JPH03295312A - Drive circuit for power mos field-effect transistor - Google Patents

Drive circuit for power mos field-effect transistor

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JPH03295312A
JPH03295312A JP2097186A JP9718690A JPH03295312A JP H03295312 A JPH03295312 A JP H03295312A JP 2097186 A JP2097186 A JP 2097186A JP 9718690 A JP9718690 A JP 9718690A JP H03295312 A JPH03295312 A JP H03295312A
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JP
Japan
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inverter circuit
effect transistor
power
inverter
circuit
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Pending
Application number
JP2097186A
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Japanese (ja)
Inventor
Yuji Yamanishi
山西 雄司
Hiroshi Tanida
宏 谷田
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electronics Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To prevent a malfunction due to a noise at the time of the operation of a power MOSFET, and in addition, to improve switching speed by using a drive circuit provided with three inverter circuits. CONSTITUTION:A first and a second inverter circuits constituted of the MOSFETs 2 to 5 and a third inverter circuit 6 are provided, And a capacitance component 8 and a resistance component 9 are connected between the output terminal 7 of the first inverter circuit and the earth. Thus, since three inverter circuits 2 to 6 are provided for driving the power MOSFET 1, a hysteresis characteristic can be given to threshold voltage for operating and stopping the power MOSFET 1, and the malfunction due to the noise at the time of the operation of the power MOSFET 1 is prevented, and besides, its stopping operation is speeded up.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、モーター駆動やスイッチング電源等に広く用
いられているパワーMOS型電界効果トランジスタ(以
下パワーMOSFETという)の駆動回路に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application The present invention relates to a drive circuit for a power MOS field effect transistor (hereinafter referred to as power MOSFET) which is widely used in motor drives, switching power supplies, and the like.

従来の技術 近年、パワーMO5FETの駆動回路として、ロジック
回路からの直接駆動方法にもとづくものが主流になって
いる。
BACKGROUND OF THE INVENTION In recent years, power MO5FET drive circuits based on a direct drive method from a logic circuit have become mainstream.

以下、その構成について第3図を参照して説明する。図
において、41はパワーMO8FET。
The configuration will be explained below with reference to FIG. In the figure, 41 is a power MO8FET.

42はインバータ回路である。インバータ回路42を複
数個並列接続して構成しているのは、パヮ−MOSFE
T41のゲートへの電流供給能力を向上させるためであ
る。
42 is an inverter circuit. A plurality of inverter circuits 42 are connected in parallel to form a power MOSFET.
This is to improve the ability to supply current to the gate of T41.

この駆動回路では、入力信号がインバータ回路42のし
きい値電圧を越えるレベルになると、パワーMOSFE
T41が停止し、逆にインバータ回路42のしきい値電
圧よりも低いレベルになると、パワーMO8FET41
が動作することになる。
In this drive circuit, when the input signal reaches a level exceeding the threshold voltage of the inverter circuit 42, the power MOSFE
When T41 stops and becomes a level lower than the threshold voltage of the inverter circuit 42, the power MO8FET41
will work.

発明が解決しようとする課題 このような駆動回路では、パワーMO8FET41の前
段にインバータ回路42を接続しているので、パワーM
OSFET41の動作、停止は、前段のインバータ回路
42のしきい値を境にして行われる。このため、そのし
きい値を低くすると、ノイズ信号によりパワーMOSF
ET41が誤動作するという可能性があり、またしきい
値電圧を高くすると、スイッチングの速度が遅(なると
いう不都合を生じる。
Problems to be Solved by the Invention In such a drive circuit, since the inverter circuit 42 is connected before the power MO8FET 41, the power M
The OSFET 41 is activated and stopped at the threshold of the inverter circuit 42 at the previous stage. Therefore, if the threshold value is lowered, the noise signal will cause the power MOSF to
There is a possibility that the ET41 malfunctions, and if the threshold voltage is increased, the switching speed becomes slow.

本発明は上記課題を解決するもので、誤動作のないスイ
ッチング速度の速い駆動回路を提供することを目的とし
ている。
The present invention solves the above problems, and aims to provide a drive circuit with high switching speed and no malfunction.

課題を解決するための手段 本発明のパワーMO5FETの駆動回路は、互いに位相
の異なる入力信号が供給される、MOSFETで構成さ
れた第1.第2のインバータ回路と、これらインバータ
回路の出力信号で制御される第3のインバータ回路とを
備え、第1のインバータ回路の出力端子とアースとの間
に容量成分と抵抗成分とが接続され、また、第1のイン
バータ回路の出力端子が、第2のインバータ回路を構成
するMOSFETのうち、ソースがアースされているM
OSFETの半導体基板に接続され、さらに、第2のイ
ンバータ回路とパワーMOSFETとの間に第3のイン
バータ回路が接続されていて、この第3のインバータ回
路の出力信号でパワーMOSFETの動作を制御するよ
う構成されている。
Means for Solving the Problems A drive circuit for a power MOSFET according to the present invention includes a first MOSFET configured with MOSFETs to which input signals having mutually different phases are supplied. comprising a second inverter circuit and a third inverter circuit controlled by output signals of these inverter circuits, a capacitive component and a resistive component are connected between the output terminal of the first inverter circuit and ground, Further, the output terminal of the first inverter circuit is connected to a MOSFET whose source is grounded among the MOSFETs constituting the second inverter circuit.
A third inverter circuit is connected to the semiconductor substrate of the OSFET and further connected between the second inverter circuit and the power MOSFET, and the operation of the power MOSFET is controlled by the output signal of the third inverter circuit. It is configured like this.

作用 本発明の駆動回路は、パワーMO8FETを駆動するた
めに三つのインバータ回路を備えてGるので、パワーM
OSFETの動作、停止のしきい値電圧にヒステリシス
特性をもち、パワーMO5FET動作時のノイズによる
誤動作が防止され、またその停止動作がはやくなる。
Function: Since the drive circuit of the present invention includes three inverter circuits to drive the power MO8FET, the power M
The operating and stopping threshold voltage of the OSFET has hysteresis characteristics, which prevents malfunctions due to noise during the operation of the power MO5FET, and also speeds up the stopping operation.

実施例 以下、本発明の一実施例について第1図および第2図を
参照しながら説明する。
EXAMPLE Hereinafter, an example of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.

図に示すように、この実施例は、パワーM O5FET
Iの前段に、MOSFET2.3で構成された第1のイ
ンバータ回路と、M OS F E T 4. 。
As shown in the figure, this example uses a power MO5FET
A first inverter circuit composed of MOSFET2.3 and MOSFET4. .

5で構成された第2のインバータ回路と、第3のイン、
バータ回路6とを具備している。このインバータ回路6
については、その具体的な構成の図示を省略としている
が、これもMOSFETで構成さる。
5, a second inverter circuit configured with a third inverter circuit,
It is equipped with an inverter circuit 6. This inverter circuit 6
Although the illustration of its specific configuration is omitted, this is also configured with a MOSFET.

第1のインバータ回路の出力端子7は容量成分8と抵抗
成分9との並列接続体を介してアースされる。また、こ
の出力端子7は、第2のインバータ回路のMOSFET
5の半導体基板にも接続されている。なお、MOSFE
T5のソースはアースされている。そして、パワーMO
SFETIと第2のインバータ回路の出力端子との間に
第3のインバータ回路6が接続されている。
The output terminal 7 of the first inverter circuit is grounded via a parallel connection of a capacitive component 8 and a resistive component 9. Further, this output terminal 7 is connected to the MOSFET of the second inverter circuit.
It is also connected to the semiconductor substrate No. 5. In addition, MOSFE
The source of T5 is grounded. And power MO
A third inverter circuit 6 is connected between SFETI and the output terminal of the second inverter circuit.

このような構成で、第1.第2のインバータ回路の入力
端子(ゲート端子)10.11には互いに位相の異なる
、すなわち互いに反転した制御信号が印加される。
With such a configuration, the first. Control signals having mutually different phases, that is, mutually inverted control signals are applied to input terminals (gate terminals) 10 and 11 of the second inverter circuit.

まず、入力端子11にルベルの信号が印加されていると
き、第2のインバータ回路はOレベルの出力信号を発生
する。そのため、第3のインバータ回路6からはパワー
MO8FETIのゲートに)レベルの出力信号が供給さ
れることになり、パワーMO8FETIが動作する。
First, when the Lebel signal is applied to the input terminal 11, the second inverter circuit generates an O level output signal. Therefore, the third inverter circuit 6 supplies a level output signal to the gate of the power MO8FETI, and the power MO8FETI operates.

一方、このとき入力端子10にはOルベルの信号が印加
されるので、第1のインバータ回路の出力端子7にはル
ベルの信号が出ており、容量成分8に電荷が蓄積される
。したがって、第2のインバータ回路のMOSFET5
が構成されている半導体基板に、ルベルの電圧がかかっ
ている。
On the other hand, at this time, since the O level signal is applied to the input terminal 10, the level level signal is output to the output terminal 7 of the first inverter circuit, and charges are accumulated in the capacitive component 8. Therefore, MOSFET5 of the second inverter circuit
A Lebel voltage is applied to the semiconductor substrate on which the

次に、入力端子11の入力信号がOルベルになると、第
2のインバータ回路の出力信号はルべルとなるが、その
MOSFET5の半導体基板に正のバイアス電圧がかか
っているため、しきい値電圧は正側にシフトしている、
すなわち高(なっている。
Next, when the input signal at the input terminal 11 becomes O level, the output signal of the second inverter circuit becomes O level, but since a positive bias voltage is applied to the semiconductor substrate of MOSFET 5, the threshold value The voltage has shifted to the positive side,
In other words, it has become high.

入力端子10の入力信号はそれとは反対にルベルとなる
ため、第1のインバータ回路の出力端子7に得られる出
力信号はOレベルとなり、容量成分8に蓄積されていた
電荷が放出され、その両端間の電圧が低下する。ところ
が、この電圧低下の速度は、MOSFET3のドレイン
・ソース間のみかけ上の抵抗と容量成分8と抵抗成分9
とによって決まる時定数に依存するので、第2のインバ
ータ回路、第3のインバータ回路6およびパワーMO8
FETlのスイッチング速度をこの時定数よりも十分小
さくすれば、上記のようなしきい値電圧のシフトが起こ
る。そして、次の信号が印加される前に容量成分8の電
荷の放出が終わり、出力端子7の信号レベルがOルベル
となる。
On the contrary, the input signal at the input terminal 10 becomes a level, so the output signal obtained at the output terminal 7 of the first inverter circuit becomes O level, and the charge accumulated in the capacitance component 8 is released, and the voltage between both ends of the signal becomes O level. The voltage between the However, the speed of this voltage drop depends on the apparent resistance between the drain and source of MOSFET 3, the capacitance component 8, and the resistance component 9.
Since it depends on the time constant determined by the second inverter circuit, the third inverter circuit 6 and the power MO8
If the switching speed of FETl is made sufficiently smaller than this time constant, the threshold voltage shift as described above will occur. Then, before the next signal is applied, the discharge of the charge from the capacitive component 8 ends, and the signal level at the output terminal 7 becomes O level.

次に、入力端子11の入力信号がルベルになると、入力
端子10の入力信号はOレベルであるから、第1のイン
バータ回路の出力端子7にはルベルの出力信号が得られ
る。このとき容量成分8の両端の電圧が上昇し始めるが
、それよりもはやく第2のインバータ回路のMOSFE
T5が動作し、それによりパワーMOSFETIが動作
する。このとき、MOSFET5のシリコン基板電位は
0レベルであるため、しきい値電圧が低いままである。
Next, when the input signal at the input terminal 11 becomes a level, the input signal at the input terminal 10 is at O level, so that an output signal at a level is obtained at the output terminal 7 of the first inverter circuit. At this time, the voltage across the capacitance component 8 begins to rise, but the voltage across the MOSFE of the second inverter circuit is faster than that.
T5 operates, which causes power MOSFET I to operate. At this time, since the silicon substrate potential of MOSFET 5 is at 0 level, the threshold voltage remains low.

以上のことからパワーMOSFETIの動作。From the above, the operation of power MOSFETI.

停止のしきい値電圧にヒステリシス特性が生じ、それを
動作させるときのしきい値電圧は高(、停止させるとき
のしきい値電圧は低くなる。
A hysteresis characteristic occurs in the threshold voltage for stopping, and the threshold voltage when operating is high (the threshold voltage is low when stopping).

なお、出力素子であるパワーMO8FETとしては縦型
MO8FET (DMO8FET) 、各インバータ回
路の構成素子としてはNチャネルの横型MOSFET、
容量としては酸化膜容量を用いることにより、同一半導
体基板内に特別な分離工程を用いることな(,1チツプ
内にこの回路を構成することができる。
Note that the power MO8FET that is the output element is a vertical MO8FET (DMO8FET), and the constituent elements of each inverter circuit are N-channel horizontal MOSFETs.
By using an oxide film capacitor as the capacitor, this circuit can be constructed within one chip without using a special separation process within the same semiconductor substrate.

第2図は、第1図の本発明の駆動回路を1チツプに実現
した断面図である。
FIG. 2 is a sectional view of the drive circuit of the present invention shown in FIG. 1 implemented on one chip.

図において、21はN型半導体基板、22は高濃度N型
半導体基板、23はパワー用D M OS F E T
のソース、24は同ドレイン端子、25は同ゲート絶縁
膜、26は同ゲート電極、27は同P型チャネル領域、
28は横型MO8FETのソース、29は同トレイン、
30は同P型ウェル、31は同ゲート絶縁膜、32は同
ゲート電極、33.34は容量成分の取出し端子、35
は高濃度P型領域、36は酸化膜である。
In the figure, 21 is an N-type semiconductor substrate, 22 is a high concentration N-type semiconductor substrate, and 23 is a power DMOS FET.
24 is the same drain terminal, 25 is the same gate insulating film, 26 is the same gate electrode, 27 is the same P type channel region,
28 is the source of horizontal MO8FET, 29 is the same train,
30 is the same P-type well, 31 is the same gate insulating film, 32 is the same gate electrode, 33.34 is the capacitive component extraction terminal, 35
3 is a heavily doped P-type region, and 36 is an oxide film.

なお、本実施例では、第1図に示すように抵抗成分9を
用いたものを示したが、この抵抗成分9に代えてPチャ
ネルMO5FETを用いた、いわゆるコンプリメンタリ
−MOSFET (CMO5FET)とすることもでき
る。
In this embodiment, a resistive component 9 is used as shown in FIG. 1, but instead of this resistive component 9, a P-channel MO5FET may be used, which is a so-called complementary MOSFET (CMO5FET). You can also do it.

発明の効果 本発明は、パワーMO8FETを動作させるための、M
OSFETによって構成された第1.第2および第3の
インバータ回路を儂え、第1のインバータ回路の出力端
子とアース間に容量成分と抵抗成分を接続し、その第1
のインバータ回路の出力端子が、第2のインバータ回路
を構成しているM OS F E Tのうちソースがア
ースされている〜IO3FETの半導体基板に接続され
、第2のインバータ回路と前述のパワーMO8FETと
の間に第3のインバータ回路を接続した駆動回路からな
るので、パワーMOSFET動作時のノイズによる誤動
作を防止でき、がっスイッチング速度の速いパワーM 
OS型電界効果トランジスタの駆動回路を提供できる。
Effects of the Invention The present invention provides a method for operating a power MO8FET.
The first . A second and a third inverter circuit are connected, a capacitance component and a resistance component are connected between the output terminal of the first inverter circuit and the ground, and the first
The output terminal of the inverter circuit is connected to the semiconductor substrate of the IO3FET whose source is grounded among the MOSFETs constituting the second inverter circuit, and the second inverter circuit and the aforementioned power MO8FET are connected to each other. Since it consists of a drive circuit with a third inverter circuit connected between the
A driving circuit for an OS type field effect transistor can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の一実施例のパワーMO8型電界効果ト
ランジスタの駆動回路の等価回路図、第2図は同駆動回
路を1チツプとして実現した場合の部分断面図、第3図
は従来の駆動回路の等価回路図である。 1 ・=−パワーMO5F ET (パワーMO5型電
界効果トランジスタ)、2.3・・・・・・第1のイン
バータ回路を構成するMOSFET、4.5・・目・・
第2のインバータ回路を構成するMOSFET、6・・
・・・・第3のインバータ回路、7・・・・・・第1の
インノく−タ回路の出力端子、8・−・・−・容量成分
、9・・・・・・抵抗成分、21・・・・・・半導体基
板。
FIG. 1 is an equivalent circuit diagram of a drive circuit for a power MO8 type field effect transistor according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a partial cross-sectional view of the drive circuit realized as a single chip, and FIG. 3 is a conventional FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of a drive circuit. 1.=-power MO5FET (power MO5 type field effect transistor), 2.3... MOSFET forming the first inverter circuit, 4.5...
MOSFET 6, which constitutes the second inverter circuit.
...Third inverter circuit, 7...Output terminal of first inverter circuit, 8...Capacitance component, 9...Resistance component, 21・・・・・・Semiconductor substrate.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)互いに位相の異なる入力信号が供給される、MO
S型電界効果トランジスタで構成された第1、第2のイ
ンバータ回路と、前記第1、第2のインバータ回路の出
力信号で制御される第3のインバータ回路とを備え、前
記第1のインバータ回路の出力端子とアースとの間に容
量成分と抵抗成分とが接続され、前記第1のインバータ
回路の出力端子が、前記第2のインバータ回路を構成す
るMOS型電界効果トランジスタのうち、ソースがアー
スされているMOS型電界効果トランジスタの半導体基
板に接続され、さらに前記第2のインバータ回路と前記
パワーMOS型電界効果トランジスタとの間に前記第3
のインバータ回路が接続されていて、前記第3のインバ
ータ回路の出力信号でパワーMOS型電界効果トランジ
スタの動作を制御することを特徴とするパワーMOS型
電界効果トランジスタの駆動回路。
(1) MO to which input signals with different phases are supplied
The first inverter circuit includes first and second inverter circuits configured with S-type field effect transistors, and a third inverter circuit controlled by output signals of the first and second inverter circuits. A capacitance component and a resistance component are connected between the output terminal of the first inverter circuit and the ground, and the output terminal of the first inverter circuit is connected to the source of the MOS field effect transistor constituting the second inverter circuit. The third inverter circuit is connected to the semiconductor substrate of the MOS type field effect transistor, and the third
A driving circuit for a power MOS field effect transistor, characterized in that an inverter circuit is connected thereto, and the operation of the power MOS field effect transistor is controlled by an output signal of the third inverter circuit.
(2)第1のインバータ回路の出力端子とアースとの間
に接続されている抵抗成分がPチャネルMOS型電界効
果トランジスタで構成されていることを特徴とする請求
項1記載のパワーMOS型電界効果トランジスタの駆動
回路。
(2) The power MOS type electric field according to claim 1, wherein the resistance component connected between the output terminal of the first inverter circuit and the ground is constituted by a P-channel MOS type field effect transistor. Effect transistor drive circuit.
JP2097186A 1990-04-12 1990-04-12 Drive circuit for power mos field-effect transistor Pending JPH03295312A (en)

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