JPH09186568A - 電気的負荷の電源供給回路に配置されたmos電界効果トランジスタを駆動するための回路構造 - Google Patents

電気的負荷の電源供給回路に配置されたmos電界効果トランジスタを駆動するための回路構造

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JPH09186568A
JPH09186568A JP8198061A JP19806196A JPH09186568A JP H09186568 A JPH09186568 A JP H09186568A JP 8198061 A JP8198061 A JP 8198061A JP 19806196 A JP19806196 A JP 19806196A JP H09186568 A JPH09186568 A JP H09186568A
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mos field
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JP8198061A
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Erich Bayer
バイヤー エーリッヒ
Konrad Wagensohner
ヴァゲンゾフナー コンラッド
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Texas Instruments Deutschland GmbH
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Texas Instruments Deutschland GmbH
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/16Modifications for eliminating interference voltages or currents
    • H03K17/161Modifications for eliminating interference voltages or currents in field-effect transistor switches
    • H03K17/162Modifications for eliminating interference voltages or currents in field-effect transistor switches without feedback from the output circuit to the control circuit
    • H03K17/163Soft switching
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/04Modifications for accelerating switching
    • H03K17/041Modifications for accelerating switching without feedback from the output circuit to the control circuit
    • H03K17/0412Modifications for accelerating switching without feedback from the output circuit to the control circuit by measures taken in the control circuit
    • H03K17/04123Modifications for accelerating switching 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】 (修正有) 【課題】 MOSFETQ0に交互に接続することがで
きる充電回路K1と放電回路K2とを含んでいる回路構
造10で、そのMOSFETQ0の出力に、正弦波状の
丸くされたエッジを備えた出力信号を発生させ、その出
力信号波形に存在する高調波の割合を、必要なエッジの
急峻さに関する制約を持たずに減少させる。 【解決手段】 感知回路K3を、MOSFETQ0のゲ
ート・ソース電圧UGSに対応する測定信号SM を供給す
るように設け、その測定信号により、充電あるいは放電
回路K1、K2の内部抵抗および/またはこれら回路K
1、K2に正帰還で与えられる電流Ia を制御し、上記
MOSFETQ0の入力容量に対する充電あるいは放電
を決定する時定数τが、上記MOSFETQ0のオフ状
態から導通状態への転移の間ではより小になり、導電状
態からオフ状態への転移の間ではより大になるようにす
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気的負荷の電源
供給回路に配置されたMOS電界効果トランジスタを駆
動するための回路構造に関し、より詳細には、上記MO
S電界効果トランジスタに接続されることができる充電
回路と、上記MOS電界効果トランジスタに接続される
ことができる放電回路とを有し、これら回路を介して、
上記MOS電界効果トランジスタの入力容量がこの入力
容量の大きさならびに上記充電および放電回路の回路設
計に依存する時定数に従って充電あるいは放電されるこ
とができるようにした上記回路構造に関する。
【0002】駆動されるべき上記MOS電界効果トラン
ジスタは、例えば、電気的負荷、特にいわゆるローサイ
ドドライバLSD(Low−Side Driver)
に電源を供給するように意図したHブリッジのMOS電
力トランジスタにすることができる。
【0003】
【従来の技術】通常、この形式のMOS電界効果トラン
ジスタはゲート抵抗を介して駆動され、上記トランジス
タをオン、オフするため、このゲート抵抗を通して一定
の電位がゲート電極に供給されるか、あるいはゲート電
極がソース電極に接続されることができる。ゲート抵抗
は、ゲート・ドレイン容量と一緒になって、特に、いわ
ゆるミラー積分器を形成し、これは関連した切換え作用
の特定の時間期間の間に、少なくとも本質的に一定であ
る出力信号のスルーレートを呈するようにする。適切な
ターンオンプロセスの終了時および適切なターンオフプ
ロセスの開始時の出力信号は比較的に緩やかに変化する
が、このようなターンオンプロセスの開始時およびこの
ようなターンオフプロセスの終了時には急激な変化が生
じ、これは必然的に出力信号に高調波を大きな割合で生
じさせてしまう。この高調波の割合がそれら全てにおい
て大きくなればなる程、出力信号がより矩形波信号に近
ずくか、あるいは出力信号の曲線がより角張るようにな
る。
【0004】MOS電界効果トランジスタの出力信号の
高調波の割合は、適切な付勢により、最小の可能な峻度
あるいは最も遅い可能なスルーレートを有するエッジの
出力信号を発生することによって減少されることができ
る。しかしながら、例えば、ステップバイステップ制御
器あるいはパルス幅変調器のようなある応用において
は、要求されるスイッチング周波数による周期的スイッ
チングが必要であり、それに対して最も峻度が大きい可
能なエッジが想定される。更に、出力信号の場合の高い
スルーレートは、パルス幅変調器の場合に生じる電力消
失の大きなエッジの急峻さの効果を考えると、必要にな
る場合がある。これは、この場合、高い電磁的ハムとな
ってしまう。応用によっては、これは、出力信号のスル
ーレートに対して相反する要求がなされるということを
意味してしまうことになる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上述
した形式の回路構造を作ることであって、それは比較的
簡単に行われ、その回路構造をもってすれば、電源回路
のMOS電界効果トランジスタの出力信号の高調波の割
合は必要なエッジの急峻さに関しての制限を何等持たず
に減少される。
【0006】
【課題を解決するための手段】この目的は、電源供給回
路のMOS電界効果トランジスタのゲート・ソース電圧
を表す測定信号を供給する感知回路を設け、充電あるい
は放電回路の内部抵抗および/またはこれら回路に正帰
還で与えられる電流を、上記電源供給回路の上記MOS
電界効果トランジスタの上記入力容量に対する充電ある
いは放電を決定する時定数が、上記MOS電界効果トラ
ンジスタのオフ状態から導通状態への転移の間では連続
して小になり、導電状態からオフ状態への転移の間では
連続して大になるように制御するようにした本発明によ
って解決される。
【0007】電気的負荷の電源供給回路に配置されたM
OS電界効果トランジスタは、出力信号の形における鋭
いエッジあるいは急峻な変化が回避され、不臨界域での
出力信号のスルーレートが比較的に大きく保持されるよ
うにして駆動される。本発明では、ターンオンプロセス
の開始時およびターンオフプロセスの終了時での出力信
号の形の臨界部分は正弦波状に丸められた形を有するよ
うにされる。ターンオンプロセスの間すなわちMOS電
界効果トランジスタのオフ状態から導電状態への転移の
間に、出力信号のスルーレートはだんだんと増大され、
そのため、時定数(それに従って、MOS電界効果トラ
ンジスタの入力容量が与えられる)が対応して減少する
ようになる。従って、この時定数は臨界的な開始位相で
は比較的に大きくなることができる。このターンオンプ
ロセスの終了で、ゲート・ソース電圧に関するドレイン
・ソース抵抗の典型的な過程の結果として、出力信号の
適切な最終値に対する丸められた、エッジ無しの転移が
作られる。
【0008】逆に、ターンオフプロセスの間すなわちM
OS電界効果トランジスタの導電状態からオフ状態への
転移の間では、出力信号のスルーレートは連続して減少
され、そのため、時定数(それに従って、MOS電界効
果トランジスタの入力容量がこの相で与えられる)が対
応して増大するようになる。従って、この時定数はこの
ターンオフプロセスの臨界的な最終位相では同様比較的
に大きくなることができる。ターンオンプロセスの開始
で、ゲート・ソース電圧に関するドレイン・ソース抵抗
の典型的な特性のため、丸められた、エッジ無しの転移
が与えられる。
【0009】感知回路は、好ましくは、MOS電界効果
トランジスタを含んでおり、そのゲート電極は電源供給
回路のMOS電界効果トランジスタのゲート電極に接続
され、そのソース電極は電源供給回路のMOS電界効果
トランジスタのソース電極に接続される。この結果、感
知回路のMOS電界効果トランジスタでの一定のゲート
・ソース電圧は電気的負荷の電源供給回路に配置された
MOS電界効果トランジスタでのゲート・ソース電圧と
常に同一となり、そのため、例えば、制御されているM
OS電界効果トランジスタのゲート・ソース電圧を表す
測定信号を発生することができる。この目的で、電源供
給回路のMOS電界効果トランジスタは電気的負荷に接
続され、感知回路のMOS電界効果トランジスタは関連
した抵抗に接続されることができ、各場合において、ソ
ース接続がなされる。
【0010】好適実施例によれば、充電および/または
放電回路は、それぞれ、少なくとも1つの初期オーミッ
ク抵抗を備えた初期分岐回路と、測定信号によって駆動
されかつ好ましくは同様MOS電界効果トランジスタで
形成される第2の制御可能な抵抗からなる第2の分岐回
路とで構成される並列回路接続部を含んでいる。この場
合、電源供給回路のMOS電界効果トランジスタの入力
容量に対する充電あるいは放電を決定する時定数は、並
列回路接続部の内部抵抗を介して連続的な態様で設定さ
れ得る。この内部抵抗は、問題のMOS電界効果トラン
ジスタがターンオフされた時には最大となり、そのMO
S電界効果トランジスタが導通の時には最小となる。
【0011】放電回路に含まれた並列回路接続部の、M
OS電界効果トランジスタを有する初期分岐回路は、測
定信号に関連して駆動される制御可能な抵抗を同様設け
ている入力側分岐回路における、電流ミラーの出力側分
岐回路によって好適に形成される。従って、放電回路は
電流シンクとして働き、これには、電流ミラーを介し
て、駆動されるべきMOS電界効果トランジスタの放電
を決定する時定数を設定することができる電流が与えら
れる。電流ミラーの入力側分岐回路に設けられた制御可
能な抵抗は、好ましくは測定信号によって直接駆動され
るMOS電界効果トランジスタによって形成されること
ができる。制御可能な抵抗として働くこのMOS電界効
果トランジスタにより、電流ミラーの入力電流は測定信
号の形に従って設定されることができる。次いで、放電
回路の並列回路の第1の回路に流れる電流は入力電流を
介して設定される。
【0012】電源供給回路のMOS電界効果トランジス
タのゲート電極と接続可能な充電あるいは放電回路との
間に、充電あるいは放電回路の最も大きな調節可能な内
部抵抗よりも選択的に小さなゲート抵抗を接続すること
が可能である。本発明の一層の有利な実際的変更は後に
項目別に列挙されている。
【0013】
【発明の実施の形態】本発明は、以下添付図面を参照
し、実施例を用いてより詳細に説明される。図1は、こ
の場合に、電気的負荷RL の電源供給回路K0に配置さ
れたMOS電界効果トランジスタQ0を駆動するための
回路構造10の実施例を回路図の形で示す。
【0014】電源供給回路K0のMOS電界効果トラン
ジスタQ0はソース接地接続で電気的負荷RL に接続さ
れ、そこでは、ソース電極は接地Mに接続され、ドレイ
ン電極は負荷RL を介して供給電圧VCCに接続されてい
る。充電回路K1あるいは放電回路K2は電源供給回路
KOのMOS電界効果トランジスタQ0に電子的可逆ス
イッチSを介して接続されることができる。
【0015】充電回路K1は、初期オーミック抵抗R
BP1 と直列回路(この回路において、第1の制御可能な
抵抗として働くMOS電界効果トランジスタQ1は電流
制限抵抗R1と直列に接続されている)とからなる並列
回路接続で構成される。並列回路で形成されたこの充電
回路K1はこの一端が一定の電位VGATEのに接続され
る。ONで表された、この充電回路K1の他端は、電源
供給回路K0のMOS電界効果トランジスタQ0をオン
にするために、このMOS電界効果トランジスタQ0の
ゲート電極に電子的スイッチSを介して接続されること
ができる。
【0016】放電回路K2も、初期オーミック抵抗R
BP2 と直列回路(この回路において、第2の制御可能な
抵抗として働くMOS電界効果トランジスタQ2Aは電
流制限抵抗R2と直列に接続されている)とからなる並
列回路接続で構成される。並列回路接続で形成されたこ
の放電回路K2の一端は接地Mに接続されている。放電
回路K2のOFFで表された他端は、電源供給回路K0
のMOS電界効果トランジスタQ0をオフにするため
に、電気的スイッチSを介してこのMOS電界効果トラ
ンジスタのゲート電極に接続されることができる。
【0017】ゲート抵抗RG は、電源供給回路K0のM
OS電界効果トランジスタQ0のゲート電極と接続可能
な充電あるいは放電回路K1、K2との間に接続されて
いる。
【0018】感知回路K3は、電源供給回路K0のMO
S電界効果トランジスタQ0のゲート・ソース電圧UGS
を表す測定信号SM を供給するように使用される。この
ために、感知回路K3はMOS電界効果トランジスタQ
3を含んでおり、そのソース電極は電源供給回路K0の
MOS電界効果トランジスタQ0のソース電極、すなわ
ち接地Mに接続され、またそのドレイン電極はオーミッ
ク抵抗R3を介して一定の電位VGATEに接続され、その
抵抗の位置で測定信号SM が発生される。
【0019】この結果、電源供給回路K0のMOS電界
効果トランジスタQ0と全く同様に、感知回路K3のM
OS電界効果トランジスタQ3も、ソース接地接続で関
連抵抗(この場合R3)に接続されているが、ここで、
MOS電界効果トランジスタQ3のドレイン電極は抵抗
R3を介して、電源電圧VCCには接続されず、MOS電
界効果トランジスタQ0をオンにするために必要な一定
の電位VGATEに接続される。
【0020】更に、感知回路K3のMOS電界効果トラ
ンジスタQ3のゲート電極は電源供給回路K0のMOS
電界効果トランジスタQ0のゲート電極に接続されてい
る。MOS電界効果トランジスタQ3のドレイン電極と
オーミック抵抗R3の接続部は、制御可能な抵抗として
働く充電回路K1のMOS電界効果トランジスタQ1の
ゲート電極に接続されている。
【0021】放電回路K2を形成する並列回路接続部
の、MOS電界効果トランジスタQ2Aと電流制限抵抗
R2とからなる直列回路によって形成された分岐回路
は、電流ミラーSPの出力側分岐回路を形成し、それに
は、放電回路K2がMOS電界効果トランジスタQ3お
よびQ0のゲート電極に電流スイッチSおよびゲート抵
抗RG を介して接続されると、この電流ミラーSPの入
力側分岐回路を介して電流Ia が与えられる。
【0022】同様制御可能な抵抗として働くMOS電界
効果トランジスタQ4は、電流ミラーSPの入力側分岐
回路においてオーミック抵抗R4と直列に接続されてい
る。MOS電界効果トランジスタQ4のドレイン電極は
このオーミック抵抗R4を介して一定の電位VGATEに結
合されている。このMOS電界効果トランジスタQ4に
は、電流ミラーSPの入力側分岐回路において直列に他
のMOS電界効果トランジスタQ2Bが接続されてお
り、そのドレイン電極はMOS電界効果トランジスタQ
4のソース電極に接続され、そのソース電極は別のオー
ミック抵抗R5を介して接地すなわちアースに接続され
ている。MOS電界効果トランジスタQ2Bのドレイン
電極はこのトランジスタのゲート電極に接続され、この
ゲート電極は放電回路K2のMOS電界効果トランジス
タQ2Aのゲート電極に接続されている。
【0023】電気的負荷の電源供給回路に配置されたM
OS電界効果トランジスタを駆動するための図1に示し
たこの回路構造の動作モードは以下の通りである。
【0024】最初にターンオンプロセスについて説明す
る。電気的負荷RL のための電源供給回路K0に配置さ
れたMOS電界効果トランジスタQ0をオンにするため
に、充電回路K1を電子的スイッチSを介して接続す
る。ONで表された充電回路K1の側はゲート抵抗RG
を介してMOS電界効果トランジスタQ0および感知回
路K3に配置されたMOS電界効果トランジスタQ3の
ゲート電極に接続される。
【0025】このターンオンプロセスの初めでは、MO
S電界効果トランジスタQ0のゲート・ソース電圧
GS、従って感知回路K3のMOS電界効果トランジス
タQ3のゲート・ソース電圧は0に等しい。この結果、
感知回路K3にはドレイン電流I D がまだ流れない。従
って、抵抗R3にはまだ電圧降下が生じておらず、この
ため、充電回路K1のMOS電界効果トランジスタQ1
が駆動されるようにする測定信号SM が供給されていな
い。最初、このMOS電界効果トランジスタQ1はオフ
に留まっていて、このため充電回路K1の内部抵抗は抵
抗RBP1 だけにより決定される。この抵抗RBP1 は、図
示の実施例において、ゲート抵抗RG よりもかなり大で
ある。従って、MOS電界効果トランジスタQ0および
Q3の入力容量に対する充電を決定する瞬間時定数τ
は、従って、2つの抵抗RBP1 およびR G の和ならびに
入力容量の大きさによって当面決定される。抵抗RBP1
が比較的に大きな値を有しているため、この初期時定数
は比較的大きく、このため、ターンオンプロセスの開始
の時にMOS電界効果トランジスタQ0のドレイン電極
から取られることができる出力信号Aのスルーレートは
対応して低い。
【0026】2つのMOS電界効果トランジスタQ0お
よびQ3のゲート・ソース電圧がスレッショルド電圧に
達したら、感知回路K3のMOS電界効果トランジスタ
Q3はドレイン電流ID を供給し、これにより抵抗R3
に電圧降下が生じ、対応して測定信号SM が発生され
る。充電回路K1に設けられたMOS電界効果トランジ
スタQ1を適切に駆動することによって、MOS電界効
果トランジスタQ1のドレイン・ソース抵抗は減少す
る。MOS電界効果トランジスタQ0およびQ3の入力
容量が充電されればされる程、すなわちこれら2つのト
ランジスタQ0、Q3のゲート・ソース電圧UGSが大き
くなれば大きくなる程、充電回路K1のMOS電界効果
トランジスタQ1は、抵抗R3での電圧降下が対応して
増大するためより一層スイッチングされる。充電回路K
1のMOS電界効果トランジスタQ1を流れる電流は抵
抗R1でのみ制限される。従って、MOS電界効果トラ
ンジスタQ0およびQ3でのゲート電圧が高くなればな
る程、感知回路K3のMOS電界効果トランジスタQ3
および抵抗R3に流れるドレイン電流ID は大きくな
る。
【0027】この結果、出力信号Aのスルーレートはだ
んだんと速くなる。これは、MOS電界効果トランジス
タQ0およびQ3の入力容量を変化させる時定数τが絶
えず減少しているためである。この入力容量は、電源供
給回路K0のMOS電界効果トランジスタQ0の場合に
は、この際に生じる容量性帰還のために考慮されなけれ
ばならないゲート・ドレイン容量CGDによって明確に決
定される。これに比較して、感知回路K3に設けられる
MOS電界効果トランジスタQ3の場合には、そのゲー
ト・ドレイン容量C’GDは著しく小さい。
【0028】従って、この結果、感知回路K3のMOS
電界効果トランジスタQ3および充電回路K1のMOS
電界効果トランジスタQ1を含む正帰還ループが形成さ
れる。充電回路K1のMOS電界効果トランジスタQ1
が完全にスイッチングすると、出力信号Aのスルーレー
トは最大に、すなわち時定数は最小になる。R1はR
BP1 よりも著しく低抵抗値であるため、この場合の充電
回路K1の内部抵抗は主にR1によって与えらるため、
最小の時定数は抵抗R1およびRG の和ならびにMOS
電界効果トランジスタQ0およびQ3の関連した入力容
量によって決定される。
【0029】図2は、時間に対してプロットした、出力
信号Aを決定するドレイン・ソース電圧UDSを示す。こ
れにより、ターンオフプロセス時、すなわちMOS電界
効果トランジスタQ0のオフから導通状態への転移時
に、ドレイン・ソース電圧UDSのスルーレートは増大す
る。これは時定数τが対応して減少し、それに伴いMO
S電界効果トランジスタQ0およびQ3の入力容量が充
電されるためである。ターンオンの臨界開始位相の間の
時定数τが比較的に大きければ、従来普通であった鋭い
エッジとなる転移の代わりに、正弦波状に丸められた転
移が得られる。充電回路K1のMOS電界効果トランジ
スタQ1がスイッチすれば、抵抗R1およびRG の和に
よって時定数τが決定され、これは引続いてスルーレー
トを必然的に一定にする。ターンオンプロセスの終了
で、スイッチされたMOS電界効果トランジスタQ1に
拘らず、ゲート・ソース電圧に関連したドレイン・ソー
ス抵抗の典型的な形のために丸められた転移が得られ
る。
【0030】次に、ターンオフプロセスについて説明す
る。電源供給回路K0に配置されたMOS電界効果トラ
ンジスタQ0をオフにするために、放電回路K2が電子
的スイッチSを介して電源供給回路K0に接続される。
放電回路K2を形成する並列回路接続部のOFFで示さ
れた端部はゲート抵抗RG を介してMOS電界効果トラ
ンジスタQ0および感知回路K3に含まれたMOS電界
効果トランジスタQ3のゲート電極に接続される。
【0031】ターンオフプロセスの初めにおいて、2つ
のMOS電界効果トランジスタQ0およびQ3のゲート
・ソース電圧UGSは依然としてスレッショルド電圧より
も充分高い。感知回路K3のMOS電界効果トランジス
タQ3はスイッチされ、そのため対応するドレイン電流
D が流れ、これにより大きな電圧降下が感知回路K3
の抵抗R3に生じる。測定信号SM が発生されるため
に、制御可能な抵抗として働く、電流ミラーSPの入力
側分岐回路のMOS電界効果トランジスタQ4がスイッ
チされ、それによりこの分岐回路に対応して大きな入力
電流Ie が発生される。この結果、MOS電界効果トラ
ンジスタQ2Aを含んだ放電回路K2の分岐回路に、対
応して大きな電流Ia が流れ、この大きな電流Ia はM
OS電界効果トランジスタQ2Aがスイッチした結果と
して抵抗R2だけにより制限される。従って、MOS電
界効果トランジスタQ0およびQ3の入力容量は、抵抗
R2およびRG の和とこれら入力容量の値とによって決
定される比較的小さな時定数τに従って最初に放電され
る。
【0032】MOS電界効果トランジスタQ0およびQ
3のゲート・ソース電圧UGSがスレッショルド電圧に近
付けば近付く程、感知回路K3のMOS電界効果トラン
ジスタQ3を流れるドレイン電流ID は小さくなる。従
って、抵抗R3での電圧降下も小さくなり、それにより
電流ミラーSPのMOS電界効果トランジスタQ4は、
測定信号SM が対応して減少するためにその非導電性が
増大する。それにより、電流ミラーSPの入力電流Ie
は減少する。これは、MOS電界効果トランジスタQ2
Aを含んだ放電回路K2の分岐回路を流れるその出力電
流Ia がより小さくなることを意味する。これにより、
MOS電界効果トランジスタQ2Aの非導電性は増大す
ることになる。従って、この結果、2つのMOS電界効
果トランジスタQ0およびQ3のための放電電流はより
小さくなり、これは、出力信号Aのスルーレート、すな
わち電源供給回路K0に配置されたMOS電界効果トラ
ンジスタQ0のドレイン・ソース電圧UDSの減少に対応
する。このため、時定数τ(この時定数に従って、MO
S電界効果トランジスタQ0およびQ3が放電する)が
増大する。最大の時定数τは、MOS電界効果トランジ
スタQ2Aがオフの時に得られる。この場合に、放電回
路K2の1つの分岐回路に流れる電流Ia は0に等し
い。従って、最大時定数τは抵抗RBP2 およびRG の和
と入力容量によって決定される。好ましくは、抵抗R
BP2 はゲート抵抗RG よりも明白に大きくなければなら
ない。
【0033】電流ミラーSPによって、感知回路K3の
MOS電界効果トランジスタQ3およびMOS電界効果
トランジスタQ4を含んだ正帰還ループを備えた制御可
能な電流シンクが得られる。一般的に、充電回路K1を
介してオンにした時と同じ原理に従って、正帰還が生じ
る。
【0034】図2から理解できるように、MOS電界効
果トランジスタQ0のドレイン・ソース電圧UDSのスル
ーレートは、ターンオフプロセスの間に、すなわちMO
S電界効果トランジスタQ0の導通状態からオフ状態へ
の転移の間に、ターンオフプロセスの終了時での臨界域
において、従来の通常の角張った転移ではなく正弦波状
の丸まった転移が同様与えられるように減少される。タ
ーンオフプロセスの開始時に、ゲート・ソース電圧に関
連したドレイン・ソース抵抗の典型的な形のために、M
OS電界効果トランジスタQ2Aがスイッチしたにも拘
らず丸まった転移が得られる。ターンオフプロセスの終
了の方向に向かってだんだんと遅くなるドレイン・ソー
ス電圧UDSのスルーレートの変化は、同様、時定数τ
(この時定数に従って、もQ0およびQ3の入力容量が
充電される)がより大きくなることによって生じる。タ
ーンオフプロセスの終了での最大時定数τは2つの抵抗
BP 2 およびRG の和と入力容量によって決定され、他
方ターンオフプロセスの開始での最小時定数は抵抗R2
およびRG の和と入力容量によって決定される。MOS
電界効果トランジスタQ2Aを含んだ放電回路K2の分
岐回路の電流制限抵抗R2は抵抗RBP2 よりも著しく小
さく、抵抗RBP2 はゲート抵抗RG よりも明白に大き
い。
【0035】充電回路K1、放電回路K2あるいは電流
ミラーSPの電流制限抵抗R1、R2およびR5は同じ
値のものであってもよい。電流ミラーSPの電流制限抵
抗R4も好ましくは上述の抵抗と同じ値である。
【0036】従って、電源供給回路K0に配置されたM
OS電界効果トランジスタQ0の出力には、丸くされた
エッジを備え、好ましくは正弦波形状の矩形波が発生さ
れ、その矩形波における高調波の割合は明白に減少され
る。
【0037】特に、これは、純粋で、鋭いエッジの矩形
波信号との、図3において行われる比較の結果である。
【0038】図3aの上の部分は、純粋で、鋭いエッジ
の矩形波信号の周波数スペクトルを示す。対応する図表
において、振幅は調波の番号数に対してプロットされて
いる。対照的に、図3bの上の部分は、図1の回路構造
10によって駆動されるMOS電界効果トランジスタQ
0の出力において発生されるような、丸められたエッジ
を有する矩形波信号の周波数スペクトルを示す。
【0039】図示される測定結果は、純粋な矩形波信
号、丸められたエッジを有する矩形波信号および適切な
付勢に対する次のパラメータで得られた。 基本周波数 f1 =20kHz デューティサイクル =50% 振幅A =5V
【0040】図3aに示された純粋な、すなわち鋭いエ
ッジの矩形波信号に対して、与えられたエッジの周りで
の最大スルーレートは無限であるものと想定できる。正
弦波状の丸められたエッジを備えた矩形波信号の場合
は、最大スルーレートは2V/μsである。
【0041】図3bと図3aとを比較する時に理解され
得るように、図3bに示された、丸められたエッジを有
する矩形波信号の場合における高調波の割合は、図3a
に示される純粋で、鋭いエッジの矩形波信号の場合より
も明かに小さい。
【0042】図4から理解できるように、正弦波状の丸
められたエッジを有する矩形波信号の高調波の割合は、
台形波信号と比較した場合でさえ明かに減少される。
【0043】この図4は、周波数に対する高調波の振幅
の対数表示を示し、この図には、純粋で、鋭いエッジの
矩形波信号(1)、台形波信号(2)および正弦波状の
丸められたエッジを有する矩形波信号(3)のための適
切な振幅勾配が、図1の回路構造10から得られるもの
として3つの曲線(1)、(2)および(3)に示され
ている。図示された測定値は関連した出力信号あるいは
対応する付勢に対する以下のパラメータで得られた。 基本周波数 f1 =20kHz 振幅A =5V デューティサイクル =50% 台形波信号および正弦波状の丸められたエッジを有する
矩形波信号に対する、各場合における最大スルーレート
=2Vμs なお、図4で、SMAXt 、SMAXs は、それぞれ、
台形波信号に対する最大スルーレート、正弦波状の丸め
られたエッジを有する矩形波信号に対する最大スルーレ
ートを表す。
【0044】図4に示された図表から理解できるよう
に、図1の回路構造10によって駆動されるMOS電界
効果トランジスタQ0の出力で得られるような正弦波状
の丸められてエッジを有する矩形波信号の場合に、60
dB/減衰に対応する高調波の割合の減少が達成され
る。従って、高調波のこの割合も、40dB/減衰の値
が決定された台形波出力信号の場合よりも明かに小さ
い。他方、純粋で、鋭いエッジの矩形波信号に対して
は、高調波の振幅は20dB/減衰で働く。
【0045】この態様で、本発明による回路構造、およ
びこれにより発生された、丸められたエッジを備え、好
ましくは正弦波状の形の矩形波信号の結果として、出力
信号の高調波の割合はかなり減少され、これにより特に
電磁ハムの発生の危険性が減少される。出力信号のスル
ーレートは不臨界域では比較的高く保持されるが、それ
でもなお良好な応答特性が得られる。
【0046】以上の説明に関して更に以下の項を開示す
る。 1.電気的負荷RL の電源供給回路K0に配置されたM
OS電界効果トランジスタQ0を駆動するための回路構
造10であって、上記MOS電界効果トランジスタQ0
に接続することができる充電回路K1とそのMOS電界
効果トランジスタQ0に接続することができる放電回路
K2とを有し、上記充電および放電回路K1、K2によ
り上記MOS電界効果トランジスタQ0の入力容量がこ
の入力容量の大きさおよび上記充電および放電回路K
1、K2の回路設計に応じる時定数τに従って充電ある
いは放電されることができる回路構造10において、上
記電源供給回路K0の上記MOS電界効果トランジスタ
Q0のゲート・ソース電圧UGSを表す測定信号SM を供
給する感知回路K3を設け、この測定信号SM に応じ
て、上記充電あるいは放電回路K1、K2の内部抵抗お
よび/またはこれら回路K1、K2に正帰還で与えられ
る電流Ia を制御して、上記電源供給回路K0の上記M
OS電界効果トランジスタQ0の上記入力容量に対する
充電あるいは放電を決定する時定数τが、上記MOS電
界効果トランジスタQ0のオフ状態から導通状態への転
移の間では連続して小になり、導電状態からオフ状態へ
の転移の間では連続して大になるようにしたことを特徴
とする回路構造。
【0047】2.第1項記載の回路構造において、上記
感知回路K3はMOS電界効果トランジスタQ3を含ん
でおり、そのゲート電極は上記電源供給回路K0の上記
MOS電界効果トランジスタQ0のゲート電極に接続さ
れており、かつそのソース電極は上記電源供給回路K0
の上記MOS電界効果トランジスタQ0のソース電極に
接続されたことを特徴とする回路構造。 3.第1項あるいは第2項記載の回路構造において、上
記電源供給回路K0の上記MOS電界効果トランジスタ
Q0はそのソース接地回路で上記電気的負荷RLに接続
されたことを特徴とする回路構造。 4.第2項あるいは第3項記載の回路構造において、上
記感知回路K3の上記MOS電界効果トランジスタQ3
はそのソース接地回路で抵抗R3に接続され、そこに上
記測定信号SM が発生されることを特徴とする回路構
造。
【0048】5.第1項から第4項までの1項に記載の
回路構造において、上記充電および/または放電回路K
1、K2は、それそれ、少なくとも第1のオーミック抵
抗RBP 1 ;RBP2 を備えた第1の分岐回路と、上記測定
信号SM に従って駆動される第2の制御可能な抵抗Q
1、Q2Aを備えた第2の分岐回路とからなる並列回路
接続部を含んだことを特徴とする回路構造。 6.第5項記載の回路構造において、上記制御可能な抵
抗はMOS電界効果トランジスタQ1、Q2Aであるこ
とを特徴とする回路構造。 7.第5項あるいは第6項記載の回路構造において、上
記並列回路接続部の上記第2の分岐回路の上記MOS電
界効果トランジスタQ1、Q2Aは電流制限抵抗R1、
R2と直列に接続されたことを特徴とする回路構造。
【0049】8.第5項から第7項までの1項に記載の
回路構造において、上記充電回路K1に含まれた上記並
列回路接続部の上記MOS電界効果トランジスタQ1は
上記測定信号SM によって直接駆動されることを特徴と
する回路構造。 9.第5項から第8項までの1項に記載の回路構造にお
いて、上記放電回路K2に含まれかつ上記MOS電界効
果トランジスタQ2Aを有する上記並列回路接続部の第
1の分岐回路は、上記測定信号SM に従って駆動される
制御可能な抵抗Q4を設けた入力側分岐回路において電
流ミラーSPの出力側分岐回路で形成されたことを特徴
とする回路構造。 10.第9項記載の回路構造において、上記電流ミラー
SPの上記入力側分岐回路の上記制御可能な抵抗はMO
S電界効果トランジスタQ4であることを特徴とする回
路構造。
【0050】11.第10項記載の回路構造において、
上記制御可能な抵抗を形成する、上記電流ミラーSPの
上記入力側分岐回路に設けられた上記MOS電界効果ト
ランジスタQ4は上記測定信号SM により直接駆動され
ることを特徴とする回路構造。 12.第1項から第11項までの1項に記載の回路構造
において、上記電源供給回路K0の上記MOS電界効果
トランジスタQ0のゲート電極と上記制御可能な充電あ
るいは放電回路K1、K2との間にゲート抵抗RG を接
続したことを特徴とする回路構造。 13.第1項から第12項までの1項に記載の回路構造
において、上記充電あるいは放電回路K1、K2は電気
的スイッチSによって接続されることができることを特
徴とする回路構造。
【0051】14.第13項記載の回路構造において、
上記電気的スイッチSは上記充電回路K1との接続と上
記放電回路K2との接続との間で反転されることができ
ることを特徴とする回路構造。 15.電気的負荷RL の電源供給回路K0に配置された
MOS電界効果トランジスタQ0を駆動するための回路
構造10は、上記MOS電界効果トランジスタQ0に交
互に接続することができる充電回路K1と放電回路K2
とを含んでいる。感知回路K3は上記MOS電界効果ト
ランジスタQ0の典型的にはゲート・ソース電圧UGS
ある測定信号SM を供給し、その測定信号により、上記
充電あるいは放電回路K1、K2の内部抵抗および/ま
たはこれら回路K1、K2に正帰還で与えられる電流I
a を制御し、上記MOS電界効果トランジスタQ0の入
力容量に対する充電あるいは放電を決定する時定数が、
上記MOS電界効果トランジスタQ0のオフ状態から導
通状態への転移の間ではより小になり、導電状態からオ
フ状態への転移の間ではより大になるようにする。
【図面の簡単な説明】
【図1】MOS電界効果トランジスタを駆動する本発明
による回路構造の実施例を示す図。
【図2】1つのターンオンプロセスおよび1つのターン
オフプロセスの間で駆動されたMOS電界効果トランジ
スタのドレイン・ソース電圧の時間特性を再現する図
表。
【図3】本発明による回路構造によって駆動されるMO
S電界効果トランジスタの出力信号の周波数スペクトル
を、矩形波信号の周波数スペクトルとの比較で示す図。
【図4】矩形波信号、台形状エッジを有する矩形波信号
および本発明による正弦波状の丸められたエッジを有す
る矩形波信号のための周波数に対する高調波の振幅の対
数図表。
【符号の説明】
10 回路構造 K1 充電回路 K2 放電回路 K3 感知回路 M 接地 Q0 MOS電界効果トランジスタ Q1 MOS電界効果トランジスタ Q2A MOS電界効果トランジスタ Q2B MOS電界効果トランジスタ Q3 MOS電界効果トランジスタ Q4 MOS電界効果トランジスタ R1 電流制限抵抗 R2 電流制限抵抗 R3 オーミック抵抗 R4 オーミック抵抗 R5 オーミック抵抗 RG ゲート抵抗 RL 電気的負荷 RBP1 初期オーミック抵抗 RBP2 初期オーミック抵抗 S 電子的可逆スイッチ SP 電流ミラー

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電気的負荷(RL )の電源供給回路(K
    0)に配置されたMOS電界効果トランジスタ(Q0)
    を駆動するための回路構造(10)であって、上記MO
    S電界効果トランジスタ(Q0)に接続することができ
    る充電回路(K1)とそのMOS電界効果トランジスタ
    (Q0)に接続することができる放電回路(K2)とを
    有し、上記充電および放電回路(K1、K2)により上
    記MOS電界効果トランジスタ(Q0)の入力容量がこ
    の入力容量の大きさおよび上記充電および放電回路(K
    1、K2)の回路設計に応じる時定数(τ)に従って充
    電あるいは放電されることができる回路構造(10)に
    おいて、上記電源供給回路(K0)の上記MOS電界効
    果トランジスタ(Q0)のゲート・ソース電圧(UGS
    を表す測定信号(SM )を供給する感知回路(K3)を
    設け、この測定信号(SM )に応じて、上記充電あるい
    は放電回路(K1、K2)の内部抵抗および/またはこ
    れら回路(K1、K2)に正帰還で与えられる電流(I
    a )を制御して、上記電源供給回路(K0)の上記MO
    S電界効果トランジスタ(Q0)の上記入力容量に対す
    る充電あるいは放電を決定する時定数(τ)が、上記M
    OS電界効果トランジスタ(Q0)のオフ状態から導通
    状態への転移の間では連続して小になり、導電状態から
    オフ状態への転移の間では連続して大になるようにした
    ことを特徴とする回路構造。
JP8198061A 1995-07-28 1996-07-26 電気的負荷の電源供給回路に配置されたmos電界効果トランジスタを駆動するための回路構造 Pending JPH09186568A (ja)

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