JP7395831B2 - 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、負荷9及び外部電源4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の出力及び出力信号HOの関係を表したタイミングチャートである。
外部電源4には、容量の大きなコンデンサ4aが接続されている。そのため、駆動回路1及び出力回路5等で発生するノイズがコンデンサ4aによって除去され、外部電源4はそのノイズの影響を受けない。従って、外部電源4の出力電圧は安定している。
なお、マイコンは駆動回路1及び出力回路5等で発生するノイズの影響を受けない。そのため、マイコンは安定して入力信号HIN及び入力信号LINを出力する。
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。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は内部電源11、入力回路12、パルス生成回路13、バッファー回路14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。
内部電源11は、外部電源4から電力の供給を受けるとともに、外部電源4の出力電圧よりも低い一定の直流電圧を外部電源4の電力から生成する。内部電源11は、その直流電圧を入力回路12及びパルス生成回路13に供給する。
図3は、入力回路12、パルス生成回路13、バッファー回路14及び入力制御状態保証回路15を示す図である。図4は、パルス生成回路13の各スイッチング素子133a,134a,133b,134bの状態と入力制御状態保証回路15の各スイッチング素子151a,152a,151b,152bの状態と入力信号HINとの関係を示したタイミングチャートである。
パルス生成回路13は、セット側パルス生成回路13aとリセット側パルス生成回路13bとを含んで構成される。セット側パルス生成回路13aは、入力回路12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、リセット側パルス生成回路13bは、入力回路12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、セット側パルス生成回路13a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、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。更に、リセット側レベルシフト回路21bは、リセット側パルス生成回路13b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、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に基づいて出力信号HOを生成して、その出力信号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が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場合、ハイサイド制御回路22が出力信号HOをハイレベルにする。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場合、ハイサイド制御回路22が出力信号HOのレベルを維持する。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場合、ハイサイド制御回路22が出力信号HOをローレベルにする。
図1及び図3に示すように、バッファー回路14には、外部電源4の出力電圧が供給される。
バッファー回路14は、入力信号HINに対して同相の信号及び逆相の信号を入力制御状態保証回路15に出力する。
インバータ141には、入力信号HINが入力される。インバータ141は、入力信号HINを反転することによって、入力信号HINに対して逆相の信号をインバータ142及び入力制御状態保証回路15に出力する。インバータ142は、インバータ141の出力信号を反転することによって、入力信号HINに対して同相の信号を入力制御状態保証回路15に出力する。
入力制御状態保証回路15には、外部電源4の出力電圧が供給される。
入力制御状態保証回路15は、セット側入力制御状態保証回路15aとリセット側入力制御状態保証回路15bとを含んで構成される。
また、式(4)が成立することによって、スイッチング素子134b,151bがオンし且つスイッチング素子133b,152bがオフした時には、たとえノードN4の電圧が外部電源4によってプルアップされたものとしても、ノードN4の電圧がリセット側レベルシフトスイッチング素子211bの閾値電圧よりも低い。そのため、リセット側レベルシフトスイッチング素子211bがオフする。なお、スイッチング素子151bのオン時の抵抗値が十分に大きければ、リセット側抵抗器153bが無くてもよく、その場合、上述の式においてR153b=0である。
同様に、バッファー回路14とリセット側入力制御状態保証回路15bの組合せの動作遅延時間は、入力回路12とリセット側パルス生成回路13bの組合せの動作遅延時間よりも小さい。
入力信号HIN及び出力信号HOの立ち上がり又は立ち下がりの後、つまり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5及び図6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。また、三相電流、雷サージ、ESDサージ等といった外来ノイズの発生時にも、ノードN2が負電圧になる虞がある。
入力信号HINが立ち下がると、リセット側パルス生成回路13bの出力信号(リセット信号res)が一旦ハイレベルになった後に、リセット側パルス生成回路13bの出力信号とセット側パルス生成回路13aの出力信号(セット信号set)が共にローレベルになる(図2参照)。そのため、ハイサイド制御回路22の出力信号HOがローレベルになる。
入力信号HINが立ち上がった後にリセット側パルス生成回路13bの出力信号とセット側パルス生成回路13aの出力信号(セット信号set)が共にローレベルである時には、ハイサイド制御回路22の出力信号HOがハイレベルである。その際、図6に示すようにノードN2が外来ノイズ等の影響によって負電圧になると、リセット側パルス生成回路13bの出力信号が不安定であるものの、スイッチング素子152bがオンするため、リセット側パルス生成回路13bの出力端子の電圧が接地によってプルダウンされる。それゆえ、リセット側レベルシフトスイッチング素子211bがオンせず、ハイサイド制御回路22の出力信号HOがハイレベルに維持される。その後、ノードN2が負電圧状態から正常状態に復帰する時も、スイッチング素子152aがオンするため、リセット側パルス生成回路13bの出力端子の電圧が接地によってプルダウンされている。そのため、復帰時にリセット側パルス生成回路13bの出力信号が不定であっても、リセット側レベルシフトスイッチング素子211bがオンせず、ハイサイド制御回路22の出力信号HOがハイレベルに維持される。また、スイッチング素子151aがオンするため、セット側パルス生成回路13aの出力端子が外部電源4によってプルアップされる。そのため、ノードN2が負電圧状態である時やその後正常状態に復帰する時、セット側レベルシフトスイッチング素子211aがオンしようがしまいが、ハイサイド制御回路22の出力信号HOがハイレベルに維持される。なお、セット側レベルシフトスイッチング素子211aがオンするか否かは、リセット側レベルシフトスイッチング素子211bがオンするか否かと同様に、スイッチング素子134aの状態に応じて変化する。
(1) ノードN2が負電圧になった場合、内部電源11、入力回路12及びパルス生成回路13が正常に動作しない虞があるが、バッファー回路14及び入力制御状態保証回路15は外部電源4及び入力信号HINによって正常に動作する。それゆえ、以下の(2)~(5)のような有利な効果が生じる。
なお、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。
4…外部電源
6…ハイサイド直流電源(ハイサイド電源)
11…内部電源
13a…セット側パルス生成回路
13b…リセット側パルス生成回路
15a…セット側入力制御状態保証回路
15b…リセット側入力制御状態保証回路
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(制御回路)
51…パワースイッチング素子(パワーデバイス)
131a…セット側エッジ検出回路
131b…リセット側エッジ検出回路
133a…スイッチング素子(第3スイッチング素子)
133b…スイッチング素子(第7スイッチング素子)
134a…スイッチング素子(第4スイッチング素子)
134b…スイッチング素子(第8スイッチング素子)
135a…セット側ツェナーダイオード(セット側クランプ素子)
135b…リセット側ツェナーダイオード(リセット側クランプ素子)
151a…スイッチング素子(第1スイッチング素子)
151b…スイッチング素子(第5スイッチング素子)
152a…スイッチング素子(第2スイッチング素子)
152b…スイッチング素子(第6スイッチング素子)
153a…セット側抵抗器
153b…リセット側抵抗器
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
N3…ノード(第3スイッチング素子と第4スイッチング素子との間のノード)
N4…ノード(第7スイッチング素子と第8スイッチング素子との間のノード)
Claims (22)
- 外部から入力される論理入力信号が第1論理レベルから第2論理レベルに変化した時に内部電源によりセット信号を生成するセット側パルス生成回路と、
前記論理入力信号が前記第2論理レベルから前記第1論理レベルに変化した時に前記内部電源によりリセット信号を生成するリセット側パルス生成回路と、
前記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、
前記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セット信号に基づいてパワーデバイスをオンさせ、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制御回路と、
前記論理入力信号が前記第1論理レベルである時に前記パワーデバイスをオフさせ且つ前記論理入力信号が前記第2論理レベルである時に前記パワーデバイスをオンさせる状態が維持されるよう、前記論理入力信号に基づいて前記セット側パルス生成回路の出力端子が接続された第1ノード及び前記リセット側パルス生成回路の出力端子が接続された第2ノードのそれぞれをプルアップ又はプルダウンする保証回路と、
を備える駆動回路。
- 前記保証回路は、
前記論理入力信号が前記第1論理レベルである時に前記セット側パルス生成回路の出力の電圧を基準電位によってプルダウンするセット側保証回路と、
前記論理入力信号が前記第2論理レベルである時に前記リセット側パルス生成回路の出力の電圧を前記基準電位によってプルダウンするリセット側保証回路と、
を備える請求項1に記載の駆動回路。 - 前記セット側保証回路は、前記論理入力信号が前記第2論理レベルである時に前記セット側パルス生成回路の出力の電圧を外部電源によってプルアップし、
前記リセット側保証回路は、前記論理入力信号が前記第1論理レベルである時に前記リセット側パルス生成回路の出力の電圧を前記外部電源によってプルアップする
請求項2に記載の駆動回路。 - 前記セット側保証回路が、
前記外部電源に接続され、前記論理入力信号が前記第2論理レベルである時にオンするとともに前記論理入力信号が前記第1論理レベルである時にオフする第1スイッチング素子と、
前記基準電位と前記外部電源との間においてセット側抵抗器を介して前記第1スイッチング素子に直列接続され、前記論理入力信号に基づいて前記第1スイッチング素子に対して相補的にオン・オフする第2スイッチング素子と、を有し、
前記セット側抵抗器と前記第2スイッチング素子との間のノードが前記セット側パルス生成回路の出力に接続されている
請求項3に記載の駆動回路。 - 前記セット側パルス生成回路が、
前記論理入力信号が前記第1論理レベルから前記第2論理レベルに変化することを検出するセット側エッジ検出回路と、
前記内部電源に接続され、前記セット側エッジ検出回路の出力信号に基づいてオン・オフする第3スイッチング素子と、
前記基準電位と前記内部電源との間において前記第3スイッチング素子に直列接続され、前記セット側エッジ検出回路の出力信号に基づき前記第3スイッチング素子に対して相補的にオン・オフする第4スイッチング素子と、を有し、
前記第3スイッチング素子と前記第4スイッチング素子との間のノードが前記セット側抵抗器と前記第2スイッチング素子との間のノードに接続され、前記セット側パルス生成回路が、前記第3スイッチング素子と前記第4スイッチング素子との間のノードの電圧を前記セット信号として前記セット側レベルシフト回路に出力する
請求項4に記載の駆動回路。 - 前記第3スイッチング素子のオン時の抵抗値が前記第1スイッチング素子のオン時の抵抗値と前記セット側抵抗器の抵抗値との和よりも小さい
請求項5に記載の駆動回路。 - 前記セット側レベルシフト回路が、
ハイサイド電源と前記基準電位との間に接続され、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を有し、
前記セット側レベルシフト回路が、前記セット側レベルシフトスイッチング素子の前記ハイサイド電源の側の端子の電圧を前記レベルシフト済みセット信号として前記制御回路に出力する
請求項5又は6に記載の駆動回路。 - 前記第1スイッチング素子及び前記第4スイッチング素子がオンし且つ前記第2スイッチング素子及び前記第3スイッチング素子がオフした時の前記セット側パルス生成回路の出力の電圧が前記セット側レベルシフトスイッチング素子の閾値電圧よりも低い
請求項7に記載の駆動回路。 - 前記セット側レベルシフトスイッチング素子の閾値電圧が、前記第4スイッチング素子のオン時の抵抗値を前記第4スイッチング素子のオン時の抵抗値と前記セット側抵抗器の抵抗値と前記第1スイッチング素子のオン時の抵抗値との和によって除して得られた商に、前記外部電源の電圧を乗じて得られた積よりも大きい
請求項7又は8に記載の駆動回路。 - 前記セット側パルス生成回路が、
前記第3スイッチング素子と前記第4スイッチング素子との間のノードの電圧を所定電圧よりも低くクランプするセット側クランプ素子を更に有する
請求項7から9の何れか一項に記載の駆動回路。 - 前記セット側クランプ素子が、前記第3スイッチング素子と前記第4スイッチング素子との間のノードに逆バイアスで接続されたセット側ツェナーダイオードであり、
前記所定電圧が前記セット側ツェナーダイオードの降伏電圧であり、
前記セット側レベルシフトスイッチング素子の閾値電圧が前記セット側ツェナーダイオードの降伏電圧よりも低い
請求項10に記載の駆動回路。 - 前記リセット側保証回路が、
前記外部電源に接続され、前記論理入力信号が前記第1論理レベルである時にオンするとともに前記論理入力信号が前記第2論理レベルである時にオフする第5スイッチング素子と、
前記基準電位と前記外部電源との間においてリセット側抵抗器を介して前記第5スイッチング素子に直列接続され、前記論理入力信号に基づいて前記第5スイッチング素子に対して相補的にオン・オフする第6スイッチング素子と、
を有し、
前記リセット側抵抗器と前記第6スイッチング素子との間のノードが前記リセット側パルス生成回路の出力に接続されている
請求項3から11の何れか一項に記載の駆動回路。 - 前記リセット側パルス生成回路が、
前記論理入力信号が前記第2論理レベルから前記第1論理レベルに変化することを検出するリセット側エッジ検出回路と、
前記内部電源に接続され、前記リセット側エッジ検出回路の出力信号に基づいてオン・オフする第7スイッチング素子と、
前記基準電位と前記内部電源との間において前記第7スイッチング素子に直列接続され、前記リセット側エッジ検出回路の出力信号に基づき前記第7スイッチング素子に対して相補的にオン・オフする第8スイッチング素子と、を有し、
前記第7スイッチング素子と前記第8スイッチング素子との間のノードが前記リセット側抵抗器と前記第6スイッチング素子との間のノードに接続され、前記リセット側パルス生成回路が、前記第7スイッチング素子と前記第8スイッチング素子との間のノードの電圧を前記リセット信号として前記リセット側レベルシフト回路に出力する
請求項12に記載の駆動回路。 - 前記第7スイッチング素子のオン時の抵抗値が前記第5スイッチング素子のオン時の抵抗値と前記リセット側抵抗器の抵抗値との和よりも小さい
請求項13に記載の駆動回路。 - 前記リセット側レベルシフト回路が、
ハイサイド電源と前記基準電位との間に接続され、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を有し、
前記リセット側レベルシフト回路が、前記リセット側レベルシフトスイッチング素子の前記ハイサイド電源の側の端子の電圧を前記レベルシフト済みリセット信号として前記制御回路に出力する
請求項13又は14に記載の駆動回路。 - 前記第5スイッチング素子及び前記第8スイッチング素子がオンし且つ前記第6スイッチング素子及び前記第7スイッチング素子がオフした時の前記リセット側パルス生成回路の出力の電圧が前記リセット側レベルシフトスイッチング素子の閾値電圧よりも低い
請求項15に記載の駆動回路。 - 前記リセット側レベルシフトスイッチング素子の閾値電圧が、前記第8スイッチング素子のオン時の抵抗値を前記第8スイッチング素子のオン時の抵抗値と前記リセット側抵抗器の抵抗値と前記第5スイッチング素子のオン時の抵抗値との和によって除して得られた商に、前記外部電源の電圧を乗じて得られた積よりも大きい
請求項15又は16に記載の駆動回路。 - 前記リセット側パルス生成回路が、
前記第7スイッチング素子と前記第8スイッチング素子との間のノードの電圧を所定電圧よりも低くクランプするリセット側クランプ素子を更に有する
請求項15から17の何れか一項に記載の駆動回路。 - 前記リセット側クランプ素子が、前記第7スイッチング素子と前記第8スイッチング素子との間のノードに逆バイアスで接続されたリセット側ツェナーダイオードを更に有し、
前記所定電圧が前記リセット側ツェナーダイオードの降伏電圧であり、
前記リセット側レベルシフトスイッチング素子の閾値電圧が前記リセット側ツェナーダイオードの降伏電圧よりも低い
請求項18に記載の駆動回路。 - 前記セット信号がローレベルからハイレベルに変化したとき、前記保証回路は前記セット側レベルシフト回路の入力がハイレベルであることを維持し、
前記リセット信号がローレベルからハイレベルに変化したとき、前記保証回路は前記リセット側レベルシフト回路の入力がハイレベルであることを維持する請求項1または2に記載の駆動回路。 - 前記セット信号がローレベルからハイレベルに変化してからハイレベルからローレベルに戻った後、前記保証回路は前記セット側レベルシフト回路の入力がローレベルであることを維持し、
前記リセット信号がローレベルからハイレベルに変化してからハイレベルからローレベルに戻った後も、前記保証回路は前記リセット側レベルシフト回路の入力がローレベルであることを維持する請求項20に記載の駆動回路。 - 前記セット信号がローレベルからハイレベルに変化したとき、前記保証回路は前記リセット側レベルシフト回路の入力がローレベルであることを維持し、
前記リセット信号がローレベルからハイレベルに変化したとき、前記保証回路は前記セット側レベルシフト回路の入力がローレベルであることを維持する請求項21に記載の駆動回路。
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