JP6320273B2 - 駆動回路 - Google Patents

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Description

この発明は、スイッチング素子を駆動するゲートドライブ制御に関する。
スイッチング素子の駆動方式には、オン抵抗駆動方式と定電流駆動方式とがある。オン抵抗駆動方式では、ゲートドライブ時の最初のタイミングにおいて駆動電流が大きく流れるため、EMI(Electro-Magnetic Interference)ノイズの発生が問題となっていた。
一方、定電流駆動方式は、ゲートドライブ初期のEMIノイズを抑制することが出来る反面、オン抵抗駆動方式と比較すると、必要な素子サイズが非常に大きくなるという問題がある。
そこで、特許文献1では、定電流駆動方式とオン抵抗駆動方式の両方を採用し、それらを随時切り替えて使用する駆動回路を提案している。
特開2009−011049号公報
しかし、特許文献1の駆動回路は、定電流駆動方式の回路とオン抵抗駆動方式の回路を個別に有しているため、回路面積は非常に大きくなってしまうという問題があった。本発明はこの問題に鑑み、定電流駆動方式とオン抵抗駆動方式の両方を採用する駆動回路において、回路面積を大きくしないことを目的とする。
本発明の第1の駆動回路は、制御信号を受けてスイッチング素子を駆動する駆動回路であって、スイッチング素子の制御電極に接続される出力トランジスタと、出力トランジスタとカレントミラー接続され出力トランジスタにミラー電流を流す基準トランジスタとを備える第1のカレントミラー回路と、基準トランジスタに接続され、出力トランジスタの制御電位を第1のカレントミラー回路のミラー動作時の電位から変化させる電位変化回路と、を備え、電位変化回路は、基準トランジスタに直列接続された第1のトランジスタと、第1のトランジスタの導通又は非導通を制御する制御回路と、を備え、制御回路は、スイッチング素子の制御電圧を監視する電圧監視回路を備え、電圧監視回路において制御電圧と閾値電圧の比較に基づき、第1のトランジスタの導通又は非導通を切り替える。
本発明の第2の駆動回路は、制御信号を受けてスイッチング素子を駆動する駆動回路であって、スイッチング素子の制御電極に接続される出力トランジスタと、出力トランジスタとカレントミラー接続され出力トランジスタにミラー電流を流す基準トランジスタとを備える第1のカレントミラー回路と、基準トランジスタに接続され、出力トランジスタの制御電位を第1のカレントミラー回路のミラー動作時の電位から変化させる電位変化回路と、を備え、電位変化回路は、基準トランジスタに直列接続された第1のトランジスタと、第1のトランジスタの導通又は非導通を制御する制御回路と、を備え、制御回路は、定電流駆動開始時からの時間を計測するタイマー回路を備え、タイマー回路において定電流駆動開始時から予め定めた時間が経過すると、第1のトランジスタが導通する。
本発明の第3の駆動回路は、制御信号を受けてスイッチング素子を駆動する駆動回路であって、スイッチング素子の制御電極に接続される出力トランジスタと、出力トランジスタとカレントミラー接続され出力トランジスタにミラー電流を流す基準トランジスタとを備える第1のカレントミラー回路と、基準トランジスタに接続され、出力トランジスタの制御電位を第1のカレントミラー回路のミラー動作時の電位から変化させる電位変化回路と、基準トランジスタに流すバイアス電流を生成する、基準トランジスタに直列接続された第3のトランジスタと、第1のトランジスタが導通する際に、第3のトランジスタを非導通にするバイアス電流制御回路と、を備え、電位変化回路は、基準トランジスタと出力トランジスタの共通制御線に第1電流電極が接続された第1のトランジスタと、第1のトランジスタの導通又は非導通を制御する制御回路と、を備え、制御回路は、スイッチング素子の制御電圧を監視する電圧監視回路を備え、電圧監視回路において制御電圧と閾値電圧の比較に基づき、第1のトランジスタの導通又は非導通を切り替える。
本発明の第4の駆動回路は、制御信号を受けてスイッチング素子を駆動する駆動回路であって、スイッチング素子の制御電極に接続される出力トランジスタと、出力トランジスタとカレントミラー接続され出力トランジスタにミラー電流を流す基準トランジスタとを備える第1のカレントミラー回路と、基準トランジスタに接続され、出力トランジスタの制御電位を第1のカレントミラー回路のミラー動作時の電位から変化させる電位変化回路と、基準トランジスタに流すバイアス電流を生成する、基準トランジスタに直列接続された第3のトランジスタと、第1のトランジスタが導通する際に、第3のトランジスタを非導通にするバイアス電流制御回路と、を備え、電位変化回路は、基準トランジスタと出力トランジスタの共通制御線に第1電流電極が接続された第1のトランジスタと、第1のトランジスタの導通又は非導通を制御する制御回路と、を備え、制御回路は、定電流駆動開始時からの時間を計測するタイマー回路を備え、タイマー回路において定電流駆動開始時から予め定めた時間が経過すると、第1のトランジスタが導通する。
本発明の第5の駆動回路は、制御信号を受けてスイッチング素子を駆動する駆動回路であって、スイッチング素子の制御電極に接続される出力トランジスタと、出力トランジスタとカレントミラー接続され出力トランジスタにミラー電流を流す基準トランジスタとを備える第1のカレントミラー回路と、基準トランジスタに接続され、出力トランジスタの制御電位を第1のカレントミラー回路のミラー動作時の電位から変化させる電位変化回路と、を備え、電位変化回路は、基準トランジスタと出力トランジスタの共通制御線に第1電流電極が接続された第1のトランジスタと、第1のトランジスタの導通又は非導通を制御する制御回路と、を備え、制御回路は、ソース側の駆動回路では、スイッチング素子の制御電圧を監視する電圧監視回路を備え、制御電圧が閾値電圧より大きいことを検知すると第1のトランジスタの導通又は非導通を切り替え、シンク側の駆動回路では、定電流駆動開始時からの時間を計測するタイマー回路を備え、定電流駆動開始時から予め定めた時間が経過すると、第1のトランジスタの導通又は非導通を切り替える。
本発明の第1の駆動回路は、制御信号を受けてスイッチング素子を駆動する駆動回路であって、スイッチング素子の制御電極に接続される出力トランジスタと、出力トランジスタとカレントミラー接続され出力トランジスタにミラー電流を流す基準トランジスタとを備える第1のカレントミラー回路と、基準トランジスタに接続され、出力トランジスタの制御電位を第1のカレントミラー回路のミラー動作時の電位から変化させる電位変化回路と、を備え、電位変化回路は、基準トランジスタに直列接続された第1のトランジスタと、第1のトランジスタの導通又は非導通を制御する制御回路と、を備え、制御回路は、スイッチング素子の制御電圧を監視する電圧監視回路を備え、電圧監視回路において制御電圧と閾値電圧の比較に基づき、第1のトランジスタの導通又は非導通を切り替える。電位変化回路を用いて出力トランジスタの制御電位を変化することによって、出力トランジスタを用いて定電流駆動又はオン抵抗駆動を切り替えることができるので、小さい回路面積で定電流駆動方式とオン抵抗駆動方式の両方を採用する駆動回路を実現することができる。
本発明の第2の駆動回路は、制御信号を受けてスイッチング素子を駆動する駆動回路であって、スイッチング素子の制御電極に接続される出力トランジスタと、出力トランジスタとカレントミラー接続され出力トランジスタにミラー電流を流す基準トランジスタとを備える第1のカレントミラー回路と、基準トランジスタに接続され、出力トランジスタの制御電位を第1のカレントミラー回路のミラー動作時の電位から変化させる電位変化回路と、を備え、電位変化回路は、基準トランジスタに直列接続された第1のトランジスタと、第1のトランジスタの導通又は非導通を制御する制御回路と、を備え、制御回路は、定電流駆動開始時からの時間を計測するタイマー回路を備え、タイマー回路において定電流駆動開始時から予め定めた時間が経過すると、第1のトランジスタが導通する。電位変化回路を用いて出力トランジスタの制御電位を変化することによって、出力トランジスタを用いて定電流駆動又はオン抵抗駆動を切り替えることができるので、小さい回路面積で定電流駆動方式とオン抵抗駆動方式の両方を採用する駆動回路を実現することができる。電位変化回路を用いて出力トランジスタの制御電位を変化することによって、出力トランジスタを用いて定電流駆動又はオン抵抗駆動を切り替えることができるので、小さい回路面積で定電流駆動方式とオン抵抗駆動方式の両方を採用する駆動回路を実現することができる。
本発明の第3の駆動回路は、制御信号を受けてスイッチング素子を駆動する駆動回路であって、スイッチング素子の制御電極に接続される出力トランジスタと、出力トランジスタとカレントミラー接続され出力トランジスタにミラー電流を流す基準トランジスタとを備える第1のカレントミラー回路と、基準トランジスタに接続され、出力トランジスタの制御電位を第1のカレントミラー回路のミラー動作時の電位から変化させる電位変化回路と、基準トランジスタに流すバイアス電流を生成する、基準トランジスタに直列接続された第3のトランジスタと、第1のトランジスタが導通する際に、第3のトランジスタを非導通にするバイアス電流制御回路と、を備え、電位変化回路は、基準トランジスタと出力トランジスタの共通制御線に第1電流電極が接続された第1のトランジスタと、第1のトランジスタの導通又は非導通を制御する制御回路と、を備え、制御回路は、スイッチング素子の制御電圧を監視する電圧監視回路を備え、電圧監視回路において制御電圧と閾値電圧の比較に基づき、第1のトランジスタの導通又は非導通を切り替える。電位変化回路を用いて出力トランジスタの制御電位を変化することによって、出力トランジスタを用いて定電流駆動又はオン抵抗駆動を切り替えることができるので、小さい回路面積で定電流駆動方式とオン抵抗駆動方式の両方を採用する駆動回路を実現することができる。
本発明の第4の駆動回路は、制御信号を受けてスイッチング素子を駆動する駆動回路であって、スイッチング素子の制御電極に接続される出力トランジスタと、出力トランジスタとカレントミラー接続され出力トランジスタにミラー電流を流す基準トランジスタとを備える第1のカレントミラー回路と、基準トランジスタに接続され、出力トランジスタの制御電位を第1のカレントミラー回路のミラー動作時の電位から変化させる電位変化回路と、基準トランジスタに流すバイアス電流を生成する、基準トランジスタに直列接続された第3のトランジスタと、第1のトランジスタが導通する際に、第3のトランジスタを非導通にするバイアス電流制御回路と、を備え、電位変化回路は、基準トランジスタと出力トランジスタの共通制御線に第1電流電極が接続された第1のトランジスタと、第1のトランジスタの導通又は非導通を制御する制御回路と、を備え、制御回路は、定電流駆動開始時からの時間を計測するタイマー回路を備え、タイマー回路において定電流駆動開始時から予め定めた時間が経過すると、第1のトランジスタが導通する。電位変化回路を用いて出力トランジスタの制御電位を変化することによって、出力トランジスタを用いて定電流駆動又はオン抵抗駆動を切り替えることができるので、小さい回路面積で定電流駆動方式とオン抵抗駆動方式の両方を採用する駆動回路を実現することができる。
本発明の第5の駆動回路は、制御信号を受けてスイッチング素子を駆動する駆動回路であって、スイッチング素子の制御電極に接続される出力トランジスタと、出力トランジスタとカレントミラー接続され出力トランジスタにミラー電流を流す基準トランジスタとを備える第1のカレントミラー回路と、基準トランジスタに接続され、出力トランジスタの制御電位を第1のカレントミラー回路のミラー動作時の電位から変化させる電位変化回路と、を備え、電位変化回路は、基準トランジスタと出力トランジスタの共通制御線に第1電流電極が接続された第1のトランジスタと、第1のトランジスタの導通又は非導通を制御する制御回路と、を備え、制御回路は、ソース側の駆動回路では、スイッチング素子の制御電圧を監視する電圧監視回路を備え、制御電圧が閾値電圧より大きいことを検知すると第1のトランジスタの導通又は非導通を切り替え、シンク側の駆動回路では、定電流駆動開始時からの時間を計測するタイマー回路を備え、定電流駆動開始時から予め定めた時間が経過すると、第1のトランジスタの導通又は非導通を切り替える。電位変化回路を用いて出力トランジスタの制御電位を変化することによって、出力トランジスタを用いて定電流駆動又はオン抵抗駆動を切り替えることができるので、小さい回路面積で定電流駆動方式とオン抵抗駆動方式の両方を採用する駆動回路を実現することができる。
本発明の実施の形態1に係る駆動回路の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態1に係る駆動回路の回路図である。 本発明の実施の形態1に係る駆動回路の動作を示す図である。 本発明の実施の形態1に係る駆動回路の回路図である。 本発明の実施の形態1に係る駆動回路の回路図である。 本発明の実施の形態2に係る駆動回路の回路図である。 本発明の実施の形態3に係る駆動回路の回路図である。 本発明の実施の形態3の変形例に係る駆動回路の回路図である。 本発明の実施の形態3の変形例に係る駆動回路の回路図である。 本発明の実施の形態3の変形例に係る駆動回路の回路図である。 本発明の実施の形態4に係る駆動回路の回路図である。 本発明の実施の形態5に係る駆動回路の回路図である。 本発明の実施の形態6に係る駆動回路の回路図である。
<A.実施の形態1>
<A−1.構成>
図1は、本発明の実施の形態1に係る駆動回路101の構成を示すブロック図である。本駆動回路は、ゲートドライブ素子として、ソース制御を行うPchMOSFET1と、シンク制御を行うNchMOSFET2を有している。また、PchMOSFET1とNchMOSFET2の夫々に対して、定電流駆動制御系統とオン抵抗駆動制御系統を有している。すなわち、一つのMOSFETを定電流駆動とオン抵抗駆動の両方に用いる構成である。
図2は、駆動回路101の回路図である。駆動回路101は、制御信号pwmsignalを受けて、出力端子outに接続されたスイッチング素子を駆動する。駆動回路101は、ソース側の回路とシンク側の回路を有しており、シンク側はソース側と極性を反対にした対称な回路構成である。そのため、以下では主にソース側の回路構成について説明する。
駆動回路101は、カレントミラー回路と、カレントミラー回路の出力トランジスタ(PchMOSFET1)の制御電位をカレントミラー回路のミラー動作時の電位から変化させる電位変化回路とを備える。
カレントミラー回路は、出力トランジスタであるPchMOSFET1と、PchMOSFET1とカレントミラー接続されPchMOSFET1にミラー電流を流す基準トランジスタであるPchMOSFET3とを備える。具体的には、PchMOSFET3とPchMOSFET1とはゲート電極同士が接続され、PchMOSFET3は、ゲート電極とドレイン電極が短絡される。
また、PchMOSFET3のドレイン電極はNchMOSFET7のドレイン電極と接続されている。NchMOSFET7は、ソース電極がグランド(GND)に接地され、カレントミラー回路のバイアス電流生成回路を構成する第3のトランジスタである。NchMOSFET7のゲート電極には2つのNOTゲート9,11を介して制御信号pwmsignalが入力され、制御信号pwmsignalに応じて導通することによりカレントミラー回路のバイアス電流を生成する。
さらに、駆動回路101は、駆動対象のスイッチング素子のゲート電圧を監視する電圧監視回路17と、PchMOSFET1のゲート電極にドレイン電極が接続されたNchMOSFET5(第1のトランジスタ)を備えている。
電圧監視回路17は、駆動対象のスイッチング素子のゲート電圧が閾値を超えると論理レベルH(以下、「“H”」)を出力する。電圧監視回路17の出力は、ANDゲート13に入力される。ANDゲート13には、電圧監視回路17の出力と制御信号pwmsignalとが入力される。そして、ANDゲート13の出力端子はNchMOSFET5のゲート電極に接続される。
従って、制御信号pwmsignalと電圧監視回路17の出力が共に“H”である場合に、NchMOSFET5が導通する。これにより、PchMOSFET1のゲート電位はPchMOSFET3のゲート電位と同電位から変化し、PchMOSFET1はそのオン抵抗に応じた電圧で駆動対象のスイッチング素子を駆動する。このように、NchMOSFET5は、PchMOSFET1のゲート電位をPchMOSFET3のゲート電位から切り離す電位変化回路として動作する。そして、電圧監視回路17及びANDゲート13は、NchMOSFET5の導通又は非導通を制御する制御回路として動作する。
以上が、駆動回路101のソース側の回路構成である。シンク側の回路構成もこれと略同様である。駆動回路101のシンク側は、カレントミラー回路と、カレントミラー回路の出力トランジスタであるNchMOSFET2の制御電位をカレントミラー回路のミラー動作時の電位から変化させる電位変化回路とを備える。
シンク側のカレントミラー回路は、出力トランジスタであるNchMOSFET2と、NchMOSFET2とカレントミラー接続されNchMOSFET2にミラー電流を流す基準トランジスタであるNchMOSFET4とを備える。具体的には、NchMOSFET2とNchMOSFET4とはゲート電極同士が接続され、NchMOSFET4は、ゲート電極とドレイン電極が短絡される。
また、NchMOSFET4のドレイン電極はPchMOSFET8のドレイン電極と接続されている。PchMOSFET8は、ソース電極が電源VDに接続され、カレントミラー回路のバイアス電流生成回路となる。PchMOSFET8のゲート電極には2つのNOTゲート10,12を介して制御信号pwmsignalが入力され、制御信号pwmsignalに応じて導通することによりカレントミラー回路のバイアス電流を生成する。
さらに、駆動回路101は、駆動対象のスイッチング素子のゲート電圧を監視する電圧監視回路17,18と、NchMOSFET2のゲート電極にドレイン電極が接続されたNchMOSFET6(第1のトランジスタ)を備えている。
電圧監視回路17,18は、駆動対象のスイッチング素子のゲート電圧が閾値以上になると論理レベルHを出力する。電圧監視回路17,18の出力は、NOTゲート16を介してANDゲート14に入力される。ANDゲート14には、電圧監視回路17,18の出力が入力される他、制御信号pwmsignalがNOTゲート15を介して入力される。そして、ANDゲート14の出力端子はNchMOSFET6のゲート電極に接続される。
従って、制御信号pwmsignalと電圧監視回路17,18の出力が共に論理レベルL(以下、「“L”」)である場合に、NchMOSFET6が導通する。これにより、NchMOSFET2のゲート電位は、カレントミラー回路のミラー動作時の電位、すなわちNchMOSFET4のゲート電位から変化する。そして、NchMOSFET2はそのオン抵抗に応じた電圧で駆動対象のスイッチング素子を駆動する。このように、NchMOSFET6は、NchMOSFET2のゲート電位をNchMOSFET4のゲート電位から切り離す電位変化回路として動作する。そして、電圧監視回路17,18及びANDゲート14は、NchMOSFET6の導通又は非導通を制御する制御回路として動作する。
<A−2.動作>
図3は、制御信号pwmsignal、駆動対象のスイッチング素子のゲート電圧OUT、電位変化回路であるNchMOSFET5のゲート電圧pmoscnt及びシンク側の電位変化回路であるNchMOSFET6のゲート電圧nmoscntの波形図を示している。
制御信号pwmsignalがHになると、NchMOSFET7が導通し、カレントミラー回路にバイアス電流が流れる。そして、PchMOSFET3のドレイン電流と略等しいドレイン電流がPchMOSFET1にも流れ、スイッチング素子は定電流駆動される。
定電流駆動によりスイッチング素子のゲート電圧OUTは上昇していく。ゲート電圧OUTが閾値を超えたことが電圧監視回路で検出されると、pmoscntが“H”になり、NchMOSFET5が導通して、PchMOSFET1によるオン抵抗駆動が行われる。
次に、制御信号pwmsignalが“L”になると、pmoscntが“L”になり、NchMOSFET5が非導通になると共に、カレントミラー回路のバイアス電流も生成されない。一方、シンク側ではPchMOSFET8が導通し、カレントミラー回路による定電流駆動が行われる。そして、ゲート電圧OUTは徐々に低下してゆく。
電圧監視回路17,18は、ゲート電圧OUTが閾値未満となったことを検出すると、“L”を出力する。当該出力は、NOTゲート16を介してANDゲート14に入力される。そして、ANDゲート14の出力nmoscntがHになる。すると、NchMOSFET6が導通し、NchMOSFET2によるオン抵抗駆動が行われる。
<A−3.電圧監視回路>
電圧監視回路17,18は、駆動対象のスイッチング素子の制御電圧(ゲート電圧)を監視し、当該制御電圧が閾値以上か否かを判断する。電圧監視回路17,18は、閾値を有するロジック素子により構成されても良い。そうすれば、容易に回路を構成することが可能になる他、ロジック素子の高速動作性によりゲート電圧監視機能の遅延を抑制することができる。
また、図4に示すように、電圧監視回路17,18をシュミット回路19,20によって構成しても良い。これにより、回路の簡素化が図られる。また、シュミット回路の反応速度は素子特性に依存するため、切り替えの遅延を小さくすることができる。
また、図5に示すように、電圧監視回路17,18をコンパレータ21,22によって構成されても良い。これにより、電源電圧に依存しない精度の高い閾値設定が可能となる。これにより、EMIノイズの影響を受ける範囲では正確に定電流駆動方式で動作させることができ、ノイズ低減効果を高くすることができる。
<A−4.効果>
実施の形態1に係る駆動回路101は、スイッチング素子の制御電極に接続される出力トランジスタ(PchMOSFET1)と、出力トランジスタとカレントミラー接続され出力トランジスタにミラー電流を流す基準トランジスタ(PchMOSFET3)とを備える第1のカレントミラー回路と、基準トランジスタに接続され、出力トランジスタの制御電位を第1のカレントミラー回路のミラー動作時の電位から変化させる電位変化回路(NchMOSFET5)と、を備える。従って、電位変化回路を用いて出力トランジスタの制御電位を変化することによって、出力トランジスタを定電流駆動用又はオン抵抗駆動用として切り替えて動作させることが出来る。よって、小さい回路面積で定電流駆動方式とオン抵抗駆動方式の両方を採用する駆動回路を実現することができる。
また、電位変化回路は、基準トランジスタと出力トランジスタの共通制御線に第1電流電極が接続された第1のトランジスタ(NchMOSFET5)と第1のトランジスタの導通又は非導通を制御する制御回路と、を備える。従って、第1のトランジスタが非導通であればカレントミラー回路のミラー電流によって定電流駆動が行われ、第1のトランジスタが導通すれば出力トランジスタのオン抵抗によりオン抵抗駆動がなされる。
また、制御回路は、スイッチング素子の制御電圧を監視する電圧監視回路17,18を備える。そして、ソース側では、電圧監視回路17で制御電圧が閾値電圧より大きいことを検知すると、第1のトランジスタ(NchMOSFET15)を導通する。また、シンク側では、電圧監視回路17,18で制御電圧が閾値電圧より小さいことを検知すると、第1のトランジスタ(NchMOSFET6)を導通する。従って、制御電圧に応じて定電流駆動とオン抵抗駆動を切り替えることができる。
また、閾値を有するロジック素子により電圧監視回路17,18を構成することにより、容易に回路を構成することが可能になる他、ロジック素子の高速動作性によりゲート電圧監視機能の遅延を抑制することができる。
また、シュミット回路19,20により電圧監視回路17,18を構成することにより、回路の簡素化が図られる。また、シュミット回路19,20の反応速度は素子特性に依存するため、切り替えの遅延を小さくすることができる。
また、コンパレータ21,22により電圧監視回路17,18を構成することにより、電源電圧に依存しない精度の高い閾値設定が可能となる。これにより、EMIノイズの影響を受ける範囲では正確に定電流駆動方式で動作させることができ、ノイズ低減効果を高くすることができる。
また、駆動回路101は、基準トランジスタ(PchMOSFET1)に流すバイアス電流を生成するバイアス電流生成回路を備えるので、カレントミラー回路のミラー電流により出力トランジスタ(PchMOSFET3)を用いた定電流駆動を行うことができる。
また、基準トランジスタ(PchMOSFET3)に直列接続された第3のトランジスタ(NchMOSFET7)をバイアス電流生成回路とすることにより、NchMOSFET7のオン時のドレイン電流をバイアス電流とすることができる。
<B.実施の形態2>
<B−1.構成>
図6は、実施の形態2に係る駆動回路102の回路図である。駆動回路102は、実施の形態1に係る駆動回路101の構成において、電圧監視回路17,18に代えてタイマー回路23,24を設けたものである。駆動回路101では、電圧監視回路17,18においてゲート電圧を閾値電圧と比較し、その比較に基づき定電流駆動からオン抵抗駆動に切り替えていた。しかし、駆動回路102では、タイマー回路23,24によって時間を計測し、定電流駆動開始から一定時間経過でオン抵抗駆動を切り替える。
ソース側のタイマー回路23は、制御信号pwmsignalを受け、NchMOSFET5のゲート電極に出力信号を供給する。シンク側のタイマー回路24は、NOTゲート25を介して制御信号pwmsignalを受け、NchMOSFET6のゲート電極に出力信号を供給する。
<B−2.動作>
駆動回路102の動作を説明する。制御信号pwmsignalの論理レベルが“L”から“H”に変わると、NchMOSFET7が導通して定電流駆動が開始すると共に、タイマー回路23に“H”が入力されタイマー回路23の計時が開始する。タイマー回路23は、定電流駆動の開始から予め定めた時間が経過すると“H”を出力し、これによりNchMOSFET5が導通する。そして、PchMOSFET1のオン抵抗によるオン抵抗駆動に切り替わる。
次に、制御信号pwmsignalの論理レベルが“H”から“L”に変わると、シンク側のカレントミラー回路のミラー電流により定電流駆動が行われる。それと共に、タイマー回路24の入力が“H”となりタイマー回路24の計時が開始する。タイマー回路24は、定電流駆動の開始から予め定めた時間が経過するとHを出力し、これによりNchMOSFET6が導通する。そして、NchMOSFET2のオン抵抗によるオン抵抗駆動に切り替わる。
<B−3.効果>
実施の形態2の駆動回路102において、制御回路は、定電流駆動開始時からの時間を計測するタイマー回路23,24を備える。タイマー回路23,24において定電流駆動開始時から予め定めた時間が経過すると、NchMOSFET5,6が導通するため、ソース時はPchMOSFET1によるオン抵抗駆動、シンク時はNchMOSFET2によるオン抵抗駆動に切り替えることができる。
<C.実施の形態3>
<C−1.構成>
図7は、実施の形態3に係る駆動回路103Aの回路図である。駆動回路103Aは、実施の形態1に係る駆動回路101の構成に加えて、PchMOSFET26,27(第2のトランジスタ)を備えている。
駆動回路103Aのソース側において、PchMOSFET26のドレイン電極及びソース電極は、カレントミラー回路の共通制御線に接続される。また、PchMOSFET26のゲート電極はANDゲート13の出力端子及びNchMOSFET5のゲート電極と接続される。
駆動回路103Aのシンク側において、PchMOSFET27のドレイン電極及びソース電極は、カレントミラー回路の共通制御線に接続される。また、PchMOSFET27のゲート電極は、ANDゲート14の出力端子及びNchMOSFET6のゲート電極と接続される。
<C−2.動作>
実施の形態1に係る駆動回路101では、NchMOSFET5が導通することにより、PchMOSFET1のゲート電位をGND電位に落とし、PchMOSFET1をオン抵抗駆動動作に切り替えていた。しかし、NchMOSFET5とPchMOSFET3が直列に接続されると、PchMOSFET1のゲート電位をGND電位へ落とす妨げとなる。そこで、駆動回路103Aでは、NchMOSFET5が導通する際、PchMOSFET26を非導通にすることで、カレントミラー回路の基準側を出力側から切り離す構成とした。これにより、PchMOSFET1のゲート電位をスムーズにGND電位に落とすことが出来る。
シンク側の構成も同様で、NchMOSFET6が導通する際、PchMOSFET27を非導通にすることで、NchMOSFET2のゲート電位をスムーズにVDに上げることが出来る。
<C−3.変形例>
図8は、実施の形態3の変形例1に係る駆動回路103Bの回路図を示している。駆動回路103Bは、駆動回路103Aの構成に加えて、遅延回路32,33を備えたものである。遅延回路32は、ソース側において、ANDゲート13とNchMOSFET5のゲート電極との間に設けられる。また、遅延回路33は、シンク側において、ANDゲート14とNchMOSFET6のゲート電極との間に遅延回路33を備えたものである。
遅延回路32を設けたことにより、ANDゲート13の出力pmoscntの論理レベルが“L”から“H”に切り替わってから、NchMOSFET5が導通するまでに遅延が生ずる。従って、pmoscntの論理レベルがLからHに切り替わると、NchMOSFET5が導通するより先にPchMOSFET26が非導通になり、カレントミラー回路の基準側が出力側に対して切り離される。従って、確実にPchMOSFET1をオン抵抗駆動動作させることができる。
シンク側の動作も同様である。遅延回路33を設けたことにより、ANDゲート14の出力nmoscntの論理レベルが“L”から“H”に切り替わると、NchMOSFET6が導通するより先にPchMOSFET27が非導通になり、カレントミラー回路の基準側が出力側に対して切り離される。従って、確実にNchMOSFET2をオン抵抗駆動動作させることができる。
図9に示すように、遅延回路32,33は、ゲート抵抗負荷34,35によって構成しても良い。
図10は、実施の形態3の変形例2に係る駆動回路103Cの回路図である。駆動回路103Cは、駆動回路103Aの構成に加えて、定電流駆動からオン抵抗駆動に移行する際にカレントミラー回路のバイアス電流をオフにするバイアス電流制御回路を備えている。
具体的には、バイアス電流制御回路は、駆動回路103Cのソース側において、ANDゲート13の出力pmoscntを受けるNOTゲート28と、NOTゲート28の出力を受けるANDゲート30を備えている。ANDゲート30は、NOTゲート28の出力の他に制御信号pwmsignalを受け、その出力はNOTゲート11に入力される。
また、バイアス電流制御回路は、駆動回路103Cのシンクにおいて、ANDゲート14の出力nmoscntを受けるNOTゲート29と、NOTゲート29の出力を受けるORゲート31を備えている。ORゲート31は、NOTゲート29の出力の他に制御信号pwmsignalを受け、その出力はNOTゲート12に入力される。
制御信号pwmsignalがHで駆動回路103Cがオン抵抗駆動に移行する際、ANDゲート13の出力pmoscntが“H”になる。このとき、NOTゲート28を介してANDゲート30には“L”が入力されるため、ANDゲート30の出力は“L”となる。従って、NchMOSFET7は非導通となる。その結果、NchMOSFET7によるバイアス電流は生成されない。
制御信号pwmsignalが“L”で駆動回路103Cがオン抵抗駆動に移行する際、ANDゲート14の出力nmoscntが“H”になる。このとき、NOTゲート29を介してORゲート31には“L”が入力されるため、ORゲート31の出力は“L”となる。従って、PchMOSFET8は非導通となる。その結果、PchMOSFET8によるバイアス電流は生成されない。
もし、オン抵抗駆動に切り替わった後もバイアス電流が生成されるとすれば、このバイアス電流により回路電流が増大してしまうが、NchMOSFET7、PchMOSFET8をオフにすることにより、回路電流の増大を防止することができる。
<C−4.効果>
実施の形態3に係る駆動回路103Aは、基準トランジスタ(PchMOSFET3)と出力トランジスタ(PchMOSFET1)の共通制御線に第1電流電極(ドレイン電極)及び第2電流電極(ソース電極)が接続される第2のトランジスタ(PchMOSFET26)をさらに備え、第2のトランジスタは、制御電極(ゲート電極)が第1のトランジスタ(NchMOSFET5)の制御電極(ゲート電極)と接続される。従って、第1のトランジスタを導通して、駆動回路103Aの動作をオン抵抗駆動動作に切り替える際に、カレントミラー回路の基準側を出力側から切り離すことにより、出力トランジスタの制御電位をカレントミラー回路のミラー動作時の電位から変化させ、スムーズにオン抵抗駆動へ切り替えることが出来る。
また、駆動回路103Bは、制御回路と第1のトランジスタ(NchMOSFET5)との間に抵抗回路などの遅延回路を備えるので、第1のトランジスタが導通するより先に第2のトランジスタでカレントミラー回路の基準側を出力側から切り離すことができ、スムーズにオン抵抗駆動へ切り替えることが出来る。
また、駆動回路103Cは、第1のトランジスタ(NchMOSFET5)が導通する際に第3のトランジスタ(NchMOSFET7)を非導通にするバイアス電流制御回路(ANDゲート30、NOTゲート28、ORゲート31、NOTゲート29)を備えるので、オン抵抗駆動時にバイアス電流による回路電流の増大を防ぐことができる。
<D.実施の形態4>
実施の形態1に係る駆動回路101では、NchMOSFET5を導通することでPchMOSFET1にオン抵抗駆動動作を行わせていたが、その間もカレントミラー回路の基準側ではNchMOSFET7によるバイアス電流が流れており、これが回路電流を増大させる要因となってしまう。
そこで、実施の形態4に係る駆動回路104では、オン抵抗駆動動作時に当該バイアス電流が流れないようにする。
<D−1.構成>
図11は、駆動回路104の回路図である。駆動回路101では、カレントミラー回路の共通接続線に第1のトランジスタとしてNchMOSFET5,6を接続していた。これに対し、駆動回路104では、カレントミラー回路の基準トランジスタ(PchMOSFET3、NchMOSFET4)に第1のトランジスタを直列接続する。すなわち、PchMOSFET3にPchMOSFET44を直列接続し、NchMOSFET4にPchMOSFET45を直列接続する。
それ以外の駆動回路101の構成は駆動回路104と同様であり、PchMOSFET44のゲート電極にはANDゲート13の出力端子が接続され、PchMOSFET45のゲート電極にはANDゲート14の出力端子が接続される。
<D−2.動作>
ソース動作において、定電流駆動からオン抵抗駆動へ動作を切り替える際、ANDゲート13の出力pmoscntがLからHに切り替わる。そのとき、PchMOSFET44が非導通となるため、カレントミラー回路の基準側がハイインピーダンスとなる。従って、NchMOSFET7によるバイアス電流が流れず、回路電流の増大を防ぐことができる。
シンク動作においては、定電流駆動からオン抵抗駆動へ動作を切り替える際、ANDゲート14の出力nmoscntがLからHに切り替わる。そのとき、PchMOSFET45が非導通となるため、カレントミラー回路の基準側がハイインピーダンスとなる。従って、PchMOSFET8によるバイアス電流が流れず、回路電流の増大を防ぐことができる。
<D−3.効果>
実施の形態4に係る駆動回路104において、PchMOSFET44,45がカレントミラー回路の基準トランジスタ(PchMOSFET3、NchMOSFET4)に直列接続され、電位変化回路の第1のトランジスタとなる。定電流駆動からオン抵抗駆動へ移行する際にはPchMOSFET44,45が非導通となることによって、カレントミラー回路の基準側をハイインピーダンスとし、バイアス電流が流れることを防止することができる。従って、オン抵抗駆動時の回路電流の増大を防ぐことができる。
<E.実施の形態5>
<E−1.構成>
図12は、実施の形態5に係る駆動回路105の回路図である。駆動回路105は、駆動回路101の構成において、カレントミラー回路のバイアス電流を作成するためのNchMOSFET7,8に代えて、第2のカレントミラー回路を設けたものである。
なお、ここでは区別のために、PchMOSFET1,3で構成されるカレントミラー回路を第1のカレントミラー回路と呼ぶ。
駆動回路105のソース側において、第2のカレントミラー回路は、出力トランジスタであるNchMOSFET40と、NchMOSFET40とカレントミラー接続されNchMOSFET40にミラー電流を流す基準トランジスタであるNchMOSFET38とを備える。具体的には、NchMOSFET38とNchMOSFET40とはゲート電極同士が接続され、NchMOSFET38は、ゲート電極とドレイン電極が短絡される。
NchMOSFET40はPchMOSFET3と直列接続される。また、NchMOSFET38のドレイン電極には、第2のカレントミラー回路のバイアス電流を生成するPchMOSFET36(第4のトランジスタ)が直列接続される。PchMOSFET36のゲート電極には、NOTゲート42を介して制御信号pwmsignalが入力される。
また、駆動回路105のシンク側において、第2のカレントミラー回路は、出力トランジスタであるNchMOSFET41と、NchMOSFET41とカレントミラー接続されNchMOSFET41にミラー電流を流す基準トランジスタであるNchMOSFET39とを備える。具体的には、NchMOSFET39とNchMOSFET41とはゲート電極同士が接続され、NchMOSFET39は、ゲート電極とドレイン電極が短絡される。
NchMOSFET41はNchMOSFET4と直列接続される。また、NchMOSFET39のドレイン電極には、第2のカレントミラー回路のバイアス電流を生成するNchMOSFET37(第4のトランジスタ)が直列接続される。NchMOSFET37のゲート電極には、NOTゲート43を介して制御信号pwmsignalが入力される。
<E−2.動作>
制御信号pwmsignalがHになると、駆動回路105のソース側では、NOTゲート42を介してPchMOSFET36のゲートにLが入力され、PchMOSFET36は導通する。そして、PchMOSFET36のオン抵抗に応じたドレイン電流が、第2カレントミラー回路のバイアス電流として生成され、このバイアス電流にほぼ等しい電流が第2カレントミラー回路の出力側にも流れる。
第2カレントミラー回路の出力側に流れる電流は、第1カレントミラー回路の基準電流でもある。従って、PchMOSFET36のバイアス電流によって、定電流駆動時のPchMOSFET1のドレイン電流が制御される。
駆動回路105のシンク側では、制御信号pwmsignalがLになると、NOTゲート43を介してNchMOSFET37のゲートにHが入力され、NchMOSFET37は導通する。そして、NchMOSFET37のオン抵抗に応じたドレイン電流が、第2カレントミラー回路のバイアス電流として生成され、このバイアス電流にほぼ等しい電流が第2カレントミラー回路の出力側にも流れる。
従って、NchMOSFET37のバイアス電流によって、定電流駆動時のNchMOSFET2のドレイン電流が制御される。
なお、オン抵抗駆動時の動作は、駆動回路101と同様である。
<E−3.効果>
実施の形態5に係る駆動回路105において、バイアス電流生成回路は、出力端が前記第1のカレントミラー回路の入力端に接続された第2のカレントミラー回路と、第2のカレントミラー回路の入力端に接続された第4のトランジスタ(PchMOSFET36、NchMOSFET37)とを備える。このような構成にすることにより、定電流駆動時の電流を制御するPchMOSFET36(ソース側)、NchMOSFET37(シンク側)と、定電圧駆動時の駆動能力を定めるPchMOSFET1(ソース側),NchMOSFET2(シンク側)とを、同じ極性のMOSFETとすることができ、特性のペアリング向上を図ることができる。
<F.実施の形態6>
<F−1.構成>
図13は、実施の形態6に係る駆動回路106の回路図である。駆動回路106は、ソース側の回路は駆動回路101を用い、シンク側の回路は駆動回路102を用いたものである。
<F−2.動作>
ソース側では電圧監視回路によってゲート電圧を監視し、ゲート電圧が閾値電圧を上回った時点で定電圧駆動に切り替える。一方、シンク側ではタイマー回路24によって定電流駆動開始時から一定時間が経過したときに定電圧駆動に切り替える。
ソース側では、半導体スイッチング素子の閾値電圧やミラー電圧などでノイズ悪化や損失悪化が決まる。そこで、ゲート電圧を監視して駆動方法の切り替えを行う。
一方、シンク側ではサージ電圧が発生する懸念があるため、定電流駆動の帰還をタイマー制御で定めることにより、サージ電圧を抑制する。
<F−3.効果>
実施の形態6に係る駆動回路106において、NchMOSFET5,6(第1のトランジスタ)の導通又は非導通を制御する制御回路は、駆動回路106のソース側では、スイッチング素子の制御電圧を監視する電圧監視回路17を備える。電圧監視回路17は、制御電圧が閾値電圧より大きいことを検知するとHを出力し、NchMOSFET5を導通させる。一方、駆動回路106のシンク側では、制御回路は定電流駆動開始時からの時間を計測するタイマー回路24を備える。タイマー回路24は、定電流駆動開始時から予め定めた時間が経過するとHを出力し、NchMOSFET6を導通させる。ソース側では、制御電圧を監視して駆動方法を切り替えることにより、スイッチング素子の閾値電圧やミラー電圧の変化によるノイズ悪化や損失悪化を避けることができる。また、シンク側では定電流駆動の帰還をタイマー制御で定めることにより、サージ電圧を抑制することができる。
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
1,3,8,26,27,36,44,45 PchMOSFET、2,4,5,6,7,37−41 NchMOSFET、9−12,15,16,25,28,29,42,43 NOTゲート、13,14,30 ANDゲート、17,18 電圧監視回路、19,20 シュミット回路、21,22 コンパレータ、23,24 タイマー回路、31 ORゲート、32,33 遅延回路、34,35 ゲート抵抗負荷、101,102,103A,103B,103C,104,105,106 駆動回路。

Claims (15)

  1. 制御信号を受けてスイッチング素子を駆動する駆動回路であって、
    前記スイッチング素子の制御電極に接続される出力トランジスタと、前記出力トランジスタとカレントミラー接続され前記出力トランジスタにミラー電流を流す基準トランジスタとを備える第1のカレントミラー回路と、
    前記基準トランジスタに接続され、前記出力トランジスタの制御電位を前記第1のカレントミラー回路のミラー動作時の電位から変化させる電位変化回路と、を備え、
    前記電位変化回路は、前記基準トランジスタに直列接続された第1のトランジスタと、
    前記第1のトランジスタの導通又は非導通を制御する制御回路と、を備え、
    前記制御回路は、前記スイッチング素子の制御電圧を監視する電圧監視回路を備え、前記電圧監視回路において前記制御電圧と閾値電圧の比較に基づき、前記第1のトランジスタの導通又は非導通を切り替える、
    駆動回路。
  2. 前記電圧監視回路は、閾値を有するロジック素子により構成される、
    請求項1に記載の駆動回路。
  3. 前記電圧監視回路は、シュミット回路により構成される、
    請求項1に記載の駆動回路。
  4. 前記電圧監視回路は、コンパレータにより構成される、
    請求項1に記載の駆動回路。
  5. 制御信号を受けてスイッチング素子を駆動する駆動回路であって、
    前記スイッチング素子の制御電極に接続される出力トランジスタと、前記出力トランジスタとカレントミラー接続され前記出力トランジスタにミラー電流を流す基準トランジスタとを備える第1のカレントミラー回路と、
    前記基準トランジスタに接続され、前記出力トランジスタの制御電位を前記第1のカレントミラー回路のミラー動作時の電位から変化させる電位変化回路と、を備え、
    前記電位変化回路は、前記基準トランジスタに直列接続された第1のトランジスタと、
    前記第1のトランジスタの導通又は非導通を制御する制御回路と、を備え、
    前記制御回路は、定電流駆動開始時からの時間を計測するタイマー回路を備え、前記タイマー回路において定電流駆動開始時から予め定めた時間が経過すると、前記第1のトランジスタが導通する、
    駆動回路。
  6. 前記基準トランジスタと前記出力トランジスタの共通制御線に第1電流電極及び第2電流電極が接続される第2のトランジスタをさらに備え、
    前記第2のトランジスタは、制御電極が前記第1のトランジスタの制御電極と接続される、
    請求項1から5のいずれか1項に記載の駆動回路。
  7. 前記制御回路と前記第1のトランジスタとの間に遅延回路をさらに備える、
    請求項6に記載の駆動回路。
  8. 前記遅延回路は抵抗回路である、
    請求項7に記載の駆動回路。
  9. 制御信号を受けてスイッチング素子を駆動する駆動回路であって、
    前記スイッチング素子の制御電極に接続される出力トランジスタと、前記出力トランジスタとカレントミラー接続され前記出力トランジスタにミラー電流を流す基準トランジスタとを備える第1のカレントミラー回路と、
    前記基準トランジスタに接続され、前記出力トランジスタの制御電位を前記第1のカレントミラー回路のミラー動作時の電位から変化させる電位変化回路と、
    前記基準トランジスタに流すバイアス電流を生成する、前記基準トランジスタに直列接続された第3のトランジスタと、
    1のトランジスタが導通する際に、前記第3のトランジスタを非導通にするバイアス電流制御回路と、
    を備え、
    前記電位変化回路は、
    前記基準トランジスタと前記出力トランジスタの共通制御線に第1電流電極が接続された前記第1のトランジスタと、
    前記第1のトランジスタの導通又は非導通を制御する制御回路と、を備え、
    前記制御回路は、前記スイッチング素子の制御電圧を監視する電圧監視回路を備え、前記電圧監視回路において前記制御電圧と閾値電圧の比較に基づき、前記第1のトランジスタの導通又は非導通を切り替える、
    駆動回路。
  10. 前記基準トランジスタに流すバイアス電流を生成する前記基準トランジスタに直列接続された第3のトランジスタと、
    前記第1のトランジスタが導通する際に、前記第3のトランジスタを非導通にするバイアス電流制御回路と、をさらに備える、
    請求項1から4のいずれか1項に記載の駆動回路。
  11. 制御信号を受けてスイッチング素子を駆動する駆動回路であって、
    前記スイッチング素子の制御電極に接続される出力トランジスタと、前記出力トランジスタとカレントミラー接続され前記出力トランジスタにミラー電流を流す基準トランジスタとを備える第1のカレントミラー回路と、
    前記基準トランジスタに接続され、前記出力トランジスタの制御電位を前記第1のカレントミラー回路のミラー動作時の電位から変化させる電位変化回路と、
    前記基準トランジスタに流すバイアス電流を生成する、前記基準トランジスタに直列接続された第3のトランジスタと、
    1のトランジスタが導通する際に、前記第3のトランジスタを非導通にするバイアス電流制御回路と、を備え、
    前記電位変化回路は、
    前記基準トランジスタと前記出力トランジスタの共通制御線に第1電流電極が接続された前記第1のトランジスタと、
    前記第1のトランジスタの導通又は非導通を制御する制御回路と、を備え、
    前記制御回路は、定電流駆動開始時からの時間を計測するタイマー回路を備え、前記タイマー回路において定電流駆動開始時から予め定めた時間が経過すると、前記第1のトランジスタが導通する、
    駆動回路。
  12. 前記基準トランジスタに流すバイアス電流を生成する、前記基準トランジスタに直列接続された第3のトランジスタと、
    前記第1のトランジスタが導通する際に、前記第3のトランジスタを非導通にするバイアス電流制御回路と、をさらに備える、
    請求項5に記載の駆動回路。
  13. 前記基準トランジスタに流すバイアス電流を生成するバイアス電流生成回路をさらに備え、
    前記バイアス電流生成回路は、出力端が前記第1のカレントミラー回路の入力端に接続された第2のカレントミラー回路と、
    前記第2のカレントミラー回路の入力端に接続された第4のトランジスタとを備える、
    請求項1から8のいずれか1項に記載の駆動回路。
  14. 前記制御回路は、ソース側の前記駆動回路では、前記スイッチング素子の制御電圧を監視する電圧監視回路を備え、前記制御電圧が閾値電圧より大きいことを検知すると前記第1のトランジスタの導通又は非導通を切り替え、シンク側の前記駆動回路では、定電流駆動開始時からの時間を計測するタイマー回路を備え、定電流駆動開始時から予め定めた時間が経過すると、前記第1のトランジスタの導通又は非導通を切り替える、
    請求項1に記載の駆動回路。
  15. 制御信号を受けてスイッチング素子を駆動する駆動回路であって、
    前記スイッチング素子の制御電極に接続される出力トランジスタと、前記出力トランジスタとカレントミラー接続され前記出力トランジスタにミラー電流を流す基準トランジスタとを備える第1のカレントミラー回路と、
    前記基準トランジスタに接続され、前記出力トランジスタの制御電位を前記第1のカレントミラー回路のミラー動作時の電位から変化させる電位変化回路と、を備え、
    前記電位変化回路は、
    前記基準トランジスタと前記出力トランジスタの共通制御線に第1電流電極が接続された第1のトランジスタと、
    前記第1のトランジスタの導通又は非導通を制御する制御回路と、を備え、
    前記制御回路は、ソース側の前記駆動回路では、前記スイッチング素子の制御電圧を監視する電圧監視回路を備え、前記制御電圧が閾値電圧より大きいことを検知すると前記第1のトランジスタの導通又は非導通を切り替え、シンク側の前記駆動回路では、定電流駆動開始時からの時間を計測するタイマー回路を備え、定電流駆動開始時から予め定めた時間が経過すると、前記第1のトランジスタの導通又は非導通を切り替える、
    駆動回路。
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