JP2022057146A - 駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スイッチング素子の端子電位の振動が生じた場合でもスイッチング素子を安定的に動作させ得る駆動装置を提供する。【解決手段】駆動装置２０は、駆動回路２０Ａと電源路２０Ｂとを備える。電源路２０Ｂは、スイッチング素子１０のソース電位を基準としソース電位よりも高い電位である電源電位を生じさせるブートストラップ回路を備える。駆動回路２０Ａは、第１指示信号が与えられた場合に、スイッチング素子１０のゲートソース間の電位差が閾値未満となるように第１電圧信号をゲートに出力する。駆動回路２０Ａは、第２指示信号が与えられた場合に上記電位差が閾値以上となるように第２電圧信号をゲートに出力する。第１電圧信号は、基準となるソース電位に基づいて定まる電圧の信号であり、第２電圧信号は、基準となるソース電位および上記電源電位に基づいて定まる電圧の信号である。【選択図】図１

Description

本発明は、駆動装置に関する。

特許文献１には、負荷駆動装置の一例が開示されている。特許文献１に開示される負荷駆動装置は、ＭＯＳＦＥＴ、電流検出部、コンパレータ、制御回路、閾値設定部などを備え、ＭＯＳＦＥＴの下流側に設けられた負荷を駆動する。特許文献１の技術では、ＭＯＳＦＦＥＴが配置される配線のインダクタンスを考慮して、バッテリ電圧の変動を想定している。

特開２０１７－１５２９２３号公報

ところで、導電路に設けられたスイッチング素子を駆動する駆動装置では、導電路での電圧の変動に起因するスイッチング素子の端子電圧の振動により、スイッチング素子が誤動作する懸念がある。

例えば、図７に開示される負荷駆動装置１０１は、電源１２０からの電力が供給される電力路にＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor）１０６が設けられたものである。図７の負荷駆動装置１０１は、駆動回路１０２によってＭＯＳＦＥＴ１０６にＰＷＭ信号を与え、ＭＯＳＦＥＴ１０６をオンオフさせるように動作する。また、図７の負荷駆動装置１０１では、ＭＯＳＦＥＴ１０６が設けられた導電路にコンデンサ１０４（例えばスナバ回路の要素として機能するコンデンサ）が設けられている。抵抗１１０は、例えばシャント抵抗として機能する抵抗である。この回路では、部品間の配線や部品のリード端子に基づく寄生インダクタンスが存在し、この寄生インダクタンスとコンデンサとによって共振電流が発生する。なお、図７では、寄生インダクタンスが符号１０８によって概念的に示される。このような共振電流が発生すると、ＭＯＳＦＥＴ１０６の一端の電位（図７であればＭＯＳＦＥＴ１０６のソース電位）が振動し、ＭＯＳＦＥＴ１０６の誤点弧等の不具合が生じる懸念がある。

なお、図７で開示される回路はあくまで想定の一例であり、その他の回路でも、スイッチング素子の端子において電圧信号が生じる場合があり、そのようなものでは、図７の場合と同様の問題が想定される。

本発明は、上述した課題の少なくとも一つを解決するためになされたものであり、スイッチング素子の端子電位の振動が生じた場合でもスイッチング素子を安定的に動作させ得る駆動装置を提供することを目的とする。

本発明の一つである駆動装置は、
第１端子と第２端子と第３端子とを備え、前記第２端子と前記第３端子の電位差が閾値以上である場合に前記第１端子と前記第２端子との間が導通状態となり、前記電位差が前記閾値未満である場合に前記第１端子と前記第２端子との間が遮断状態となる、スイッチング素子を駆動する駆動装置であって、
前記第２端子の電位を基準とし前記第２端子よりも高い電位である電源電位を生じさせるブートストラップ回路を備える電源路と、
自身の外部から第１指示信号が与えられた場合に、前記電位差が前記閾値未満となるように第１電圧信号を前記第３端子に出力し、自身の外部から前記第１指示信号とは異なる第２指示信号が与えられた場合に、前記電位差が前記閾値以上となるように第２電圧信号を前記第３端子に出力する駆動回路と、
を有し、
前記第１電圧信号は、基準となる前記第２端子の電位に基づいて定まる電圧の信号であり、
前記第２電圧信号は、基準となる前記第２端子の電位および前記電源電位に基づいて定まる電圧の信号である。

上記の駆動装置は、駆動回路に第１指示信号が与えられた場合、駆動回路は、第１電圧信号を第３端子に出力する。第１電圧信号は、電圧（第２端子を基準とする電圧）が閾値未満の電圧信号であるため、スイッチング素子を遮断状態にすることができる。しかも、第１電圧信号は、第２端子の電位に基づいて定まる電圧信号であるため、第２端子の電位が振動しても、この振動に追従して第１電圧信号の電圧（第２端子を基準とする電圧）が閾値未満で維持されやすい。よって、上記の駆動装置は、第１指示信号が与えられた場合に、スイッチング素子を安定的に遮断状態にすることができる。更に、上記の駆動装置は、駆動回路に第２指示信号が与えられた場合、駆動回路は、第２電圧信号を第３端子に出力する。第２電圧信号は、電圧（第２端子を基準とする電圧）が閾値以上の電圧信号であるため、スイッチング素子を導通状態にすることができる。しかも、第２電圧信号は、第２端子の電位および電源電位に基づいて定まる電圧信号であり、電源電位は、ブートストラップ回路によって第２端子の電位を基準として設定される電位であるため、第２端子の電位が振動しても、この振動に追従して第２電圧信号の電圧（第２端子を基準とする電圧）が閾値以上で維持されやすい。よって、上記の駆動装置は、第２指示信号が与えられた場合に、スイッチング素子を安定的に導通状態にすることができる。

上記の駆動装置において、上記駆動回路は、上記第１指示信号及び上記第２指示信号が入力される入力回路と、上記入力回路から信号を受けて動作し、上記第１電圧信号及び上記第２電圧信号を出力する出力回路と、を備えていてもよい。そして、上記入力回路は、上記電源路に電気的に接続される第１抵抗と、第１制御端子を有するとともに上記電源路とグラウンドとの間において上記第１抵抗と直列に接続される第１トランジスタと、を具備していてもよい。そして、上記第１指示信号及び上記第２指示信号は、上記グラウンドを基準とする電圧の信号であってもよい。そして、上記入力回路に上記第１指示信号が入力されることに応じて上記第１制御端子と上記グラウンドとの間に上記第１指示信号に基づく電圧が印加され、上記入力回路に上記第２指示信号が入力されることに応じて上記第１制御端子と上記グラウンドとの間に上記第２指示信号に基づく電圧が印加される構成であってもよい。更に、上記第１トランジスタは、上記第１指示信号に応じて上記第１制御端子と上記グラウンドとの間に印加される電圧が所定電圧よりも低い場合にオフ状態となり、上記第２指示信号に応じて上記第１制御端子と上記グラウンドとの間に印加される電圧が上記所定電圧以上の場合にオン状態となる構成であってもよい。そして、上記入力回路は、上記第１トランジスタがオフ状態である場合には上記電源電位に基づく第３電圧信号を出力し、上記第１トランジスタがオン状態である場合には上記グラウンドの電位に基づく第４電圧信号を出力する構成であってもよい。そして、上記出力回路は、上記入力回路から上記第３電圧信号が出力される場合に上記第１電圧信号を出力し、上記入力回路から上記第４電圧信号が出力される場合に上記第２電圧信号を出力する構成であってもよい。

上記の駆動装置では、グラウンドの電位を基準として入力回路を動作させることができる。具体的には、入力回路は、グラウンドを基準とする電圧の信号によって第１トランジスタをオンオフすることができ、第１指示信号及び第２指示信号がグラウンド基準の信号である場合に、第１指示信号に応じた第３電圧信号及び第２指示信号に応じた第４電圧信号をより正確に出力することができる。

上記の駆動装置において、上記出力回路は、反転回路と、プッシュプル回路と、を具備していてもよい。そして、上記反転回路は、上記第３電圧信号及び上記第４電圧信号に応じた信号が入力される第２制御端子を有するとともに上記電源路に電気的に接続される第２トランジスタと、上記第２トランジスタと上記第２端子との間において上記第２トランジスタと直列に接続される第２抵抗と、を含んでいてもよい。更に、上記第２トランジスタは、上記第３電圧信号に応じた信号が上記第２制御端子に入力されることに応じてオフ状態となり、上記第４電圧信号に応じた信号が上記第２制御端子に入力されることに応じてオン状態となる構成であってもよい。そして、上記反転回路は、上記第２トランジスタがオフ状態である場合には上記第２端子の電位に基づく第５電圧信号を出力し、上記第２トランジスタがオン状態である場合には上記電源電位に基づく第６電圧信号を出力する構成であってもよい。そして、上記プッシュプル回路は、上記電源路と上記第２端子との間に接続され、上記反転回路が上記第５電圧信号を出力する場合に上記第１電圧信号を出力し、上記反転回路が上記第６電圧信号を出力する場合に上記第２電圧信号を出力する構成であってもよい。

上記の駆動装置では、反転回路は、グラウンド基準として動作する入力回路の信号を反転させるように動作することができる。そして、反転した信号は、第２端子の電位に基づくローレベル信号（第５電圧信号）又は電源電位に基づくハイレベル信号（第６電圧信号）となる。そして、このようなローレベル信号（第５電圧信号）とハイレベル信号（第６電圧信号）とによって、電源路と第２端子との間に接続されたプッシュプル回路を正確に動作させることができる。この構成によれば、電源路や第２端子において電位が振動しても、プッシュプル回路は、第２端子の電位に基づくローレベル信号（第１電圧信号）及び電源電位に基づくハイレベル信号（第２電圧信号）をより正確に出力することができる。

本発明によれば、スイッチング素子の端子電位の振動が生じた場合でもスイッチング素子を安定的に動作させ得る駆動装置を提供することができる。

図１は、第１実施形態に係る駆動装置が適用される負荷駆動装置を例示する回路図である。 図２は、第１実施形態に係る駆動装置の効果を確認するためのシミュレーションにおける、入力信号の電圧、第１トランジスタのベースエミッタ間電圧、コレクタエミッタ間電圧の変化を示すグラフである。 図３は、第１実施形態に係る駆動装置の効果を確認するためのシミュレーションにおける、ソース電位の変化を示すグラフである。 図４は、第１実施形態に係る駆動装置の効果を確認するためのシミュレーションにおける、電源電位の変化を示すグラフである。 図５は、第１実施形態に係る駆動装置の効果を確認するためのシミュレーションにおける、ソース電位及び出力信号の電圧の変化を示すグラフである。 図６は、第１実施形態に係る駆動装置の効果を確認するためのシミュレーションにおける、入力信号及び出力信号の１つのパルスに着目したグラフである。 図７は、比較例の負荷駆動装置を例示する回路図である。

＜第１実施形態＞
１．負荷駆動装置
図１に示される負荷駆動装置１は、負荷を駆動する装置である。負荷駆動装置１は、主に、電源部４、ドライバ回路６、トランス８、スイッチング素子１０、コンデンサ１２、駆動装置２０などを備える。駆動対象の負荷の種類は特に限定されない。以下で説明される代表例では、導電路１４に、トランス８の一次側のコイルが電気的に接続され、トランス８の二次側のコイルに、図示されていない負荷が電気的に接続される。負荷は、例えばプラズマ発生装置である。この例では、負荷駆動装置１は、プラズマ発生装置を駆動する駆動装置として機能する。

電源部４は、公知の電池によって構成されていてもよく、その他の直流電源によって構成されていてもよい。電源部４は、自身の高電位側の端子に電気的に接続された導電路とグラウンドとの電位差が所定値となるように直流電圧を出力する。なお、以下の説明では、「電圧」とは、特に限定がない限り、グラウンドを基準とする電圧を意味し、グラウンドとの電位差を意味する。

ドライバ回路６は、コンデンサ１２及びトランス８と電源部４との間を導通状態と非導通状態とに切り替え得る駆動回路である。例えば、ドライバ回路６が導通動作を行っているときには、電源部４からの電力に基づいてコンデンサ１２及びトランス８に対して電流が流れ得る。

コンデンサ１２は、スナバコンデンサとして機能し、トランス８に対して並列に接続される。トランス８は、例えば、第１コイルと第２コイルとが磁気結合した公知のトランスであり、コンデンサ１２に対して第１コイルが並列に接続されている。

図１のように、導電路１４は、コンデンサ１２とグラウンドとの間の導電路である。導電路１４のうち、コンデンサ１２とスイッチング素子１０との間に接続される導電路が導電路１４Ａである。導電路１４のうち、スイッチング素子１０とグラウンドとの間に接続される導電路が導電路１４Ｂである。なお、導電路１４Ｂにおいてスイッチング素子１０とグラウンドとの間には、抵抗２が介在する。抵抗２は、例えば、電流をモニタするためのシャント抵抗として機能する。

図１のように、スイッチング素子１０は、導電路１４に介在し、導電路１４の通電を許容する許容状態（通電状態）と導電路１４の通電を遮断する遮断状態とに切り替わる素子である。スイッチング素子１０がオン状態のときには、導電路１４及びスイッチング素子１０を介してグラウンド側へ電流が流れることが許容される。スイッチング素子１０がオフ状態のときには、導電路１４及びスイッチング素子１０を介してグラウンド側へ電流が流れることが遮断される。スイッチング素子１０は、駆動装置２０からオン信号が与えられているときにオン状態になる。スイッチング素子１０は、駆動装置２０からオフ信号が与えられているときにオフ状態になる。

図１の例では、スイッチング素子１０は、Ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴによって構成されている。スイッチング素子１０のドレインは第１端子の一例に相当する。スイッチング素子１０のソースは第２端子の一例に相当する。スイッチング素子１０のゲートは第３端子の一例に相当する。スイッチング素子１０は、ゲートとソースの電位差が閾値以上である場合にドレインとソースの間が導通状態となり、ドレイン側からソース側に電流が流れる。スイッチング素子１０は、ゲートとソースの電位差が閾値未満である場合にドレインとソースの間が遮断状態となり、ドレイン側からソース側に電流が流れない。

２．駆動装置の構成
次の説明は、駆動装置２０の構成に関する。

駆動装置２０は、信号線１８を介して外部からハイレベル電圧の信号及びローレベル電圧の信号が入力される。以下で説明される代表例の負荷駆動装置１では、図示されていない信号出力回路が設けられ、この信号出力回路から信号線１８を介してＰＷＭ信号が入力される構成をなす。信号線１８を介して伝送されるＰＷＭ信号のうちのローレベル電圧の信号が第１指示信号の一例に相当し、ハイレベル電圧の信号が第２指示信号の一例に相当する。第１指示信号のローレベル電圧は、後述される第１トランジスタ３２をオフ状態にする電圧である。第２指示信号のハイレベル電圧は、第１トランジスタ３２をオン状態にする電圧である。

駆動装置２０は、自身の外部から信号線１８を介して上記第１指示信号が与えられた場合に、スイッチング素子１０のゲートソース間の電位差を閾値未満とするローレベル電圧の第１電圧信号をスイッチング素子１０のゲートに出力する。駆動装置２０は、自身の外部から信号線１８を介して上記第２指示信号が与えられた場合に、スイッチング素子１０のゲートソース間の電位差を上記閾値以上とするハイレベル電圧の第２電圧信号をスイッチング素子１０のゲートに出力する。このように、信号線１８を介して伝送される上記第１指示信号は、スイッチング素子１０のオフを指示する信号である。信号線１８を介して伝送される上記第２指示信号は、スイッチング素子１０のオンを指示する信号である。なお、上記閾値は、スイッチング素子１０のゲートソース間の電位差が、当該閾値未満の場合にスイッチング素子１０がオフ状態となり、当該閾値以上の場合にスイッチング素子１０がオン状態となる値である。

駆動装置２０は、主に、駆動回路２０Ａと電源路２０Ｂとを備える。駆動回路２０Ａは、入力回路３０及び出力回路４０を備える。

電源路２０Ｂは、電源線７６に電源電圧を生じさせる回路である。電源路２０Ｂは、主に、ダイオード７２とコンデンサ７４とを有する。ダイオード７２は、ブートストラップダイオードであり、ブートストラップ回路の要素をなす。ダイオード７２は、アノードが電源線１６に電気的に接続され、カソードが電源線７６に電気的に接続される。電源線１６には、駆動装置２０の外部に設けられた外部電源より直流の電源電圧Ｖｄｄが印加される。コンデンサ７４は、ブートストラップコンデンサであり、電源路２０Ｂにおいてブートストラップ回路の要素をなす。このブートストラップ回路は、スイッチング素子１０のソース電位（第２端子の電位）を基準とし、ソースよりも高い電位である電源電位を電源線７６に生じさせる回路である。コンデンサ７４は、一方の電極が電源線７６に電気的に接続され、他方の電極がスイッチング素子１０のソースに電気的に接続される。電源路２０Ｂでは、電源線７６の電位がスイッチング素子１０のソース電位に対してコンデンサ７４の両端電圧の分だけ上昇する。

駆動回路２０Ａのうちの入力回路３０は、上述の第１指示信号及び上述の第２指示信号が入力される回路である。入力回路３０は、抵抗３１、３４、３８、トランジスタ３２、コンデンサ３６を備える。

抵抗３１は、第１抵抗の一例に相当する。抵抗３１は、一端が電源路２０Ｂのうちの電源線７６に電気的に接続されて電源線７６と同電位とされる。抵抗３１の他端は、トランジスタ３２のコレクタに電気的に接続されて当該コレクタと同電位とされる。

トランジスタ３２は、第１トランジスタの一例に相当する。トランジスタ３２は、ＮＰＮ型のバイポーラトランジスタとして構成される。トランジスタ３２のベースは、第１制御端子の一例に相当する。トランジスタ３２のエミッタは、グラウンドに電気的に接続されてグラウンドと同電位とされる。抵抗３８の一端はトランジスタ３２のベースに電気的に接続されて当該ベースと同電位とされる。抵抗３８の他端はグラウンドに電気的に接続されてグラウンドと同電位とされる。トランジスタ３２は、エミッタ接地回路を構成する。トランジスタ３２は、電源線７６とグラウンドとの間において抵抗３１と直列に接続される。抵抗３４及びコンデンサ３６は、信号線１８とトランジスタ３２のベースとの間に並列に接続される。

入力回路３０において、抵抗３１の他端とトランジスタ３２のコレクタとの間には、信号線２２が電気的に接続される。信号線２２は、抵抗３１の他端及びトランジスタ３２のコレクタと同電位とされる導電路である。

出力回路４０は、入力回路３０から信号を受けて動作し、上述の第１電圧信号及び第２電圧信号を出力する回路である。出力回路４０は、入力回路３０から信号線２２を介して上記第３電圧信号が出力される場合に上記第１電圧信号を出力し、上記入力回路３０から信号線２２を介して上記第４電圧信号が出力される場合に上記第２電圧信号を出力する。出力回路４０は、反転回路４１とプッシュプル回路６０とを具備する。

反転回路４１は、トランジスタ４２、抵抗４４，４８、コンデンサ４６を備える。トランジスタ４２は、第２トランジスタの一例に相当する。トランジスタ４２は、ＰＮＰ型のバイポーラトランジスタとして構成される。トランジスタ４２のベースは、第２制御端子の一例に相当する。トランジスタ４２のベースは、上述の第３電圧信号及び第４電圧信号に応じた信号が入力される端子である。トランジスタ４２のエミッタは、電源線７６に電気的に接続されて電源線７６と同電位とされる。トランジスタ４２のコレクタは、抵抗４８の一端に電気的に接続されて、抵抗４８の一端と同電位とされる。抵抗４８は、第２抵抗の一例に相当する。抵抗４８の他端はスイッチング素子１０のソースに電気的に接続され、スイッチング素子１０のソースと同電位とされる。抵抗４８は、トランジスタ４２のコレクタとスイッチング素子１０のソースとの間においてトランジスタ４２と直列に接続される。抵抗４４及びコンデンサ４６は、信号線２２とトランジスタ４２のベースとの間に並列に接続される。

プッシュプル回路６０は、電源路２０Ｂにおける電源線７６とスイッチング素子１０のソースとの間に接続される。プッシュプル回路６０は、トランジスタ６２，６４、抵抗５４、コンデンサ５６、ダイオード８２，８４、抵抗８６，８８を備える。トランジスタ６２は、ＮＰＮ型のバイポーラトランジスタである。トランジスタ６２のコレクタは電源線７６に電気的に接続され、電源線７６と同電位とされる。トランジスタ６４は、ＰＮＰ型のバイポーラトランジスタである。トランジスタ６４のコレクタはスイッチング素子１０のソースに電気的に接続され、このソースと同電位とされる。トランジスタ６２，６４のそれぞれのエミッタは、信号線２６に電気的に接続され、信号線２６と同電位とされる。抵抗５４及びコンデンサ５６は、信号線２４とトランジスタ６２，６４のそれぞれのベースとの間に並列に接続される。

ダイオード８２は、アノードが信号線２６に電気的に接続されて信号線２６と同電位とされ、カソードが電源線７６に電気的に接続されて電源線７６と同電位とされる。ダイオード８４は、アノードがスイッチング素子１０のソースに電気的に接続されてこのソースと同電位とされ、カソードが信号線２６に電気的に接続されてこの信号線２６と同電位とされる。抵抗８８の一端は、信号線２６に電気的に接続されてこの信号線２６と同電位とされ、抵抗８８の他端は、スイッチング素子１０のソースに電気的に接続されてこのソースと同電位とされる。抵抗８６の一端は、信号線２６に電気的に接続されてこの信号線２６と同電位とされ、抵抗８６の他端は、スイッチング素子１０のゲートに電気的に接続されてこのゲートと同電位とされる。

３．駆動装置の動作
次の説明は、駆動装置２０の動作に関する。

駆動装置２０において、信号線１８を介して与えられる第１指示信号及び第２指示信号は、グラウンドを基準とする電圧の信号である。第１指示信号は、第１トランジスタ３２をオフ状態にする電圧の信号であり、当該第１指示信号が信号線１８に与えられた場合に、トランジスタ３２のベースとグラウンドとの電位差を「トランジスタ３２をオフ状態に維持する電位差」とする信号である。以下の代表例では、第１指示信号は、グラウンドを基準とする電圧が第２指示信号よりも低い値（例えば０Ｖ）のグラウンド電圧（ローレベル電圧）の信号である。第２指示信号は、第１トランジスタ３２をオン状態にする電圧の信号であり、当該第２指示信号が信号線１８に与えられた場合に、トランジスタ３２のベースとグラウンドとの電位差を「トランジスタ３２をオン状態に維持する電位差」とする信号である。以下の代表例では、第２指示信号は、グラウンドを基準とする電圧が第１指示信号よりも高い値（例えば５Ｖ）のハイレベル電圧の信号である。

駆動装置２０では、入力回路３０に対して信号線１８を介して第１指示信号が入力されることに応じてトランジスタ３２のベースとグラウンドとの間に第１指示信号に基づく電圧が印加される。駆動装置２０では、入力回路３０に対して第２指示信号が入力されることに応じてトランジスタ３２のベースとグラウンドとの間に第２指示信号に基づく電圧が印加される。トランジスタ３２は、信号線１８に第１指示信号が与えられた場合にオフ状態となり、信号線１８に第２指示信号が与えられた場合にオン状態となる。

入力回路３０は、トランジスタ３２がオフ状態である場合には、信号線２２の電位を電源電位（電源線７６の電位）と同程度のハイレベル電位とし、信号線２２を介して上記電源電位に基づく第３電圧信号を出力する。つまり、入力回路３０は、信号線１８を介して第１指示信号が入力された場合に信号線２２に対し第３電圧信号を出力する。第３電圧信号は、電源線７６の電位と同等の電位のハイレベル信号である。

入力回路３０は、トランジスタ３２がオン状態である場合には、信号線２２の電位をグラウンド電位と同程度のローレベル電位とし、信号線２２を介してグラウンド電位に基づく上記第４電圧信号を出力する。つまり、入力回路３０は、信号線１８を介して第２指示信号が入力された場合に信号線２２に対し第４電圧信号を出力する。第４電圧信号は、グラウンド電位に近い電位（実質的に同等の電位）のローレベル信号である。

信号線２２を介して第３電圧信号が出力される場合、第３電圧信号に応じた信号がトランジスタ４２のベースに入力され、トランジスタ４２はオフ状態となる。「第３電圧信号に応じた信号」は、電源線７６の電位を基準とする電圧の信号であり、第３電圧信号が出力される場合にトランジスタ４２のベースに入力される信号であり、トランジスタ４２をオフ状態にする信号である。信号線２２を介して第４電圧信号が出力される場合、第４電圧信号に応じた信号がトランジスタ４２のベースに入力され、トランジスタ４２はオン状態となる。「第４電圧信号に応じた信号」は、グラウンド電位を基準とする電圧の信号であり、第４電圧信号が出力される場合にトランジスタ４２のベースに入力される信号であり、トランジスタ４２をオン状態にする信号である。

反転回路４１は、入力回路３０から信号線２２を介して第３電圧信号が出力された場合にトランジスタ４２がオフ状態となり、信号線２４に対し第５電圧信号を出力する。反転回路４１は、入力回路３０から信号線２２を介して第４電圧信号が出力された場合にトランジスタ４２がオン状態となり、信号線２４に対し第６電圧信号を出力する。第５電圧信号は、スイッチング素子１０のソース電位と同等のローレベル信号である。第６電圧信号は、電源線７６の電位に近い電位（実質的に同等の電位）のハイレベル信号である。

反転回路４１から信号線２４に対して第５電圧信号（ローレベル信号）が出力された場合、トランジスタ６２がオフ状態となり、トランジスタ６４がオン状態となる。従って、信号線２６の電位は、スイッチング素子１０のソース電位と同程度のローレベル電位となり、スイッチング素子１０のゲート電位もソース電位と同程度のローレベル電位となる。反転回路４１から信号線２４に対して第６電圧信号（ハイレベル信号）が出力された場合、トランジスタ６２がオン状態となり、トランジスタ６４がオフ状態となる。従って、信号線２６の電位は、電源線７６の電位(電源電位)と同程度のハイレベル電位となり、スイッチング素子１０のゲート電位も電源線７６の電位と同程度のローレベル電位となる。

プッシュプル回路６０は、反転回路４１が第５電圧信号（ローレベル信号）を出力する場合に第１電圧信号（ローレベル電圧の信号）をスイッチング素子１０のゲートに出力する。第１電圧信号は、スイッチング素子１０のソース電位を基準として定まる電圧の信号であり、スイッチング素子１０のソース電位に近い電位（実質的に同等の電位）のローレベル信号である。従って、第１電圧信号の出力中（即ち、第１指示信号の入力中）にスイッチング素子１０のソース電位が振動しても、スイッチング素子１０はオフ状態で安定的に維持される。

プッシュプル回路６０は、反転回路４１が第６電圧信号（ハイレベル信号）を出力する場合に第２電圧信号（ハイレベル電圧の信号）をスイッチング素子１０のゲートに出力する。第２電圧信号は、スイッチング素子１０のソース電位を基準として定まる電圧の信号であって電源電位（電源線７６の電位）に基づいて定まる電圧の信号であり、電源線７６の電位に近い電位（実質的に同等の電位）のハイレベル信号である。この構成では、第２電圧信号の出力中（即ち、第２指示信号の入力中）にスイッチング素子１０のソース電位が振動しても、電源線７６の電位はソース電位よりも一定程度高いレベルで維持されるようにソース電位の振動に対応して振動する。よって、スイッチング素子１０はオン状態で安定的に維持される。

４．効果の例
駆動装置２０は、駆動回路２０Ａに第１指示信号が与えられた場合、第１電圧信号をスイッチング素子１０のゲートに出力するように動作する。この第１電圧信号は、スイッチング素子１０のソースを基準とする電圧が閾値（スイッチング素子１０がオン状態に切り替わる閾値）未満となる電圧信号であるため、スイッチング素子１０を確実に遮断することができる。しかも、第１電圧信号は、スイッチング素子１０のソース電位に基づいて定まる電圧信号であり、ソース電位が振動しても、この振動に追従して第１電圧信号の電圧（ソースを基準とする電圧）が上記閾値未満で維持されやすい。よって、駆動装置２０は、第１指示信号が与えられた場合に、スイッチング素子１０を安定的に遮断状態にすることができる。更に、駆動装置２０は、駆動回路２０Ａに第２指示信号が与えられた場合、第２電圧信号を上記ゲートに出力するように動作する。第２電圧信号は、スイッチング素子１０のソース電位を基準として定まる電圧の信号であり、具体的にはスイッチング素子１０のソースを基準とする電圧が上記閾値以上の電圧信号であるため、スイッチング素子１０を確実に導通状態にすることができる。しかも、第２電圧信号は、電源電位（電源線７６の電位）に基づいて定まる電圧信号であり、電源電位は、ブートストラップ回路によってスイッチング素子１０のソース電位を基準として設定される電位となっている。従って、スイッチング素子１０のソース電位が振動しても、この振動に追従して第２電圧信号の電圧（上記ソースを基準とする電圧）が上記閾値以上で維持されやすい。よって、駆動装置２０は、第２指示信号が与えられた場合に、スイッチング素子１０を安定的に導通状態にすることができる。

駆動装置２０では、グラウンドの電位を基準として入力回路３０を動作させることができる。具体的には、入力回路３０は、グラウンドを基準とする電圧の信号によってトランジスタ３２をオンオフすることができ、第１指示信号及び第２指示信号がグラウンド基準の信号である場合に、第１指示信号に応じた第３電圧信号及び第２指示信号に応じた第４電圧信号をより正確に出力することができる。

更に、駆動装置２０は、グラウンド基準として動作する入力回路３０の信号を反転させるように反転回路４１を動作させることができる。具体的には、反転回路４１は、第３電圧信号（ハイレベル信号）を反転した信号として、スイッチング素子１０のソース電位に基づくローレベル信号（第５電圧信号）を生成することができる。また、反転回路４１は、第４電圧信号（ローレベル信号）を反転した信号として、電源電位に基づくハイレベル信号（第６電圧信号）を生成することができる。そして、このようなローレベル信号（第５電圧信号）及びハイレベル信号（第６電圧信号）によって、電源路２０Ｂとスイッチング素子１０のソースとの間に接続されたプッシュプル回路６０を正確に動作させることができる。この構成によれば、電源路２０Ｂやスイッチング素子１０のソースにおいて電位が振動しても、プッシュプル回路６０は、ソース電位に基づくローレベル信号（第１電圧信号）及び上記電源電位（電源線７６の電位）に基づくハイレベル信号（第２電圧信号）をより正確に出力することができる。

次の説明は、図１の負荷駆動装置１におけるシミュレーションの結果に関する。以下で説明されるシミュレーションは、図１に開示される駆動装置２０に対し、信号線１８を介してＰＷＭ信号が入力される場合のシミュレーションであり、ＰＷＭ信号の入力中にスイッチング素子１０のソース電位が振動する場合のシミュレーションである。

図２は、このシミュレーションにおける、入力信号の電圧（ＰＷＭ信号の電圧）、トランジスタ３２のベースエミッタ間電圧Ｖｂｅ、トランジスタ３２のコレクタエミッタ間電圧Ｖｃｅのそれぞれについての時間経過に伴う変化を示すグラフである。図２において、左の縦軸は、信号線１８に入力される入力信号の電圧（ＰＷＭ信号の電圧）及びトランジスタ３２のベースエミッタ間電圧Ｖｂｅを示す。図２において、右の縦軸は、トランジスタ３２のコレクタエミッタ間電圧Ｖｃｅを示す。図３は、このシミュレーションにおけるスイッチング素子１０のソース電位の時間経過に伴う変化を示すグラフである。図４は、このシミュレーションにおける電源線７６の電位（電源電位）の時間経過に伴う変化を示すグラフである。図５は、このシミュレーションにおける、ソース電位及び出力信号の電圧の時間経過に伴う変化を示すグラフである。図５において、左の縦軸は、ソース電位を示す。図５において、右の縦軸は、出力信号の電圧の目盛を示す。図６は、このシミュレーションにおける、入力信号（ＰＷＭ信号）のオンパルスと出力信号のオンパルスのタイミングを示すグラフである。なお、上記の出力信号の電圧は、スイッチング素子１０のソースを基準とする信号線２６の電圧である。

図２～図６で示されるシミュレーションでは、図３、図５のように、時間ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４においてスイッチング素子１０のソース電位が大きく振動している。しかし、図４に示されるように、電源路２０Ｂに設けられたブートストラップ回路の存在により、電源線７６では時間ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４付近において電源電位の低下は生じておらず、ソース電位の上昇時にはソース電位に対応して電源電位（電源線７６の電位）も上昇している。このような変化が生じるため、図２のように、入力信号（ＰＷＭ信号）のローレベルの期間（第１指示信号の期間）には、トランジスタ３２のコレクタエミッタ間電圧Ｖｃｅが確実にハイレベルで維持され、ＰＷＭ信号のハイレベルの期間（第２指示信号の期間）には、トランジスタ３２のコレクタエミッタ間電圧Ｖｃｅが確実にローレベルで維持される。従って、出力回路４０もＰＷＭ信号に対応して確実に動作することになり、図５に示されるように、ソース電位が大きく振動する時間ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４付近でも、出力信号の電圧がオン状態に切り替わるような誤作動は生じず、入力信号（ＰＷＭ信号）に対応した出力信号が安定的に出力される。

また、このシミュレーションでは、図６に示されるように、出力信号は、入力信号（ＰＷＭ信号）に正確に対応した信号となっており、ＰＷＭ信号の立ち上がり時間ｔａから出力信号の立ち上がりまでの遅延は非常に短くなっている。同様に、ＰＷＭ信号の立ち上がり時間ｔｂから出力信号の立ち下がりまでの遅延も非常に短くなっており、出力信号の遅延が抑制されている。例えば、図１のような駆動装置２０は、入力信号（ＰＷＭ信号）の周波数がより大きい場合（即ち、ソース電位の振動がより生じやすい場合）に効果的なものであるが、入力信号の周波数が大きい場合、出力信号が遅延することによる影響が大きくなる。しかし、図６のように遅延が抑えられたものであれば、周波数が大きい場合にも適用しやすく、より有効である。

＜他の実施形態＞
本開示は、上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述又は後述の実施形態の特徴は、矛盾しない範囲であらゆる組み合わせが可能である。また、上述又は後述の実施形態のいずれの特徴も、必須のものとして明示されていなければ省略することもできる。更に、上述した実施形態は、次のように変更されてもよい。

上記の実施形態では、スイッチング素子１０がＭＯＳＦＥＴによって構成されていたが、スイッチング素子１０は、ＭＯＳＦＥＴ以外であってもよい。例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などであってもよい。

なお、今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、今回開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示された範囲内又は特許請求の範囲と均等の範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１０ ：スイッチング素子
２０ ：駆動装置
２０Ａ ：駆動回路
２０Ｂ ：電源路（ブートストラップ回路）
３０ ：入力回路
３１ ：抵抗（第１抵抗）
３２ ：トランジスタ（第１トランジスタ）
４０ ：出力回路
４１ ：反転回路
４２ ：トランジスタ（第２トランジスタ）
４８ ：抵抗（第２抵抗）
６０ ：プッシュプル回路

Claims (3)

1. 第１端子と第２端子と第３端子とを備え、前記第２端子と前記第３端子の電位差が閾値以上である場合に前記第１端子と前記第２端子との間が導通状態となり、前記電位差が前記閾値未満である場合に前記第１端子と前記第２端子との間が遮断状態となる、スイッチング素子を駆動する駆動装置であって、
   前記第２端子の電位を基準とし前記第２端子よりも高い電位である電源電位を生じさせるブートストラップ回路を備える電源路と、
   自身の外部から第１指示信号が与えられた場合に、前記電位差が前記閾値未満となるように第１電圧信号を前記第３端子に出力し、自身の外部から前記第１指示信号とは異なる第２指示信号が与えられた場合に、前記電位差が前記閾値以上となるように第２電圧信号を前記第３端子に出力する駆動回路と、
   を有し、
   前記第１電圧信号は、基準となる前記第２端子の電位に基づいて定まる電圧の信号であり、
   前記第２電圧信号は、基準となる前記第２端子の電位および前記電源電位に基づいて定まる電圧の信号である
   駆動装置。
2. 前記駆動回路は、前記第１指示信号及び前記第２指示信号が入力される入力回路と、前記入力回路から信号を受けて動作し、前記第１電圧信号及び前記第２電圧信号を出力する出力回路と、を備え、
   前記入力回路は、前記電源路に電気的に接続される第１抵抗と、第１制御端子を有するとともに前記電源路とグラウンドとの間において前記第１抵抗と直列に接続される第１トランジスタと、を具備し、
   前記第１指示信号及び前記第２指示信号は、前記グラウンドを基準とする電圧の信号であり、
   前記入力回路に前記第１指示信号が入力されることに応じて前記第１制御端子と前記グラウンドとの間に前記第１指示信号に基づく電圧が印加され、前記入力回路に前記第２指示信号が入力されることに応じて前記第１制御端子と前記グラウンドとの間に前記第２指示信号に基づく電圧が印加され、
   前記第１トランジスタは、前記第１指示信号に応じて前記第１制御端子と前記グラウンドとの間に印加される電圧が所定電圧よりも低い場合にオフ状態となり、前記第２指示信号に応じて前記第１制御端子と前記グラウンドとの間に印加される電圧が前記所定電圧以上の場合にオン状態となり、
   前記入力回路は、前記第１トランジスタがオフ状態である場合には前記電源電位に基づく第３電圧信号を出力し、前記第１トランジスタがオン状態である場合には前記グラウンドの電位に基づく第４電圧信号を出力し、
   前記出力回路は、前記入力回路から前記第３電圧信号が出力される場合に前記第１電圧信号を出力し、前記入力回路から前記第４電圧信号が出力される場合に前記第２電圧信号を出力する
   請求項１に記載の駆動装置。
3. 前記出力回路は、反転回路と、プッシュプル回路と、を具備し、
   前記反転回路は、前記第３電圧信号及び前記第４電圧信号に応じた信号が入力される第２制御端子を有するとともに前記電源路に電気的に接続される第２トランジスタと、前記第２トランジスタと前記第２端子との間において前記第２トランジスタと直列に接続される第２抵抗と、を含み、
   前記第２トランジスタは、前記第３電圧信号に応じた信号が前記第２制御端子に入力されることに応じてオフ状態となり、前記第４電圧信号に応じた信号が前記第２制御端子に入力されることに応じてオン状態となり、
   前記反転回路は、前記第２トランジスタがオフ状態である場合には前記第２端子の電位に基づく第５電圧信号を出力し、前記第２トランジスタがオン状態である場合には前記電源電位に基づく第６電圧信号を出力し、
   前記プッシュプル回路は、前記電源路と前記第２端子との間に接続され、前記反転回路が前記第５電圧信号を出力する場合に前記第１電圧信号を出力し、前記反転回路が前記第６電圧信号を出力する場合に前記第２電圧信号を出力する
   請求項２に記載の駆動装置。

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