JPH10108478A - スイッチング素子の駆動回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 直流電源に直列に接続された２つのスイッチ
素子を交互にオン、オフさせるスイッチ素子駆動回路に
おいて、前記の２つのスイッチ素子を同時にオンさせる
ような誤動作を発生させないスイッチ素子駆動回路を提
供する。 【構成】 直列接続された第１と第２のスイッチ素子を
交互に、オン、オフする第１と第２の駆動部において、
それらの出力が、ハイからロ−に変化した後に、その出
力インピ−ダンスを小さくする構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する分野】本発明はスイッチング素子の駆動
回路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図７は、従来のスイッチング電源及びそ
のスイッチング素子駆動回路である。図中、１は直流電
源、２は制御回路、３と４は、第１と第２の駆動回路、
５と６は第１と第２のスイッチ素子、７はトランス、８
はトランス７の１次巻線、９は２次巻線、１０は整流平
滑回路、１１は負荷、１２と１３はキャパシタンス、で
ある。

【０００３】次に、図７の回路動作を説明する。図８
は、図７の回路の各部波形であり、図９は、その説明図
である。制御回路２は、交互にオン、オフする信号を第
１のドライバ３と、第２のドラ （２） イバ４に送り、それらは、それぞれ、第１のスイッチ素
子５と、第２のスイッチ素子６を駆動する。その時の、
第１と第２のスイッチ素子のゲ−ト・ソ−ス間電圧波形
は、それぞれ図８の（イ）と（ロ）のＴ1の期間にな
り、これらの２つのスイッチ素子の接続点Ｓの電位は
（ホ）のようになる。一方、２つのキャパシタンス１２
と１３が大きさが等しく、充分大きな容量値を持ってい
れば、それらの接続点Ｔの電圧は、直流電源１のおよそ
半分の電圧となり、トランス７の１次巻線８には、Ｓ点
とＴ点の電圧差が印加される。

【０００４】そこで、第１のスイッチ素子５がオンの期
間には（ハ）のような電流が、第１のスイッチ素子５か
らトランス７を介して、整流平滑回路１０を通って流
れ、負荷１１に、整流平滑された電圧を供給し、一方、
第２のスイッチ素子６がオンの期間には、（ニ）のよう
な電流がＴ点からトランス７を介して整流平滑回路１０
を通り、第２のスイッチ素子６を流れ、負荷１１に整流
平滑された電圧を供給する。ここで、第１と第２のスイ
ッチ素子５と６は、一般にＭＯＳ−トランジスタが使用
されるが、ＭＯＳ−トランジスタは、その端子間にそれ
ぞれ固有の寄生キャパシタンスを持っている。

【０００５】図９のキャパシタンス５１は、第２のスイ
ッチ素子６のドレインＤ−ゲ−トＧ端＋間の寄生キャパ
シタンスを示している。次に、図８のＴ2の期間に示さ
れる動作について説明する。図８のｔ1のタイミングで
第１の駆動回路３と第２の駆動回路４の両方の出力が、
ロ−の状態から、第１の駆動回路３の出力がハイとな
り、第１のスイッチ素子５がオンとなる動作をしてい
る。また、この時、第２の駆動回路４の出力はロ−にな
っているので、第２のスイッチ素子６の入力端子である
Ｑ点を、第２の駆動回路４の出力インピ−ダンスでグラ
ンド電位に接地している。 （３）

【０００６】図９のインピ−ダンス５０は、この出力イ
ンピ−ダンスを示している。そこで、このｔ1のタイミ
ングで第１の駆動回路３の出力がハイとなり、第１のス
イッチ素子５がオンする時に、Ｓ点の電位は図８の
（ホ）に示すように急激に上昇する。そこで、Ｓ点の電
圧上昇の速さをｄｖ／ｄｔとし、第２のスイッチ素子６
のドレイン・ゲ−ト間容量５１をＣdgとすると、Ｃdg×
ｄｖ／ｄｔの電流が、ドレイン・ゲ−ト間容量５１とイ
ンピ−ダンス５０を通って流れる。そのため、このＳ点
の電圧上昇が非常に速い場合とか、駆動回路の出力イン
ピ−ダンスが大きい場合には、前記のドレイン・ゲ−ト
間容量を通って流れてくる電流によって、インピ−ダン
ス５０に電圧が発生し、それが図８（ロ）のａに示すよ
うに、第２のスイッチ素子６の入力端子、即ちＱ点の電
圧として表れる。

【０００７】そのため、このｔ1のタイミングでは、第
１と第２のスイッチ素子５と６とが同時にオンしてしま
い、図８のｂとｃのように、直流電源１から短絡電流が
第１と第２のスイッチ素子５と６を通って流れ、最悪の
場合、この短絡電流によって、これらのスイッチ素子を
破壊してしまう。また、図８のｔ2のタイミングでは、
ｔ1のタイミングと比べて、第１と第２のスイッチ素子
５と６、及び第１と第２の駆動回路３と４の関係が逆と
なるが、その誤動作の内容は同等である。そこで、一般
的には、第１と第２の駆動回路３と４に、出力インピ−
ダンスの小さいものを用いて図８（ロ）ａの発生電圧を
小さく抑えたり、また特別に用意した回路の中のインダ
クタンスを流れる電流を利用して、一方のスイッチ素子
がタ−ンオンする前に、他方のスイッチ素子の出力端子
間容量の電荷を徐々に放電して、その出力端子間電圧を
零ボルトまで低下させてから、そのスイッチ素子をオン
させることにより、前記Ｓ点の電圧変化を遅くして、前
記の誤動作を防いでいる。

【０００８】 （４） しかし、このような従来の方法では、前者の駆動回路の
出力インピ−ダンスの小さいものを用いる場合には、そ
の結果として、前記の誤動作は防げるものの、その駆動
されるスイッチング素子のスイッチング速度が早くなり
発生雑音が増大し、その対策が困難になるという欠点が
ある。また、後者の回路の中のインダクタンスを流れる
電流を利用して零ボルトスイッチさせる方法では、定常
動作では問題は無いが、負荷急変や、負荷短絡のような
過渡状態においても、充分に零ボルトスイッチの状態を
維持することは難しく前記の誤動作を発生させてしまい
がちである。

【０００９】

【発明の目的】そこで、本発明の目的は、前記の問題点
を鑑み雑音の増大を招かず、負荷急変などの過渡状態に
おいても、前記スイッチ素子が同時にオンするような誤
動作を発生させない駆動回路を提供することである。

【００１０】

【課題の構成および作用】図１は、本発明の第１の実施
例である。図１の中で、１は直流電源、２は制御回路、
１４と１５は第１と第２の駆動部、５と６は第１と第２
のスイッチ素子、７はトランス、８はトランス７の１次
巻線、９は、２次巻線、１０は整流平滑回路、１１は負
荷、１２と１３はキャパシタンスである。また、図２
は、図１の第１の実施例の中で、１４と１５の第１と第
２の駆動部の回路構成図であり、２０と２５はバッフ
ァ、２１と２３は抵抗、２２と２６はダイオ−ド、２４
はキャパシタンスである。また、図３は図１と図２の回
路の各部の波形である。次に、図１〜図３の本発明の第
１の実施例の動作を説明する。図１の回路の主な動作
は、図７の従来のスイッチング電源の動作と同じである。

【００１１】即ち、第１と第２の駆動部１４と１５は、
制御回路２から交互にオン、オフす （５） る信号を受けて、それぞれ第１と第２のスイッチ素子５
と６を交互に駆動する。そこで、第１と第２のスイッチ
素子５と６の交点Ｓの電位は、直流電源１の電圧と、零
ボルトの間で変化する。また、Ｔ点の電圧は、直流電源
１の約半分の電圧を持っている。そのためトランス７の
１次巻線にはＳ点とＴ点の電位差の交流電圧が印加さ
れ、その２次巻線９から整流平滑回路１０を介して負荷
１１に電力が供給される。また、負荷１１に印加される
電圧を検出して、一定電圧になるように制御回路２は、
発振条件を変化させる。

【００１２】次に図２に示す本発明回路の第１の実施例
の駆動部の動作を説明する。図２に示す駆動部の回路
は、図１の中の第１と第２の駆動部１４と１５に対して
同じ回路構成であるので、一方について説明する。図３
は、その各部動作波形図である。図１の、第１と第２の
駆動部１４と１５は制御回路２から、図３の(イ)と(ロ)に
示すような信号を受けて、第１と第２のスイッチ素子５
と６を交互にオン、オフさせる。ここで、図２において
駆動部１５は、制御回路２からの信号を受け、バッファ
２０によって、抵抗２１を介して第２のスイッチ素子６
を駆動する。

【００１３】そこで、Ｑ点の電圧波形は、図３の（ニ）
に示すように、バッファ２０の出力インピ−ダンスと抵
抗２１で決定される傾斜を持った波形となる。一方、ｔ
ａのタイミングで（Ｂ）点の信号がハイからロ−に変化
した時、（Ｃ）点の電位は、抵抗２３とキャパシタンス
２４とで決定される時定数で図３の（ホ）に示すように
降下する。そこで、この（Ｃ）点の電圧がｔｂのタイミ
ングでバッファ２５のしきい値電圧Ｖth以下になると、
バッファ２５の出力端子である（Ｄ）点の電位がロ−に
なる。そのため、出力インピ−ダンスの低いバッファ２
５を用いることにより、ｔｂ （６） のタイミング以降は、Ｄ点は、低インピ−ダンスである
ため、Ｑ点もダイオ−ド２６を介して、低インピ−ダン
スとなりこの状態を保持する。次に、ｔｃのタイミング
で（Ｂ）点の信号がロ−からハイに変化した時、（Ｃ）
点の電位はダイオ−ド２２を介して、ほぼ（Ｂ）点の信
号と同じ速さで上昇する。

【００１４】そこで、バッファ２５の出力端子であるＤ
点も、Ｂ点と同速の速さで上昇し、その結果、ダイオ−
ド２６は、逆バイアスされて、オフし、Ｑ点のインピ−
ダンスは、バッファ２０の出力インピ−ダンスと抵抗２
１によって決定される所定の出力インピ−ダンス値とな
る。以上の説明から明らかなように、出力インピ−ダン
スの小さいバッファ２５を用いることにより図３のｔｂ
とｔｃの期間は、バッファ２５の出力がロ−となりダイ
オ−ド２６を介して、Ｑ点が低インピ−ダンスになる。

【００１５】そこで、抵抗２３とキャパシタンス２４の
値を調整することによりＱ点が低インピ−ダンスになる
ｔｂのタイミングを、バッファ２０の出力がロ−となり
抵抗２１を介してＱ点の電位が零ボルトとなるｔｄのタ
イミングと他方のスイッチ素子をオンさせるｔｅのタイ
ミングとの間に設定することにより、ｔｄ＜ｔｂ＜ｔｅ
第２のスイッチ素子６のタ−ンオン、及びタ−ンオフ
は、バッファ２０の出力インピ−ダンスと抵抗２１の値
で、決定され、同時に、第１のスイッチ素子５がタ−ン
オンするｔｅのタイミングでＱ点のインピ−ダンスを小
さくすることが可能である。

【００１６】即ち、スイッチ素子のタ−ンオン、及び、
タ−ンオフのスピ−ドは従来と同じでよいので、雑音の
増大をもたらすことがなく、同時に、他方のスイッチ素
子がタ−ンオンするときに、そのスイッチ素子の入力端
子（ゲ−ト端子）のインピ−ダンスを小さくすることが
できるので、入力端子電圧が持ち上げられて２つのス （７） イッチ素子が同時にオンして、貫通電流が流れ、スイッ
チ素子が破壊することを防ぐことができる。

【００１７】次に、図４は、本発明の駆動部の第２の実
施例である。図４の回路は、図２の回路に対して、バッ
ファ２０をＰチャネルＭＯＳトランジスタ３０と、Ｎチ
ャネルＭＯＳトランジスタ３１で構成し、バッファ２５
とダイオ−ド２６の機能を、ＮチャネルＭＯＳトランジ
スタ３６で成している。図４の回路の動作で、効果は、
図２の回路と同じであるので説明は省略する。

【００１８】図５は本発明の第３の実施例である。図
中、５０〜５３はバッファであり、５４と５５はダイオ
−ド、５６と５７は抵抗である。図６はこれらのバッフ
ァに、制御回路から送られる信号である。図５からわか
るように、バッファ５０とバッファ５２は従来の駆動回
路と同様に、同時にロ−信号を出して、第１と第２のス
イッチ素子５と６を同時にオフさせる期間を有しなが
ら、交互にハイ（Ｈ）とロ−（Ｌ）の逆位相の信号を出
しながら、それぞれ抵抗５６と５７を介して、第１と第
２のスイッチング素子５と６を駆動している。一方、バ
ッファ５１と、バッファ５３は、それぞれ前記のバッフ
ァ５０とバッファ５２がロ−信号を出力した後で、ロ−
信号を出力し、ハイ信号を出力する前にハイ信号を出力
している。

【００１９】上記の動作によって、第１と第２のスイッ
チ素子５と６のタ−ンオンとタ−ンオフは、それぞれ、
バッファ５０とバッファ５２によって、抵抗５６、又は
抵抗５７を介して行われ、それと同時に、一方のスイッ
チ素子がタ−ンオフした後でそのゲ−ト端子はバッファ
５１又はバッファ５３の出力がロ−になることによっ
て、ダイオ−ド５４又は、ダイオ−ド５５を介して、低
インピ−ダンスになる。以上の動作によって、一方のス
イッチ素子がオンする時に、他方のスイッチ素 （８） 子のゲ−ト端子をハイにして、第１と第２のスイッチ素
子５と６を同時にオンさせて大きな貫通電流を流してし
まうという誤動作を防ぐことができる。

【００２０】

【効果の説明】以上の説明から明らかなように、本発明
回路においては、直流電源１に直列に接続された第１と
第２のスイッチ素子５と６が、同時にオンして、大きな
貫通電流を流して、これらのスイッチ素子を破壊してし
まうような誤動作を防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例

【図２】図１の中の駆動部の回路構成図

【図３】図１と図２の回路の各部の波形

【図４】本発明の駆動部の第２の実施例

【図５】本発明の第３の実施例

【図６】図５の回路の各部の波形

【図７】従来のスイッチング電源及びそのスイッチング
素子駆動回路の回路図

【図８】図７の回路の各部の波形

【図９】図７の回路の説明図

【符号の説明】

（９） １ 直流電源 ２ 制御回路 ３ 第１の駆動回路 ４ 第２の駆動回路 ５ 第１のスイッチ素子 ６ 第２のスイッチ素子 ７ トランス ８ トランス７の１次巻線 ９ トランス７の２次巻線 １０ 整流平滑回路 １１ 負荷 １２ キャパシタンス １３ キャパシタンス ２０ バッファ ２１ 抵抗 ２２ ダイオ−ド ２３ 抵抗 ２４ キャパシタンス ２５ バッファ ２６ ダイオ−ド ３０ ＰチャネルＭＯＳトランジスタ ３１ ＮチャネルＭＯＳトランジスタ ３２ 抵抗 ３３ ダイオ−ド ３４ 抵抗 ３５ キャパシタンス ３６ ＮチャネルＭＯＳトランジスタ ５０ バッファ （１０） ５１ バッファ ５２ バッファ ５３ バッファ ５４ ダイオ−ド ５５ ダイオ−ド ５６ 抵抗 ５７ 抵抗

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０２Ｍ 7/5387 Ｈ０２Ｍ 7/5387 Ａ Ｈ０３Ｋ 17/16 Ｈ０３Ｋ 17/16 Ｌ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直列接続された第１、及び第２のスイッ
   チング素子と、前記第１、及び第２のスイッチ素子をそ
   れぞれ個別にオン、オフさせる第１及び第２の駆動部と
   を有し、前記第１、及び第２のスイッチング素子の接続
   点に出力トランスの主巻線の一端を接続し、前記第１、
   及び第２のスイッチング素子に直流電圧を印加して、前
   記第１、及び第２の駆動部を動作させて、前記主巻線に
   交流電流を流せるように構成されたスイッチング素子の
   駆動回路において、前記各駆動部は所定の出力インピ−
   ダンスを有し且つ前記スイッチング素子のオン、オフ駆
   動信号がハイ（Ｈ）入力から（Ｌ）入力に変化した時、
   前記出力インピ−ダンスを低下、保持せしめるインピ−
   ダンス保持部を備えたことを特徴とするスイッチング素
   子の駆動回路。