4のMOSトランジスタのゲートに接続され、前記電源回路用第5のMOSトランジスタのドレイン電流を前記カレントミラー回路を介して折り返させて、前記電源回路用第4のMOSトランジスタのゲートへの電流供給を可能とし、
前記電源回路用第1及び第2のMOSトランジスタにPチャンネルMOSFETを、前記電源回路用第3乃至第5のMOSトランジスタ及び前記スイッチングトランジスタにNチャンネルMOSFETを、前記電源回路用第6及び第7のMOSトランジスタにPチャンネルMOSFETを、それぞれ用いてなることを特徴とするゲート駆動回路用電源回路。 - 前記電源回路用第4のMOSトランジスタのゲート電圧の上昇に応じて前記電源回路用第5のMOSトランジスタのドレイン電流を減少せしめる電流抑圧回路を設け、
前記電流抑圧回路は、抑圧回路用第1乃至第3のMOSトランジスタを具備し、
前記抑圧回路用第2のMOSトランジスタは、前記第2の抵抗器に代えて、そのソースが前記電源回路用第5のMOSトランジスタのソースに、ドレインがグランドに接続されて設けられる一方、
前記抑圧回路用第3のMOSトランジスタは、ドレインが前記電源に、ゲートが前記電源回路用第4のMOSトランジスタのゲートに、ソースが前記抑圧回路用第1のMOSトランジスタのソースに、それぞれ接続され、
前記抑圧回路用第1のMOSトランジスタは、ゲートがドレイン及び前記抑圧回路用第2のMOSトランジスタのゲートと接続されると共に、ドレインとグランドとの間に第3の定電流源が直列接続されて設けられ、
前記抑圧回路用第1及び第2のMOSトランジスタにPチャンネルMOSFETが、前記抑圧回路用第3のMOSトランジスタにNチャンネルMOSFETが、それぞれ用いられてなることを特徴とする請求項1記載のゲート駆動回路用電源回路。 - 前記スイッチングトランジスタのソースが前記電源に接続される一方、
前記定電圧源が前記電源側に接続され、PチャンネルMOSトランジスタがNチャンネルMOSトランジスタに、NチャンネルMOSトランジスタがPチャンネルMOSトランジスタに置き換えられてなることを特徴とする請求項1記載のゲート駆動回路用電源回路
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