JP2007235280A - Gate drive device - Google Patents
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Abstract
【課題】従来発生していたdv/dt貫通電流および過電流による電力損失を抑止することができるゲート駆動装置を提供する。
【解決手段】第1パワーMOSトランジスタ1を遮断する遮断回路24において、ゲート電荷を放電する電流が異なる2つの遮断回路を備え、第1パワーMOSトランジスタ1が遮断状態で第2パワーMOSトランジスタ2が遮断から導通状態となると同時に、第1パワーMOSトランジスタ1を、ゲート電荷を放電する電流が大きい遮断回路により完全に遮断する。
【選択図】図1Provided is a gate driving device capable of suppressing power loss due to dv / dt through current and overcurrent which has been generated conventionally.
A shut-off circuit for shutting off a first power MOS transistor includes two shut-off circuits having different currents for discharging a gate charge. The first power MOS transistor is shut off and the second power MOS transistor is The first power MOS transistor 1 is completely cut off by the cut-off circuit having a large current for discharging the gate charge at the same time as the cut-off and the conduction state.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、モータ負荷への電力供給を制御するパワーMOSトランジスタを駆動するゲート駆動装置に関するものである。 The present invention relates to a gate driving device for driving a power MOS transistor for controlling power supply to a motor load.
従来から様々な分野で使用されるモータ駆動装置は、望まれる特長の1つとして省電力化があげられ、それを実現するため一般的にPWM駆動方式が用いられている。PWM駆動方式は、モータの巻線に繋がる上側と下側のパワーMOSトランジスタを導通又は遮断させ、これら導通と遮断のデューティ(Duty)比を変化させることでモータ巻線にかかる電力を制御する方式である。 Conventionally, motor driving devices used in various fields include power saving as one of the desired features, and a PWM driving method is generally used to realize this. The PWM drive system is a system in which the power applied to the motor winding is controlled by turning on and off the upper and lower power MOS transistors connected to the motor winding, and changing the duty ratio of the conduction and cutoff. It is.
このようなPWM駆動方式を採用した場合、パワーMOSトランジスタはゲート駆動装置により導通又は遮断を繰返す。PWM駆動の際の導通又は遮断のスイッチングスピードを遅くする場合、パワーMOSトランジスタの電力損失が大きくなり発熱し、更には破壊する場合もあるため、スイッチングスピードはある程度早くしなければならない。 When such a PWM drive system is employed, the power MOS transistor is repeatedly turned on or off by the gate drive device. When the switching speed of conduction or cutoff at the time of PWM driving is slowed down, the power loss of the power MOS transistor becomes large and heat is generated, and there is a case where it is destroyed, so the switching speed must be increased to some extent.
しかしスイッチングスピードを早くした場合には、パワーMOSトランジスタのドレイン・ゲート間とゲート・ソース間の寄生容量に起因して発生する貫通(以下で詳細を説明する)電流発生の弊害がある。 However, when the switching speed is increased, there is an adverse effect of through current (described in detail below) generated due to parasitic capacitance between the drain and gate and between the gate and source of the power MOS transistor.
以上のような従来のゲート駆動装置について、図面を参照しながら以下に説明する。
図7は従来のゲート駆動装置の一構成例を示す回路ブロック図である。図7のゲート駆動装置13において、電源間に直列に第1パワーMOSトランジスタ1と第2パワーMOSトランジスタ2が接続され、第1パワーMOSトランジスタ1のゲート3は、第1駆動信号C1により制御される第1ゲート駆動回路4が接続され、第2パワーMOSトランジスタ2のゲート5は、第2駆動信号C2により制御される第2ゲート駆動回路6が接続される。モータ駆動負荷7は第1パワーMOSトランジスタ1と第2パワーMOSトランジスタ2の接続点8に接続されている。ここで第1駆動信号C1と第2駆動信号C2は、それぞれハイレベル(以下、Hとする)とロウレベル(以下、Lとする)を繰返す信号である。
The conventional gate driving apparatus as described above will be described below with reference to the drawings.
FIG. 7 is a circuit block diagram showing an example of the configuration of a conventional gate driving device. In the
第1ゲート駆動回路4はPch MOSトランジスタ9と抵抗10により構成される。Pch MOSトランジスタ9は、第1駆動信号C1の反転信号によりゲートを駆動し、ドレインとソースが、それぞれ電源VCC(11)より高電圧の電源VPUMP(12)と第1パワーMOSトランジスタ1のゲート間に接続されている。また抵抗10は第1パワーMOSトランジスタ1のゲート・ソース間に接続されている。
The first gate drive circuit 4 includes a Pch MOS transistor 9 and a
以上の通り構成されるゲート駆動装置13について、その動作を以下に説明する。
まず第1パワーMOSトランジスタ1の導通及び遮断制御について説明する。
第1パワーMOSトランジスタ1を遮断から導通状態とする場合は、第1駆動信号C1をLからHとする。第1駆動信号C1の反転信号であるLがPch MOSトランジスタ9のゲートに入力されPch MOSトランジスタ9をオンさせることで、第1パワーMOSトランジスタ1のゲートを電源VPUMP(12)にショートさせ、第1パワーMOSトランジスタ1を導通状態とする。
The operation of the
First, conduction and cutoff control of the first
When the first
一方、第1パワーMOSトランジスタ1を導通から遮断状態とする場合は、第1駆動信号C1をHからLとする。第1駆動信号C1の反転信号であるH電圧がPch MOSトランジスタ9のゲート電圧に入力されPch MOSトランジスタ9をオフさせる。このとき第1パワーMOSトランジスタ1は、抵抗10によりゲート・ソース電荷を引抜き遮断状態となる。
On the other hand, when the first
次に第2パワーMOSトランジスタ2を導通から遮断状態とする場合は、第2駆動信号C2をHからLとすることで、第2ゲート駆動回路6により第2パワーMOSトランジスタ2のゲート電圧を下降させ遮断する。遮断から導通状態とする場合は、第2駆動信号C2をLからHとすることで、第2ゲート駆動回路6により第2パワーMOSトランジスタ2のゲート電圧を上昇させ導通させる。
Next, when the second
以上の回路構成において、第1パワーMOSトランジスタ1と第2パワーMOSトランジスタ2が遮断状態で図7のA方向に回生電流が流れる状態から、第2パワーMOSトランジスタ2を遮断から導通状態とし、図7のB方向に駆動電流が流れる場合の動作について図8を用いて説明する。
In the above circuit configuration, the first
図8は従来例のゲート駆動装置における動作を示すタイミングチャートである。図7のA方向に回生電流を流す場合、第1駆動信号C1と第2駆動信号C2をLとし、第1パワーMOSトランジスタ1と第2パワーMOSトランジスタ2を遮断状態とする。このとき接続点8は電源VCC(11)+ダイオードD1の導通電圧VD1まで電位が上昇する(時間T1)。
FIG. 8 is a timing chart showing the operation of the conventional gate driving apparatus. When a regenerative current is passed in the direction A in FIG. 7, the first drive signal C1 and the second drive signal C2 are set to L, and the first
次に第2駆動信号C2をLからHとし(時間T2)、第2ゲート駆動回路6により第2パワーMOSトランジスタ2が遮断から導通状態(時間T3)となると、やがて第2パワーMOSトランジスタ2のドレイン電圧すなわち接続点8の電圧が接地GND(14)に向かって下降し始め、同時に図7のB方向に駆動電流が流れる。
Next, when the second drive signal C2 is changed from L to H (time T2), and the second
その際、第1パワーMOSトランジスタ1のゲート・ソース電位は、ドレイン・ゲート間の寄生容量15とゲート・ソース間の抵抗10及び寄生容量16により上昇し(時間T4)、第1パワーMOSトランジスタ1のゲート・ソース電圧が閾値Vt以上となると、第1パワーMOSトランジスタ1は導通し、このとき第2パワーMOSトランジスタ2も導通しているため、貫通(以下dv/dt貫通とする)電流が発生しパワーMOSトランジスタの破壊や貫通電流によるノイズで誤動作が発生する問題点があった。
At that time, the gate-source potential of the first
この問題点を防止するためのゲート駆動装置として、図9に示すゲート駆動装置17(例えば、特許文献1を参照)が知られている。
上記のゲート駆動装置について、図面を参照しながら以下に説明する。
As a gate drive device for preventing this problem, a
The above gate drive device will be described below with reference to the drawings.
図9は従来のゲート駆動装置の他の構成例を示す回路ブロック図である。前述の従来例の回路からは、図9のゲート駆動装置17に示すように、第1ゲート駆動回路18に、第2駆動信号C2により制御される遮断回路19を接続した点と、第1パワーMOSトランジスタ1のゲート・ソース間にダイオードD3を接続した点が追加されている。
FIG. 9 is a circuit block diagram showing another configuration example of the conventional gate driving device. From the circuit of the above-described conventional example, as shown in the
具体的には、ダイオードD3は第1パワーMOSトランジスタ1のゲート・ソース間に接続され、ダイオードD3のカソード側が第1パワーMOSトランジスタ1のゲート3に接続され、第1パワーMOSトランジスタ1のゲート・ソース間の耐圧超えを防止している。また遮断回路19は、Nch MOSトランジスタ20により構成され、ゲートは第2駆動信号C2に接続され、ドレイン・ソースは、それぞれ第1パワーMOSトランジスタ1のゲート3及び接地GND(14)間に接続されている。
Specifically, the diode D3 is connected between the gate and source of the first
以上の通り構成されるゲート駆動装置17の動作について説明するが、第2パワーMOSトランジスタ2の導通と遮断及び第1パワーMOSトランジスタ1の導通については、前述の従来例と同様のため省略する。
Although the operation of the
第1パワーMOSトランジスタ1の遮断については、第1駆動信号C1をLとし、このとき第2駆動信号C2がHであれば遮断回路19のNch MOSトランジスタ20がオンするため、第1パワーMOSトランジスタ1のゲート3を接地に対して短絡させる。また第1駆動信号C1をLとし、このとき第2駆動信号C2がLであれば遮断回路19のNch MOSトランジスタ20はオフのため、従来例通り抵抗10により第1パワーMOSトランジスタ1のゲート・ソース電荷を引抜き遮断させる。
Regarding the cutoff of the first
上記のような構成において、従来例でdv/dt貫通状態が発生していた第1パワーMOSトランジスタ1と第2パワーMOSトランジスタ2が遮断状態で図9のA方向に回生電流が流れる状態から、第2パワーMOSトランジスタ2を遮断から導通状態とし図9のB方向に駆動電流が流れる場合について説明する。
In the configuration as described above, from the state in which the first
図9のA方向に回生電流を流す場合については、前述の従来例と同様で、第1パワーMOSトランジスタ1と第2パワーMOSトランジスタ2を遮断状態とさせる。このとき接続点8は電源VCC(11)+ダイオードD1の導通電圧VD1まで電位が上昇する。
The case where the regenerative current flows in the direction A in FIG. 9 is the same as in the conventional example described above, and the first
次に第2駆動信号C2をLからHとすることで、第2ゲート駆動回路6により第2パワーMOSトランジスタ2が遮断から導通状態となると、図9のB方向に駆動電流が流れ始める。このとき第2パワーMOSトランジスタ2の導通に伴い、接続点8の電圧が接地GND(14)まで下降し始める。
Next, by changing the second drive signal C2 from L to H, when the second
このとき従来例では、第1パワーMOSトランジスタ1のゲート・ソース電圧上昇によるdv/dt貫通が発生していたが、本構成については第2駆動信号C2がLからHとなると、遮断回路19のNch MOSトランジスタ20がオンし、第1パワーMOSトランジスタ1のゲート3を接地GND(14)に対して短絡することで、第1パワーMOSトランジスタ1のゲート電荷を放電し、ゲート・ソース電圧の上昇を防ぎ、dv/dt貫通の発生を防止している。
しかしながら上記のような従来のゲート駆動装置17では、第2駆動信号C2をLからHとし、第2パワーMOSトランジスタ2が実際に遮断から導通状態となるタイミングと、遮断回路19のNch MOSトランジスタ20がオンするタイミングとが、同時にならずタイミング関係は前後する。
However, in the conventional
例えば、図10の通り、遮断回路19のNch MOSトランジスタ20がオフからオンとなるタイミングが、第2パワーMOSトランジスタ2が遮断から導通状態となるタイミングより早くなる場合を説明する。遮断回路19のNch MOSトランジスタ20がオフからオンになるとき(時間T5)、第2パワーMOSトランジスタ2はまだ遮断状態のため、図のA方向に回生電流が流れ続け、接続点8の電位は電源VCC(11)+ダイオードD1導通電圧VD1を維持する。
For example, as shown in FIG. 10, a case will be described in which the timing at which the Nch MOS transistor 20 of the cutoff circuit 19 is turned on is earlier than the timing at which the second
その際、第1パワーMOSトランジスタ1のゲートが、遮断回路19のNch MOSトランジスタ20により接地に対して短絡されるため、接続点8からダイオードD3を介して接地GND(14)の経路で大電流(Nch MOSトランジスタ20の電流能力分の電流)が流れ、さらにこの大電流は、第2パワーMOSトランジスタ2が導通状態(時間T6)となり、接続点8の電位が下降してダイオードD3の導通電圧VD3となるまで流れ続ける(時間T7)ことになり、この大電流により多大な電力損失となる問題がある。
At that time, since the gate of the first
一方で、図11の通り、遮断回路19のNch MOSトランジスタ20がオフからオンとなるタイミングが、第2パワーMOSトランジスタ2が遮断から導通状態となるタイミングより遅くなる場合を説明する。第2パワーMOSトランジスタ2が遮断から導通状態となるとき(時間T8)遮断回路19はまだオフのため、第2パワーMOSトランジスタ2の導通により接続点8の電圧が下降すると、前述の従来例と同様に、第1パワーMOSトランジスタ1のゲート電位が、ドレイン・ゲート間の寄生容量15とゲート・ソース間の抵抗10及び寄生容量16により上昇し(時間T9)、第1パワーMOSトランジスタ1でdv/dt貫通が発生し、その貫通電流によっても電力損失となる問題がある。
On the other hand, as shown in FIG. 11, a case will be described in which the timing at which the Nch MOS transistor 20 of the cutoff circuit 19 is turned on is later than the timing at which the second
本発明は、上記従来の問題点を解決するもので、従来発生していたdv/dt貫通電流および過電流による電力損失を抑止することができるゲート駆動装置を提供する。 The present invention solves the above-described conventional problems, and provides a gate driving device capable of suppressing power loss due to a dv / dt through current and an overcurrent that have been generated conventionally.
上記の課題を解決するために、第1の発明は、負荷への電力供給を制御するために電源間に直列接続された第1パワーMOSトランジスタおよび第2パワーMOSトランジスタのゲートを駆動するゲート駆動装置において、前記第1パワーMOSトランジスタのゲートに接続されて第1駆動信号に基づいて前記第1パワーMOSトランジスタを導通または遮断させる第1ゲート駆動回路と、前記第2パワーMOSトランジスタのゲートに接続されて第2駆動信号に基づいて前記第2パワーMOSトランジスタを導通または遮断させる第2ゲート駆動回路と、前記第2駆動信号に基づいて前記第1ゲート駆動回路による前記第1パワーMOSトランジスタの遮断を制御する遮断制御回路とを備え、前記第1ゲート駆動回路は、前記第1駆動信号に基づいて前記第1パワーMOSトランジスタを導通させる導通回路と、第1遮断回路および第2遮断回路と前記第1遮断回路および前記第2遮断回路の選択を切り換えるセレクタ回路とからなり前記第1駆動信号に基づいて前記第1パワーMOSトランジスタを遮断させる遮断回路とを有し、前記遮断制御回路を、前記第1駆動信号に基づいて前記第1パワーMOSトランジスタが遮断状態で前記第2パワーMOSトランジスタが遮断から導通する前後の任意期間は、前記第2駆動信号に基づいて前記セレクタ回路により前記第1遮断回路を選択し、前記任意期間以外は、前記第2駆動信号に基づいて前記セレクタ回路により前記第2遮断回路を選択し、選択された一方の遮断回路により前記第1パワーMOSトランジスタを遮断するように、制御するよう構成したことを特徴とする。 In order to solve the above problems, the first invention is a gate drive for driving the gates of the first power MOS transistor and the second power MOS transistor connected in series between the power supplies in order to control the power supply to the load. In the device, a first gate drive circuit connected to the gate of the first power MOS transistor to turn on or off the first power MOS transistor based on a first drive signal, and connected to the gate of the second power MOS transistor A second gate driving circuit for conducting or blocking the second power MOS transistor based on the second driving signal, and a blocking of the first power MOS transistor by the first gate driving circuit based on the second driving signal. And a first gate drive circuit for controlling the first drive signal. Based on the first power MOS transistor, a first cutoff circuit and a second cutoff circuit, and a selector circuit for switching the selection of the first cutoff circuit and the second cutoff circuit. And a cutoff circuit that shuts off the first power MOS transistor based on the first power MOS transistor, and the cutoff control circuit is configured so that the first power MOS transistor is in a cutoff state and the second power MOS transistor is shut off based on the first drive signal. The first cutoff circuit is selected by the selector circuit based on the second drive signal during an arbitrary period before and after conducting from the cutoff, and the selector circuit is selected based on the second drive signal except during the optional period. A second cutoff circuit is selected, and the first power MOS transistor is shut off by one of the selected cutoff circuits. , Characterized by being configured to control.
また第2の発明は、第1の発明において、前記遮断制御回路を、前記セレクタ回路による前記第1遮断回路および前記第2遮断回路に対する選択を、前記第2駆動信号に基づく前記第2パワーMOSトランジスタのゲート電位の状態に従って、制御するよう構成したことを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the selection of the cutoff control circuit for the first cutoff circuit and the second cutoff circuit by the selector circuit is based on the second drive signal. It is characterized in that it is controlled according to the state of the gate potential of the transistor.
また第3の発明は、第1の発明において、前記遮断制御回路を、前記セレクタ回路による前記第1遮断回路および前記第2遮断回路に対する選択を、前記第2駆動信号に基づく前記第1パワーMOSトランジスタと前記第2パワーMOSトランジスタの接続点電位の状態に従って、制御するよう構成したことを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the first aspect, the first power MOS based on the second drive signal is selected based on the second drive signal by selecting the cutoff control circuit for the first cutoff circuit and the second cutoff circuit by the selector circuit. Control is performed according to the state of the potential of the connection point between the transistor and the second power MOS transistor.
また第4の発明は、第1から第3のいずれかの発明において、前記第1遮断回路および前記第2遮断回路を電流源により構成したことを特徴とする。
また第5の発明は、第1から第4のいずれかの発明において、ゲート電荷の放電電流が前記第2遮断回路より前記第1遮断回路の方が大きいことを特徴とする。
According to a fourth invention, in any one of the first to third inventions, the first cutoff circuit and the second cutoff circuit are configured by a current source.
According to a fifth invention, in any one of the first to fourth inventions, the discharge current of the gate charge is larger in the first cutoff circuit than in the second cutoff circuit.
以上のように本発明によれば、モータ負荷への電力供給を、電源間に接続された第1パワーMOSトランジスタと第2パワーMOSトランジスタの導通および遮断により制御する場合、第1パワーMOSトランジスタが遮断状態で第2パワーMOSトランジスタが遮断から導通状態となる際に、同時に、第1パワーMOSトランジスタを完全に遮断状態にすることができる。 As described above, according to the present invention, when the power supply to the motor load is controlled by the conduction and interruption of the first power MOS transistor and the second power MOS transistor connected between the power supplies, the first power MOS transistor When the second power MOS transistor is switched from the cutoff to the conductive state in the cutoff state, the first power MOS transistor can be completely cut off at the same time.
そのため、第1パワーMOSトランジスタが遮断状態で第2パワーMOSトランジスタが遮断から導通状態となる際の貫通電流の発生を低電力消費で防止することができ、従来発生していたdv/dt貫通電流および過電流による電力損失を抑止することができる。 Therefore, it is possible to prevent generation of a through current when the first power MOS transistor is in a cut-off state and the second power MOS transistor is turned off to a conductive state with low power consumption. In addition, power loss due to overcurrent can be suppressed.
以下、本発明の実施の形態を示すゲート駆動装置について、図面を参照しながら具体的に説明する。
(実施の形態1)
本発明の実施の形態1のゲート駆動装置を説明する。
Hereinafter, a gate drive device showing an embodiment of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
A gate driving apparatus according to
図1は本実施の形態1のゲート駆動装置の一構成例を示す回路ブロック図である。図1のゲート駆動装置21において、電源間に直列に第1パワーMOSトランジスタ1と第2パワーMOSトランジスタ2が接続され、第1パワーMOSトランジスタ1のゲート3は、第1駆動信号C1により制御される第1ゲート駆動回路22が接続され、第2パワーMOSトランジスタ2のゲート5は、第2駆動信号C2により制御される第2ゲート駆動回路6が接続される。モータ駆動負荷7は第1パワーMOSトランジスタ1と第2パワーMOSトランジスタ2の接続点8に接続されている。ここで第1駆動信号C1及び第2駆動信号C2は、それぞれハイレベル(以下、Hとする)とロウレベル(以下、Lとする)を繰返す信号である。
FIG. 1 is a circuit block diagram showing a configuration example of the gate driving apparatus according to the first embodiment. 1, the first
次に第2ゲート駆動回路6は従来例と同様で、第2駆動信号C2をLとすることで、第2パワーMOSトランジスタ2のゲート電圧を下降させ遮断させる。また第2駆動信号C2をHとすることで、第2パワーMOSトランジスタ2のゲート電圧を上昇させ導通させる。第1ゲート駆動回路22は、第1パワーMOSトランジスタ1を導通させる導通回路23と遮断させる遮断回路24により構成され、導通回路23と遮断回路24の出力は共通で、第1パワーMOSトランジスタ1のゲート3に接続されている。
Next, the second gate drive circuit 6 is the same as the conventional example, and by setting the second drive signal C2 to L, the gate voltage of the second
導通回路23と遮断回路24は、第1駆動信号C1がHの場合は導通回路23が動作し第1パワーMOSトランジスタ1を導通させ、第1駆動信号C1がLの場合は遮断回路24が動作し第1パワーMOSトランジスタ1を遮断させる。遮断回路24は第1電流源25と第2電流源26とセレクタ回路27により構成される。セレクタ回路27の入力には第1電流源25と第2電流源26が接続され、遮断回路24の動作時に、第1電流源25又は第2電流源26のどちらかを第1パワーMOSトランジスタ1のゲート3に接続することで、ゲート電荷を放電し第1パワーMOSトランジスタ1を遮断させる。ここで第1電流源25は、第2電流源26よりゲート電荷を放電する電流が大きいものとする。
When the first drive signal C1 is H, the
セレクタ回路27による第1電流源25と第2電流源26の切り換えは、遮断制御回路28の出力29により制御され、出力29がHの場合は第1電流源25を選択し、出力29がLの場合は第2電流源26を選択する。遮断制御回路28はタイミング発生回路30により構成され、入力には基準クロックCLKと第2駆動信号C2が接続され、出力29はセレクタ回路27に接続される。タイミング発生回路30は、第2駆動信号C2がLからHに切り換わる際にHのパルスを出力する。
The switching between the first
具体的には、第2駆動信号C2がLからHに切り換わり、時間t1後にタイミング発生回路30の出力29をLからHに切り換え、Hのパルス時間t2を経て再び出力29をLとする。時間t1と時間t2は、図示しないがカウンタやシフトレジスタ等により決められ、基準クロックCLKの任意クロック数倍で決めることができる。
Specifically, the second drive signal C2 is switched from L to H, and the
次に、上記のように構成された本実施の形態1のゲート駆動装置21において、従来例でdv/dt貫通および過電流による電力損失が発生していた第1パワーMOSトランジスタ1と第2パワーMOSトランジスタ2が遮断状態で、図1のA方向に回生電流が流れる状態から、第2パワーMOSトランジスタ2を遮断から導通状態として図1のB方向に駆動電流が流れる場合の動作について、図2を用いて説明する。
Next, in the
図2は本実施の形態1のゲート駆動装置における動作を示すタイミングチャートである。図1のA方向に回生電流が流れる場合については、従来例と同様で、第1駆動信号C1と第2駆動信号C2を共にLとし第1パワーMOSトランジスタ1と第2パワーMOSトランジスタ2を遮断状態とするが、その際、接続点8は電源VCC(11)+ダイオードD1の導通電圧VD1まで電位が上昇する。このときタイミング発生回路30は第2駆動信号C2がLのため出力29はLとなる。そのためセレクタ回路27は第2電流源26を選択して第1パワーMOSトランジスタ1を遮断状態とする。
FIG. 2 is a timing chart showing the operation of the gate driving apparatus according to the first embodiment. In the case where the regenerative current flows in the direction A in FIG. 1, as in the conventional example, both the first drive signal C1 and the second drive signal C2 are set to L, and the first
次に第2駆動信号C2をLからHとする(時間T10)と、時間t1後にタイミング発生回路30の出力29がH(時間T11)となるため、セレクタ回路27は電流源を第2電流源26から第1電流源25に切り換える。ここで時間t1の設定を第2駆動信号がLからHに切り換わってから第2パワーMOSトランジスタ2が遮断から導通状態となるまでの時間とすると、第2パワーMOSトランジスタ2が遮断から導通状態となるタイミングと同時に、遮断回路24の出力を第2電流源26から第1電流源25に切り換えることができる。
Next, when the second drive signal C2 is changed from L to H (time T10), the
さらに第2パワーMOSトランジスタ2が導通状態となると、第1パワーMOSトランジスタ1のソース電圧すなわち接続点8の電圧が接地GND(14)に向かって急速に下降し始め、同時に図1のB方向に駆動電流が流れ始める。ここで時間t2の設定を、第2パワーMOSトランジスタ2が遮断から導通状態となるタイミングから、第2パワーMOSトランジスタ2のドレイン電圧(接続点8)が接地GND(14)になる(時間T12)までの時間とする。これにより接続点8の電圧が急速に下降している期間は、放電電流の大きい第1電流源25により、第1パワーMOSトランジスタ1を遮断させることができる。
Further, when the second
従来例では、第1電流源25に相当するdv/dt貫通を防止する遮断回路の動作タイミングが、第2パワーMOSトランジスタ2の遮断から導通状態となるタイミングに対して前後してしまうため、dv/dt貫通又は遮断回路による過電流で電力損失を引き起こしていた。
In the conventional example, the operation timing of the cutoff circuit that prevents the dv / dt penetration corresponding to the first
これに対し、本実施の形態によれば、第2パワーMOSトランジスタ2が遮断から導通状態となるタイミングと、遮断回路24を第2電流源26から第1電流源25に切り換えるタイミングを、タイミング発生回路30により合わせ、また接続点8の電圧が急峻に下降している期間は放電電流の大きい第1電流源25により第1パワーMOSトランジスタ1を完全に遮断させているため、従来発生していたdv/dt貫通および過電流による電力損失を防ぐことができる。
(実施の形態2)
本発明の実施の形態2のゲート駆動装置を説明する。
On the other hand, according to the present embodiment, the timing at which the second
(Embodiment 2)
A gate drive device according to a second embodiment of the present invention will be described.
図3は本実施の形態2のゲート駆動装置の一構成例を示す回路ブロック図である。実施の形態1では、遮断制御回路28をタイミング発生回路30により構成して、タイミング発生回路30からの出力29に基づいてセレクタ回路27により第1電流源25と第2電流源26とを切り換えていたが、図3に示すように、本実施の形態2のゲート駆動装置31では、遮断制御回路32を、第2パワーMOSトランジスタ2のゲート電圧を検知するコンパレータ33により構成している。
FIG. 3 is a circuit block diagram showing a configuration example of the gate driving apparatus according to the second embodiment. In the first embodiment, the
詳細な構成については以下で説明するが、第2ゲート駆動回路6と第1ゲート駆動回路22については実施の形態1と同じなので説明は省略し、セレクタ回路27を制御するコンパレータ33についてのみ説明する。
Although a detailed configuration will be described below, the second gate drive circuit 6 and the first
コンパレータ33は、「−」入力に第2パワーMOSトランジスタ2の閾値電圧よりわずかに低い電圧V1が、「+」入力には第2パワーMOSトランジスタ2のゲート5が接続される。またコンパレータ33の出力34はセレクタ回路27に接続され、出力34がHの場合はセレクタ回路27が第1電流源25を選択し、出力34がLの場合は第2電流源26を選択する。ここでコンパレータ33の出力34は「−」入力より「+」入力電圧の方が高い場合Hを出力する。
In the
次に、上記のように構成された本実施の形態2のゲート駆動装置30において、従来例でdv/dt貫通および過電流による電力損失が発生していた第1パワーMOSトランジスタ1と第2パワーMOSトランジスタ2が遮断状態で、図3のA方向に回生電流が流れる状態から、第2パワーMOSトランジスタ2を遮断から導通状態として図3のB方向に駆動電流が流れる場合の動作について、図4を用いて説明する。
Next, in the
図4は本実施の形態2のゲート駆動装置における動作を示すタイミングチャートである。図3のA方向に回生電流が流れる場合については、従来例と同様で、第1駆動信号C1と第2駆動信号C2を共にLとし、第1パワーMOSトランジスタ1と第2パワーMOSトランジスタ2を遮断状態とすることで、接続点8が電源VCC(11)+ダイオードD1の導通電圧VD1まで電位が上昇する。ここでコンパレータ33は、第2パワーMOSトランジスタ2が遮断状態でゲート電圧が電圧V1より低いためLを出力する。よって遮断回路24は、第2駆動信号C2がLでコンパレータ33の出力34がLのため、第2電流源26により、第1パワーMOSトランジスタ1を遮断状態とする。
FIG. 4 is a timing chart showing the operation of the gate driving apparatus according to the second embodiment. The case where the regenerative current flows in the direction A in FIG. 3 is the same as the conventional example, and both the first drive signal C1 and the second drive signal C2 are set to L, and the first
次に第2駆動信号C2をLからHとする(時間T13)ことで、第2ゲート駆動回路6により第2パワーMOSトランジスタ2のゲート電圧が上昇し、電圧V1に達するとコンパレータ33の出力34がHに切り換わる(時間T14)。このときセレクタ回路27は、コンパレータ33の出力34がHとなるため、遮断回路24の出力を第2電流源26から放電電流の大きい第1電流源25に切り換える。
Next, by changing the second drive signal C2 from L to H (time T13), the gate voltage of the second
その後ゲート電圧は更に上昇するが、電圧V1を第2パワーMOSトランジスタ2の閾値電圧よりわずかに低い値に設定しているため、コンパレータ33の出力34がLからHに切り換わった直後に、第2パワーMOSトランジスタ2は導通状態(時間T14)となり、第1パワーMOSトランジスタ1のソース電圧すなわち接続点8の電圧が、接地GND(14)に向かって急速に下降し始め、図3のB方向に駆動電流が流れ始める。
After that, although the gate voltage further increases, the voltage V1 is set to a value slightly lower than the threshold voltage of the second
ここで従来例では、第1電流源25に相当する遮断回路19の動作タイミングが、第2パワーMOSトランジスタ2の遮断から導通状態となるタイミングに対して、前後してしまうため、dv/dt貫通および遮断回路による過電流で電力損失を引き起こしていた。
Here, in the conventional example, the operation timing of the shut-off circuit 19 corresponding to the first
これに対し、本実施の形態によれば、第2パワーMOSトランジスタ2が遮断から導通状態となるタイミングをコンパレータ33で検出しているため、遮断回路24を、第2電流源26から第1電流源25に切り換えるタイミングと、第2パワーMOSトランジスタ2の遮断から導通状態となるタイミングが前後することがない。そのため、従来発生していたdv/dt貫通および過電流による電力損失を抑止することができる。
(実施の形態3)
本発明の実施の形態3のゲート駆動装置を説明する。
On the other hand, according to the present embodiment, since the
(Embodiment 3)
A gate drive device according to a third embodiment of the present invention will be described.
図5は本実施の形態3のゲート駆動装置の一構成例を示す回路ブロック図である。実施の形態2では、遮断制御回路32のコンパレータ33が第2パワーMOSトランジスタ2のゲート電圧を検知していたが、図5に示すように、本実施の形態3のゲート駆動装置35では、遮断制御回路36を、接続点8の電圧を検知するコンパレータ37により構成している。
FIG. 5 is a circuit block diagram showing a configuration example of the gate driving apparatus according to the third embodiment. In the second embodiment, the
詳細な構成については以下で説明するが、第2ゲート駆動回路6と第1ゲート駆動回路22については実施の形態1と同じなので説明は省略し、セレクタ回路27を制御するコンパレータ37についてのみ説明する。
Although a detailed configuration will be described below, the second gate drive circuit 6 and the first
コンパレータ37は、「−」入力に接続点8が、「+」入力には電圧VCC(11)が接続される。またコンパレータ37の出力38はセレクタ回路27に接続され、出力38がHの場合はセレクタ回路27が第1電流源25を選択し、出力38がLの場合は第2電流源26を選択する。ここでコンパレータ37の出力38は、実施の形態2と同様に、「−」入力より「+」入力電圧の方が高い場合Hを出力する。
In the
次に、上記のように構成された本実施の形態3のゲート駆動装置35において、従来例でdv/dt貫通および過電流による電力損失が発生していた第1パワーMOSトランジスタ1と第2パワーMOSトランジスタ2が遮断状態で、図5のA方向に回生電流が流れる状態から、第2パワーMOSトランジスタ2を遮断から導通状態として図5のB方向に駆動電流が流れる場合の動作について、図6を用いて説明する。
Next, in the
図6は本実施の形態3のゲート駆動装置における動作を示すタイミングチャートである。図5のA方向に回生電流が流れる場合については、実施の形態1と同様で、第1駆動信号C1と第2駆動信号C2を共にLとし、第1パワーMOSトランジスタ1と第2パワーMOSトランジスタ2を遮断状態とすることで、接続点8が電源VCC(11)+ダイオードD1の導通電圧VD1まで電位が上昇する。ここでコンパレータ37は、接続点8の電圧が電源VCC(11)より高いためLを出力する。よって遮断回路24は、第2駆動信号C2がLでコンパレータ37の出力38がLのため、第2電流源26により、第1パワーMOSトランジスタ1を遮断状態とする。
FIG. 6 is a timing chart showing the operation of the gate driving apparatus according to the third embodiment. The case where the regenerative current flows in the direction A in FIG. 5 is the same as in the first embodiment, and the first drive signal C1 and the second drive signal C2 are both set to L, and the first
次に第2駆動信号C2をLからHとする(時間T15)ことで、第2ゲート駆動回路6により、第2パワーMOSトランジスタ2はゲート電圧が上昇して導通状態となる。第2パワーMOSトランジスタ2が導通状態となると、第1パワーMOSトランジスタ1のソース電圧すなわち接続点8の電圧が接地GND(14)に向かって急速に下降し、すぐに接続点8の電圧が電源VCC(11)に達し、コンパレータ37の出力38をLからHに切り換える。そのため、遮断回路24の出力は、セレクタ回路27により、第2電流源26から放電電流の大きい第1電流源25に切り換わる。
Next, the second drive signal C2 is changed from L to H (time T15), so that the gate voltage of the second
ここで従来例では、第1電流源25に相当する遮断回路19の動作タイミングが、第2パワーMOSトランジスタ2の遮断から導通状態となるタイミングに対して、前後してしまうため、dv/dt貫通および遮断回路による過電流で電力損失を引き起こしていた。
Here, in the conventional example, the operation timing of the shut-off circuit 19 corresponding to the first
これに対し、本実施の形態によれば、第2パワーMOSトランジスタ2が遮断から導通状態となるタイミングをコンパレータ37で検出しているため、セレクタ回路27による第2電流源26から第1電流源25への切り換えタイミングと、第2パワーMOSトランジスタ2の遮断から導通状態となるタイミングとが前後することはなくなり、従来発生していたdv/dt貫通電流および過電流による電力損失を抑止することができる。
In contrast, according to the present embodiment, since the
本発明のゲート駆動装置は、従来発生していたdv/dt貫通電流および過電流による電力損失を抑止することができるもので、PWM駆動方式を採用してパワーMOSトランジスタのゲート駆動を行うモータ駆動装置等に有用である。 The gate driving device of the present invention can suppress the power loss due to the dv / dt through current and overcurrent that have been generated conventionally, and the motor driving that employs the PWM driving method to drive the gate of the power MOS transistor. Useful for devices and the like.
1 第1パワーMOSトランジスタ
2 第2パワーMOSトランジスタ
3 (第1パワーMOSトランジスタの)ゲート
4 第1ゲート駆動回路
5 (第2パワーMOSトランジスタの)ゲート
6 第2ゲート駆動回路
7 モータ駆動負荷
8 (第1パワーMOSトランジスタと第2パワーMOSトランジスタとモータ駆動負荷の)接続点
9 Pch MOSトランジスタ
10 抵抗
11 電源VCC
12 電源VPUMP
13 ゲート駆動装置
14 接地GND
15 (第1パワーMOSトランジスタの)ドレイン・ゲート間寄生容量
16 (第1パワーMOSトランジスタの)ゲート・ソース間寄生容量
17 ゲート駆動装置
18 第1ゲート駆動回路
19 遮断回路
20 Nch MOSトランジスタ
21 ゲート駆動装置
22 第1ゲート駆動回路
23 導通回路
24 遮断回路
25 第1電流源
26 第2電流源
27 セレクタ回路
28 遮断制御回路
29 遮断制御回路出力
30 タイミング発生回路
31 ゲート駆動装置
32 遮断制御回路
33 コンパレータ
34 コンパレータ出力
35 ゲート駆動装置
36 遮断制御回路
37 コンパレータ
38 コンパレータ出力
C1 第1駆動信号
C2 第2駆動信号
CLK 基準クロック
D1〜D3 ダイオード
DESCRIPTION OF
12 Power supply VPUMP
13
15 Parasitic capacitance between drain and gate (of the first power MOS transistor) 16 Parasitic capacitance between gate and source (of the first power MOS transistor) 17
Claims (5)
前記第1パワーMOSトランジスタのゲートに接続されて第1駆動信号に基づいて前記第1パワーMOSトランジスタを導通または遮断させる第1ゲート駆動回路と、
前記第2パワーMOSトランジスタのゲートに接続されて第2駆動信号に基づいて前記第2パワーMOSトランジスタを導通または遮断させる第2ゲート駆動回路と、
前記第2駆動信号に基づいて前記第1ゲート駆動回路による前記第1パワーMOSトランジスタの遮断を制御する遮断制御回路とを備え、
前記第1ゲート駆動回路は、
前記第1駆動信号に基づいて前記第1パワーMOSトランジスタを導通させる導通回路と、
第1遮断回路および第2遮断回路と前記第1遮断回路および前記第2遮断回路の選択を切り換えるセレクタ回路とからなり前記第1駆動信号に基づいて前記第1パワーMOSトランジスタを遮断させる遮断回路とを有し、
前記遮断制御回路を、
前記第1駆動信号に基づいて前記第1パワーMOSトランジスタが遮断状態で前記第2パワーMOSトランジスタが遮断から導通する前後の任意期間は、前記第2駆動信号に基づいて前記セレクタ回路により前記第1遮断回路を選択し、
前記任意期間以外は、前記第2駆動信号に基づいて前記セレクタ回路により前記第2遮断回路を選択し、
選択された一方の遮断回路により前記第1パワーMOSトランジスタを遮断するように、
制御するよう構成した
ことを特徴とするゲート駆動装置。 In a gate drive device for driving the gates of a first power MOS transistor and a second power MOS transistor connected in series between power supplies in order to control power supply to a load,
A first gate driving circuit connected to the gate of the first power MOS transistor to turn on or off the first power MOS transistor based on a first driving signal;
A second gate driving circuit connected to the gate of the second power MOS transistor to turn on or off the second power MOS transistor based on a second driving signal;
A cutoff control circuit for controlling cutoff of the first power MOS transistor by the first gate driving circuit based on the second driving signal;
The first gate driving circuit includes:
A conduction circuit for conducting the first power MOS transistor based on the first drive signal;
A cut-off circuit comprising a first cut-off circuit and a second cut-off circuit and a selector circuit for switching selection of the first cut-off circuit and the second cut-off circuit, and cuts off the first power MOS transistor based on the first drive signal; Have
The cutoff control circuit;
Based on the first drive signal, the first power MOS transistor is turned off and the first power MOS transistor is turned off and turned on for an arbitrary period before and after the second power MOS transistor is turned on by the selector circuit based on the second drive signal. Select the cutoff circuit,
Except for the arbitrary period, the selector circuit selects the second cutoff circuit based on the second drive signal,
The first power MOS transistor is shut off by the selected one shut-off circuit,
A gate driving device characterized by being configured to control.
前記遮断制御回路を、
前記セレクタ回路による前記第1遮断回路および前記第2遮断回路に対する選択を、
前記第2駆動信号に基づく前記第2パワーMOSトランジスタのゲート電位の状態に従って、
制御するよう構成した
ことを特徴とするゲート駆動装置。 The gate driving apparatus according to claim 1, wherein
The cutoff control circuit;
Selection for the first cutoff circuit and the second cutoff circuit by the selector circuit,
According to the state of the gate potential of the second power MOS transistor based on the second drive signal,
A gate driving device characterized by being configured to control.
前記遮断制御回路を、
前記セレクタ回路による前記第1遮断回路および前記第2遮断回路に対する選択を、
前記第2駆動信号に基づく前記第1パワーMOSトランジスタと前記第2パワーMOSトランジスタの接続点電位の状態に従って、
制御するよう構成した
ことを特徴とするゲート駆動装置。 The gate driving apparatus according to claim 1, wherein
The cutoff control circuit;
Selection for the first cutoff circuit and the second cutoff circuit by the selector circuit,
According to the state of the connection point potential between the first power MOS transistor and the second power MOS transistor based on the second drive signal,
A gate driving device characterized by being configured to control.
前記第1遮断回路および前記第2遮断回路を電流源により構成した
ことを特徴とするゲート駆動装置。 In the gate drive device according to any one of claims 1 to 3,
A gate driving device characterized in that the first cutoff circuit and the second cutoff circuit are constituted by a current source.
ゲート電荷の放電電流が前記第2遮断回路より前記第1遮断回路の方が大きい
ことを特徴とするゲート駆動装置。 In the gate drive device according to any one of claims 1 to 4,
A gate driving device characterized in that a discharge current of a gate charge is larger in the first cutoff circuit than in the second cutoff circuit.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2006051409A JP2007235280A (en) | 2006-02-28 | 2006-02-28 | Gate drive device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2006051409A JP2007235280A (en) | 2006-02-28 | 2006-02-28 | Gate drive device |
Publications (1)
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| JP2007235280A true JP2007235280A (en) | 2007-09-13 |
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| Country | Link |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012046525A1 (en) * | 2010-10-05 | 2012-04-12 | ザインエレクトロニクス株式会社 | Protection circuit |
| JPWO2021206065A1 (en) * | 2020-04-07 | 2021-10-14 |
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2006
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2012080456A (en) * | 2010-10-05 | 2012-04-19 | Thine Electronics Inc | Protection circuit |
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