JP2002044940A - Mos-switching circuit - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、MOSゲート電極
を有するトランジスタを用いたスイッチング回路に関す
る。The present invention relates to a switching circuit using a transistor having a MOS gate electrode.
【0002】[0002]
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】MOS
トランジスタで構成した同期整流DCーDC降圧コンバ
ータ回路の出力段(ドライブ回路)の従来技術を説明す
る。この出力段は、ハイサイド側MOSトランジスタ
(ハイサイド出力素子)とローサイド側MOSトランジ
スタ(ローサイド出力素子)とからなり、高位電源線
(正電源線)と低位電源線(負電源線)との間に互いに
直列接続されてMOSドライブ回路を構成している。2. Description of the Related Art MOS
A conventional technique of an output stage (drive circuit) of a synchronous rectification DC-DC step-down converter circuit constituted by transistors will be described. This output stage includes a high-side MOS transistor (high-side output element) and a low-side MOS transistor (low-side output element), and is connected between a high power supply line (positive power supply line) and a low power supply line (negative power supply line). Are connected in series to each other to form a MOS drive circuit.
【0003】両MOSトランジスタは相補的に(同時オ
ンしないように)パルス駆動され、ハイサイドのMOS
トランジスタがオンされると、両MOSトランジスタの
接続点(出力端)からチョークコイルを通じて負荷へ、
電源電圧からチョークコイルの電圧降下を差し引いた電
圧が給電されるとともにチョークコイルに磁気エネルギ
ーが蓄積され、一定期間後、ハイサイドのMOSトラン
ジスタがオフされ、ローサイドのMOSトランジスタが
オンされると、チョークコイルは、チョークコイルの通
電電流を維持するように蓄積磁気エネルギーを放出す
る。これにより、電源電圧より低い直流電圧が形成され
る。[0003] Both MOS transistors are pulse-driven complementarily (so as not to be turned on at the same time), and a high-side MOS transistor is driven.
When the transistor is turned on, the connection point (output terminal) of both MOS transistors is applied to the load through the choke coil.
A voltage obtained by subtracting the voltage drop of the choke coil from the power supply voltage is supplied, and magnetic energy is accumulated in the choke coil. After a certain period of time, the high-side MOS transistor is turned off and the low-side MOS transistor is turned on. The coil releases the stored magnetic energy so as to maintain the current flowing through the choke coil. As a result, a DC voltage lower than the power supply voltage is formed.
【0004】このように、互いに直列接続されたハイサ
イド出力素子とローサイド出力素子とを交互にオンさせ
る(相補動作させる)ドライブ回路(出力段)におい
て、ローサイド素子をMOSトランジスタで構成する
と、ハイサイド素子のオンによるローサイド側MOSト
ランジスタのドレイン電位(出力端電位)の上昇が、こ
のローサイド側MOSトランジスタのゲート/ドレイン
間容量Cgdを通じてローサイド側MOSトランジスタの
ゲート電極を上昇させて、ローサイド側MOSトランジ
スタをターンオンさせるという問題(以下、同時オン問
題ともいう)を発生させることが知られている。As described above, in a drive circuit (output stage) for alternately turning on (complementarily operating) the high-side output element and the low-side output element connected in series to each other, if the low-side element is constituted by a MOS transistor, The rise of the drain potential (output terminal potential) of the low-side MOS transistor due to the turning on of the element raises the gate electrode of the low-side MOS transistor through the gate-drain capacitance Cgd of the low-side MOS transistor, thereby increasing the potential of the low-side MOS transistor. It is known to cause a problem of turning on (hereinafter, also referred to as a simultaneous on problem).
【0005】この同時オン問題は、ローサイド側MOS
トランジスタのドレイン電圧の増加率が高いほど(上記
ゲート/ドレイン間容量に印加される電圧の周波数が高
いほど)ゲート/ドレイン間容量Cgdのインピーダンス
が小さくなるため重大となる。This simultaneous ON problem is caused by the low side MOS.
The higher the rate of increase in the drain voltage of the transistor (the higher the frequency of the voltage applied to the gate-drain capacitance), the more significant the impedance of the gate-drain capacitance Cgd becomes, which becomes more significant.
【0006】更に、この同時オン問題は、ドライブ回路
がチョークコイル5のごときリアクタンス負荷にステッ
プ電圧を印加する場合、チョークコイル5はその入力電
圧の立ち上がりに対して過渡的に高インピーダンスとな
るために、一層深刻となる。Further, the simultaneous ON problem is caused when the drive circuit applies a step voltage to a reactive load such as the choke coil 5, the choke coil 5 becomes transiently high impedance with respect to the rise of the input voltage. It gets even more serious.
【0007】この同時オン問題の改善策として、ツェナ
ーダイオードとコンデンサとを並列接続した負バイアス
発生部を通じて、ローサイド側MOSトランジスタのゲ
ート電極に入力信号電圧を印加することにより、ローサ
イド側MOSトランジスタのターンオフ時ゲート電位を
負側にシフトさせる技術(ゲート電位負バイアス技術)
が提案されている。As a countermeasure for the simultaneous ON problem, an input signal voltage is applied to the gate electrode of the low-side MOS transistor through a negative bias generator in which a Zener diode and a capacitor are connected in parallel, thereby turning off the low-side MOS transistor. Technology to shift the gate potential to the negative side at the time (gate potential negative bias technology)
Has been proposed.
【0008】しかしながら、この方法では、ローサイド
側MOSトランジスタのターンオン時における上記負バ
イアス発生部の電圧降下分だけ、ローサイド側MOSト
ランジスタのゲート電位が低下してしまい、上記MOS
ドライブ回路特にそのローサイド出力素子の性能が発揮
できないという問題があった。However, in this method, when the low-side MOS transistor is turned on, the gate potential of the low-side MOS transistor is reduced by the voltage drop of the negative bias generator, and the MOS transistor is turned on.
There is a problem that the performance of the drive circuit, particularly the low-side output element, cannot be exhibited.
【0009】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、MOSゲート電極を有するローサイド側出力素子
の出力抵抗増加を抑止しつつそのゲート電極寄生容量を
通じての出力電圧の影響による誤導通の防止を実現した
MOSスイッチング回路を提供することを、その目的と
している。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to prevent an erroneous conduction due to the influence of an output voltage through a gate electrode parasitic capacitance while suppressing an increase in output resistance of a low side output element having a MOS gate electrode. It is an object of the present invention to provide a MOS switching circuit that realizes the above.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】請求項1記載のMOSス
イッチング回路は、MOSゲート電極を有して負電源線
と出力端とを接続するローサイド出力素子と、入力され
るハイサイド側入力電圧により駆動されるとともに正電
源線と前記出力端とを接続するハイサイド出力素子と、
前記ローサイド出力素子を前記ハイサイド出力素子に対
して略逆動作させるローサイド出力素子駆動回路とを備
えるMOSスイッチング回路において、前記ローサイド
出力素子駆動回路は、互いに並列接続されたコンデンサ
及び定電圧降下素子を有して一端に前記ハイサイド側入
力電圧と略逆相のローサイド側入力電圧が入力される負
バイアス発生部と、ゲート電極が前記負バイアス発生部
の他端に接続されるローサイドMOSトランジスタを有
して前記負バイアス発生部の前記他端の電位と同相の出
力電圧を前記ローサイド出力素子の前記MOSゲート電
極に印加するバッファ回路と、アノード電極が前記バッ
ファ回路の低位電源接続端に、カソード電極が前記負電
源線に接続されるダイオードと、前記負バイアス発生部
の前記他端と前記バッファ回路の前記低位電源接続端と
を接続して所定の電圧降下を発生する電圧降下素子とを
備えることを特徴としている。According to a first aspect of the present invention, there is provided a MOS switching circuit comprising a low side output element having a MOS gate electrode for connecting a negative power supply line and an output terminal, and an input high side input voltage. A high-side output element that is driven and connects the positive power supply line and the output end;
A MOS switching circuit comprising: a low-side output element driving circuit for causing the low-side output element to operate substantially in reverse to the high-side output element; wherein the low-side output element driving circuit includes a capacitor and a constant voltage drop element connected in parallel with each other. A negative bias generation unit having one end to which a low side input voltage having a phase substantially opposite to the high side input voltage is input, and a low side MOS transistor having a gate electrode connected to the other end of the negative bias generation unit. A buffer circuit for applying an output voltage having the same phase as the potential of the other end of the negative bias generator to the MOS gate electrode of the low-side output element; an anode electrode connected to a lower power supply connection end of the buffer circuit; Are connected to the negative power supply line, and the other end of the negative bias generator and the And it connects the lower power supply connection end Ffa circuit is characterized in that it comprises a voltage dropping element for generating a predetermined voltage drop.
【0011】なお、ローサイド出力素子は、MOSゲー
ト電極をもつ三端子スイッチング素子であればMOS電
界効果トランジスタ(MOSFET)に限られることな
く、たとえばMOSSIT、IGBTなどでもよい。ハ
イサイド出力素子は、三端子スイッチング素子であれば
なんでもよい。The low-side output element is not limited to a MOS field-effect transistor (MOSFET) as long as it is a three-terminal switching element having a MOS gate electrode. For example, a MOSSIT, IGBT, or the like may be used. The high-side output element may be any three-terminal switching element.
【0012】ローサイド出力素子駆動回路において、負
バイアス発生部から制御電圧が入力されるMOSトラン
ジスタは、MOSゲート電極をもつ三端子スイッチング
素子であれば通常のMOS電界効果トランジスタ(MO
SFET)に限られることなく、たとえばMOSSIT
やIGBTなどでもよい。ローサイド出力素子駆動回路
のその他の三端子スイッチング素子はなんでもよい。ロ
ーサイド出力素子駆動回路は、典型的には、ローサイド
素子として上記MOSトランジスタをもつ初段インバー
タ回路と、この初段インバータ回路の出力電圧を反転す
る出力段インバータ回路とからなる。In the low-side output element driving circuit, the MOS transistor to which the control voltage is input from the negative bias generator is a normal MOS field-effect transistor (MO) if it is a three-terminal switching element having a MOS gate electrode.
SFET), for example, MOSSIT
Or IGBT. Any other three-terminal switching element of the low-side output element driving circuit may be used. The low-side output element drive circuit typically includes a first-stage inverter circuit having the MOS transistor as a low-side element, and an output-stage inverter circuit for inverting the output voltage of the first-stage inverter circuit.
【0013】負バイアス発生部の定電圧降下素子は、典
型的にはカソード電極がローサイド出力素子駆動回路の
上記MOSトランジスタのゲート電極に接続されるツェ
ナーダイオードによ構成されるが、直列接続されローサ
イド出力素子駆動回路のMOSトランジスタ側がカソー
ド電極となる所定数の充電ダイオードと、これら充電ダ
イオードと逆並列に接続された好適に一個の放電ダイオ
ードとからなる。The constant voltage drop element of the negative bias generating section is typically constituted by a Zener diode whose cathode electrode is connected to the gate electrode of the MOS transistor of the low side output element drive circuit. The output element driving circuit includes a predetermined number of charging diodes whose cathodes are on the MOS transistor side, and preferably one discharging diode connected in anti-parallel to these charging diodes.
【0014】電圧降下素子は、典型的には抵抗素子から
なるが、抵抗素子とダイオードとを直列接続してもよ
い。このダイオードのカソード電極はローサイド出力素
子駆動回路の上記MOSトランジスタのゲート電極に接
続されて、ローサイド出力素子駆動回路の低位電源接続
端からコンデンサへの電流流入を可能とする。The voltage drop element is typically composed of a resistance element, but a resistance element and a diode may be connected in series. The cathode electrode of this diode is connected to the gate electrode of the MOS transistor of the low-side output element driving circuit, so that current can flow into the capacitor from the lower power supply connection end of the low-side output element driving circuit.
【0015】バッファ回路の出力端とローサイド出力素
子のゲート電極との間に抵抗とダイオードとの並列接続
回路を設けてもよく、このダイオードのアノード電極は
ローサイド出力素子のゲート電極側に接続される。A parallel connection circuit of a resistor and a diode may be provided between the output terminal of the buffer circuit and the gate electrode of the low-side output element, and the anode electrode of this diode is connected to the gate electrode side of the low-side output element. .
【0016】ローサイド出力素子のゲート電極と負電源
線とをバイアス抵抗で接続してもよいが、この場合に
は、このバイアス抵抗は、負電源線からの電流流入を阻
止するダイオードを通じて負電源線に接続されることが
好ましい。The gate electrode of the low-side output element and the negative power supply line may be connected by a bias resistor. In this case, the bias resistor is connected to the negative power supply line through a diode for preventing current from flowing from the negative power supply line. Is preferably connected to
【0017】ハイサイド出力素子に印加されるハイサイ
ド側制御電圧と、ローサイド出力素子駆動回路に入力さ
れるローサイド側制御電圧又はローサイド出力素子のM
OSゲート電極に入力される制御電圧は、逆相とされる
がハイサイド側制御電圧とローサイド側制御電圧との間
に所定時間のデッドタイム(両制御電圧がローレベルと
なる期間)を設けることが、ハイサイド出力素子及びロ
ーサイド出力素子を通じて正負電源線間に直流電流が漏
洩するのを防止するために好適である。The high-side control voltage applied to the high-side output element and the low-side control voltage or M of the low-side output element input to the low-side output element drive circuit
The control voltage input to the OS gate electrode is reversed in phase, but a dead time of a predetermined time (a period during which both control voltages are low) is provided between the high-side control voltage and the low-side control voltage. However, it is suitable for preventing DC current from leaking between the positive and negative power supply lines through the high-side output element and the low-side output element.
【0018】本発明によれば、ハイサイド出力素子のタ
ーンオンの直前にローサイド出力素子をターンオフする
際にコンデンサの蓄電電圧によりローサイド出力素子の
ゲート電位を負側にシフトすることができるとともに、
ローサイド出力素子のターンオン時には、コンデンサの
蓄電電圧によるローサイド側制御電圧の減衰をバッファ
回路により回復した後、ローサイド出力素子のゲート電
極に印加するので、ローサイド出力素子の出力性能の低
下を抑止して、低損失かつ電流駆動能力に優れかつ信頼
性に優れたMOSスイッチング回路を実現することがで
きる。According to the present invention, the gate potential of the low-side output element can be shifted to the negative side by the storage voltage of the capacitor when the low-side output element is turned off immediately before the high-side output element is turned on.
At the time of turn-on of the low-side output element, since the attenuation of the low-side control voltage due to the storage voltage of the capacitor is recovered by the buffer circuit and then applied to the gate electrode of the low-side output element, a decrease in the output performance of the low-side output element is suppressed. A MOS switching circuit having low loss, excellent current driving capability, and excellent reliability can be realized.
【0019】請求項2記載の構成によれば請求項1記載
のMOSスイッチング回路において更に、前記出力端と
外部の低圧負荷との間に設けられたチョークコイルとと
もにDC−DC降圧コンバータを構成し、直流高圧電源
が前記正負電源線間に接続されるので、高性能で信頼性
に優れたDC−DC降圧コンバータを実現することがで
きる。According to a second aspect of the present invention, in the MOS switching circuit according to the first aspect, a DC-DC step-down converter is further configured with a choke coil provided between the output terminal and an external low-voltage load. Since the DC high-voltage power supply is connected between the positive and negative power supply lines, a DC-DC step-down converter with high performance and excellent reliability can be realized.
【0020】請求項3記載の構成によれば請求項1記載
のMOSスイッチング回路において更に、前記前記出力
端と外部の直流低圧電源との間に設けられたチョークコ
イルとともにDC−DC昇圧コンバータを構成し、直流
高圧負荷が前記正負電源線間に接続されるので、高性能
で信頼性に優れたDC−DC昇圧コンバータを実現する
ことができる。According to a third aspect of the present invention, the MOS switching circuit according to the first aspect further comprises a DC-DC boost converter together with a choke coil provided between the output terminal and an external low-voltage DC power supply. Since the DC high-voltage load is connected between the positive and negative power supply lines, a DC-DC boost converter with high performance and excellent reliability can be realized.
【0021】[0021]
【発明を実施するための形態】本発明の好適な態様を以
下の実施例を参照して説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the following examples.
【0022】[0022]
【実施例1】本発明の相補同期動作ドライブ回路を適用
したDC−DC降圧コンバータを図1に示す回路図を参
照して以下に説明する。Embodiment 1 A DC-DC step-down converter to which a complementary synchronous drive circuit of the present invention is applied will be described below with reference to the circuit diagram shown in FIG.
【0023】(回路構成)1はハイサイド側MOSトラ
ンジスタ、2はローサイド側MOSトランジスタであ
り、高位電源線(正電源線、ここでは42V)3と低位
電源線4(負電源線、ここでは0V)との間に互いに直
列接続されてMOSドライブ回路を構成している。(Circuit configuration) 1 is a high side MOS transistor, 2 is a low side MOS transistor, and a high power supply line (positive power supply line, here 42V) 3 and a low power supply line 4 (negative power supply line, here 0V) ) Are connected in series with each other to form a MOS drive circuit.
【0024】5はチョークコイル、6は負荷であり、両
トランジスタ1,2の接続点からなる上記MOSドライ
ブ回路の出力端Xはチョークコイル5を通じて負荷6に
給電している。Reference numeral 5 denotes a choke coil, and reference numeral 6 denotes a load. An output terminal X of the MOS drive circuit comprising a connection point between the transistors 1 and 2 supplies power to the load 6 through the choke coil 5.
【0025】7は、NMOSトランジスタにより構成さ
れてソースホロワ動作するハイサイド側MOSトランジ
スタ1のゲート電位規制回路であり、抵抗R1,R2と
ダイオードD1とからなる。抵抗R1,R2は、ハイサ
イド側入力端Yと出力端Xとを接続する抵抗分圧回路で
ある。Reference numeral 7 denotes a gate potential regulating circuit of the high-side MOS transistor 1 which is constituted by an NMOS transistor and operates as a source follower, and comprises resistors R1 and R2 and a diode D1. The resistors R1 and R2 are resistance voltage dividing circuits that connect the high-side input terminal Y and the output terminal X.
【0026】ハイサイド側入力端Yと出力端Xとの間に
印加されるチョッピング用入力信号電圧Vin1は、この
抵抗分圧回路で分圧されて、ハイサイド側MOSトラン
ジスタ1のゲート電極/ソース電極間に印加されてい
る。ダイオードD1はハイサイド側MOSトランジスタ
1のターンオフ時にゲート電位を急速に低下させて、ハ
イサイド側MOSトランジスタ1のターンオフを高速化
させるためのものであるが、このゲート電位規制回路は
本発明の実施に際して必須構成要素ではない。The chopping input signal voltage Vin1 applied between the high-side input terminal Y and the output terminal X is divided by this resistance voltage dividing circuit, and the gate electrode / source of the high-side MOS transistor 1 is divided. Applied between the electrodes. The diode D1 is used to rapidly lower the gate potential when the high-side MOS transistor 1 is turned off to speed up the turn-off of the high-side MOS transistor 1. This gate potential regulating circuit is used in the present invention. It is not an essential component.
【0027】8は、ゲート電位負レベルシフト回路(ロ
ーサイド出力素子駆動回路)であり、上記MOSドライ
ブ回路(出力段)、チョークコイル5、ゲート電位規制
回路7とともに、このDC−DC降圧コンバータを構成
している。Reference numeral 8 denotes a gate potential negative level shift circuit (low-side output element driving circuit), which constitutes this DC-DC step-down converter together with the MOS drive circuit (output stage), choke coil 5, and gate potential regulating circuit 7. are doing.
【0028】この実施例の特徴部分であるゲート電位負
レベルシフト回路8について更に詳しく説明する。The gate potential negative level shift circuit 8 which is a feature of this embodiment will be described in more detail.
【0029】このゲート電位負レベルシフト回路8は、
ローレベル電位低下回路(負バイアス発生部)81、バ
ッファ回路82、ゲート電位規制回路83、ダイオード
84,85、抵抗86からなる。This gate potential negative level shift circuit 8
It comprises a low level potential lowering circuit (negative bias generator) 81, a buffer circuit 82, a gate potential regulating circuit 83, diodes 84 and 85, and a resistor 86.
【0030】ローレベル電位低下回路81は、コンデン
サ811とツェナーダイオード812とからなる。コン
デンサ811とツェナーダイオード812とは並列接続
されて、後述するバッファ回路82のトランジスタ82
1のゲート電極とローサイド側入力端Zとの間に設けら
れる。The low-level potential lowering circuit 81 includes a capacitor 811 and a Zener diode 812. The capacitor 811 and the Zener diode 812 are connected in parallel to form a transistor 82 of a buffer circuit 82 described later.
1 between the first gate electrode and the low-side input terminal Z.
【0031】バッファ回路82は、2段CMOSインバ
ータ回路により構成されており、その高位電源接続端M
は制御電源線C(12V)から給電され、前述したその
低位電源接続端Lはダイオード84を通じて低位電源線
4に接続されている。The buffer circuit 82 is constituted by a two-stage CMOS inverter circuit, and its high-level power supply connection terminal M
Is supplied from the control power supply line C (12 V), and the lower power supply connection end L described above is connected to the lower power supply line 4 through a diode 84.
【0032】バッファ回路82の前置段は、ローサイド
素子であるトランジスタ821とハイサイド素子である
トランジスタ822と両者間に介設される抵抗823と
を直列接続してなり、トランジスタ822のゲート電極
はローサイド側入力端Zに接続されている。バッファ回
路82の出力段は、ローサイド素子であるトランジスタ
824とハイサイド素子であるトランジスタ825とを
直列接続してなる。2段CMOSインバータ回路により
構成されたこのバッファ回路82の動作、機能自体は周
知であるので説明を省略する。ゲート電位規制回路83
の構成、動作は本質的に前述したハイサイド出力素子1
用のゲート電位規制回路7と同じであるので説明を省略
される。ただ、重要な点は、これらバッファ回路82の
低位電源接続端L及びゲート電位規制回路83の低位端
Mはダイオード84,85を通じて低位電源線4に個別
に接続されているので、低位電源線4の電位(0V)よ
り低電位となり得ることである。The preceding stage of the buffer circuit 82 is formed by connecting a transistor 821 as a low-side element, a transistor 822 as a high-side element, and a resistor 823 interposed between them in series. It is connected to the low side input terminal Z. The output stage of the buffer circuit 82 includes a transistor 824 as a low-side element and a transistor 825 as a high-side element connected in series. The operation and function of the buffer circuit 82 composed of a two-stage CMOS inverter circuit are well known and will not be described. Gate potential regulating circuit 83
The configuration and operation of the high-side output element 1
Since it is the same as that of the gate potential regulating circuit 7, the description is omitted. However, it is important to note that the lower power supply connection end L of the buffer circuit 82 and the lower power supply end M of the gate potential regulating circuit 83 are individually connected to the lower power supply line 4 through the diodes 84 and 85. Potential (0 V).
【0033】抵抗(電位降下素子)86は、バッファ回
路82の低位端Lと後述するバッファ回路82のトラン
ジスタ821のゲート電極とを接続している。A resistor (potential drop element) 86 connects the lower end L of the buffer circuit 82 to a gate electrode of a transistor 821 of the buffer circuit 82 described later.
【0034】(動作説明)この回路の動作を以下に説明
する。図1の回路の各部電位変化を図2に示し、ハイサ
イド側MOSトランジスタ1のターンオン時のハイサイ
ド側MOSトランジスタ1のゲート電位G1とローサイ
ド側MOSトランジスタ2のゲート電位G2の変化を図
3に示す。(Description of Operation) The operation of this circuit will be described below. FIG. 2 shows a change in the potential of each part of the circuit of FIG. 1, and FIG. 3 shows a change in the gate potential G1 of the high-side MOS transistor 1 and the gate potential G2 of the low-side MOS transistor 2 when the high-side MOS transistor 1 is turned on. Show.
【0035】ハイサイド側入力端Yとハイサイド側MO
Sトランジスタ1のソース電極(=出力端X)との間に
はハイサイド側制御電圧である第一クロック電圧Vin1
が印加され、ローサイド側入力端Zと低位電源線4との
間にローサイド側制御電圧である第二クロック電圧Vin
2が印加される。第一クロック電圧Vin1と第二クロッ
ク電圧Vin2とは逆相関係となっているが、所定時間の
デッドタイム(両電圧がともにローレベル)を設けてM
OSトランジスタ1,2の過渡時の同時導通を規制して
いる。High-side input terminal Y and high-side MO
Between the source electrode (= output terminal X) of the S transistor 1 and the first clock voltage Vin1 which is a high-side control voltage
Is applied, and a second clock voltage Vin, which is a low-side control voltage, is applied between the low-side input terminal Z and the lower power supply line 4.
2 is applied. Although the first clock voltage Vin1 and the second clock voltage Vin2 are in anti-phase relationship, a dead time of a predetermined time (both voltages are low level) is provided and M
Simultaneous conduction during transition of the OS transistors 1 and 2 is regulated.
【0036】第一クロック電圧Vin1がローレベルとな
ると、ソースフォロワ動作するトランジスタ1のソース
電極電位はそれに応じて低下する。When the first clock voltage Vin1 goes to a low level, the source electrode potential of the transistor 1 that operates as a source follower decreases accordingly.
【0037】デッドタイム後、第二クロック電圧Vin2
がハイレベルとなると、トランジスタ822はオフす
る。同時に、ローサイド側入力端Zからコンデンサ81
1、抵抗86、ダイオード84を通じて電流が流れ、抵
抗86の電圧降下に等しいゲート電極/ソース電極間電
圧Vgsが形成されてトランジスタ821がオンし、同時
にコンデンサ811がツェナーダイオード812の降伏
電圧範囲で充電される。After the dead time, the second clock voltage Vin2
Becomes high level, the transistor 822 is turned off. At the same time, the capacitor 81
1, a current flows through the resistor 86 and the diode 84, a voltage Vgs between the gate electrode and the source electrode equal to the voltage drop of the resistor 86 is formed, and the transistor 821 is turned on. At the same time, the capacitor 811 is charged in the breakdown voltage range of the Zener diode 812. Is done.
【0038】すると、トランジスタ824,825から
なるバッファ回路82の出力段がハイレベルを出力し、
トランジスタ2がオンして出力端Xをローレベルとす
る。Then, the output stage of the buffer circuit 82 including the transistors 824 and 825 outputs a high level,
The transistor 2 is turned on to set the output terminal X to low level.
【0039】次に、所定時間後、第二クロック電圧Vin
2がローレベルとなると、トランジスタ822はオンす
る。同時に、ローサイド側入力端Zの電位がローレベル
となったために、トランジスタ821のゲート電極電位
は、コンデンサ811の蓄電電圧分だけ更に低下し、負
電位となる。この時、バッファ回路82の低位電位端L
も抵抗86を通じてトランジスタ821のゲート電極電
位の低下に連動して負電位となる。ダイオード84は低
位電源線4から低位電位端Lへの給電を阻止する。当
然、トランジスタ821はオフするので、トランジスタ
824,825からなるバッファ回路82の出力段は、
この低位電位端Lの負電位をMOSトランジスタ2のゲ
ート電極に出力し、MOSトランジスタ2のゲート電極
は負電位となり、MOSトランジスタ2はターンオフす
る。ダイオード85は、低位電源線4からMOSトラン
ジスタ2のゲート電極への給電を阻止する。Next, after a predetermined time, the second clock voltage Vin
When 2 goes low, the transistor 822 turns on. At the same time, the potential of the low-side input terminal Z becomes low level, so that the gate electrode potential of the transistor 821 further decreases by the amount of the storage voltage of the capacitor 811 and becomes negative potential. At this time, the lower potential terminal L of the buffer circuit 82
Also, the potential becomes a negative potential through the resistor 86 in conjunction with the decrease in the gate electrode potential of the transistor 821. The diode 84 prevents power supply from the lower power supply line 4 to the lower potential terminal L. Of course, since the transistor 821 is turned off, the output stage of the buffer circuit 82 including the transistors 824 and 825 is
The negative potential at the lower potential terminal L is output to the gate electrode of the MOS transistor 2, the gate electrode of the MOS transistor 2 becomes negative potential, and the MOS transistor 2 is turned off. The diode 85 prevents power supply from the lower power supply line 4 to the gate electrode of the MOS transistor 2.
【0040】デッドタイムの後、第一クロック電圧Vin
1がハイレベルとなると、トランジスタ1のソース電極
電位はゲート電位に追従してアップし、出力端Xの電位
はハイレベルとなる。この時、MOSトランジスタ2の
ドレイン電極電位の急上昇により、MOSトランジスタ
2のゲート/ドレイン間容量Cgdを通じてMOSトラン
ジスタ2のゲート電極電位が静電的にプルアップされる
が、ゲート電極があらかじめ負電位までプルダウンされ
ているので、MOSトランジスタ2がオンすることを阻
止することができる。After the dead time, the first clock voltage Vin
When 1 goes high, the source electrode potential of the transistor 1 rises following the gate potential, and the potential of the output terminal X goes high. At this time, the gate electrode potential of the MOS transistor 2 is electrostatically pulled up through the gate-drain capacitance Cgd of the MOS transistor 2 due to the rapid rise of the drain electrode potential of the MOS transistor 2. Since it is pulled down, it is possible to prevent the MOS transistor 2 from being turned on.
【0041】すなわち、このゲート電位負レベルシフト
回路8は、トランジスタ2のターンオン時のゲート電位
(ハイレベル)を低下させることなく、そのターンオフ
時のゲート電位(ローレベル)を負側にプルダウンする
ことができ、MOSドライブ回路の出力特性(特に放電
特性)に悪影響を与えることなく、ローサイド側MOS
トランジスタの出力電位追従ターンオンを防止すること
ができる。That is, the gate potential negative level shift circuit 8 pulls down the gate potential (low level) when the transistor 2 is turned off to the negative side without lowering the gate potential (high level) when the transistor 2 is turned on. Without affecting the output characteristics (especially the discharge characteristics) of the MOS drive circuit.
The output potential tracking turn-on of the transistor can be prevented.
【0042】(変形態様)バッファ回路82は、コンデ
ンサ821の蓄電電圧により、トランジスタ821のゲ
ート電極に入力するハイレベル電位が低下しても、トラ
ンジスタ2に出力するハイレベル電位を回復(増大)で
きる回路であればどんな増幅回路でもよい。(Modification) The buffer circuit 82 can recover (increase) the high-level potential output to the transistor 2 even if the high-level potential input to the gate electrode of the transistor 821 decreases due to the storage voltage of the capacitor 821. Any amplifier circuit may be used.
【0043】このバッファ回路82及びダイオード84
の設置により、ローサイド側入力端Zに入力される第二
クロック電圧Vin2をローレベル電位低下回路81を通
じて直接ローサイド側MOSトランジスタ2のゲート電
極に印加する場合に比較して、ローサイド側MOSトラ
ンジスタ2の電流駆動能力を大幅に改善することができ
る。The buffer circuit 82 and the diode 84
Is provided, the second clock voltage Vin2 input to the low-side input terminal Z is applied to the gate electrode of the low-side MOS transistor 2 through the low-level potential lowering circuit 81 directly. The current driving capability can be greatly improved.
【0044】抵抗R1,R2とダイオードD1とからな
るゲート電位規制回路83は省略可能であり、抵抗R2
のみを省略してもよい。これらの場合、ダイオード85
も省略可能である。抵抗823も省略可能である。The gate potential regulating circuit 83 including the resistors R1 and R2 and the diode D1 can be omitted.
Only may be omitted. In these cases, diode 85
Can also be omitted. The resistor 823 can also be omitted.
【0045】トランジスタ2以外の各トランジスタは種
々の三端子スイッチング素子を採用することができる
が、トランジスタ821はMOSゲート電極を有するト
ランジスタとすることが好ましく、トランジスタ2はM
OSゲート電極を有するトランジスタとするべきであ
る。Each transistor other than the transistor 2 can employ various three-terminal switching elements. However, the transistor 821 is preferably a transistor having a MOS gate electrode.
It should be a transistor with an OS gate electrode.
【0046】[0046]
【実施例2】図1において、負荷6を電源に変更し、高
位電源線3と低位電源線4との間に負荷を接続したDC
−DC昇圧コンバータにおいても、このゲート電位負レ
ベルシフト回路8は上記と同じ効果を奏することができ
る。Embodiment 2 In FIG. 1, a DC power supply is used in which the load 6 is changed to a power supply and a load is connected between the higher power supply line 3 and the lower power supply line 4.
Also in the -DC boost converter, the gate potential negative level shift circuit 8 can provide the same effect as described above.
【図1】本発明のMOSゲート電極を有するスイッチン
グ回路を示す回路図である。FIG. 1 is a circuit diagram showing a switching circuit having a MOS gate electrode according to the present invention.
【図2】図1の回路の各部電位変化を示すタイミングチ
ャートである。FIG. 2 is a timing chart showing a potential change of each part of the circuit of FIG.
【図3】図1におけるMOSドライブ回路のゲート電位
変化を示すゲート電位波形図である。FIG. 3 is a gate potential waveform diagram showing a change in gate potential of the MOS drive circuit in FIG. 1;
1 ハイサイド出力素子 2 ローサイド出力素子 5 チョークコイル 6 負荷 8 ゲート電位負レベルシフト回路(ローサイド出力素
子駆動回路) 81 ローレベル電位低下回路(負バイアス発生部) 82 バッファ回路 84 ダイオード 86 抵抗(電圧降下素子)DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 High side output element 2 Low side output element 5 Choke coil 6 Load 8 Gate potential negative level shift circuit (Low side output element drive circuit) 81 Low level potential lowering circuit (Negative bias generation part) 82 Buffer circuit 84 Diode 86 Resistance (voltage drop) element)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松前 博 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 杉浦 利彦 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 平島 茂雄 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 佐藤 弘規 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会 社日本自動車部品総合研究所内 Fターム(参考) 5H730 AA17 BB13 BB57 DD04 EE14 5J055 AX02 AX07 AX13 AX27 AX37 AX55 AX56 BX16 CX19 DX09 DX13 DX22 DX56 EY01 EY05 EY10 EY12 EY13 EY21 EZ20 GX01 GX04 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Hiroshi Matsumae 1-1-1, Showa-cho, Kariya-shi, Aichi Prefecture Inside Denso Corporation (72) Inventor Toshihiko Sugiura 1-1-1, Showa-cho, Kariya-shi, Aichi Prefecture Denso Corporation (72) Inventor Shigeo Hirashima 1-1-1, Showa-cho, Kariya-shi, Aichi Prefecture Inside Denso Corporation (72) Inventor Hironori Sato 14, Iwatani, Shimoba-Kakucho, Nishio-shi, Aichi Prefecture F-term in Japan Automotive Parts Research Institute, Inc. (Reference) 5H730 AA17 BB13 BB57 DD04 EE14 5J055 AX02 AX07 AX13 AX27 AX37 AX55 AX56 BX16 CX19 DX09 DX13 DX22 DX56 EY01 EY05 EY10 EY12 EY13 EY21 EZ20 GX01 GX04
Claims (3)
端とを接続するローサイド出力素子と、 入力されるハイサイド側入力電圧により駆動されるとと
もに正電源線と前記出力端とを接続するハイサイド出力
素子と、 前記ローサイド出力素子を前記ハイサイド出力素子に対
して略逆動作させるローサイド出力素子駆動回路と、 を備えるMOSスイッチング回路において、 前記ローサイド出力素子駆動回路は、 互いに並列接続されたコンデンサ及び定電圧降下素子を
有して一端に前記ハイサイド側入力電圧と略逆相のロー
サイド側入力電圧が入力される負バイアス発生部と、 ゲート電極が前記負バイアス発生部の他端に接続される
ローサイドMOSトランジスタを有して前記負バイアス
発生部の前記他端の電位と同相の出力電圧を前記ローサ
イド出力素子の前記MOSゲート電極に印加するバッフ
ァ回路と、 アノード電極が前記バッファ回路の低位電源接続端に、
カソード電極が前記負電源線に接続されるダイオード
と、 前記負バイアス発生部の前記他端と前記バッファ回路の
前記低位電源接続端とを接続して所定の電圧降下を発生
する電圧降下素子と、 を備えることを特徴とするMOSスイッチング回路。A low-side output element having a MOS gate electrode for connecting a negative power supply line to an output terminal; a low-side output element driven by an input high-side input voltage and connecting a positive power supply line to the output terminal; And a low-side output element drive circuit that causes the low-side output element to operate substantially in reverse with respect to the high-side output element, wherein the low-side output element drive circuits are connected in parallel with each other. A negative bias generating section having a capacitor and a constant voltage drop element, and having a low-side input voltage substantially opposite in phase to the high-side input voltage at one end, and a gate electrode at the other end of the negative bias generating section. A low-side MOS transistor connected to the output terminal, the output voltage having the same phase as the potential of the other end of the negative bias generation section being connected to the low-side MOS transistor; A buffer circuit for applying to the MOS gate electrode of the id output element, the anode electrode lower power supply connection terminal of the buffer circuit,
A diode having a cathode electrode connected to the negative power supply line, a voltage drop element that connects the other end of the negative bias generator and the lower power supply connection end of the buffer circuit to generate a predetermined voltage drop, A MOS switching circuit comprising:
おいて、 前記出力端と外部の低圧負荷との間に設けられたチョー
クコイルとともにDC−DC降圧コンバータを構成し、
直流高圧電源が前記正負電源線間に接続されることを特
徴とするMOSスイッチング回路。2. The MOS switching circuit according to claim 1, wherein a DC-DC step-down converter is configured together with a choke coil provided between the output terminal and an external low-voltage load.
A MOS switching circuit, wherein a DC high-voltage power supply is connected between the positive and negative power supply lines.
おいて、 前記前記出力端と外部の直流低圧電源との間に設けられ
たチョークコイルとともにDC−DC昇圧コンバータを
構成し、直流高圧負荷が前記正負電源線間に接続される
ことを特徴とするMOSスイッチング回路。3. The MOS switching circuit according to claim 1, wherein a DC-DC step-up converter is configured together with a choke coil provided between the output terminal and an external DC low-voltage power supply, and the DC high-voltage load is a positive-negative load. A MOS switching circuit, which is connected between power supply lines.
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