KR20080021792A - 구동 회로 - Google Patents

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KR20080021792A
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아키오 이와부치
마사토 하라
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산켄덴키 가부시키가이샤
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Abstract

스위칭 회로의 구동 회로는, 직류 전원 Vin의 하이 사이드측에 배치된 스위칭 소자 QH를 제어 신호에 의해 온/오프시키는 하이 사이드 구동 회로(70)와, 직류 전원의 로우 사이드측에 배치됨과 함께 스위칭 소자 QH에 직렬로 접속된 스위칭 소자 QL을 제어 신호에 의해 스위칭 소자 QH와 교대로 온/오프시키는 로우 사이드 구동 회로(60)를 구비한다. 또한, 보조 전원 Vcc1의 양단에 스위치 소자 Qn1과 콘덴서 C1과 스위치 소자 Qn2가 직렬로 접속되고, C1의 양단에 스위치 소자 Qp1과 C2와 스위치 소자 Qp2가 직렬로 접속된다. 제어 회로(10)는 Qn1, Qn2와 Qp1, Qp2를 교대로 온/오프시킴과 함께, Qn1, Qn2를 온시킨 후에 Qp1, Qp2를 온시키고, C2는 하이 사이드 구동 회로의 전원을 공급한다.

Description

구동 회로{DRIVE CIRCUIT}
본 발명은, DC-DC 컨버터, 인버터, 모터 드라이브 회로 등에 이용되는 스위칭 회로의 구동 회로에 관한 것이다.
DC-DC 컨버터 등에 이용되는 스위칭 회로는, 직류 전원의 양단에 직렬로 접속된 2개의 스위칭 소자를 제어 신호에 의해 교대로 온/오프시키고, 2개의 스위칭 소자의 중점에 접속된 부하에 전력을 공급한다. 이 스위칭 회로는, 직류 전원의 하이 사이드측에 접속된 스위칭 소자를 구동하기 위해 전용의 전원이 필요해진다. 이 전원을 형성하기 위해, 부트스트랩 회로를 이용한 구동 회로가 종래로부터 알려져 있다.
도 1은 부트스트랩 회로를 이용한 구동 회로의 회로도이다. 도 1에 있어서, 직류 전원 Vin의 양단에는, MOSFET로 이루어지는 스위칭 소자 QH와 MOSFET로 이루어지는 스위칭 소자 QL이 직렬로 접속되고, 스위칭 소자 QH와 스위칭 소자 QL의 접속점에는 부하(80)가 접속되어 있다.
로우 사이드 구동 회로(60)는, 도시하지 않은 제어 회로로부터의 신호에 의거하여, 스위칭 소자 QL를 온/오프시킨다. 하이 사이드 구동 회로(70)는, 도시하지 않은 제어 회로로부터의 신호에 의거하여, 스위칭 소자 QH를 스위칭 소자 QL과 는 상보적으로 온/오프시킨다. 즉, 제어 신호에 의해, 스위칭 소자 QH와 스위칭 소자 QL이 교대로 온/오프한다.
로우 사이드 구동 회로(60)는, 보조 전원 Vcc1에 의해 동작한다. 하이 사이드 구동 회로(70)는, 다이오드 D1과 콘덴서 C2로 이루어지는 부트스트랩 회로(50)에 의해 충전된 콘덴서 C2의 전압으로 동작한다.
다음에 이와 같이 구성된 구동 회로의 동작을 설명한다. 여기에서는, 하이 사이드 구동 회로(70)를 동작시키기 위한 전원으로서의 콘덴서 C2의 충전에 대해서 설명한다.
우선, 제어 신호에 의해 스위칭 소자 QL이 온하면, 보조 전원 Vcc1로부터 다이오드 D1, 콘덴서 C2, 스위칭 소자 QH, QL의 결합점 V0, 스위칭 소자 QL, 그라운드 GND의 경로를 따라 전류가 흐르고, 콘덴서 C2가 충전된다.
다음에, 제어 신호에 의해 스위칭 소자 QL이 오프하면, 결합점 V0의 전위가 상승하므로, 콘덴서 C2 및 하이 사이드 구동 회로(70)의 기준이 되는 전위도 상승하고, 콘덴서 C2에 충전된 전압에 의해 하이 사이드 구동 회로(70)가 동작한다.
도 2는 도 1에 도시한 구동 회로의 동작을 설명하기 위한 타이밍 차트이다. 도 2(a)는 접속점 V0과 그라운드 GND 사이의 전압 V0-GND를 나타내고, 도 2(b)는 콘덴서 C2의 전압 VB-V0을 나타내고 있다. 스위칭 소자 QH, QL이 오프하고 있는 상태에서는, 스위칭 소자의 부유 용량 등에 의해 분압되고, 전압 V0-GND는 직류 전원의 전압 Vin의 반분 정도가 인가된 상태가 되고, 콘덴서 C2의 전하는 존재하지 않으므로 전압 VB-V0은 없다.
시각 t11에 있어서, 스위칭 소자 QL이 온하면, 전압 V0-GND는 거의 0이 된다. 이 때, 콘덴서 C2는 보조 전원 Vcc1로부터 다이오드 D1, 콘덴서 C2, 스위칭 소자 QH, QL의 접속점 V0, 스위칭 소자 QL, 그라운드 GND를 따른 경로를 통해 충전되고, 급속히 전위가 상승하여, 시각 t12에 있어서, 보조 전원 Vcc1과 동일한 전압까지 충전된다.
다음에, 시각 t13에 있어서, 스위칭 소자 QL이 오프하고, 콘덴서 C2의 전압 VB-V0에 의해 동작 가능해진 하이 사이드 구동 회로(70)는 스위칭 소자 QH를 온시킨다. 이 때문에, 전압 V0-GND는 입력 전압 Vin까지 상승하고, 콘덴서 C2의 전압 VB-V0은, 하이 사이드 구동 회로(70)에 의해 스위칭 소자 QH를 온시키기 위해 전하가 소비되어 내려간다.
시각 t14에 있어서, 스위칭 소자 QH가 오프하고, 스위칭 소자 QL이 온하면, 다시 콘덴서 C2는 충전된다. 이 동작을 반복하여, 스위칭 소자 QH와 스위칭 소자 QL의 온/오프가 교대로 반복된다.
또, 도 1에 나타낸 구동 회로에 관련한 게이트 구동 회로로서 예를 들면 일본 공개특허공보 2004-304527호 공보가 알려져 있다. 상기 문헌에 기재된 게이트 구동 회로에는, 부트스트랩 회로와 차지 펌프 구동 회로를 조합하여 하이 사이드측의 스위칭 소자의 구동 회로의 전원을 얻는 방법이 개시되어 있다.
도 3은 종래의 게이트 구동 회로를 도시한 회로도이다. 이 게이트 구동 회로의 동작을 설명한다. 하부 아암의 스위칭 소자(122)가 온하면, 부트스트랩 충전 회로가 구성된다. 즉, 전원(106)과, 고압 다이오드(111, 112)와, 상부 아암 회로 의 전원용 콘덴서(110)와, 스위칭 소자(121)와 스위칭 소자(122)의 결합점 A와, 하부 아암의 스위칭 소자(122)를 통해 어스에 이르는 충전 경로를 통해 상부 아암 회로의 전원용 콘덴서(110)를 충전한다.
다음에, 상부 아암의 스위칭 소자(121)가 온하면, A점의 전위가 직류 전원(101)의 전압 근처까지 상승한다. 이 때, 발진 회로(113)가 동작하고, 발진 회로(113)의 출력에 의해, 차지 펌프 구동 회로(116)는, 스위칭 소자(117)와 스위칭 소자(118)를 교대로 온/오프시킨다. 스위칭 소자(118)의 온의 타이밍으로, 전원(106)으로부터 다이오드(111), 보조 콘덴서(119), 및 스위칭 소자(118)를 따른 경로를 통해 보조 콘덴서(119)가 충전된다. 다음에, 스위칭 소자(118)가 오프하고, 스위칭 소자(117)가 온하면, 충전되어 있었던 보조 콘덴서(119)로부터 고압 다이오드(112), 전원용 콘덴서(110), 및 스위칭 소자(117)의 경로로, 상부 아암 회로의 전원용 콘덴서(110)가 충전된다.
이와 같이, 로우 사이드측의 스위칭 소자(122)가 오프일 때에는, 차지 펌프 구동 회로(116)에 의해 부트스트랩 회로의 전원용 콘덴서(110)를 충전한다.
[발명이 해결하고자 하는 과제]
그러나, 도 1에 나타낸 구동 회로에 있어서는, 부트스트랩 회로(50)는, 로우 사이드측의 스위칭 소자 QL이 온일 때에 콘덴서 C2를 충전하므로, 스위칭 소자 QL의 온 시간이 짧아지면, 충분히 콘덴서 C2를 충전할 수 없어 전압이 저하하는 일이 있다. 이 때문에, 하이 사이드 구동 회로(70)의 전원 전압이 부족하다.
또, 스위칭 전원의 경우에는, 최근의 저소비 전력화, 특히 대기시의 저소비 전력에 대응하기 위해, 대기시 등의 소비 전력이 작을 때에는 스위칭 회로의 온/오프 동작을 단속시켜, 효율을 향상시키는 방법이 잘 이용된다. 스위칭 회로의 온/오프 동작을 정지하고 있는 기간은, 부트스트랩 회로(50)가 동작하지 않고, 역시, 콘덴서 C2의 전압이 저하하여, 하이 사이드 구동 회로(70)의 전원 전압이 부족하다.
또, 상기 문헌에 기재된 게이트 구동 회로에서는, 하이 사이드측의 구동 회로의 전원용 콘덴서(110)는, 로우 사이드측(하부 아암측)의 스위칭 소자(122)가 온하고 있을 때, 부트스트랩 회로로 충전되고, 로우 사이드측의 스위칭 소자(122)가 오프하고 있을 때(하이 사이드측의 스위칭 소자(121)가 온하고 있을 때)는, 차지 펌프 구동 회로(116)에 의해 충전되므로, 부트스트랩 회로로 충전될 때는 전원용 콘덴서(110)의 충전 시간을 임의로 설정할 수 없다.
또, 고내압의 다이오드를 사용하기 때문에, 모놀리식 IC로 하는 것이 곤란하였다.
본 발명에 의하면, 로우 사이드측의 스위칭 소자의 상태 여하에 관계없이, 항상 소정의 전압을 하이 사이드 구동 회로의 전원으로서 공급할 수 있는 구동 회로를 제공할 수 있다.
[과제를 해결하기 위한 수단]
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 이하의 수단을 채용하였다. 본 발명의 제1 기술적 측면에 의하면, 직류 전원의 하이 사이드측에 배치된 제1 스위칭 소자를 제어 신호에 의해 온/오프시키는 하이 사이드 구동 회로와, 상기 직류 전원의 로우 사이드측에 배치됨과 함께 상기 제1 스위칭 소자에 직렬로 접속된 제2 스위칭 소자를 상기 제어 신호에 의해 상기 제1 스위칭 소자와 교대로 온/오프시키는 로우 사이드 구동 회로를 갖는 구동 회로에 있어서, 제1 보조 전원의 양단에 접속되고, 제1 스위치 소자와 제1 콘덴서와 제2 스위치 소자가 직렬로 접속된 제1 직렬 회로와, 상기 제1 콘덴서의 양단에 접속되고, 제3 스위치 소자와 제2 콘덴서와 제4 스위치 소자가 직렬로 접속된 제2 직렬 회로와, 상기 제1 및 제2 스위치 소자와 상기 제3 및 제4 스위치 소자를 교대로 온/오프시킴과 함께, 상기 제1 및 제2 스위치 소자를 온시킨 후에, 상기 제3 및 제4 스위치 소자를 온시키는 제어 회로를 갖고, 상기 제2 콘덴서는, 상기 하이 사이드 구동 회로의 전원을 공급하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제2 기술적 측면에 의하면, 또한, 상기 제1 및 제2 스위치 소자는 n채널 FET로 이루어지고, 각각의 n채널 FET의 백 게이트는 기준이 되는 전위에 접속되고, 상기 제3 및 제4 스위치 소자는 p채널 FET로 이루어지며, 또한, 상기 제3 스위치 소자의 백 게이트에 소스가 접속되고, 상기 제3 스위치 소자의 드레인에 드레인이 접속된 p채널 FET로 이루어지는 제5 스위치 소자를 갖고, 상기 제어 회로는, 상기 제1 및 제2 스위치 소자와 상기 제3 내지 제5 스위치 소자를 교대로 온/오프시킴과 함께, 상기 제1 및 제2 스위치 소자를 온시킨 후에, 상기 제3 및 제5 스위치 소자를 온시키고, 그 후에, 상기 제4 스위치 소자를 온시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제3 기술적 측면에 의하면, 또한, 일단이 상기 제5 스위치 소자의 소스에 접속되고, 타단이 상기 제2 콘덴서의 일단과 상기 제3 스위치 소자의 소스에 접속된 제1 저항을 설치한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제4 기술적 측면에 의하면, 또한, 다이오드를 통해 상기 제2 콘덴서를 충전하는 제2 보조 전원을 갖고, 상기 제4 스위치 소자의 백 게이트는 상기 제2 콘덴서에 접속되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제5 기술적 측면에 의하면, 또한, 상기 제1 보조 전원의 전압은, 상기 제2 보조 전원의 전압보다 큰 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제6 기술적 측면에 의하면, 또한, 상기 제4 스위치 소자의 백 게이트와 상기 제2 콘덴서의 사이에 제2 저항을 접속한 것을 특징으로 한다.
도 1은, 종래의 부트스트랩 회로를 이용한 구동 회로를 도시한 회로도이다.
도 2는, 도 1에 도시한 구동 회로의 동작을 설명하기 위한 타이밍 차트이다.
도 3은, 종래의 게이트 구동 회로를 도시한 회로도이다.
도 4는, 본 발명의 실시예 1의 구동 회로의 회로도이다.
도 5는, 본 발명의 실시예 1의 구동 회로에 설치된 제어 회로의 각 신호의 타이밍 차트이다.
도 6은, 본 발명의 실시예 1의 구동 회로에 설치된 p채널 FET로 이루어지는 제3 스위치 소자를 고내압의 집적 회로에 탑재한 경우의 대표적인 구조도이다.
도 7은, 본 발명의 실시예 2의 구동 회로의 회로도이다.
도 8은, 본 발명의 실시예 2의 구동 회로에 설치된 제어 회로의 각 신호의 타이밍 차트이다.
도 9는, 본 발명의 실시예 3의 구동 회로의 회로도이다.
제1 실시예
이하, 본 발명의 구동 회로의 실시예를 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시예 1의 구동 회로의 회로도이다. 도 4에 있어서, 직류 전원 Vin의 양단에는, 스위칭 소자 QH로서의 MOSFET와 스위칭 소자 QL로서의 MOSFET가 직렬로 접속되고, 스위칭 소자 QH와 스위칭 소자 QL의 접속점에는 부하(80)가 접속되어 있다.
로우 사이드 구동 회로(60)는, 도시하지 않은 제어 회로로부터의 신호에 의거하여, 스위칭 소자 QL을 온/오프시킨다. 하이 사이드 구동 회로(70)는, 도시하지 않은 제어 회로로부터의 신호에 의거하여, 스위칭 소자 QH를 스위칭 소자 QL과는 상보적으로 온/오프시킨다. 즉, 스위칭 소자 QH와 스위칭 소자 QL이 교대로 온/오프한다.
로우 사이드 구동 회로(60)는, 보조 전원 Vcc1(제1 보조 전원)에 의해 동작한다. 하이 사이드 구동 회로(70)는, 하이 사이드 전원 공급부(1)로부터의 콘덴서 C2의 전압에 의해 동작한다.
하이 사이드 전원 공급부(1)에 있어서, 보조 전원 Vcc1의 양극에는 스위치 소자 Qn1(제1 스위치 소자)의 드레인이 접속되고, 스위치 소자 Qn1의 소스는 콘덴서 C1(제1 콘덴서)의 일단에 접속된다. 콘덴서 C1의 타단은 스위치 소자 Qn2(제2 스위치 소자)의 드레인에 접속되고, 스위치 소자 Qn2의 소스 및 백 게이트는 보조 전원 Vcc1의 음극(그라운드 GND)에 접속된다. 스위치 소자 Qn1의 백 게이트는 보조 전원 Vcc1의 음극(그라운드 GND)에 접속된다. 즉, 보조 전원 Vcc1의 양단에 스위치 소자 Qn1과 콘덴서 C1과 스위치 소자 Qn2가 직렬로 접속된다.
또, 콘덴서 C1의 일단에는 스위치 소자 Qp1(제3 스위치 소자)의 드레인이 접속되고, 스위치 소자 Qp1의 소스 및 백 게이트는 콘덴서 C2(제2 콘덴서)의 일단 및 하이 사이드 구동 회로(70)의 일단에 접속되어 있다. 콘덴서 C1의 타단에는 스위치 소자 Qp2(제4 스위치 소자)의 드레인이 접속되고, 스위치 소자 Qp2의 소스 및 백 게이트는 콘덴서 C2의 타단 및 하이 사이드 구동 회로(70)의 타탄에 접속된다. 즉, 콘덴서 C1의 양단에 스위치 소자 Qp1과 콘덴서 C2와 스위치 소자 Qp2가 직렬로 접속된다.
스위치 소자 Qn1, Qn2는 각각 n채널 MOSFET이고, 각각의 n채널 FET의 백 게이트는, 로우 사이드측의 기준이 되는 전위(예를 들면 그라운드 GND)에 접속된다. 스위치 소자 Qp1, Qp2는 p채널 MOSFET이다.
하이 사이드 전원 공급부(1)는, 각각의 스위치 소자의 게이트에 제어 신호를 인가함으로써, 스위치 소자 Qn1, Qn2를 온시킨 후에, 스위치 소자 Qp1, Qp2를 온시키는 제어 회로(10)를 갖는다. 콘덴서 C2는 하이 사이드 구동 회로(70)의 전원이 된다.
다음에 이와 같이 구성된 실시예 1의 구동 회로의 동작을 도 5에 나타낸 타이밍 차트를 참조하면서 설명한다.
우선, 시각 t1에 있어서, 스위치 소자 Qn1의 게이트에 게이트 신호 Qn1g를 인가함과 함께 스위치 소자 Qn2의 게이트에 게이트 신호 Qn2g를 인가함으로써, 스위치 소자 Qn1 및 스위치 소자 Qn2를 온시키고, 스위치 소자 Qp1 및 스위치 소자 Qp2를 오프시킨다(게이트 신호 Qp1g, Qp2g 없음).
이 때, Vcc1, Qn1, C1, Qn2, Vcc1의 경로를 따라, 보조 전원 Vcc1에 의해 콘덴서 C1이 충전되고, 콘덴서 C1의 전압은 보조 전원 Vcc1의 전압에 도달한다. 이 때, 스위치 소자 Qp1 및 스위치 소자 Qp2는 오프이므로, 하이 사이드측의 회로의 기준이 되는 전위와는 독립으로 보조 전원 Vcc1은 콘덴서 C1을 충전한다.
다음에, 시각 t2에 있어서, 스위치 소자 Qn1 및 스위치 소자 Qn2를 오프시키고, 스위치 소자 Qp1의 게이트에 게이트 신호 Qp1g를 인가함과 함께 스위치 소자 Qp2의 게이트에 게이트 신호 Qp2g를 인가함으로써, 스위치 소자 Qp1 및 스위치 소자 Qp2를 온시킨다.
이 때, C1, Qp1, C2, Qp2, C1의 경로를 따라, 콘덴서 C1에 의해 콘덴서 C2가 충전된다. 즉, 콘덴서 C1의 전하가 콘덴서 C2로 이동하고, 콘덴서 C2, 콘덴서 C1의 전압에 도달할 때까지 충전된다. 콘덴서 C2는, 하이 사이드 구동 회로(70)의 전원이 된다.
따라서, 콘덴서 C2의 전하 공급에 의해, 하이 사이드 구동 회로(70)가 동작한다. 이 때, 스위치 소자 Qn1 및 스위치 소자 Qn2는 오프이므로, 하이 사이드측 의 회로의 기준이 되는 전위의 여하에 관계없이, 콘덴서 C1로부터 콘덴서 C2로의 전하 이동이 행해진다.
이와 같이, 하이 사이드측의 회로의 기준이 되는 전위의 여하에 관계없이(로우 사이드측의 스위칭 소자 QL의 온 또는 오프 상태에 관계없이), 스위치 소자 Qn1, Qn2와, 스위치 소자 Qp1, Qp2를 교대로 온/오프시킴으로써, 소정의 주기로 보조 전원 Vcc1의 전압에 의해 콘덴서 C1을 통해 콘덴서 C2를 충전할 수 있다.
또, 본 발명에 의하면, 스위칭 소자 QH 및 QL의 동작에 제한을 받지 않고, 스위치 소자 Qn1 및 Qn2와 스위치 소자 Qp1 및 Qp2의 온 오프 동작을 설정할 수 있다. 따라서, 보조 전원 Vcc1로부터 콘덴서 C1을 충전할 때, 또는 콘덴서 C1로부터 콘덴서 C2를 충전할 때에, 충전 전류를 제한하는 임피던스 소자를 넣으면, 콘덴서 C1 또는 C2의 충전 전압이 충전 시간에 의해 변화한다. 이 때문에, 스위치 소자 Qn1 및 Qn2와 스위치 소자 Qp1 및 Qp2의 온 오프 듀티를 설정함으로써 콘덴서 C1 또는 C2의 전압을 조정할 수 있다. 콘덴서의 전압을 검출하여 스위치 소자 Qn1 및 Qn2와 스위치 소자 Qp1 및 Qp2의 온 오프 듀티를 조정하면, 전압을 안정화하는 것도 가능하다.
실시예 2
도 4에 나타낸 실시예 1의 구동 회로에서는, 스위치 소자 Qp1은, 드레인으로부터 소스로 역방향으로 전류가 흐르게 된다. 또, 스위치 소자 Qp1은 고내압을 필요로 한다.
도 6은 본 발명의 실시예 1의 구동 회로에 설치된 p채널 FET로 이루어지는 스위치 소자 Qp1을 고내압의 집적 회로에 탑재한 경우의 대표적인 구조도이다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 스위치 소자 Qp1은, P층(21)과 드레인 D와 소스 S와 백 게이트 BG를 갖고, 드레인 D의 주변 영역에는 P층(23)이 형성되고, 소스 S의 주변 영역에는 P층(25)이 형성되고, P층(21)과 P층(23)과 P층(25)의 사이에는 N층(27)이 형성되어 있다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 드레인 D의 기생 저항(30), P층(23)과 N층(27)의 사이에 기생 다이오드(31), P층(25)과 N층(27)의 사이에 기생 다이오드(33), 및 P층(23)과 N층(27)과 P층(21)의 사이에 기생 트랜지스터(35)가 존재한다. 이 때문에, 대전류를 흐르게 한 경우, 스위치 소자 Qp1의 드레인 기생 저항(30)에 의해 전압 드롭(전압 강하)이 발생하고, 이 전압 드롭에 의해, N층(27)이 베이스가 되는 pnp 트랜지스터로 이루어지는 기생 트랜지스터(35)가 동작하므로, 기생 트랜지스터(35)에 의해 P층(23)으로부터 P층(21)으로의 기생 전류 Ip1이나, 기생 다이오드(31)에 의해 P층(23)으로부터 N층(27)을 통해 백 게이트 BG로의 기생 전류 Ip2가 흘러, 목적으로 하는 동작을 실현할 수 없는 일이 있다.
동작 온도가 높은 경우에는, 기생 트랜지스터(35)의 베이스-이미터간의 전압이 내려가고, 드레인의 기생 저항(30)이 커지므로, 기생 트랜지스터(35)가 동작하기 쉬워진다. 이 때문에, p채널 FET의 사용 조건은, 보다 작은 전류 밀도로 한정된다. 또, 스위치 소자 Qp1의 기생 트랜지스터(35)의 내압이 낮은 경우에는 소자가 파손되는 일이 있다. 드레인의 기생 저항(30)을 작게 하고, 기생 트랜지스터(35)의 내압을 높게 하면, 모놀리식 IC로 집적하는 경우, 칩 사이즈가 커진다.
본 실시예에서는, 기생 트랜지스터(35)의 영향을 없애고 용이하게 모놀리식 IC화할 수 있는 구동 회로를 제공한다. 도 7은 본 발명의 실시예 2의 구동 회로의 회로도이다. 도 7에서는, 구동 회로 내의 주요부인 하이 사이드 구동 회로(70)와, 전원 공급부(1a)를 나타내고 있다. 그 밖의 회로는, 도 4에 나타낸 실시예 1의 회로와 동일하다.
도 7에 나타낸 하이 사이드 전원 공급부(1a)는, 도 4에 나타낸 하이 사이드 전원 공급부(1)의 구성에, p채널 MOSFET로 이루어지는 스위치 소자 Qp3(제5 스위치 소자)을 더 추가한 것을 특징으로 한다.
스위치 소자 Qp3은, 드레인을 스위치 소자 Qp1의 드레인에 접속하고, 소스 및 백 게이트를 스위치 소자 Qp1의 백 게이트에 접속하고, 소스 및 백 게이트를 저항 R1(제1 저항)을 통해 스위치 소자 Qp1의 소스 및 콘덴서 C2의 일단에 접속하고 있다.
제어 회로(10a)는, 각각의 스위치 소자의 게이트에 제어 신호를 인가함으로써, 스위치 소자 Qn1, Qn2를 온시킨 후에, 스위치 소자 Qp1, Qp3을 온시키고, 그 후에, 스위치 소자 Qp2를 온시킨다. 콘덴서 C2는, 하이 사이드 구동 회로(70)의 전원이 된다.
다음에 이와 같이 구성된 실시예 2의 구동 회로의 동작을 도 8에 나타낸 타이밍 차트를 참조하면서 설명한다.
우선, 시각 t1에 있어서, 스위치 소자 Qn1의 게이트에 게이트 신호 Qn1g를 인가함과 함께 스위치 소자 Qn2의 게이트에 게이트 신호 Qn2g를 인가함으로써, 스 위치 소자 Qn1 및 스위치 소자 Qn2를 온시키고, 스위치 소자 Qp1 및 스위치 소자 Qp2를 오프시킨다.
이 때, Vcc1, Qn1, C1, Qn2, Vcc1을 따른 경로를 통해, 보조 전원 Vcc1에 의해 콘덴서 C1이 충전되고, 콘덴서 C1의 전압은 보조 전원 Vcc1의 전압에 도달한다. 이 때, 스위치 소자 Qp1 및 스위치 소자 Qp2는 오프이므로, 하이 사이드측의 회로의 기준이 되는 전위의 여하에 관계없이, 보조 전원 Vcc1은 콘덴서 C1을 충전한다.
다음에, 시각 t2에 있어서, 스위치 소자 Qn1 및 스위치 소자 Qn2를 오프시키고, 스위치 소자 Qp1의 게이트에 게이트 신호 Qp1g를 인가함과 함께 스위치 소자 Qp3의 게이트에 게이트 신호 Qp3g를 인가함으로써, 스위치 소자 Qp1 및 스위치 소자 Qp3을 온시킨다. 또한, 스위치 소자 Qp1을 스위치 소자 Qp3보다도 약간 빨리 온시키는 쪽이 바람직하다. 다음에, 시각 t3에 있어서, 스위치 소자 Qp2를 온시킨다.
이 때, 스위치 소자 Qp1의 드레인으로부터 소스를 향해 전류가 흐르고, 드레인의 기생 저항에 의해 전압 강하가 발생하지만, 스위치 소자 Qp3이 온하고 있으므로, 스위치 소자 Qp1의 백 게이트가 드레인 전압에 고정된다. 즉, 스위치 소자 Qp3의 소스와 스위치 소자 Qp1의 백 게이트는 동(同)전위이고, 스위치 소자 Qp3이 온일 때에는, 스위치 소자 Qp3의 드레인과 소스는 동전위이고, 스위치 소자 Qp3의 드레인과 스위치 소자 Qp1의 드레인은 동전위이므로, 스위치 소자 Qp1의 백 게이트와 드레인은 동전위가 된다. 이 때문에, 기생 다이오드(31, 33), 기생 트랜지스터(35)가 동작하는 일이 없다.
스위치 소자 Qp3은 스위치 소자 Qp1의 백 게이트를 스위치 소자 Qp1의 드레인에 고정하기 위한 것이므로, 큰 전류를 흐르게 할 필요가 없고, 저항 R1에 의해 전류를 제한한다. 스위치 소자 Qp3은 저항 R1에 의해 제한되어 큰 전류가 흐르지 않으므로, 기생 다이오드, 기생 트랜지스터가 동작하는 일은 없다. C1, Qp1, C2, Qp2, C1의 경로를 따라 콘덴서 C1에 의해 콘덴서 C2가 충전된다. 즉, 콘덴서 C1의 전하가 콘덴서 C2로 이동하고, 콘덴서 C2는 콘덴서 C1의 전압에 도달할 때까지 충전된다.
실시예 3
도 9는 본 발명의 실시예 3의 구동 회로의 회로도이다. 실시예 1, 실시예 2에서는, 기동시 등의 콘덴서 C2의 전압이 낮을 때에는 큰 충전 전류가 흐르므로, 스위치 소자 Qn1, Qn2, Qp1, Qp2는 거기에 견딜 수 있도록 큰 정격을 필요로 한다.
본 실시예의 구동 회로는, 도 9에 나타낸 바와 같이 부트스트랩 회로와 실시예 2의 구동 회로를 조합한 것으로, 정격을 크게 할 필요가 없고, 보다 용이하게 모놀리식 IC화할 수 있는 것을 특징으로 한다.
본 실시예의 구동 회로는, 도 7에 나타낸 실시예 2의 구동 회로에 대해서, 보조 전원 Vcc2(제2 보조 전원)를 다이오드 D1을 통해 콘덴서 C2의 일단에 더 접속하고, 콘덴서 C2를 충전하도록 구성된다. 보조 전원 Vcc2의 전압은, 보조 전원 Vcc1의 전압보다 낮은 전압으로 설정한다. 또, 스위치 소자 Qp2의 백 게이트는 저항 R2(제2 저항)를 통해 콘덴서 C2의 타단에 접속되어 있다.
이상과 같이 구성된 실시예 3의 구동 회로에 의하면, 기동시에는 보조 전원 Vcc2와 다이오드 D1은 종래의 부트스트랩 회로로서 동작하고, 로우 사이드측의 스위칭 소자 QL이 온일 때에, 보조 전원 Vcc2로부터 다이오드 D1을 통해 콘덴서 C2를 급속히 충전시켜, 스위칭 소자 QH, QL로 이루어지는 스위칭 회로가 동작한다.
그 후, 스위치 소자 Qn1 및 스위치 소자 Qn2와, 스위치 소자 Qp1 및 스위치 소자 Qp2의 온/오프에 의해, 보조 전원 Vcc1로부터 콘덴서 C1을 통해 콘덴서 C2를 충전한다.
또, 보조 전원 Vcc1은, 보조 전원 Vcc2보다도 크기 때문에, 보조 전원 Vcc1로부터의 충전이 개시되면, 콘덴서 C2의 전압은 보조 전원 Vcc2의 전압보다도 높아지고, 부트스트랩 회로로부터의 충전은 없어진다. 또, 스위치 소자 Qn1 및 스위치 소자 Qn2와 스위치 소자 Qp1 및 스위치 소자 Qp2의 온/오프에 의한 콘덴서 C2의 충전은, 구동 회로로 소비하는 전력을 보충하는 것 만이면 되므로, 스위치 소자 Qn1, Qn2, Qp1, Qp2는 작은 정격의 FET를 사용할 수 있다.
또, 저항 R2에 의해 스위치 소자 Qp2로부터 콘덴서 C2로의 전류를 제한할 수 있다.
[발명의 효과]
본 발명의 제1 기술적 측면에 의하면, 로우 사이드측의 제2 스위칭 소자의 상태 여하에 관계없이, 소정의 주기로 제2 콘덴서를 충전할 수 있다. 또, 제2 콘덴서를 하이 사이드 구동 회로의 전원으로 하면, 로우 사이드측의 제2 스위칭 소자의 상태 여하에 관계없이, 항상 소정의 전압을 하이 사이드 구동 회로의 전원으로서 공급할 수 있다.
또, 본 발명의 제2 기술적 측면에 의하면, FET를 스위치 소자로서 이용하고, 백 게이트를 이용하여 기생 다이오드를 역바이어스하도록 구성하였으므로, 기생 트랜지스터가 동작하는 일은 없고, 고내압으로 할 수 있으므로, 모놀리식 IC화가 용이해진다.
본 발명의 제3 기술적 측면에 의하면, 제1 저항에 의해 제5 스위치 소자에 흐르는 전류를 더 제한할 수 있다.
본 발명의 제4 및 제5 기술적 측면에 의하면, 기동시 등의 제2 콘덴서의 전압이 낮고 큰 충전 전류가 흐를 때에는, 부트스트랩 회로로 제2 콘덴서를 급속 충전하고, 그 후는 소비된 전력분만을 충전하므로, 공급하는 전력을 줄일 수 있어, 모놀리식 IC화가 보다 용이해진다.
본 발명의 제6 기술적 측면에 의하면, 제2 저항에 의해 제4 스위치 소자에 흐르는 전류를 제한할 수 있다.
본 발명은, DC-DC 컨버터, 인버터, 모터 드라이브 회로 등의 스위칭 회로를 구동하는 구동 회로에 적용 가능하다.
(미국 지정)
본 출원은 미국 지정에 관한 것으로, 2005년 6월 24일에 출원된 일본 특허 출원 제2005-184872(2005년 6월 24일 출원)에 대해서 미국 특허법 제119조 (a)에 의거한 우선권의 이익을 원용하고, 당해 개시 내용을 인용한다.

Claims (9)

  1. 직류 전원의 하이 사이드측에 배치된 제1 스위칭 소자를 제어 신호에 의해 온/오프시키는 하이 사이드 구동 회로와, 상기 직류 전원의 로우 사이드측에 배치됨과 함께 상기 제1 스위칭 소자에 직렬로 접속된 제2 스위칭 소자를 상기 제어 신호에 의해 상기 제1 스위칭 소자와 교대로 온/오프시키는 로우 사이드 구동 회로를 갖는 구동 회로에 있어서,
    제1 보조 전원의 양단에 접속되는 제1 직렬 회로로서, 제1 스위치 소자와 제1 콘덴서와 제2 스위치 소자가 직렬로 접속되는 제1 직렬 회로와,
    상기 제1 콘덴서의 양단에 접속되는 제2 직렬 회로로서, 제3 스위치 소자와 제2 콘덴서와 제4 스위치 소자가 직렬로 접속된 제2 직렬 회로와,
    상기 제1 및 제2 스위치 소자와 상기 제3 및 제4 스위치 소자를 교대로 온/오프시킴과 함께, 상기 제1 및 제2 스위치 소자를 온시킨 후에, 상기 제3 및 제4 스위치 소자를 온시키는 제어 회로를 갖고,
    상기 제2 콘덴서는, 상기 하이 사이드 구동 회로의 전원을 제공하는 것을 특징으로 하는 구동 회로.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 및 제2 스위치 소자는 각각 n채널 FET이고, 각각의 n채널 FET의 백 게이트는 모두 기준이 되는 전위에 접속되며,
    상기 제3 및 제4 스위치 소자는 p채널 FET이고,
    상기 제3 스위치 소자의 백 게이트에 소스가 접속되고,
    상기 제3 스위치 소자의 드레인에 제5 스위치 소자로서의 p채널 FET의 드레인이 접속되며,
    상기 제어 회로는, 상기 제1 및 제2 스위치 소자와 상기 제3 내지 제5 스위치 소자를 교대로 온/오프시킴과 함께, 상기 제1 및 제2 스위치 소자를 온시킨 후에, 상기 제3 및 제5 스위치 소자를 온시키고, 그 후에, 상기 제4 스위치 소자를 온시키는 것을 특징으로 하는 구동 회로.
  3. 청구항 2에 있어서,
    제1 저항으로서 그 일단이 상기 제5 스위치 소자의 소스에 접속되고, 그 타단이 상기 제2 콘덴서의 일단과 상기 제3 스위치 소자의 소스에 접속되는 것을 특징으로 하는 구동 회로.
  4. 청구항 2에 있어서,
    다이오드를 통해 상기 제2 콘덴서를 충전하는 제2 보조 전원을 구비하고,
    상기 제4 스위치 소자의 백 게이트는 상기 제2 콘덴서에 접속되는 것을 특징으로 하는 구동 회로.
  5. 청구항 3에 있어서,
    다이오드를 통해 상기 제2 콘덴서를 충전하는 제2 보조 전원을 구비하고,
    상기 제4 스위치 소자의 백 게이트는 상기 제2 콘덴서에 접속되는 것을 특징으로 하는 구동 회로.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1 보조 전원의 전압은, 상기 제2 보조 전원의 전압보다 큰 것을 특징으로 하는 구동 회로.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 제1 보조 전원의 전압은, 상기 제2 보조 전원의 전압보다 큰 것을 특징으로 하는 구동 회로.
  8. 청구항 4에 있어서,
    상기 제4 스위치 소자의 백 게이트와 상기 제2 콘덴서의 사이에 제2 저항을 접속한 것을 특징으로 하는 구동 회로.
  9. 청구항 5에 있어서,
    상기 제4 스위치 소자의 백 게이트와 상기 제2 콘덴서의 사이에 제2 저항을 접속한 것을 특징으로 하는 구동 회로.
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