JP7379834B2 - 駆動回路 - Google Patents
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Description
本発明は、上記のような従来の問題に鑑みてなされたものであって、パワーデバイスに接続されるノードに負電圧が発生した後でも、そのパワーデバイスを駆動する制御回路を正常に動作させることを目的とする。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているので、本発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。
図1は、駆動回路1、出力回路5及び負荷9等を示す図である。図2は、入力信号HIN、入力信号LIN、セット信号set、レベルシフト済みセット信号setdrn、リセット信号res、レベルシフト済みリセット信号resdrn、ラッチ回路222の出力、駆動信号HO及びスイッチング素子232a,232b,241a,241bの状態の関係を表したタイミングチャートである。
駆動回路1は前段回路10、後段回路20及びローサイド制御回路40を含んで構成される。
駆動回路1は1つのチップに内蔵されている。但し、前段回路10及び後段回路20が共通のチップに内蔵され、ローサイド制御回路40が別のチップに内蔵されていてもよい。或いは、前段回路10及びローサイド制御回路40が共通のチップに内蔵され、後段回路20が別のチップに内蔵されていてもよい。或いは、後段回路20及びローサイド制御回路40が共通のチップに内蔵され、前段回路10が別のチップに内蔵されていてもよい。或いは、前段回路10、後段回路20及びローサイド制御回路40が別々のチップに内蔵されていてもよい。
前段回路10は入力回路11及びパルス生成回路12を含んで構成される。後段回路20はレベルシフト回路21、ハイサイド制御回路22、調整回路23、保証回路24及びダイオード28,29を含んで構成される。
ローサイド制御回路40には、ローサイドの直流電源7から電力が供給されるとともに、マイコンから入力信号LINが入力される。ローサイド制御回路40は、入力信号LINに基づいて、パワースイッチング素子51に対して相補的にパワースイッチング素子52をオン・オフさせる。
入力回路11は、入力信号HINを参照電圧と比較することによって入力信号HINがハイレベルとローレベルのどちらかであるかを判定するコンパレータ(不図示)と、そのコンパレータの出力信号のノイズを除去した上で出力するノイズフィルタ(不図示)と、を有する。入力回路11の遅延を考慮しなければ、入力回路11の出力信号、つまりノイズフィルタの出力信号は入力信号HINに同期する。
パルス生成回路12は、入力回路11の出力信号がローレベルからハイレベルに立ち上がる時においてパルスを発生させるとともに、そのパルス発生時にハイレベルであるとともにそのパルス消失時にローレベルであるセット信号set(図2参照)を出力する。また、パルス生成回路12は、入力回路11の出力信号がハイレベルからローレベルに立ち下がる時においてパルスを発生させて、そのパルス発生時にハイレベルであるとともにそのパルス消失時においてローレベルであるリセット信号res(図2参照)を出力する。セット信号setがハイレベルであるタイミングとリセット信号resがハイレベルであるタイミングは時間的にずれている。セット信号set及びリセット信号resは後段回路20のレベルシフト回路21に入力される。
図1に示すように、レベルシフト回路21は、セット側レベルシフト回路21aとリセット側レベルシフト回路21bとを含んで構成される。セット側レベルシフト回路21aは、パルス生成回路12により出力されたセット信号setを反転しつつ直流レベルをシフトして、レベルシフト済みセット信号setdrn(図2参照)としてハイサイド制御回路22に出力する。リセット側レベルシフト回路21bは、パルス生成回路12により出力されたリセット信号resを反転しつつ直流レベルをシフトして、レベルシフト済みリセット信号resdrn(図2参照)としてハイサイド制御回路22に出力する。
ハイサイド制御回路22は、レベルシフト済みセット信号setdrn及びレベルシフト済みリセット信号resdrmに基づいて駆動信号HOを生成して、その駆動信号HOをパワースイッチング素子51のゲートに出力する。これにより、ハイサイド制御回路22は、パワースイッチング素子51をオン・オフさせる。レベルシフト済みセット信号setdrnがローレベルであり且つレベルシフト済みリセット信号resdrmがハイレベルである際に、ハイサイド制御回路22が駆動信号HOをハイレベルにする。一方、レベルシフト済みセット信号setdrnがハイレベルであり且つレベルシフト済みリセット信号resdrmがローレベルである際に、ハイサイド制御回路22が駆動信号HOをローレベルにする。なお、レベルシフト済みセット信号setdrnとレベルシフト済みリセット信号resdrmが共にローレベル又はハイレベルである際に、ハイサイド制御回路22は駆動信号HOのレベルを維持する。
調整回路23は、ハイサイド制御回路22の駆動信号HOに基づいて、セット側レベルシフト回路21aのノードN5と高電位配線L7との間のインピーダンスと、リセット側レベルシフト回路21bのノードN6と高電位配線L7との間のインピーダンスとを制御する。これにより、調整回路23は、ハイサイド制御回路22の駆動信号HOに同期して、これらインピーダンスの大小関係を制御する。
スイッチング素子232a,232bはPチャネル型のMOSFETである。
第2のセット側スイッチング素子232aと第2のセット側抵抗器233aとは高電位配線L7とセット側レベルシフト回路21aのノードN5との間において直列接続されている。第2のリセット側スイッチング素子232bと第2のリセット側抵抗器233bとは高電位配線L7とリセット側レベルシフト回路21bのノードN6との間において直列接続されている。なお、第2のセット側スイッチング素子232aと第2のセット側抵抗器233aを入れ換えて、第2のセット側スイッチング素子232aと第2のセット側抵抗器233aとを高電位配線L7とノードN5との間において直列接続してもよい。第2のリセット側スイッチング素子232bと第2のリセット側抵抗器233bについても同様である。
保証回路24は、インバータ231、セット側スイッチング素子241a、リセット側スイッチング素子241b、セット側ダイオード242a及びリセット側ダイオード242bを含んで構成される。インバータ231は保証回路24と調整回路23に共有された構成要素であるが、保証回路24と調整回路23が個別にインバータを有していてもよい。
セット側ダイオード242aのアノードがノードN5に接続されている。セット側ダイオード242aのカソードがセット側スイッチング素子241aを介して高電位配線L7に接続されている。つまり、セット側ダイオード242aのカソードがセット側スイッチング素子241aのドレインに接続され、セット側スイッチング素子241aのソースが高電位配線L7に接続されている。
パワースイッチング素子51,52のオン・オフ切り替わり後、負荷9のインダクタンスとdv/dtの影響によって、図3~図5のチャートに示すようにノードN2が負電圧になる虞がある。ノードN2が負電圧になった場合、ノードN2を基準としたノードN5,N6の電圧が上昇する。その後、ノードN2の負電圧が解消すると、ノードN5,N6の電圧(レベルシフト済みセット信号setdrn及びレベルシフト済みリセット信号resdrn)にリンギングが生じる。本実施形態では、このリンギングによるハイサイド制御回路22の誤動作が保証回路24によって防止されて、ハイサイド制御回路22の駆動信号HOは、ノードN2の負電圧の解消後も、ノードN2が負電圧になる前の状態に維持される。このことについて、より具体的に以下に説明する。
入力信号HINが立ち下がると、レベルシフト済みリセット信号resdrnが一旦ローレベルになった後に、レベルシフト済みリセット信号resdrn及びレベルシフト済みセット信号setdrnが共にハイレベルになる(図2参照)。そのため、ハイサイド制御回路22の駆動信号HOがローレベルになる。
入力信号HINが立ち上がった後にレベルシフト済みリセット信号resdrn及びレベルシフト済みセット信号setdrnが共にハイレベルである時には、駆動信号HOがハイレベルである(図2参照)。その際、図5及び図6に示すようにノードN2が負電圧になると、ノードN5,N6の電圧が上昇する。この際、ノードN5と高電位配線L7との間におけるセット側ダイオード242aの接続が確立されている。そのため、セット側ダイオード242aがオンすることで、順方向電流がセット側ダイオード242aに流れて、ノードN5の電圧は高電位配線L7の電圧でクランプされる。それに対して、ノードN6と高電位配線L7との間におけるリセット側ダイオード242bの接続が解除されているため、ノードN6の電圧は高電位配線L7の電圧でクランプされていない。よって、ノードN5の電圧がノードN6の電圧よりも遅く上昇する。
上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。また、本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更や改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれるのはいうまでもない。例えば、以下の(1)、(2)に示すような変形が可能である。以下の(1)、(2)の変形を組み合わせて適用してもよい。
セット側保証ダイオード27aとセット側抵抗器212aが高電位配線L7とノードN5との間で並列接続されている。セット側保証ダイオード27aのアノードがノードN5に接続され、セット側保証ダイオード27aのカソードが高電位配線L7に接続されている。リセット側保証ダイオード27bとリセット側抵抗器212bが高電位配線L7とノードN6との間で並列接続されている。リセット側保証ダイオード27bのアノードがノードN6に接続され、リセット側保証ダイオード27bのカソードが高電位配線L7に接続されている。
21a…セット側レベルシフト回路
21b…リセット側レベルシフト回路
22…ハイサイド制御回路
23…調整回路
24…保証回路
27a…セット側保証ダイオード
27b…リセット側保証ダイオード
51…パワースイッチング素子(パワーデバイス)
211a…セット側レベルシフトスイッチング素子
211b…リセット側レベルシフトスイッチング素子
212a…セット側抵抗器
212b…リセット側抵抗器
232a…第2のセット側スイッチング素子
232b…第2のリセット側スイッチング素子
233a…第2のセット側抵抗器
233b…第2のリセット側抵抗器
241a…セット側スイッチング素子
241b…リセット側スイッチング素子
242a…セット側ダイオード
242b…リセット側ダイオード
L1…基準電位配線
L7…高電位配線
N5…セット側レベルシフト回路の出力ノード
N6…リセット側レベルシフト回路の出力ノード
Claims (14)
- セット信号をレベルシフトすることによって、レベルシフト済みセット信号を生成するセット側レベルシフト回路と、
リセット信号をレベルシフトすることによって、レベルシフト済みリセット信号を生成するリセット側レベルシフト回路と、
前記レベルシフト済みリセット信号に基づいてパワーデバイスをオフさせる第1論理レベルと、前記レベルシフト済みセット信号に基づいて前記パワーデバイスをオンさせる第2論理レベルとの間で変化する駆動信号を出力する制御回路と、
前記制御回路が前記レベルシフト済みセット信号に基づいて前記パワーデバイスをオンさせ且つ前記レベルシフト済みリセット信号に基づいて前記パワーデバイスをオフさせる状態を維持するよう、前記駆動信号に基づいて前記セット側レベルシフト回路の出力及び前記リセット側レベルシフト回路の出力の一方を保証する保証回路と、
を備え、
前記セット側レベルシフト回路は、基準電位と、前記基準電位よりも高い高電位との間で変化する前記レベルシフト済みセット信号を生成し、
前記リセット側レベルシフト回路は、前記基準電位と、前記高電位との間で変化する前記レベルシフト済みリセット信号を生成し、
前記保証回路は、
前記駆動信号が前記第2論理レベルの際に、カソードが前記高電位の配線に接続されるとともに、アノードが前記セット側レベルシフト回路の出力ノードに接続されるセット側ダイオードと、
前記駆動信号が前記第1論理レベルの際に、カソードが前記高電位の配線に接続されるとともに、アノードが前記リセット側レベルシフト回路の出力ノードに接続されるリセット側ダイオードと、
を有し、
前記セット側ダイオードは、前記駆動信号が前記第1論理レベルの際に、そのカソードが前記高電位の配線に接続されるとともにそのアノードが前記セット側レベルシフト回路の出力ノードに接続される状態が解除され、
前記リセット側ダイオードは、前記駆動信号が前記第2論理レベルの際に、そのカソードが前記高電位の配線に接続されるとともにそのアノードが前記リセット側レベルシフト回路の出力ノードに接続される状態が解除される
駆動回路。 - 前記保証回路は、
前記高電位の配線と前記セット側レベルシフト回路の出力ノードとの間において前記セット側ダイオードに直列に接続され、前記駆動信号が前記第2論理レベルの際にオンし、前記駆動信号が前記第1論理レベルの際にオフするセット側スイッチング素子と、
前記高電位の配線と前記セット側レベルシフト回路の出力ノードとの間において前記リセット側ダイオードに直列に接続され、前記駆動信号が前記第1論理レベルの際にオンし、前記駆動信号が前記第2論理レベルの際にオフするリセット側スイッチング素子と、
を有する
請求項1に記載の駆動回路。 - 前記駆動信号が前記第1論理レベルの際に、前記高電位の配線と前記セット側レベルシフト回路の出力ノードとの間のインピーダンスを低下させるとともに前記高電位の配線と前記リセット側レベルシフト回路の出力ノードとの間のインピーダンスを増加させ、前記駆動信号が前記第2論理レベルの際に、前記セット側レベルシフト回路の出力ノードのインピーダンスを増加させるとともに前記リセット側レベルシフト回路の出力ノードのインピーダンスを低下させる調整回路、
を備える
請求項1又は2に記載の駆動回路。 - 前記セット側レベルシフト回路は、
前記高電位の配線に接続されたセット側抵抗器と、
前記高電位の配線と前記基準電位の配線との間において前記セット側抵抗器に直列に接続され、前記セット信号に基づいてオン・オフするセット側レベルシフトスイッチング素子と、
を有し、
前記セット側レベルシフトスイッチング素子と前記セット側抵抗器との間のノードが前記セット側レベルシフト回路の出力ノードであり、
前記リセット側レベルシフト回路は、
前記高電位の配線に接続されたリセット側抵抗器と、
前記高電位の配線と前記基準電位の配線との間において前記リセット側抵抗器に直列に接続され、前記リセット信号に基づいてオン・オフするリセット側レベルシフトスイッチング素子と、
を有し、
前記リセット側レベルシフトスイッチング素子と前記リセット側抵抗器との間のノードが前記リセット側レベルシフト回路の出力ノードであり、
前記調整回路は、
前記駆動信号が前記第1論理レベルの際に、一端が前記高電位の配線に接続されるとともに、他端が前記セット側レベルシフト回路の出力ノードに接続される第2のセット側抵抗器と、
前記駆動信号が前記第2論理レベルの際に、一端が前記高電位の配線に接続されるとともに、他端が前記リセット側レベルシフト回路の出力ノードに接続される第2のリセット側抵抗器と、
を有する
請求項3に記載の駆動回路。 - 前記第2のセット側抵抗器は、前記駆動信号が前記第2論理レベルの際に、その一端が前記高電位の配線に接続されるとともにその他端が前記セット側レベルシフト回路の出力ノードに接続される状態が解除され、
前記第2のリセット側抵抗器は、前記駆動信号が前記第1論理レベルの際に、その一端が前記高電位の配線に接続されるとともにその他端が前記リセット側レベルシフト回路の出力ノードに接続される状態が解除される
請求項4に記載の駆動回路。 - 前記調整回路は、
前記高電位の配線と前記セット側レベルシフト回路の出力ノードとの間において前記第2のセット側抵抗器に直列に接続され、前記駆動信号が前記第2論理レベルの際にオフし、前記駆動信号が前記第1論理レベルの際にオンする第2のセット側スイッチング素子と、
前記高電位の配線と前記セット側レベルシフト回路の出力ノードとの間において前記第2のリセット側抵抗器に直列に接続され、前記駆動信号が前記第2論理レベルの際にオンし、前記駆動信号が前記第1論理レベルの際にオフする第2のリセット側スイッチング素子と、
を有する
請求項4又は5に記載の駆動回路。 - アノードが前記セット側レベルシフト回路の出力ノードに接続され、カソードが前記高電位の配線に接続されたセット側保証ダイオードと、
アノードが前記リセット側レベルシフト回路の出力ノードに接続され、カソードが前記高電位の配線に接続されたリセット側保証ダイオードと、
を備える請求項1から6の何れか一項に記載の駆動回路。 - セット信号をレベルシフトすることによって、レベルシフト済みセット信号を生成するセット側レベルシフト回路と、
リセット信号をレベルシフトすることによって、レベルシフト済みリセット信号を生成するリセット側レベルシフト回路と、
前記レベルシフト済みリセット信号に基づいてパワーデバイスをオフさせる第1論理レベルと、前記レベルシフト済みセット信号に基づいて前記パワーデバイスをオンさせる第2論理レベルとの間で変化する駆動信号を出力する制御回路と、
前記制御回路が前記レベルシフト済みセット信号に基づいて前記パワーデバイスをオンさせ且つ前記レベルシフト済みリセット信号に基づいて前記パワーデバイスをオフさせる状態が維持されるよう、前記駆動信号に基づいて前記セット側レベルシフト回路の出力及び前記リセット側レベルシフト回路の出力の一方を保証する保証回路と、
を備え、
前記セット側レベルシフト回路は、基準電位と、前記基準電位よりも高い高電位との間で変化する前記レベルシフト済みセット信号を生成し、
前記リセット側レベルシフト回路は、前記基準電位と、前記高電位との間で変化する前記レベルシフト済みリセット信号を生成し、
前記保証回路は、
アノードが前記セット側レベルシフト回路の出力ノードに接続され、カソードが第1スイッチを介して前記高電位の配線に接続されたセット側ダイオードと、
アノードが前記リセット側レベルシフト回路の出力ノードに接続され、カソードが第2スイッチを介して前記高電位の配線に接続されたリセット側ダイオードと、
を備え、
前記駆動信号が前記第1論理レベルである場合、前記第1スイッチはオフされ、前記第2スイッチはオンされ、前記駆動信号が前記第2論理レベルである場合、前記第1スイッチはオンされ、前記第2スイッチは、オフされる、
駆動回路。
- 前記セット側ダイオードは、前記駆動信号が前記第1論理レベルの際に、そのカソードが前記高電位の配線に接続されるとともにそのアノードが前記セット側レベルシフト回路の出力ノードに接続される状態が解除され、
前記リセット側ダイオードは、前記駆動信号が前記第2論理レベルの際に、そのカソードが前記高電位の配線に接続されるとともにそのアノードが前記リセット側レベルシフト回路の出力ノードに接続される状態が解除される
請求項8に記載の駆動回路。 - 前記駆動信号が前記第1論理レベルの際に、前記高電位の配線と前記セット側レベルシフト回路の出力ノードとの間のインピーダンスを低下させるとともに前記高電位の配線と前記リセット側レベルシフト回路の出力ノードとの間のインピーダンスを増加させ、前記駆動信号が前記第2論理レベルの際に、前記セット側レベルシフト回路の出力ノードのインピーダンスを増加させるとともに前記リセット側レベルシフト回路の出力ノードのインピーダンスを低下させる調整回路、
を備える
請求項8に記載の駆動回路。 - 前記セット側レベルシフト回路は、
前記高電位の配線に接続されたセット側抵抗器と、
前記高電位の配線と前記基準電位の配線との間において前記セット側抵抗器に直列に接続され、前記セット信号に基づいてオン・オフするセット側レベルシフトスイッチング素子と、
を有し、
前記セット側レベルシフトスイッチング素子と前記セット側抵抗器との間のノードが前記セット側レベルシフト回路の出力ノードであり、
前記リセット側レベルシフト回路は、
前記高電位の配線に接続されたリセット側抵抗器と、
前記高電位の配線と前記基準電位の配線との間において前記リセット側抵抗器に直列に接続され、前記リセット信号に基づいてオン・オフするリセット側レベルシフトスイッチング素子と、
を有し、
前記リセット側レベルシフトスイッチング素子と前記リセット側抵抗器との間のノードが前記リセット側レベルシフト回路の出力ノードであり、
前記調整回路は、
前記駆動信号が前記第1論理レベルの際に、一端が前記高電位の配線に接続されるとともに、他端が前記セット側レベルシフト回路の出力ノードに接続される第2のセット側抵抗器と、
前記駆動信号が前記第2論理レベルの際に、一端が前記高電位の配線に接続されるとともに、他端が前記セット側レベルシフト回路の出力ノードに接続される第2のリセット側抵抗器と、
を有する
請求項10に記載の駆動回路。 - 前記第2のセット側抵抗器は、前記駆動信号が前記第2論理レベルの際に、その一端が前記高電位の配線に接続されるとともにその他端が前記セット側レベルシフト回路の出力ノードに接続される状態が解除され、
前記第2のリセット側抵抗器は、前記駆動信号が前記第1論理レベルの際に、その一端が前記高電位の配線に接続されるとともにその他端が前記リセット側レベルシフト回路の出力ノードに接続される状態が解除される
請求項11に記載の駆動回路。 - 前記調整回路は、
前記高電位の配線と前記セット側レベルシフト回路の出力ノードとの間において前記第2のセット側抵抗器に直列に接続され、前記駆動信号が前記第2論理レベルの際にオフし、前記駆動信号が前記第1論理レベルの際にオンする第2のセット側スイッチング素子と、
前記高電位の配線と前記セット側レベルシフト回路の出力ノードとの間において前記第2のリセット側抵抗器に直列に接続され、前記駆動信号が前記第2論理レベルの際にオンし、前記駆動信号が前記第1論理レベルの際にオフする第2のリセット側スイッチング素子と、
を有する
請求項11又は12に記載の駆動回路。 - アノードが前記セット側レベルシフト回路の出力ノードに接続され、カソードが前記高電位の配線に接続されたセット側保証ダイオードと、
アノードが前記リセット側レベルシフト回路の出力ノードに接続され、カソードが前記高電位の配線に接続されたリセット側保証ダイオードと、を備える請求項8から13の何れか一項に記載の駆動回路。
Priority Applications (4)
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