JPH10270990A - スイッチング素子駆動回路 - Google Patents
スイッチング素子駆動回路Info
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- JPH10270990A JPH10270990A JP9073001A JP7300197A JPH10270990A JP H10270990 A JPH10270990 A JP H10270990A JP 9073001 A JP9073001 A JP 9073001A JP 7300197 A JP7300197 A JP 7300197A JP H10270990 A JPH10270990 A JP H10270990A
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Abstract
ン期間にデッドタイムを設定せずに同時オンを防止した
スイッチング素子駆動回路を提供する。 【解決手段】制御用電源の負極側のトランジスタQ2 の
オンを指示する2値の制御信号を制御信号発生回路1か
ら受けるとオンになるトランジスタQ11を備える。トラ
ンジスタQ11のコレクタ−エミッタ間は制御用電源の正
極側のトランジスタQ1 のベースの残留電荷を引き抜く
経路を形成する。
Description
駆動回路に関するものである。
イッチング素子を駆動する駆動回路として、一対のスイ
ッチング素子の直列回路を出力回路に備えるものが多く
用いられている。この種の駆動回路は、制御信号の直流
レベルを変更することができるから、たとえばブリッジ
形のインバータ回路のように制御用スイッチング素子の
直列回路を含む場合でも、各制御用スイッチング素子の
基準電位に合わせて直流レベルを設定することができる
ものである。
グ素子としての一対のトランジスタQ1 ,Q2 を直列接
続した出力回路を備える駆動回路では、両トランジスタ
Q1,Q2 は基本的に相反するようにオンオフされる。
しかしながら、オンオフの切換時点などに何らかのタイ
ミングのずれが生じて両トランジスタQ1 ,Q2 が同時
にオンになると、トランジスタQ1 ,Q2 の直列回路の
両端間が短絡され、トランジスタQ1 ,Q2 に矢印で示
す向きに過大な電流が流れて、トランジスタQ 1 ,Q2
が破損することがある。
路1から2値の制御信号が出力され、反転回路NT1 に
より論理値を反転された信号(図6(a)参照)がトラ
ンジスタQ5 に入力されるものであり、制御信号発生回
路1からの制御信号がLレベルであってトランジスタQ
5 がオフのときには、トランジスタQ3 を介してトラン
ジスタQ1 にバイアスが与えられてトランジスタQ1 が
オンになり(図6(b)にトランジスタQ1 のベース電
圧を示す)、トランジスタQ2 はオフになる(図6
(c)にトランジスタQ2 のベース電圧を示す)。ま
た、制御信号発生回路1からの制御信号がHレベルであ
ればトランジスタQ5 がオンになり、トランジスタQ2
がオンになる。このとき、トランジスタQ1 のベース領
域の残留電荷がトランジスタQ4 およびトランジスタQ
2 ,Q5 を通して放出され、トランジスタQ1 がオフに
なる。しかしながら、トランジスタQ1 がオフになるの
は、トランジスタQ2 ,Q5 がオンになった後であるか
ら、トランジスタQ1 ,Q2 が同時にオンになる可能性
がある。この場合、出力端OUTの電位がたとえば図6
(d)のように変動することになる。
ンジスタQ1 ,Q2 のオンオフを互いに相反するように
制御するだけではなく、同時にオンになるのを確実に防
止できるように両トランジスタQ1 ,Q2 のオンオフを
切り換える際に、両トランジスタQ1 ,Q2 が同時にオ
フになる期間(デッドタイム)を設けることが考えられ
ている。
電流を検出し、一方のトランジスタQ1 ,Q2 のオフに
よる出力電流の変化時点から適宜の時間だけ遅延させて
他方のトランジスタQ1 ,Q2 をオンにするといった制
御が考えられている。
イムを設ける構成には遅延ための回路構成が必要であ
り、また遅延のみでは他方のトランジスタQ1 ,Q2 が
オフになっていることを保証することはできないから、
デッドタイムが確実に得られるようにするとすれば、比
較的長いデッドタイムを設定することになる。しかしな
がら、インバータ回路などにおいてデッドタイムが長く
なれば、単位時間当たりの供給電力が減少することにな
り、また、電流が不連続になってノイズが発生しやすく
なるなどの問題を生じることになる。したがって、デッ
ドタイムはできるだけ少なくすることが望ましい。
あり、その目的は、出力回路に設けた一対のスイッチン
グ素子のオン期間にデッドタイムを設定せずに両スイッ
チング素子の同時オンを確実に防止することができるよ
うにしたスイッチング素子駆動回路を提供することにあ
る。
目的を達成するために、制御端子を備える一対のスイッ
チング素子の直列回路を制御用電源の両端間に接続した
出力回路を備え、両スイッチング素子の接続点を出力端
とする駆動回路であって、制御用電源の負極側のスイッ
チング素子のオンを指示する2値の制御信号を受けて制
御用電源の正極側のスイッチング素子の制御端子の残留
電荷を引き抜く経路を形成することにより上記正極側の
スイッチング素子の蓄積時間を短縮する保護回路を具備
しているのである。この構成によれば、制御用電源の負
極側のスイッチング素子のオン時に、正極側のスイッチ
ング素子の制御端子の残留電荷を上記負極側のスイッチ
ング素子とは無関係な経路を通して放出させるから、負
極側のスイッチングのオン時に遅滞なく正極側のスイッ
チング素子をオフにすることができ、両スイッチング素
子が同時にオンになる期間が生じないのである。このよ
うに、デッドタイムを設定することなく両スイッチング
素子の同時オンを防止するから、駆動回路の出力電位の
変動が少なくまたノイズの発生も少なくなる。
て、保護回路が上記正極側のスイッチング素子の制御端
子と制御用電源の負極との間に挿入されたスイッチ要素
よりなり、制御信号により上記負極側のスイッチング素
子がオンになるときにスイッチ要素をオンにするもので
ある。請求項3の発明は、請求項1の発明において、保
護回路が一対のスイッチ要素をオンオフの状態が相反す
るように接続し2値の制御信号の一方の信号値でセット
され他方の信号値でリセットされるRSフリップフロッ
プからなり、一方のスイッチ要素が上記正極側のスイッ
チング素子の制御端子と制御用電源の負極との間に挿入
され、制御信号により上記負極側のスイッチング素子が
オンになるときに上記一方のスイッチ要素をオンにする
ものである。
て、保護回路が、制御信号を増幅する増幅回路と、出力
端が上記正極側のスイッチング素子の制御端子に接続さ
れ増幅回路の出力値と基準電圧との大小関係に応じて出
力電位を上記正極側のスイッチング素子をオンにする電
位と上記制御用電源の負極電位とに選択的に切り替える
コンパレータとからなり、制御信号により上記負極側の
スイッチング素子がオンになるときにコンパレータの出
力電位を上記制御用電源の負極電位に設定するものであ
る。
の発明の望ましい実施態様であって、請求項2の発明は
簡単な構成ながら両スイッチング素子の同時オンを防止
することができる。また、請求項3の発明では制御信号
をRSフリップフロップによりラッチするから、スイッ
チング素子の状態が一旦決定されると制御信号の状態が
変化しないかぎりノイズなどによってスイッチング素子
のオンオフの状態が変化することがなく、動作に高い安
定性が得られるものである。請求項4の発明では制御信
号を増幅する増幅回路を設けているから制御信号が微弱
であってもスイッチング素子の制御が可能になる。
用スイッチング素子(図示せず)を制御するための制御
信号を発生する制御信号発生回路1と、制御信号を受け
て制御用スイッチング素子を駆動する出力回路2との間
に、スイッチ要素としてのトランジスタQ11と抵抗R11
とからなる保護回路3を挿入したものである。また、制
御用スイッチング素子は、放電灯点灯装置に用いられて
いるものとしている。すなわち、放電灯点灯回路として
は各種のものが提案されているが、ここでは商用交流電
源を整流する整流手段と、商用交流電源を整流して得た
脈流電圧を高周波でチョッピングすることにより入力電
流歪を低減するチョッパ手段と、チョッパ手段より出力
される直流電圧を高周波交流電圧に変換するインバータ
手段とを備える放電灯点灯回路を想定しており、このよ
うな放電灯点灯装置では、チョッパ手段やインバータ手
段に制御用スイッチング素子が用いられることになる。
チョッパ手段の制御用スイッチング素子のオン期間を制
御すればチョッパ手段の出力電圧を調節することができ
るから、チョッパ手段の制御用スイッチング素子に対応
する制御信号発生回路1は、チョッパ手段の出力電圧な
いし放電灯の両端電圧を所定電圧に制御するように制御
用スイッチング素子のオン期間をPWM制御する。ま
た、インバータ手段の制御用スイッチング素子のオン期
間を制御すれば放電灯に供給する電力を調節することが
できるから、インバータ手段の制御用スイッチング素子
に対応する制御信号発生回路1は、放電灯への供給電力
ないし供給電流を所定値に維持するように制御用スイッ
チング素子のオン期間をPWM制御したり、制御用スイ
ッチング素子のオンオフの周波数を制御する。
Q2 の直列回路を備え、この直列回路の両端には制御信
号発生回路1とともに制御用電源電圧Vccが印加され
る。制御用電源電圧Vccの正極側(ハイサイド)のト
ランジスタQ1 にはトランジスタQ3 がダーリントン接
続され、トランジスタQ3 のベースには定電流源Isa
より定電流が流される。すなわち、トランジスタQ3 と
定電流源Isaとにより定電流回路が形成される。
にはトランジスタQ4 のコレクタが接続され、トランジ
スタQ4 のエミッタはトランジスタQ2 のコレクタとト
ランジスタQ1 のエミッタとの接続点に接続され、さら
に、トランジスタQ4 のエミッタにはトランジスタQ5
のエミッタも接続される。トランジスタQ5 のコレクタ
は抵抗R1 を介して制御用電源の負極側に接続される。
また、トランジスタQ 5 と抵抗R1 との接続点にはトラ
ンジスタQ2 の制御端子であるベースが接続される。ト
ランジスタQ4 のベースはコレクタに接続されている。
ここにおいて、トランジスタQ1 〜Q4 にはnpn形の
ものを用い、トランジスタQ5 にはpnp形のものを用
いている。
抵抗R2 を介してトランジスタQ5のベースに2値の制
御信号を与えることにより、トランジスタQ1 ,Q2 の
接続点である出力端OUTの電位を制御用電源電圧Vc
cと制御用電源の負極側の電位とに切り換えるのであ
る。つまり、制御信号発生回路1からの制御信号がLレ
ベルであるとハイサイドのトランジスタQ1 がオンにな
り、制御信号がHレベルであるとトランジスタQ2 がオ
ンになる。トランジスタQ1 がオンであれば出力端OU
Tの電位は制御用電源電圧Vccであり、トランジスタ
Q2 がオンであれば出力端OUTの電位は制御用電源の
負極電位になる。したがって、制御信号発生回路1から
出力される制御信号がLレベルのときに出力端OUTは
制御用電源電圧Vcc、制御信号がHレベルのときに出
力端OUTは制御電源の負極電位になる。
びnpn形のトランジスタQ11よりなる保護回路3を設
けてあり、トランジスタQ11のコレクタをトランジスタ
Q1のベースに接続するとともに、トランジスタQ11の
エミッタをトランジスタQ2のエミッタとともに制御用
電源の負極に接続してある。抵抗R11はトランジスタQ
11のベースと制御信号発生回路1との間に挿入されてい
るのであって、制御信号がLレベルであるときにはトラ
ンジスタQ11はオフであり、制御信号がHレベルである
ときにはトランジスタQ11はオンになる。
ることになる。制御信号発生回路1からの制御信号Lレ
ベルであると、トランジスタQ11はオフであって、反転
回路NT1 の出力がHレベルであるから、トランジスタ
Q1 にはトランジスタQ3 を含む定電流回路によるバイ
アスがかかってトランジスタQ1 がオンになるともに、
トランジスタQ2 はオフになる。その結果、出力端OU
Tの電位は制御用電源電圧Vccになる。
移行すると、反転回路NT1 の出力がLレベルになるこ
とによって、トランジスタQ2 がオンになり、またトラ
ンジスタQ1 はオフになる。このとき、ハイサイドのト
ランジスタQ1 のベース領域の残留電荷を引き抜く経路
が、トランジスタQ4 ,Q5 および抵抗R1 を通る経路
とトランジスタQ4 ,Q1 を通る経路とのみであるとす
れば、トランジスタQ 2 のオンの立ち上がりに比較して
トランジスタQ1 のオフのタイミングが遅れることにな
り(トランジスタQ2 がオンになってから電荷が引き抜
かれるから)、トランジスタQ1 ,Q2 が同時にオンに
なる期間が存在することになる。しかしながら、本実施
形態においては、制御信号がHレベルになってトランジ
スタQ2がオンになるときにトランジスタQ11もオンに
なるから、トランジスタQ1 のベース領域の残留電荷が
トランジスタQ11を通しても引き抜かれることになり、
トランジスタQ1 は短時間でオフに移行することにな
る。その結果、トランジスタQ1 ,Q2 の同時オンを防
止することができる。
ると、トランジスタQ1 がオンになり、トランジスタQ
2 がオフになるのであるが、トランジスタQ2 はローサ
イドであってベース領域の残留電荷が少ないから、とく
に電荷の引抜きを行なうことなくただちにオフにするこ
とができる。しかして、図2に示す動作になる。図2
(a)は制御信号発生回路1からの制御信号、同図
(b)はトランジスタQ1 のベース電圧、同図(c)は
トランジスタQ2 のベース電圧、同図(d)はトランジ
スタQ1 ,Q2 の接続点である出力端OUTの電位を示
す。図2より明らかなように、トランジスタQ1 ,Q2
はオンオフが互いに逆の関係になり、かつ両者が同時に
オンになることがない。つまり、トランジスタQ1 ,Q
2 の同時オンによる過大な電流が流れることがなく、ト
ランジスタQ1 ,Q2 の破損を防止することができる。
としてRSフリップフロップ(ラッチ回路)を用いたも
のである。すなわち、保護回路3は、図3に示すよう
に、4個のトランジスタQ12〜Q15および抵抗R12〜R
15を用いて構成してある。ラッチ回路としての基本的な
動作をするスイッチ要素はトランジスタQ12,Q13であ
り、トランジスタQ12,Q13のオンオフは相反する。つ
まり、一方のトランジスタQ12がオンであれば他方のト
ランジスタQ13がオフになり、また一方のトランジスタ
Q12がオフであれば他方のトランジスタQ13がオンにな
る。
コレクタは抵抗R14およびトランジスタQ14のエミッタ
−コレクタと直列接続され、また、トランジスタQ13の
エミッタ−コレクタは抵抗R15およびトランジスタQ15
のエミッタ−コレクタと直列接続される。これらの直列
回路にはそれぞれ制御用電源電圧Vccが印加される。
トランジスタQ12のベースは抵抗R12を介してトランジ
スタQ13のエミッタに接続され、トランジスタQ13のベ
ースは抵抗R13を介してトランジスタQ12のエミッタに
接続されている。トランジスタQ12,Q13にはnpn形
のものが用いられ、トランジスタQ14,Q15にはpnp
形のものが用いられる。
生回路1からの制御信号が与えられ、トランジスタQ13
のベースには制御信号と相反する信号値を持つリセット
信号が制御信号発生回路1から与えられる。さらに、ト
ランジスタQ14,Q15のベースには定電流が流されてい
る。ところで、トランジスタQ12のエミッタとトランジ
スタQ14のコレクタとの接続点にはトランジスタQ1 の
ベースが接続される。したがって、トランジスタQ12が
オンになれば、実施形態1においてトランジスタQ11が
オンになったときと同様に、トランジスタQ1 のベース
領域の残留電荷が引き抜かれトランジスタQ1 をただち
にオフにすることができる。
反転回路NT1 に入力される制御信号がLレベルであれ
ば、トランジスタQ2 はオフであり、またトランジスタ
Q12もオフであるから(このときリセット信号もHレベ
ルである)、トランジスタQ 1 にはトランジスタQ3 を
含む定電流回路から定電流バイアスが与えられてトラン
ジスタQ1 がオンになる。
なると、トランジスタQ2 がオンになり、またトランジ
スタQ12がオンになってトランジスタQ1 のベース領域
の電荷を引き抜くことになる(このとき、リセット信号
はLレベルである)。すなわち、トランジスタQ1 はた
だちにオフになり、トランジスタQ1 ,Q2 の同時オン
を防止することができるのである。
と、上述のように、トランジスタQ1がオン、トランジ
スタQ2 がオフになるのであって、トランジスタQ2 は
ローサイドであってベース領域の残留電荷量が少なく、
またトランジスタQ1 のオンとは無関係に抵抗R1 を介
して電荷がただちに引き抜かれるから、トランジスタQ
1 ,Q2 が同時にオンになることはない。したがって、
図2に示した実施形態1と同様の動作になる。他の構成
および動作は実施形態1と同様である。
ように、保護回路3を、演算増幅器OP1 と抵抗R 16〜
R18とからなる非反転増幅回路3aと、コンパレータ3
bと、コンパレータ3bの出力端とトランジスタQ1 の
ベースとの間に挿入した抵抗R21とにより構成したもの
であり、コンパレータ3bは、制御用電源電圧Vccを
抵抗R19,R 20により分圧して得た基準電圧と非反転増
幅回路3aの出力電圧とを比較し、非反転増幅回路3a
の出力が基準電圧以下であるときに出力をHレベルにす
る。また、コンパレータ3bは出力がLレベルになる
と、トランジスタQ1 のベース領域の残留電荷を引き抜
く。なお、演算増幅器OP1 およびコンパレータ3bに
は制御信号発生回路1から適宜の定電圧が電源として印
加されている。
路NT1 に入力される制御信号がLレベルであると、非
反転増幅回路3aの出力はコンパレータ3bの基準電圧
を越えず、コンパレータ3bの出力はHレベルになる。
また、トランジスタQ2 がオフであるから、トランジス
タQ1 はオンになる。一方、制御信号がLレベルからH
レベルに移行すると、トランジスタQ2 がオンになり、
コンパレータ3bの出力はLレベルになる。したがっ
て、トランジスタQ1 のベース領域の電荷はコンパレー
タ3bを通して引き抜かれる。つまり、トランジスタQ
1 はただちにオフになる。制御信号がHレベルからLレ
ベルに移行する場合も実施形態1と同様であり、トラン
ジスタQ1 がオン、トランジスタQ2 がオフになる。
幅回路3aで増幅するものでは、制御信号の電圧レベル
が低い場合(あるいは電流量が少ない場合)でも対応可
能になる。他の構成および動作は実施形態1と同様であ
る。なお、上述の各実施形態においてスイッチング素子
やスイッチ要素としてバイポーラトランジスタを用いて
いるが、MOSFETなどの他のスイッチング素子ない
しスイッチ要素を用いることも可能である。
対のスイッチング素子の直列回路を制御用電源の両端間
に接続した出力回路を備え、両スイッチング素子の接続
点を出力端とする駆動回路であって、制御用電源の負極
側のスイッチング素子のオンを指示する2値の制御信号
を受けて制御用電源の正極側のスイッチング素子の制御
端子の残留電荷を引き抜く経路を形成することにより上
記正極側のスイッチング素子の蓄積時間を短縮する保護
回路を具備するものであり、制御用電源の負極側のスイ
ッチング素子のオン時に、正極側のスイッチング素子の
制御端子の残留電荷を上記負極側のスイッチング素子と
は無関係な経路を通して放出させるから、負極側のスイ
ッチングのオン時に遅滞なく正極側のスイッチング素子
をオフにすることができ、両スイッチング素子が同時に
オンになる期間が生じないという利点がある。このよう
に、デッドタイムを設けることなく両スイッチング素子
の同時オンを防止するから、駆動回路の出力電位の変動
が少なくまたノイズの発生も少なくなるという利点があ
る。
正極側のスイッチング素子の制御端子と制御用電源の負
極との間に挿入されたスイッチ要素よりなり、制御信号
により上記負極側のスイッチング素子がオンになるとき
にスイッチ要素をオンにするものでは、簡単な構成なが
ら両スイッチング素子の同時オンを防止することができ
るという利点がある。
のスイッチ要素をオンオフの状態が相反するように接続
し2値の制御信号の一方の信号値でセットされ他方の信
号値でリセットされるRSフリップフロップからなり、
一方のスイッチ要素が上記正極側のスイッチング素子の
制御端子と制御用電源の負極との間に挿入され、制御信
号により上記負極側のスイッチング素子がオンになると
きに上記一方のスイッチ要素をオンにするものでは、制
御信号をRSフリップフロップによりラッチするから、
スイッチング素子の状態が一旦決定されると制御信号の
状態が変化しないかぎりノイズなどによってスイッチン
グ素子のオンオフの状態が変化することがなく、動作に
高い安定性が得られるという利点がある。
御信号を増幅する増幅回路と、出力端が上記正極側のス
イッチング素子の制御端子に接続され増幅回路の出力値
と基準電圧との大小関係に応じて出力電位を上記正極側
のスイッチング素子をオンにする電位と上記制御用電源
の負極電位とに選択的に切り替えるコンパレータとから
なり、制御信号により上記負極側のスイッチング素子が
オンになるときにコンパレータの出力電位を上記制御用
電源の負極電位に設定するものでは、制御信号を増幅す
る増幅回路を設けているから制御信号が微弱であっても
スイッチング素子の制御が可能になるという利点があ
る。
Claims (4)
- 【請求項1】 制御端子を備える一対のスイッチング素
子の直列回路を制御用電源の両端間に接続した出力回路
を備え、両スイッチング素子の接続点を出力端とする駆
動回路であって、制御用電源の負極側のスイッチング素
子のオンを指示する2値の制御信号を受けて制御用電源
の正極側のスイッチング素子の制御端子の残留電荷を引
き抜く経路を形成することにより上記正極側のスイッチ
ング素子の蓄積時間を短縮する保護回路を具備して成る
ことを特徴とするスイッチング素子駆動回路。 - 【請求項2】 保護回路は上記正極側のスイッチング素
子の制御端子と制御用電源の負極との間に挿入されたス
イッチ要素よりなり、制御信号により上記負極側のスイ
ッチング素子がオンになるときにスイッチ要素をオンに
することを特徴とする請求項1記載のスイッチング素子
駆動回路。 - 【請求項3】 保護回路は一対のスイッチ要素をオンオ
フの状態が相反するように接続し2値の制御信号の一方
の信号値でセットされ他方の信号値でリセットされるR
Sフリップフロップからなり、一方のスイッチ要素が上
記正極側のスイッチング素子の制御端子と制御用電源の
負極との間に挿入され、制御信号により上記負極側のス
イッチング素子がオンになるときに上記一方のスイッチ
要素をオンにすることを特徴とする請求項1記載のスイ
ッチング素子駆動回路。 - 【請求項4】 保護回路は、制御信号を増幅する増幅回
路と、出力端が上記正極側のスイッチング素子の制御端
子に接続され増幅回路の出力値と基準電圧との大小関係
に応じて出力電位を上記正極側のスイッチング素子をオ
ンにする電位と上記制御用電源の負極電位とに選択的に
切り替えるコンパレータとからなり、制御信号により上
記負極側のスイッチング素子がオンになるときにコンパ
レータの出力電位を上記制御用電源の負極電位に設定す
ることを特徴とする請求項1記載のスイッチング素子駆
動回路。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP07300197A JP3273744B2 (ja) | 1997-03-26 | 1997-03-26 | スイッチング素子駆動回路 |
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---|---|---|---|
JP07300197A JP3273744B2 (ja) | 1997-03-26 | 1997-03-26 | スイッチング素子駆動回路 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10270990A true JPH10270990A (ja) | 1998-10-09 |
JP3273744B2 JP3273744B2 (ja) | 2002-04-15 |
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ID=13505695
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
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Cited By (1)
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---|---|---|---|---|
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1997
- 1997-03-26 JP JP07300197A patent/JP3273744B2/ja not_active Expired - Fee Related
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