JPH11168369A - 濾波された基準量を有するスイッチングシステム用の集積装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、スイッチング時の干渉を受けるこ
とがなく、構成が比較的簡単でコンパクトで、廉価な集
積装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 スイッチング制御信号を発生する制御手
段110 と、基準量Ｑrefを発生する基準手段120 と、基
準量を使用する手段110 とを具備しているスイッチング
システムのための集積装置105 において、基準量を蓄積
する手段130 と、第１の動作状態で基準量Ｑref を供給
するために基準手段120 を使用手段110 と蓄積手段130
へ接続し、第２の動作状態で基準手段120 を使用手段11
0 から遮断し、蓄積手段130 を使用手段110 へ接続して
蓄積された基準量Ｑref を供給するスイッチ手段122
と、制御信号Ｓh のスイッチングにしたがって濾波期間
中はスイッチ手段122 を第２の動作状態に維持するフィ
ルタ手段135 とを含むことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はスイッチングシステムの
ための集積装置、特に、少なくとも１つのスイッチング
制御信号を発生する制御手段と、少なくとも１つの基準
量を発生する基準手段と、基準量を使用する手段とを具
備しているスイッチングシステムのための集積装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】交互にカットオフおよびされ導電性にさ
れる１以上の電子スイッチを有するスイッチングシステ
ムは例えば、電源供給装置、発振器、インバータ等の種
々の応用で通常使用されている。電子スイッチのスイッ
チングは半導体材料の単一チップで集積さされた形態で
通常製造される適切な装置によって制御される。

【０００３】電子スイッチをそれぞれスイッチングする
とき干渉が発生され、例えば共通の電源供給手段を介し
て、或いは半導体材料のチップ基体を通って、または容
量結合によって制御装置へ伝搬される。このスイッチン
グ干渉は制御装置内で使用される基準量（電圧または電
流）の値を変更し、例えば不所望のスイッチングを生じ
させる寄生素子の付勢等、内部回路の誤動作の原因とな
る。この問題は特に急峻な勾配のスイッチングエッジを
有するシステム、例えば高電圧（パワー）スイッチング
システム、または高周波数で動作する低電圧スイッチン
グシステムで生じる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】既知の制御装置はこの
問題を防止するため非常に複雑で高価な内部回路による
解決策を使用する。（数ｎＦ程度の）高いキャパシタン
スを有する濾波キャパシタが通常設けられ、制御装置が
形成されている半導体材料のチップへ外部で接続されて
いる。しかしながらこれらの外部素子はスイッチングシ
ステムの価格と大きさを増加させる。

【０００５】本発明の目的は、前述の欠点を克服し、構
成が比較的簡単でコンパクトであり、廉価に製作するこ
とのできるスイッチング時の干渉を受けない集積装置を
提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、少なくとも１
つのスイッチング制御信号を発生する制御手段と、少な
くとも１つの基準量を発生する基準手段と、基準量を使
用する手段とを具備しているスイッチングシステムのた
めの集積装置において、基準量を蓄積する手段と、第１
の動作状態で基準量を供給するために基準手段を使用手
段と蓄積手段へ接続し、第２の動作状態で基準手段を使
用手段から遮断し、蓄積手段を使用手段へ接続して蓄積
された基準量を供給するスイッチ手段と、制御信号のス
イッチングにしたがって濾波期間中はスイッチ手段を第
２の動作状態に維持するフィルタ手段とを含むことを特
徴とする。

【０００７】本発明による集積装置は構成が非常に簡単
であり、特に、本発明は基準量を生成する回路をよりコ
ンパクトにし、それによって集積装置の大きさは全体的
に小さくなる。さらに本発明の構造は集積装置外部に濾
波キャパシタを必要としない。

【０００８】最後に、この集積装置は非常に多能性であ
りフレキシブルで、使用上最も変化のある要件に容易に
適合することができる。本発明にしたがった集積装置の
さらに別の特性および利点は、添付図面を参照し例示と
して与えられた種々の好ましい実施形態についての以下
の説明から明白になるであろう。しかしながら、これら
の実施形態は本発明の技術的範囲を限定するものではな
い。

【０００９】

【発明の実施の形態】特に図１を参照すると、これは電
子スイッチとして、（Ｎチャンネル）、高電圧、金属・
酸化物・シリコン電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ
または単にＭＯＳ）Ｍｈを使用するスイッチングシステ
ム100 を示している。トランジスタＭｈは基準端子
（地）へ接続されているソース端子と、負荷Ｌの第１の
端子に接続されているドレイン端子を有し、負荷Ｌの第
２の端子は電源の正の端子ＶCCに接続され（電源の負の
端子は接地端子に接続されている）、トランジスタＭｈ
のドレイン端子はまた信号Ｖout が得られる出力端子へ
接続されている。しかしながら、本発明の集積装置は、
例えば低電圧トランジスタ、電子スイッチとして異なっ
た素子、または２以上のスイッチを含む異なったスイッ
チングシステムでも使用される。

【００１０】トランジスタＭｈは半導体材料のチップで
集積された形態で製造される装置105 により制御され、
トランジスタＭｈはディスクリートな外部素子により形
成され、または半導体材料の同じチップに集積される。
制御装置105 は電源端子Ｖccと接地端子へ適切に接続さ
れ、トランジスタＭｈのゲート端子に接続されているブ
ロック110 を含み、トランジスタＭｈに対するスイッチ
ング制御信号Ｓｈを発生する。適切なブロック120 によ
り発生した１以上の基準量（電流または電圧）Ｑref は
制御ブロック110 または他の回路素子により使用され、
基準量Ｑref の値は固定されているか例えば適切な外部
素子（典型的には抵抗）によってプログラム可能であ
る。基準ブロック120 はスイッチ122 により制御ブロッ
ク110 およびブロック130 へ接続され、ブロック130 は
基準量Ｑref を蓄積または保持することができ、蓄積ブ
ロック130 は好ましくは限定されたキャパシタンス（数
ｐＦ程度）のキャパシタまたは他の電荷蓄積手段を具備
している。代わりに、等価の素子が使用され、閉じた状
態では基準ブロック120 を制御ブロック110 と蓄積ブロ
ック130 へ接続し、開いた状態では基準ブロック120 を
制御ブロック110 から遮断し、蓄積ブロック130 を制御
ブロック110 へ接続する。スイッチ122 は、入力として
制御信号Ｓｈを受信するブロック135 により発生される
適切な濾波信号Ｓｆにより制御される。濾波信号Ｓｆは
制御装置105 の動作のサービス機能を行うブロック140
へも供給されることが好ましい。

【００１１】図１のａのシステムの動作を説明するた
め、図２の定性的時間グラフを参照する。これは制御信
号Ｓｈと、出力信号Ｖout と、基準量Ｑref と、濾波信
号Ｓｆの時間（ｔ）に対する変化を示している。制御信
号Ｓｈが低い値であるとき（例えば接地に関して０
Ｖ）、トランジスタＭｈはカットオフされ、出力信号Ｖ
outは供給電圧Ｖccに等しい値に適合し、制御信号Ｓｈ
が高い値を有するとき（例えば５Ｖ）、トランジスタＭ
ｈは導電性であり、出力信号Ｖout は０値に適合する。
トランジスタＭｈのそれぞれのスイッチングにおいて、
出力信号Ｖout は基準量Ｑref で等しい期間の干渉を発
生する期間Ｔc の過渡的現象を受ける。この過渡的スイ
ッチング期間の終了時に、基準信号Ｑref はさらに過渡
的なリセット期間Ｔr 後にその本来の値へ戻る。

【００１２】本発明者は基準量Ｑref における干渉が、
制御信号Ｓh のスイッチングと一致するため常に知られ
ている瞬間に開始する時間中のみに存在することを認識
しており、これらの干渉期間は継続時間Ｔn （問題の例
ではＴc ＋Ｔr に等しい）を有し、これはスイッチング
システムの構造に依存している。

【００１３】図１を参照すると、本発明にしたがった制
御装置105 では、スイッチ122 は通常閉じており、それ
によって基準量Ｑref が制御ブロック110 へ供給され、
同じ基準量Ｑref が同時にブロック130 に蓄積される。
制御信号Ｓh が（前述の各干渉期間Ｔn 中に）スイッチ
ングされたとき、スイッチ122 が開かれ、それによって
制御ブロック110 にブロック130 に蓄積された基準量が
与えられ、干渉が存在するとき蓄積ブロック130 はスイ
ッチ122 によりブロック120 から遮断されているのでこ
れはスイッチングの干渉を受けず、制御ブロック110 は
したがってどんな場合でも入力として、実質上一定値で
ある濾波された基準量Ｑref'を受信する。

【００１４】濾波信号Ｓf はスイッチ122 を濾波期間Ｔ
f （図２）に対して開いた状態に保持することが好まし
く、この期間の開始は制御信号Ｓh のスイッチングに一
致する。濾波期間Ｔf は干渉期間Ｔn の継続期間と、要
求された正確度と、基準量Ｑref が使用される継続期間
に依存する期間を有する。通常、濾波期間Ｔf は干渉期
間Ｔn 以上、例えば数μｓ程度の期間を有する。代わり
に、濾波期間Ｔf は例えば非常に大きな正確度が必要と
されるか、または基準量Ｑref が短い期間のみ使用され
るならば短い期間を有する。

【００１５】濾波期間Ｔf の継続期間は制御装置105 で
使用される全ての基準量Ｑref に対して単一の値を有す
ることが有効であり、それによって制御装置105 の構造
を簡単にし、したがってその大きさを減少する。その代
わりに異なった継続期間の濾波期間Ｔf は各基準量Ｑre
f に与えられ、それによって制御装置105 のより大きな
正確度を確実にする。

【００１６】本発明の好ましい実施形態では、濾波信号
Ｓf がサービスブロック140 へ供給され、異なった動作
を実行するためにも使用される。例えばブロック140 は
電源供給電圧Ｖccが（電圧ロックアウトより下の）予め
定められたしきい値より下に低下するとき、または装置
の温度がさらに別のしきい値を越えるときに制御装置10
5 をオフにスイッチングする消弧回路を含んでいる。消
弧回路の動作は濾波期間Ｔf にディスエーブルされ、そ
れによってスイッチング干渉は制御装置105 の不所望な
スイッチングオフを生じることができず、この方法は消
弧回路の動作速度が非常に高速である必要はないので制
御装置105 に損傷を与える危険性がないことに留意すべ
きである。異なった実施形態はアナログデジタル変換シ
ステムにより構成され、この場合、変換されるアナログ
信号のサンプリングは濾波期間Ｔf 中ディスエーブルさ
れ、それによってスイッチング干渉が存在しないときの
み変換を行う。

【００１７】本発明の異なった実施形態が図３に示され
ており（図１に既に示されている素子は同一の参照数字
または符号により示される）、これは電子スイッチとし
て、２つの（Ｎチャンネル）、ハーフブリッジとして接
続されている高電圧ＭＯＳトランジスタＭｈ１、Ｍｈ２
を使用するスイッチングシステム200 を示している。特
にトランジスタＭｈ１のドレイン端子は電源供給端子Ｖ
ccに接続され、トランジスタＭｈ２のソース端子は接地
端子に接続され、トランジスタＭｈ１のソース端子とト
ランジスタＭｈ２のドレイン端子は負荷Ｌ１の第１の端
子に接続され、（負荷Ｌ１から出力信号Ｖout1が得られ
る）負荷Ｌ１の第２の端子は接地端子へ接続されてい
る。

【００１８】トランジスタＭｈ１、Ｍｈ２は（半導体材
料のチップ中に集積された形態で製造された）装置205
により制御され、トランジスタＭｈ１、Ｍｈ２のゲート
端子に接続され、トランジスタＭｈ１、Ｍｈ２の２つの
スイッチング制御信号Ｓｈ１、Ｓｈ２をそれぞれ発生す
るブロック210 を具備している。ブロック250 は入力と
して１以上の濾波された基準量Ｑref'と制御信号Ｓｈ２
を受信し、死時間信号Ｓｄを発生し、この信号は制御ブ
ロック210 により、予め定められた期間Ｔｄ（死時間）
だけトランジスタＭｈ１とＭｈ２の両者をカットオフに
維持するために使用され、それによってスイッチング段
中のこれらのトランジスタの電流ピークを阻止する。死
時間ブロック250 はまた前述の実施形態のように、スイ
ッチ122とサービスブロック140 により使用される濾波
信号Ｓｆ１を発生する。本発明のこの実施形態は適切な
濾波ブロック（図１の135 ）を必要とせずに、濾波信号
Ｓｆ１が既存の回路ブロックの簡単な変形により発生さ
れることを可能にするので特に有効である。

【００１９】図３のシステム動作を説明するため、図４
の定性的時間グラフを参照し、これは制御信号Ｓｈ１、
Ｓｈ２と、死時間信号Ｓｄと、出力信号Ｖout １と、基
準量Ｑref と、濾波信号Ｓｆ１の時間（ｔ）に対する変
化を示している。高値（トランジスタＭｈ２が導通）か
ら低値（トランジスタＭｈ２がカットオフ）への制御信
号Ｓｈ２の各スイッチングは、死時間Ｔｄによって、低
値（トランジスタＭｈ１がカットオフ）から高値（トラ
ンジスタＭｈ１が動作）へ対応して切換えることと分離
される。トランジスタＭｈ１、Ｍｈ２のそれぞれのスイ
ッチングに対して、出力信号Ｖout1は死時間Ｔｄと、死
時間後の過渡的切換え期間Ｔｃ１の合計に等しい期間で
ある過渡的な現象を受ける。この現象は基準量Ｑref に
おいて、さらに過渡的なリセット期間Ｔｒ１後に消滅す
る等しい期間の干渉を発生する。

【００２０】この実施形態では、濾波期間Ｔｆ１を使用
することが好ましく、その開始は死時間Ｔｄの開始と一
致し、その継続期間は例えば干渉期間Ｔｎ１＝Ｔｄ＋Ｔ
ｃ１＋Ｔｒ１の期間以上である。死時間信号Ｓｄを発生
するために使用される基準量は基準量が短期間だけに使
用される場合の典型的な例を与えることに留意すべきで
あり、基準量の濾波は死時間Ｔｄ期間のみに必要とさ
れ、それによってそれぞれの濾波期間Ｔｆ１は死時間Ｔ
ｄの期間よりも僅かに長い。

【００２１】（図１で既に示されている素子が同一の参
照数字または符号により識別されている）図５のａを参
照すると、これは基準電圧を発生するための回路レイア
ウトの１実施形態を示している。制御装置105 は（電源
端子Ｖccに接続されている）電流ミラー305 を含み、こ
の電流ミラー305 は、基準電流Ｉref1を発生する適切な
既知の一般的な回路（図示せず）に接続されている第１
の分岐と、制御装置105 が形成されるチップの外部ピン
310 へ接続されている第２の分岐を有する。ピン310 は
外部抵抗Ｒext1の第１の端子に接続され、その第２の端
子は接地端子に接続されており、ピン310 と接地端子の
間には、寄生キャパシタＣｐが存在する。ピン310 は
（濾波信号Ｓｆにより制御される）スイッチ122 により
内部キャパシタＣ１の第１の端子へ接続され、その第２
の端子は接地端子に接続されている。

【００２２】基準電流Ｉref1は電流ミラー305 によりピ
ン310 へ送られ、それによって、外部抵抗Ｒext1の端子
で、基準電圧Ｖref1＝Ｉref1・Ｒext1が存在し、その値
は外部抵抗Ｒext1の抵抗の変化によりプログラムされる
ことができる。スイッチ122が閉じているとき、キャパ
シタＣ１は基準電圧Ｖref1へ充電され、スイッチ122が
開いているとき、キャパシタＣ１は基準電圧Ｖref1のス
イッチング干渉に無関係にこの電圧値を維持する。それ
故、キャパシタＣ１の端子に実質上一定の値である濾波
された基準電圧Ｖref1' が存在する。この場合、基準電
圧Ｖref1（図１のｂではＴｒ）をリセットする過渡的期
間は外部抵抗Ｒext1の抵抗と寄生キャパシタＣｐのキャ
パシタンスの積に比例する期間を有することに留意すべ
きである。

【００２３】基準電流を発生する異なった実施形態が
（図１で既に示されている素子は同一の参照数字または
符号により示されている）図５のｂに示されている。制
御装置105 は演算増幅器330 を含んでおり、この演算増
幅器330 は基準電圧Ｖref2を発生する適当な回路（図示
せず）に接続された非反転入力端子（＋）と、外部ピン
335 に接続されている反転入力端子（−）とを有する。
ピン335 は外部抵抗Ｒext2の第１の端子に接続され、そ
の第２の端子は接地端子に接続されている。（Ｎチャン
ネル）、低電圧ＭＯＳトランジスタＭｌｄはピン335 に
接続されたソース端子と、演算増幅器330 の出力端子に
接続されているゲート端子と、（Ｐチャンネル）低電圧
ＭＯＳトランジスタＭｌ１のドレイン端子に接続されて
いるドレイン端子とを有する。トランジスタＭｌ１はそ
れ自身のドレイン端子に接続されているゲート端子と、
電源供給端子Ｖccに接続されているソース端子とを有す
る。装置105 はさらに（Ｐチャンネル）低電圧ＭＯＳト
ランジスタＭｌ２を含んでおり、この低電圧ＭＯＳトラ
ンジスタＭｌ２はドレイン端子と、スイッチ122 により
トランジスタＭｌ１のゲート端子に接続されているゲー
ト端子と、トランジスタＭｌ１のソース端子に接続され
ているソース端子とを有する。内部キャパシタＣ２はま
たトランジスタＭｌ２のゲート端子とそのソース端子と
の間に接続されている。

【００２４】基準電圧Ｖref2はインピーダンスセパレー
タ（バッファ）として動作する演算増幅器330 によりピ
ン335 へ供給され、（プログラム可能な値の）基準電流
Ｉref2＝Ｖref2／Ｒext2はしたがって抵抗Ｒext2で流れ
る。スイッチ122 が閉じているとき、基準電流Ｉref2は
（ダイオードのように接続された）トランジスタＭldを
通過し、トランジスタＭｌ１とＭｌ２により形成される
電流ミラーによって内部回路（図示せず）へ送られる。
この状態では、キャパシタＣ２はトランジスタＭｌ２の
ゲート端子とソース端子との間に存在する電圧に等しい
電圧Ｖｇｓへ充電される。スイッチ122 が開くとき、キ
ャパシタＣ２はトランジスタＭｌ２のゲートソース電圧
を同一値Ｖｇｓに維持し、それによってトランジスタＭ
ｌ２を流れる電流は基準電流Ｉref2の干渉にかかわらず
変更されない。それ故、トランジスタＭｌ２のドレイン
端子には実質上一定値の濾波された基準電流Ｉref2' が
存在する。

【００２５】以上、偶然的な特定の要件を満たすため、
当業者は前述の集積装置に多数の変更および変形を適用
することができるが、これらは全て特許請求の範囲内に
限定された本発明の技術的範囲に含まれるべきものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の集積装置を有するスイッチングシステ
ムの基本的なブロック図。

【図２】図１のシステムの幾つかの電気量の変化につい
ての定性的な時間グラフ。

【図３】本発明の集積装置の異なった実施形態を有する
スイッチングシステムの基本的なブロック図。

【図４】図３のシステムの幾つかの電気量の変化につい
ての定性的な時間グラフ。

【図５】本発明の集積装置の部分的な回路レイアウト。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジュゼッペ・カントーネ イタリア国、96100 シラクサ、ビア・フ ィリスト 123 (72)発明者 ロベルト・ガリボルディ イタリア国、20084 ラッキアレラ（ミラ ノ）、ビア・エフ・バラッカ ６／３

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも１つのスイッチング制御信号
   を発生する制御手段と、少なくとも１つの基準量を発生
   する基準手段と、基準量を使用する手段とを具備してい
   るスイッチングシステムのための集積装置において、 基準量を蓄積する手段と、第１の動作状態で基準量を供
   給するために基準手段を使用手段と蓄積手段へ接続し、
   第２の動作状態で基準手段を使用手段から遮断し、蓄積
   手段を使用手段へ接続して蓄積された基準量を供給する
   スイッチ手段と、制御信号のスイッチングにしたがって
   濾波期間中はスイッチ手段を第２の動作状態に維持する
   フィルタ手段とを含むことを特徴とする集積装置。
2. 【請求項２】 蓄積手段は少なくとも１つのキャパシタ
   を含んでいる請求項１記載の集積装置。
3. 【請求項３】 制御手段が単一の制御信号を発生し、濾
   波期間は制御信号のスイッチングのときに開始する請求
   項１または２記載の集積装置。
4. 【請求項４】 制御手段は第１の制御信号と第２の制御
   信号を発生し、集積装置は各スイッチングにおいて、予
   め定められた継続期間の死時間だけ、第１の制御信号と
   第２の制御信号を開放値に同時に維持する手段をさらに
   含んでおり、濾波期間は死時間の開始時に開始する請求
   項１または２記載の集積装置。
5. 【請求項５】 濾波期間は基準量のスイッチング干渉が
   存在する期間に少なくとも等しいか、または、基準量の
   使用期間に少なくとも等しい期間を有する請求項３また
   は４記載の集積装置。
6. 【請求項６】 基準手段は複数の基準量を生成し、濾波
   期間は等しい継続期間を有する各基準量に対応している
   請求項１乃至５のいずれか１項記載の集積装置。
7. 【請求項７】 フィルタ手段に接続され、濾波期間中に
   オフに切換えられるサービス動作を行う手段をさらに含
   んでいる請求項１乃至６のいずれか１項記載の集積措
   置。
8. 【請求項８】 基準電流を集積装置の外部ピンへ供給す
   る手段を具備し、この外部ピンは基準電圧を発生するた
   めに外部抵抗により基準端子へ接続されるように構成さ
   れ、内部キャパシタは基準端子に接続するための第１の
   端子とスイッチ手段により前記外部ピンへ接続される第
   ２の端子とを有し、前記内部キャパシタは第１と第２の
   端子の間で、スイッチング干渉の濾波された基準電圧を
   維持している請求項１乃至７のいずれか１項記載の集積
   装置。
9. 【請求項９】 基準電流を発生するために外部抵抗によ
   り第１の電源供給端子へ接続されるように構成されてい
   る集積装置の外部ピンへ基準電圧を供給する手段と、ピ
   ンと、第２の電源供給端子へ接続する第２の端子と、第
   １のトランジスタの第１の端子に接続されている制御端
   子とを有する第１のトランジスタの第１の端子へ基準電
   流を供給する手段と、第１の端子とスイッチ手段により
   第１のトランジスタの制御端子へ接続されている制御端
   子と第１のトランジスタの第２の端子に接続されている
   第２の端子とを有する第２のトランジスタと、第２のト
   ランジスタの制御端子と第２の端子の間に接続されてい
   る内部キャパシタとを具備し、それによって第２のトラ
   ンジスタは第１の端子においてスイッチング干渉の濾波
   された基準電流を維持している請求項１乃至７のいずれ
   か１項記載の集積装置。
10. 【請求項１０】 少なくとも１つの電子スイッチが制御
    手段に接続されている制御端子を有し、それによって対
    応するスイッチング制御信号を受信する請求項１乃至９
    のいずれか１項に記載された集積装置を具備しているス
    イッチングシステム。