JPH04292015A - 高出力スイッチング・トランジスタを制御する回路 - Google Patents

高出力スイッチング・トランジスタを制御する回路

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JPH04292015A
JPH04292015A JP3354451A JP35445191A JPH04292015A JP H04292015 A JPH04292015 A JP H04292015A JP 3354451 A JP3354451 A JP 3354451A JP 35445191 A JP35445191 A JP 35445191A JP H04292015 A JPH04292015 A JP H04292015A
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JP
Japan
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transistors
control
gate
circuit
transistor
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JP3354451A
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English (en)
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Satoshi Mikuni
三国 聡
Koichiro Nishida
西田 弘一郎
Hidefumi Hattori
服部 秀文
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Original Assignee
Motorola Inc
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    • H03K17/12Modifications for increasing the maximum permissible switched current
    • H03K17/122Modifications for increasing the maximum permissible switched current in field-effect transistor switches
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/08Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage
    • H03K17/081Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage without feedback from the output circuit to the control circuit
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    • H03K17/08122Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage without feedback from the output circuit to the control circuit by measures taken in the control circuit in field-effect transistor switches
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、直列に結合された出力
スイッチング・トランジスタを制御する回路に関し、特
に、直列に結合されたトランジスタのうち一方のみが一
度にオンする回路に関する。
【0002】
【従来の技術】電源,回転中のモータ等のために電力を
供給するために用いられる多くの集積回路では、MOS
トランジスタのような2つのトランジスタを電流が流れ
る電極で直列に結合し、一端(電流が流れる電極の一方
)はV+供給電源に結合し、他端(電流が流れる電極の
他方)はグランド等に結合し、出力は2つのトランジス
タを結合する端子で供給される。制御信号入力端子は、
各々のトランジスタの制御電極と結合し、他方のトラン
ジスタがオフしている時に一方のトランジスタをオンさ
せる。この回路配置で問題となるのは、両方のトランジ
スタが同時にオンするときである。これはV+供給電源
とグランドとをほとんど短絡させることとなる。
【0003】この問題を解決するため従来技術では、制
御信号入力端子をトランジスタの一方の制御電極と結合
し、インバ−タを通じて他のトランジスタの制御電極と
結合していた。さらに、抵抗器および容量等の受動素子
を用いて、少なくとも1つの制御電極に印加する制御信
号を遅らせている。この遅延によって、両方のトランジ
スタが同時に切り換わることを防いでいる。適切な遅延
時間(抵抗および容量の値)を決定し、両方のトランジ
スタを決して同時にオンしないようにするため製造プロ
セスにおいては、パワ−・トランジスタの推定される容
量の変化,温度および製造プロセスそのものを考慮にい
れなければならない。その結果、遅延させるためには余
分なマ−ジンが必要となり、これはスイッチング速度に
大きな影響を及ぼす。また、上述の容量の変化は比較的
一定の最大値を維持するので、従来の回路でスイッチン
グ速度を向上させることは困難である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、新規な改良
された制御回路を含む出力スイッチング回路を提供する
ことを目的とする。
【0005】本発明は、スイッチング時間が温度および
製造プロセスの変化に依存しない制御回路を含む、新規
な改良された出力スイッチング集積回路を提供すること
を目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記および他の目的は、
スイッチング・トランジスタのペア(pair)を含む
高出力スイッチング回路によって達成され、そのトラン
ジスタは直列に結合された電流が流れる電極を有し、2
つの入力ゲ−トのペアは、2つのトランジスタの異なる
制御電極に各々結合される出力と結合する。ゲ−トの一
方の入力には制御信号が加えられ、ゲ−トの他の入力に
は位相のずれた(out−of−phase)制御信号
が加えられる。各々のゲ−トの他の入力は反対側のトラ
ンジスタの制御電極と結合し、他のトランジスタがオフ
であるときのみ、スイッチング・トランジスタの一方が
オンする。
【0007】上述の課題を解決する出力スイッチング回
路を作製する方法は、制御電極およびの電流が流れる2
つの電極を各々が有する第1および第2スイッチング・
トランジスタを準備する段階、スイッチング・トランジ
スタの各々は1つの半導体基板内に複数個のトランジス
タを含み、制御電極および電流が流れる電極と並列に結
合し、第1および第2スイッチング・トランジスタの電
流が流れる電極を、直列に結合する段階、スイッチング
・トランジスタの各々の制御電極間に、複数個の第1ト
ランジスタと結合する制御端子および複数個の第2トラ
ンジスタと結合する検出端子を準備する段階、制御回路
を準備する段階、およびスイッチング・トランジスタの
各々の制御および検出端子を制御回路に結合し、スイッ
チング・トランジスタの他方がオフした後でのみ、制御
信号に応答して、スイッチング・トランジスタの一方を
オンさせる段階から構成される。
【0008】
【実施例】図1は、本発明による高出力スイッチング回
路の回路図である。その回路はスイッチング・トランジ
スタ12,14のペアを含み、本実施例ではMOS高出
力スイッチング・トランジスタである。トランジスタ1
2は、制御電極16および電流が流れる2つの電極18
,20を有する。トランジスタ14は、制御電極22お
よび電流が流れる2つの電極24,26を有する。トラ
ンジスタ12,14は直列に結合し、これはトランジス
タ12の電極20とトランジスタ14の電極24とを結
合することによってなされる。回路が動作する際は、電
極18は供給出力V+と通常結合し、電極26はグラン
ドのような基準電位に結合される。出力端子28は、電
極20,24の結合部分に結合される。
【0009】本実施例ではNANDゲ−ト30,32で
ある第1および第2の2つの入力ゲ−トを準備する。N
ANDゲ−ト30の第1入力は制御信号入力端子34と
結合し、NANDゲ−ト32の第1入力はインバ−タ3
6を通じて入力端子34と結合する。NANDゲ−ト3
0の出力端子は、インバ−タ38を通じてスイッチング
・トランジスタ12の制御電極16と結合する。制御電
極16は、インバ−タ40を通じてNANDゲ−ト32
の他方の入力と結合する。NANDゲ−ト32の出力端
子は、インバ−タ44を通じてトランジスタ14の制御
電極22と結合する。制御電極22はインバ−タ42を
通じてNANDゲ−ト30の他方の入力と結合する。こ
の回路は1つのチップに集積しやすいように設計されて
いるが、別の用途のために他のゲ−トおよび論理回路を
使用することも可能である。
【0010】図1に示す回路10では、例えばデュ−テ
ィ比が50パ−セントである方形波を入力端子34に印
加する。入力端子34が正であるとき、正の信号はNA
NDゲ−ト30の第1入力に印加され、負の信号はNA
NDゲ−ト32の第1入力に印加される。NANDゲ−
ト32の少なくとも1つの入力が負であるから、制御電
極22に供給される反転された信号は負である。その結
果、正の信号はインバ−タ42によってNANDゲ−ト
30の第2入力に供給され、制御電極16に供給される
信号は正となる。入力端子34に加える制御信号が正か
ら負へ変化するとき、信号はすべて反転し、トランジス
タ14が切り換わるのは、制御電極16に供給される信
号が負の信号に変化した後であり、その結果トランジス
タ12はオフする。
【0011】MOSトランジスタ12,14のような高
出力トランジスタを製造する際、複数個のトランジスタ
は1つの半導体基板内に形成され、制御電極および電流
が流れる電極と並列に結合する。1つの高出力トランジ
スタを形成する並列トランジスタ(並列に結合するトラ
ンジスタ)の数は、必要となる電流容量に依存するけれ
ども、通常その数は比較的大きい。並列トランジスタは
相互に結合し、リ−ド(lead)長および容量を減少
させるが、いくらかの寄生容量およびリ−ド抵抗が存在
する。図2は制御電極16,22に対する寄生成分の等
価回路を示す。図2の等価回路では、外部接続50は回
路の1つのコ−ナ−(corner)であり、第2外部
接続52は対角線上の反対側のコ−ナ−である。
【0012】外部接続50と結合する第1並列トランジ
スタがオンになる時刻と、外部接続52と結合する最終
段の並列トランジスタがオンになる時刻との間には有限
の時間間隔があり、後者の時刻は、外部接続50に印加
される正の信号に応答するものである。高出力トランジ
スタに内在するこの遅延が原因で、インバ−タ38によ
って供給される信号およびインバ−タ40によって供給
される信号が、制御電極16の同じ場所から得られるの
であれば、スイッチング・トランジスタ12,14両方
の少なくとも一部分は、同時に導通する可能性がある。
【0013】この問題を解決するために本発明では、制
御端子すなわち外部接続50,および検出端子すなわち
外部接続52を各々の高出力トランジスタの制御電極で
使用している。インバ−タ38の出力は制御端子(50
)と結合し、インバ−タ40の入力は検出端子(52)
と結合する。インバ−タ42,44の入力および出力は
、トランジスタ14の制御電極22と同様に結合される
。こうして、トランジスタの制御入力信号は少なくとも
第1並列トランジスタに印加され、トランジスタの状態
は少なくとも第2並列トランジスタによって検出され、
その第2並列トランジスタは第1並列トランジスタと十
分に距離を隔てて配置され、検出信号が供給される前に
高出力トランジスタの確実な動作を保証する。本実施例
ではすべてのスイッチング回路は、1つの半導体チップ
に集積され、インバ−タ38,40,42,44はトラ
ンジスタ12,14と相互に結合し、寄生成分の影響を
さらに減少させる。
【0014】図3における波形Aは入力端子34に印加
する制御信号を示し、これは約50パ−セントのデュ−
ティ・サイクルを有する方形波であるが、実際に使用す
る際は他の型の制御信号を使用することも可能である。 波形BはNANDゲ−ト30によって供給される制御信
号であり、これはインバ−タ38を通じて制御電極16
の制御端子(50)に供給される。波形Cは制御電極1
6の検出端子(52)からインバ−タ40に供給される
検出信号である。波形DはNANDゲ−ト32によって
供給される制御信号であり、これはインバ−タ44を通
じて制御電極22の制御端子に供給される。波形Eは制
御電極22の検出端子で現われる検出信号である。波形
Fは出力端子28で現われる出力信号である。
【0015】NANDゲ−ト30に印加する制御信号(
波形A)が正に変わるとき、NANDゲ−ト32に印加
される反転した信号は負になる。NANDゲ−ト32の
少なくとも1つの入力が負であるから、第2入力を待つ
ことなしに、正の出力が直ちに有効となる。NANDゲ
−ト32の正の出力は、インバ−タ44によって反転さ
れ(波形D)、制御電極22の制御端子に印加され、ト
ランジスタ14をオフさせ始める。負の制御信号は、制
御電極22の寄生成分を通じて伝播し、時間T1でトラ
ンジスタ14をオフさせる。時間T1で検出信号は、検
出端子(波形E)で切り換わり、インバ−タ42を通じ
てNANDゲ−ト30の第2入力に印加される。両者は
正の入力であるから、NANDゲ−ト30は負の出力を
与え、その出力はインバ−タ38(波形B)によって反
転する。制御電極16の制御端子(50)に印加する正
の制御信号は、トランジスタ12をオンさせ、出力端子
28で出力信号を供給する。入力信号が負に切り換わる
と、上述の手続きは繰り返される。
【0016】
【発明の効果】開示された高出力スイッチング回路は論
理ゲ−トを使用し、高出力トランジスタの状態を切り換
え、直列回路の欠点を克服する。さらに、直列に結合さ
れる高出力トランジスタのペア内の第2トランジスタは
、第1トランジスタが完全にオフになるまでオンに切り
換わらず、直列回路として機能しない。本回路は、遅延
させるための外部要素を必要とせず、その結果タイミン
グを最小にすることが可能である。さらに、本回路は簡
潔なものであり、1つの半導体チップに集積することが
容易である。
【0017】これまで本発明の特定の実施例を説明し、
開示してきたが、更なる改良および変更は当業者にとっ
て必要となるであろう。しかし、本発明は上述の特定の
実施例に制限されず、本発明の精神および目的から逸脱
しないすべての改良は、請求の範囲内に含まれるもので
あることを意図する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例である高出力スイッチング回路
の回路図である。
【図2】MOSトランジスタの制御電極における寄生成
分に対する等価回路である。
【図3】図1の種々の端子における波形およびタイミン
グの相関関係を示す。
【符号の説明】
10  高出力MOSスイッチング回路12,14  
高出力MOSスイッチング・トランジスタ16,22 
 制御電極 18,20,24,26  電極 28  出力端子 30,32  NANDゲ−ト 34  入力端子 36,38,40,42,44  インバ−タ50  
制御端子 52  検出端子

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  制御電極(16,22)および電流が
    流れる2つの電極(18,20および24,26)を各
    々が有する2つのMOSスイッチング・トランジスタ(
    12,14),前記電流が流れる電極を直列に結合し、
    前記2つのMOSスイッチング・トランジスタ(12,
    14)を交互にオンさせる制御回路を含む高出力MOS
    スイッチング回路(10)において:2つの入力端子お
    よび1つの出力端子を各々が有する第1および第2ゲ−
    ト(30,32);前記第1ゲ−ト(30)の一方の入
    力端子に対しては同相な結合(34)および前記第2ゲ
    −ト(32)の一方の入力端子に対しては反転された結
    合(36)を含む制御信号入力回路(34,36);お
    よび前記MOSスイッチング・トランジスタの一方であ
    る(12)の制御電極(16)と前記第1ゲ−ト(30
    )の前記出力端子および前記第2ゲ−ト(32)の別の
    入力端子に結合する(38,40),および前記MOS
    スイッチング・トランジスタの他方である(14)の制
    御電極(22)と前記第2ゲ−ト(32)の前記出力端
    子および前記第1ゲ−ト(30)の別の入力端子に結合
    する(42,44)によって、前記MOSスイッチング
    ・トランジスタの他方(14または12)がオフした後
    にのみ、前記MOSスイッチング・トランジスタの一方
    (12または14)をオンさせる結合手段(38,40
    ,42,44);から構成されることを特徴とする高出
    力MOSスイッチング回路(10)。
  2. 【請求項2】  第1および第2MOSスイッチング・
    トランジスタ(12,14)の各々は、制御電極(16
    ,22)および2つの電流が流れる電極(18,20お
    よび24,26)を有し、前記MOSスイッチング・ト
    ランジスタ(12,14)の各々は、1つの半導体基板
    内で形成される複数個のトランジスタを含み、前記制御
    電極(16,22)および電流が流れる電極(18,2
    0および24,26)と並列に結合し、直列に結合され
    る第1および第2MOSスイッチング・トランジスタ(
    12,14);および2つの入力端子および1つの出力
    端子を各々が有する第1および第2ゲ−ト(30,32
    ),前記第1ゲ−ト(30)の入力端子の一方に対して
    は同相な制御信号結合(34)および前記第2ゲ−ト(
    32)の入力端子の他方に対しては反転した制御信号結
    合(36)を含む制御信号入力回路(34,36)、お
    よび前記MOSスイッチング・トランジスタの一方であ
    る(12)の前記制御電極(16)と前記第1ゲ−ト(
    30)の前記出力端子および前記第2ゲ−ト(32)の
    他方の入力端子に結合する(38,40),および前記
    第2MOSスイッチング・トランジスタ(14)の前記
    制御電極(22)と前記第2ゲ−ト(32)の前記出力
    端子に結合し、前記第1ゲ−ト(30)の他方の入力端
    子に結合する(42,44)によって、前記MOSスイ
    ッチング・トランジスタの他方(14または12)がオ
    フした後にのみ、前記MOSスイッチング・トランジス
    タの一方(12または14)をオンさせる結合手段(3
    8,40,42,44)を含む制御回路;から構成され
    ることを特徴とする出力スイッチング回路(10)。
  3. 【請求項3】  制御電極(16,22)および2つの
    電流が流れる電極(18,20および24,26)を各
    々が有する第1および第2スイッチング・トランジスタ
    (12,14)を準備し、前記スイッチング・トランジ
    スタ(12,14)の各々は、1つの半導体基板内に形
    成される複数個のトランジスタを含み、前記制御電極(
    12,14)および電流が流れる電極(18,20およ
    び24,26)と並列に結合し、前記第1および第2ス
    イッチング・トランジスタ(12,14)の前記電流が
    流れる電極(18,20および24,26)を直列に結
    合する段階;前記スイッチング・トランジスタ(12,
    14)内に、それぞれ前記複数個の第1トランジスタと
    結合する制御端子(50)および前記複数個の第2トラ
    ンジスタと結合する検出端子(52)を準備する段階;
    制御回路(30,32,34,36,38,40,42
    ,44)を準備する段階;および前記スイッチング・ト
    ランジスタ(12,14)の各々の前記制御(50)お
    よび検出(52)端子と前記制御回路を結合し、前記ス
    イッチング・トランジスタ(14,12)の他方がオフ
    した後でのみ、制御信号入力に応答して、前記スイッチ
    ング・トランジスタ(12,14)の一方をオンさせる
    段階;から構成されることを特徴とする出力スイッチン
    グ回路を作製する方法。
JP3354451A 1990-12-21 1991-12-20 高出力スイッチング・トランジスタを制御する回路 Pending JPH04292015A (ja)

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US07/631,511 US5155398A (en) 1990-12-21 1990-12-21 Control circuit for high power switching transistor
US631511 1996-04-11

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