JPH0661826A - パワーmos制御回路 - Google Patents

パワーmos制御回路

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JPH0661826A
JPH0661826A JP4212752A JP21275292A JPH0661826A JP H0661826 A JPH0661826 A JP H0661826A JP 4212752 A JP4212752 A JP 4212752A JP 21275292 A JP21275292 A JP 21275292A JP H0661826 A JPH0661826 A JP H0661826A
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mos transistor
gate
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power mos
decreased
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JP4212752A
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Kenji Watanabe
健司 渡▲なべ▼
Yasuhiro Nunokawa
康弘 布川
Shuichi Horiuchi
秀一 堀内
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Hitachi Ltd
Renesas Eastern Japan Semiconductor Inc
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Hitachi Ltd
Hitachi Tohbu Semiconductor Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 パワーMOSによる負荷への通電制御を適正
に行なわせつつ、過渡現象によるEMIの発生およびキ
ックバックによる回路の破壊を防止させる。 【構成】 パワーMOSのゲートに電荷引抜用MOSを
並列に挿入するとともに、上記パワーMOSのゲートと
上記電荷引抜用MOSの間に、上記パワーMOSのゲー
トと出力電極の間の電圧によって導通が自動制御される
放電制御用MOSを直列に介在させる。 【効果】 上記パワーMOSがオンからオフに切換制御
されたあとのゲート残留電荷を、出力電流が急激に変化
しないような制御下で円滑に放電させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、パワーMOS制御回
路、さらにはパワーMOSトランジスタのスイッチング
特性を制御するのに適用して有効な技術に関するもので
あって、たとえばモータなどの誘導性負荷を駆動するパ
ワー回路に利用して有効な技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、モータなどの誘導性負荷をスイッ
チング駆動するためのパワー素子としてパワーMOSト
ランジスタが多く利用されるようになってきた(たとえ
ば、CQ出版社1982年9月10日発行「実用電子回
路ハンドブック5」234〜236ページ参照)。
【0003】図8はパワーMOSトランジスタMAを用
いたパワー回路の一例を示したものであって、パワー回
路は、パワーMOSトランジスタMA、駆動回路1、お
よびパワーMOS制御2によって構成されている。
【0004】パワーMOSトランジスタMAは、電源V
DDと負荷Lの間に直列に介在して負荷Lへの通電をオ
ン/オフ制御する。
【0005】駆動回路1は、昇圧回路(チャージポンプ
回路)11や論理回路12などを有し、外部から与えら
れる論理制御信号Vinのハイ(”H”)とロウ(”
L”)に応じて上記パワーMOSトランジスタMAをオ
ン/オフ駆動する。
【0006】パワーMOS制御回路2は、上記パワーM
OSトランジスタMAのゲートに並列に挿入された電荷
引抜用MOSトランジスタM1によって構成され、上記
パワーMOSトランジスタMAがオンからオフに切り換
えられたときに、上記パワーMOSトランジスタMAの
ゲートに残留している充電電荷を放電させる。これによ
り、パワーMOSトランジスタMAのゲート制御電圧V
cを急速に立ち下げて、負荷Lへの出力電流Ioutを
速やかにオフ(遮断)させることができる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た技術には、次のような問題のあることが本発明者らに
よってあきらかとされた。
【0008】すなわち、上述した従来のパワーMOS制
御回路では、図9に示すように、パワーMOSトランジ
スタによる出力電流Ioutのオフ(遮断)が急激に行
なわれるために、そのオフ時の過渡現象によるEMI
(電磁波障害)が発生しやすくなり、さらに負荷がモー
タなどの誘導性の場合にはキックバック効果による回路
破壊が起きやくなる、という問題が生じる。
【0009】本発明の目的は、パワーMOSトランジス
タによる負荷への通電制御を適正に行なわせつつ、過渡
現象によるEMIの発生およびキックバックによる回路
の破壊を防止させる、という技術を提供することにあ
る。
【0010】本発明の前記ならびにそのほかの目的と特
徴は、本明細書の記述および添付図面からあきらかにな
るであろう。
【0011】
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
下記のとおりである。
【0012】すなわち、パワーMOSトランジスタのゲ
ートに電荷引抜用MOSトランジスタを並列に挿入する
とともに、上記パワーMOSトランジスタのゲートと上
記電荷引抜用MOSトランジスタの間に、上記パワーM
OSトランジスタのゲートと出力電極の間の電圧によっ
て導通が自動制御される放電制御用MOSトランジスタ
を直列に介在させる、というものである。
【0013】
【作用】上述した手段によれば、上記パワーMOSトラ
ンジスタがオンからオフに切換制御されたあとのゲート
残留電荷を、出力電流が急激に変化しないような制御下
で円滑に放電させることができる。
【0014】これにより、パワーMOSトランジスタに
よる負荷への通電制御を適正に行なわせつつ、過渡現象
によるEMIの発生およびキックバックによる回路の破
壊を防止させる、という目的が達成される。
【0015】
【実施例】以下、本発明の好適な実施例を図面を参照し
ながら説明する。
【0016】なお、図において、同一符号は同一あるい
は相当部分を示すものとする。
【0017】図1は本発明の技術が適用されたパワーM
OS制御回路の一実施例を示したものであって、MAは
電源VDDと負荷Lの間に介在して負荷Lへの通電をオ
ン/オフするパワーMOSトランジスタ、1は外部から
与えられる論理制御信号Vinのハイ(”H”)とロウ
(”L”)に応じて上記パワーMOSトランジスタMA
をオン/オフ駆動する駆動回路、2は上記パワーMOS
トランジスタMAがオンからオフへ移行するときのスイ
ッチング特性を制御するパワーMOS制御回路である。
【0018】駆動回路1は、昇圧回路(チャージポンプ
回路)11や論理回路12などを有し、外部から与えら
れる論理制御信号Vinのハイとロウに応じて上記パワ
ーMOSトランジスタMAをオン/オフ駆動する。
【0019】パワーMOS制御回路2は、パワーMOS
トランジスタMAのゲートに電荷引抜用MOSトランジ
スタM1を並列に挿入するとともに、上記パワーMOS
トランジスタMAのゲートと上記電荷引抜用MOSトラ
ンジスタM1の間に、上記パワーMOSトランジスタM
Aのゲートとソース(出力電極)の間の電圧Vgs(=
Vc−Vout)によって導通が自動制御される放電制
御用MOSトランジスタM2を、直列に介在させること
によって構成される。
【0020】この場合、パワーMOSトランジスタMA
と電荷引抜用MOSトランジスタM1にはnチャンネル
型が使用され、放電制御用MOSトランジスタM2には
pチャンネル型MOSトランジスタM2が使用されてい
る。
【0021】放電制御用のpチャンネルMOSトランジ
スタM2は、パワーMOSトランジスタMAのゲートと
ソース間の電圧Vgsによって導通が自動制御される。
具体的には、パワーMOSトランジスタMAのゲート・
ソース間電圧Vgsが小さい間は導通量が小さく、ゲー
ト・ソース間電圧Vgsが拡大すると導通量が大きくな
るように自動制御される。
【0022】次に、動作について説明する。
【0023】図1において、まず、外部からの論理制御
信号Vinがハイのとき、駆動回路1によってパワーM
OSトランジスタMAのゲート電圧Vcがハイレベルに
駆動され、これによりパワーMOSトランジスタMAは
オン駆動されて負荷Lに出力電流Ioutを流す。
【0024】次に、外部からの論理制御信号Vinがハ
イからロウに切り換わると、駆動回路1によるパワーM
OSトランジスタMAのゲート駆動が停止させられると
ともに、電荷引抜用MOSトランジスタM1が上記論理
信号Vinのロウによってオン駆動され、上記パワーM
OSトランジスタMAのゲートに残留している充電電荷
の引き抜きが行なわれる。
【0025】このとき、電荷引抜用MOSトランジスタ
M1によるゲート電荷の引き抜きは、放電制御用MOS
トランジスタM2が直列に介在していることにより、次
のようにして行なわれる。
【0026】すなわち、外部からの論理制御信号Vin
がハイからロウに切り換わった直後では、パワーMOS
トランジスタMAのソースが電源VDDとほぼ同電位に
あってゲート・ソース間電圧Vgsが小さいので、放電
制御用MOSトランジスタM2の導通量は小さい。これ
により、電荷引抜用MOSトランジスタM1はパワーM
OSトランジスタMAのゲート電荷を比較的緩やかに引
き抜く。
【0027】電荷引抜用MOSトランジスタM1による
ゲート電荷の引き抜きによってパワーMOSトランジス
タMAのゲート電位(Vc)が低下すると、これによっ
てパワーMOSトランジスタMAから負荷Lに流れる出
力電流Ioutが減少させられるとともに、パワーMO
SトランジスタMAのソース電位すなわち出力電圧Vo
utが低下する。
【0028】この出力電圧Voutの低下によって上記
ゲート・ソース間電圧Vgsが拡大するようになると、
放電制御用MOSトランジスタM2の導通量が増大し
て、上記電荷引抜用MOSトランジスタM1によるパワ
ーMOSトランジスタMAのゲート電荷の引き抜きが加
速される。
【0029】ゲート電極の引き抜きによってゲート電位
Vcが低下しすぎると、ゲート・ソース間電圧Vgsが
縮小し、導通量が減少すると同時に、出力電流Iout
も減少する。これにより、出力電圧Voutが低下し、
再びゲート・ソース間電圧Vgsが拡大し、導通量が増
すと同時に、出力電流Ioutも増す。導通量の増加に
ともなって再びゲート電位Vcは低下する。この繰り返
しを行い、すなわち出力電圧Voutを監視しながら出
力電圧Voutを低下する(OFFする)ことが可能で
ある。
【0030】以上のようにして、図2に示すように、パ
ワーMOSトランジスタMAがオンからオフに切り換え
られるときの出力電流Ioutは、EMIやキックバッ
クなどの過渡現象を最小にするような変化軌跡を経なが
ら遮断される。このときの出力電流Ioutの変化状態
は、放電制御用MOSトランジスタM2のゲート幅/チ
ャンネル長によって任意に設定することが可能である。
【0031】これにより、パワーMOSトランジスタM
Aのスイッチング動作による負荷Lへの通電制御を適正
に行なわせつつ、過渡現象によるEMIの発生およびキ
ックバックによる回路の破壊を防止させることができ
る。尚、図1の回路は、いわゆるハイサイドドライバで
あるが、図3のように負荷Lの位置を電源VDDとパワー
トランジスタMAの間に挿入して使用するローサイドド
ライバでも同様な効果が得られる。
【0032】図4、図5および図6はそれぞれ本発明の
さらに好適な実施例を示す。
【0033】図4に示した実施例では、放電制御用MO
SトランジスタM2と電荷引抜用MOSトランジスタM
1の間に抵抗R1を挿入することで、パワーMOSトラ
ンジスタMAのゲート電荷放電速度の上限を制御するよ
うにしている。
【0034】図5に示した実施例では、パワーMOSト
ランジスタMAのゲートからソースに対して、一定以上
の電圧をクランプするようなツェナーダイオードZ1が
接続されている。この場合、VinがLowのとき、す
なわちM1がONのとき、ゲート電位Vc及び出力電圧
Voutは、グランド電位まで低下した状態で落ち着く
が、このとき、仮に出力電圧Voutがツェナダイオー
ドの順方向電圧VF以上になったとすると、ツェナダイ
オードZ1を通して電流が出力端子より回路内部へ流入
するが、放電制御用MOSトランジスタM2によりこの
電流を遮断することが可能となる。なお、正のキックバ
ック電圧については、パワーMOSトランジスタMAに
組み込まれているダイオードD1によって電源VDDに
クランプさせることができる。
【0035】図6に示した実施例では、パワーMOSト
ランジスタMAのゲート・ソース間にMOSトランジス
タM3が接続されている。これにより、パワーMOSト
ランジスタMAとMOSトランジスタM2のスレッショ
ルド電圧Vthに差があり、MOSトランジスタM2が
パワーMOSトランジスタMAより先にカットオフして
も、電荷引きぬき用MOSトランジスタM3により完全
にパワーMOSトランジスタMAのゲート電荷を引き抜
くことができる。従って、パワーMOSトランジスタM
Aを完全にOFFすることが可能となる。
【0036】図7は本発明の技術が適用されるモータ駆
動回路の一例を示す。
【0037】同図に示す駆動回路は、ブリッジ状に接続
された4個のパワーMOSトランジスタMA,MB,M
C,MDを対称なもの同志で2個ずつ選択的にオン駆動
することにより、負荷Lとしてのモータを正逆転駆動す
ることができる。
【0038】以上、本発明者によってなされた発明を実
施例にもとづき具体的に説明したが、本発明は上記実施
例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範
囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【0039】以上の説明では主として、本発明者によっ
てなされた発明をその背景となった利用分野であるパワ
ーMOSによるモータ制御回路に適用した場合について
説明したが、それに限定されるものではなく、たとえば
大電流のスイッチングが必要な回路にも適用できる。
【0040】
【発明の効果】本願において開示される発明のうち、代
表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりで
ある。
【0041】すなわち、パワーMOSトランジスタによ
る負荷への通電制御を適正に行なわせつつ、過渡現象に
よるEMIの発生およびキックバックによる回路の破壊
を防止させることができる、という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の技術が適用されたパワーMOS制御回
路(ハイサイドドライバ)の第1の実施例を示す回路図
【図2】本発明のパワー制御回路によって制御されるパ
ワーMOSトランジスタの出力電流制御波形図
【図3】ローサイドドライバ回路として使用した回路図
【図4】本発明の第2の実施例の要部を示す回路図
【図5】本発明の第2の実施例の要部を示す回路図
【図6】本発明の第3の実施例の要部を示す回路図
【図7】従来のパワーMOS制御回路の概要を示す回路
【図8】従来のパワー制御回路によって制御されるパワ
ーMOSトランジスタの出力電流制御波形図
【図9】従来のパワー制御回路によって制御されるパワ
ーMOSトランジスタの出力波形図
【符号の説明】
1 駆動回路 2 パワーMOS制御回路 MA パワーMOSトランジスタ M1 電荷引抜用MOSトランジスタ M2 放電制御用MOSトランジスタ R1 抵抗 Z1 ツェナーダイオード VDD 電源 L 負荷 M3 電荷引きぬき用MOSトランジスタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 堀内 秀一 埼玉県入間郡毛呂山町大字旭台15番地 日 立東部セミコンダクタ株式会社内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 パワーMOSトランジスタのゲートに電
    荷引抜用MOSトランジスタを並列に挿入するととも
    に、上記パワーMOSトランジスタのゲートと上記電荷
    引抜用MOSトランジスタの間に、上記パワーMOSト
    ランジスタのゲートと出力電極の間の電圧によって導通
    が自動的に制御される放電制御用MOSトランジスタを
    直列に介在させたことを特徴とするパワーMOS制御回
    路。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06318854A (ja) * 1993-01-29 1994-11-15 Sgs Thomson Microelettronica Spa ドライブ回路
JP2011139404A (ja) * 2010-01-04 2011-07-14 Renesas Electronics Corp 電力供給制御回路
JP2011139403A (ja) * 2010-01-04 2011-07-14 Renesas Electronics Corp 電力供給制御回路
US11689195B2 (en) 2021-07-28 2023-06-27 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device

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