JP2004147452A - Gate drive circuit - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種電子機器に用いられるPチャネルMOSFETのゲートドライブ回路に関する。特に、非連続動作チョッパ電源の主スイッチング素子として用いられるMOSFET用のゲートドライブ回路として有効である。
【0002】
【従来の技術】
スイッチング素子としてのMOSFETは、そのスイッチング速度が高速であること、静的にはドライブ電流がほとんど不要であることに利点がある。ただし、MOSFETにはゲート容量が存在するため、高速スイッチングさせるためにはゲート容量へのチャージ、ディスチャージを急速に行う必要がある。
【0003】
図6に最も簡単なPチャネルMOSFETのゲートドライブ回路を示す。
【0004】
また、図7に図6のゲートドライブ回路を用いた非連続動作降圧チョッパ電源の回路図を示す。
【0005】
図7において、Q21は主スイッチング素子であるPチャネルMOSFET、L21はチョークコイル、D22は回生用のショットキーダイオード、ZD21は基準電源であるツェナダイオード、201はオープンコレクタ出力のコンパレータである。図4のオープンコレクタトランジスタQ22は201のコンパレータに内蔵されていることになる。
【0006】
図8は図7の回路の動作波形を示しており、(A)はMOSFETのドレイン電流、(B)はドレインソース間電圧、(C)はゲートソース間電圧、(D)は201のコンパレータの出力電圧である。
【0007】
201のコンパレータの出力がオンすることによりQ21のPチャネルMOSFETのゲート電圧は24VをR21とR22で分圧した電圧となり、ゲートソース間電圧の閾値を越えてQ21のPチャネルMOSFETはオンする。
【0008】
また、201のコンパレータの出力がオフすることによりQ21のPチャネルMOSFETのゲート電圧は24Vとなり、ゲートソース間電圧が0VとなることによりQ21のPチャネルMOSFETはオフする。
【0009】
Q21のPチャネルMOSFETがオフするとき、Q21のPチャネルMOSFETのゲート容量に蓄えられた電荷はR22をとおり放電する。R22とR21の分圧比は、Q21のPチャネルMOSFETのゲートソース間電圧の閾値で決まる。またこれら2ヶの抵抗値の和を下げると201の出力電流が大きくなるため抵抗値を小さくするにも限界がある。したがって、R22の抵抗値はあまり小さなものにできない。
【0010】
したがって、ゲート容量に蓄積された電荷の放電スピードはあまり速くできない。このため、第8図(D)の201のコンパレータ出力電圧が上がりきることができず、大きな肩を持ってしまう。この部分はドレイン電流が大きく、ドレインソース間電圧も大きいため損失が大きくなってしまう。
【0011】
この問題を解決するためには、201の出力をプシュプルにする、あるいは特開平5−153773に示された手法を用いることができる。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、プシュプル出力にするとゲートドライブ回路が複雑になる、安価でない等の問題が発生する。
【0013】
また、特開平5−153773の回路はかなり回路は簡素化されてはいるが、未だ部品定数が多く、また追加されたダイオードのスイッチング速度の影響を受けてしまう。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明においては下記構成のゲートドライブ回路を提案する。
【0015】
PチャネルMOSFET Q11とMOSFETやバイポーラトランジスタ等の制御端子付スイッチング素子Q12とNPNトランジスタQ13と3ヶの抵抗R11、R12、R13を備え、Q11のソース電極とQ13のコレクタ電極とR12が接続され、R12の他端とQ13のベース電極とR13が接続され、R13の他端とQ12のドレイン電極、若しくはコレクタコレクタ電極とR11が接続され、R11の他端とQ13のエミッタ電極とQ11のゲート電極が接続される。
【0016】
また、PチャネルMOSFETオフ時の速度を制御する場合は、Q13のコレクタ、若しくはQ11のゲートに抵抗を追加することもできる。
【0017】
【発明の実施の形態】
(第1実施例)
図1に本発明の第1実施例のゲートドライブ回路の回路図を示す。
【0018】
図1において、Q11はPチャネルMOSFET、Q12、Q13はNPNトランジスタである。
【0019】
Q12はスイッチング素子として動作し、Q12がオンのときQ11はオン、Q12がオフのときQ11もオフである。
【0020】
抵抗R12、R13はQ13のベース電圧を決定するための分圧抵抗である。Q11のゲートソース間の閾値電圧をVthとすると、Q12がオンしたときR12の両端電圧がVth以上、R13×Vth/(R13+R12)が0.7V以上となるようR12とR13の抵抗値の比は設定される。
【0021】
Q12がオンしているとき、R12に流れる電流はR13に流れる電流とQ13のベース電流に分かれる。Q13のベース電流はQ13のコレクタ電流の1/hfeとなる。Q13のコレクタ電流はR11によって制限される。R11の抵抗値を適当に選択し、十分大きなhfeのトランジスタを選べば、Q13のベース電流はR13に流れる電流に比べて小さく無視できる。Q13のエミッタ電圧はベース電圧からおおよそ0.7V程度低下した電圧になるため、Q11のゲートソース間電圧は少なくともVth+0.7Vとなり、Q11はオン状態となる。
【0022】
Q12がオフに移行すると、Q12のコレクタ電圧は上昇するが、Q11のゲートソース間電圧は0Vにはならない。Q11のゲート容量にたまっている電荷があるためVth以上となる。そのため、Q13はオフとならず、Q13のエミッタ電流によりQ11のゲート容量にたまっている電荷は急速に放電されて0VとなりQ11はオフする。
【0023】
Q12がオンに移行すると、Q11のゲート容量はR11を介して充電され、Q11はオンする。
【0024】
一連の動作において、Q13はエミッタホロワ動作をしているため、Q13の動作は速い。
【0025】
図2に本ゲートドライブ回路を適用した非連続動作降圧チョッパ電源の回路図を示す。
【0026】
図2において、Q11は主スイッチング素子であるPチャネルMOSFET、L11はチョークコイル、D12は回生用のショットキーダイオード、ZD11は基準電源であるツェナダイオード、101はオープンコレクタ出力のコンパレータである。図1のオープンコレクタトランジスタQ12は101のコンパレータに内蔵されていることになる。
【0027】
図3に図2の回路の動作波形を示す。(A)はMOSFETのドレイン電流、(B)はドレインソース間電圧、(C)はゲートソース間電圧、(D)は201のコンパレータの出力電圧である。
【0028】
図8の波形と比べると主スイッチング素子であるPチャネルMOSFETのオフの速度が格段に速くなっていることがわかる。
【0029】
非連続動作のチョッパ電源においては、主スイッチング素子のターンオフの速度が効率に大きな影響を与える。本発明のゲートドライブ回路を用いることにより、非連続動作のチョッパ電源の効率を容易に改善することができる。
【0030】
(第2実施例)
図4に本発明の第2実施例のゲートドライブ回路の回路図を示す。
【0031】
本回路は、図1の回路にゲート電流制限抵抗R14をQ13のコレクタに付与したものである。
【0032】
第1実施例はQ11のPチャネルMOSFETをこの回路構成において最大限速く動作させることができるが、ゲート容量放電時の電流制限抵抗がなく、スイッチングの速度が速くなりすぎる場合がある。スイッチングが早くなれば損失は減るが、ノイズの放出、回路の誤動作などの弊害が発生する場合がある。この場合は本実施例のように抵抗を付与し、スイッチングスピードをコントロールすることができる。
【0033】
また、図5に示すようにQ11のゲートにゲート電流制限抵抗R15を挿入しても同じ効果が得られる。
【0034】
【発明の効果】
以上説明したように、本特許を用いれば数点の部品を追加することでPチャネルMOSFETのターンオフ時の速度を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例を示すPチャネルMOSFETのゲートドライブ回路図とする。
【図2】本発明の第1実施例のゲートドライブ回路を施した非連続降圧チョッパ電源回路図とする。
【図3】図2の回路の動作波形とする。
【図4】本発明の第2実施例を示すPチャネルMOSFETのゲートドライブ回路図その1とする。
【図5】本発明の第2実施例を示すPチャネルMOSFETのゲートドライブ回路図その2とする。
【図6】従来のPチャネルMOSFETのゲートドライブ回路図とする。
【図7】従来のゲートドライブ回路を施した非連続降圧チョッパ電源回路図とする。
【図8】図7の回路の動作波形とする。
【符号の説明】
101,201−オープンコレクタ出力コンパレータ
Q11,Q21−PチャネルMOSFET
Q12,Q13,Q21,Q22−NPNトランジスタ
D11,D21−ショットキーダイオード
D12,D22−小信号ダイオード
C11,C12,C21,C22−電解コンデンサ
L11,L12−チョークコイル
ZD11,21−ツェナダイオード[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a P-channel MOSFET gate drive circuit used in various electronic devices. In particular, it is effective as a gate drive circuit for a MOSFET used as a main switching element of a discontinuous operation chopper power supply.
[0002]
[Prior art]
The MOSFET as a switching element has advantages in that its switching speed is high and that almost no drive current is required statically. However, since the MOSFET has a gate capacitance, it is necessary to rapidly charge and discharge the gate capacitance in order to perform high-speed switching.
[0003]
FIG. 6 shows the simplest P-channel MOSFET gate drive circuit.
[0004]
FIG. 7 is a circuit diagram of a discontinuous operation step-down chopper power supply using the gate drive circuit of FIG.
[0005]
In FIG. 7, Q21 is a P-channel MOSFET as a main switching element, L21 is a choke coil, D22 is a regenerative Schottky diode, ZD21 is a Zener diode as a reference power supply, and 201 is an open collector output comparator. The open collector transistor Q22 in FIG. 4 is built in the comparator 201.
[0006]
8A and 8B show operation waveforms of the circuit of FIG. 7, wherein FIG. 8A shows the drain current of the MOSFET, FIG. 8B shows the drain-source voltage, FIG. 8C shows the gate-source voltage, and FIG. Output voltage.
[0007]
When the output of the comparator 201 turns on, the gate voltage of the P-channel MOSFET of Q21 becomes a voltage obtained by dividing 24 V by R21 and R22, and exceeds the threshold value of the voltage between the gate and the source, so that the P-channel MOSFET of Q21 turns on.
[0008]
Further, when the output of the comparator 201 is turned off, the gate voltage of the P-channel MOSFET of Q21 becomes 24 V, and when the voltage between the gate and source becomes 0 V, the P-channel MOSFET of Q21 is turned off.
[0009]
When the P-channel MOSFET of Q21 is turned off, the charge stored in the gate capacitance of the P-channel MOSFET of Q21 is discharged through R22. The voltage dividing ratio between R22 and R21 is determined by the threshold value of the gate-source voltage of the P-channel MOSFET of Q21. Further, when the sum of these two resistance values is reduced, the output current of 201 becomes large, so there is a limit in reducing the resistance value. Therefore, the resistance value of R22 cannot be made too small.
[0010]
Therefore, the discharge speed of the electric charge accumulated in the gate capacitance cannot be so high. For this reason, the output voltage of the comparator 201 in FIG. 8 (D) cannot be increased to a large extent. This part has a large drain current and a large drain-source voltage, resulting in a large loss.
[0011]
In order to solve this problem, the output of 201 can be set to a push-pull state, or a method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-153773 can be used.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
However, the use of a push-pull output causes problems such as a complicated gate drive circuit and inexpensiveness.
[0013]
Further, although the circuit disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-153773 is considerably simplified, it still has many component constants and is affected by the switching speed of the added diode.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problem, the present invention proposes a gate drive circuit having the following configuration.
[0015]
It comprises a P-channel MOSFET Q11, a switching element Q12 having a control terminal such as a MOSFET or a bipolar transistor, an NPN transistor Q13, and three resistors R11, R12, R13. A source electrode of Q11, a collector electrode of Q13 and R12 are connected. Is connected to the base electrode of Q13 and R13, the other end of R13 is connected to the drain electrode of Q12 or the collector / collector electrode and R11, and the other end of R11 is connected to the emitter electrode of Q13 and the gate electrode of Q11. Is done.
[0016]
When controlling the speed when the P-channel MOSFET is off, a resistor can be added to the collector of Q13 or the gate of Q11.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(First embodiment)
FIG. 1 is a circuit diagram of a gate drive circuit according to a first embodiment of the present invention.
[0018]
In FIG. 1, Q11 is a P-channel MOSFET, and Q12 and Q13 are NPN transistors.
[0019]
Q12 operates as a switching element. When Q12 is on, Q11 is on, and when Q12 is off, Q11 is also off.
[0020]
The resistors R12 and R13 are voltage dividing resistors for determining the base voltage of Q13. Assuming that the threshold voltage between the gate and the source of Q11 is Vth, the ratio between the resistance values of R12 and R13 is such that when Q12 is turned on, the voltage across R12 becomes Vth or more and R13 × Vth / (R13 + R12) becomes 0.7V or more. Is set.
[0021]
When Q12 is on, the current flowing in R12 is divided into the current flowing in R13 and the base current of Q13. The base current of Q13 is 1 / hfe of the collector current of Q13. The collector current of Q13 is limited by R11. If the resistance value of R11 is appropriately selected and a transistor having a sufficiently large hfe is selected, the base current of Q13 is negligible compared to the current flowing through R13. Since the emitter voltage of Q13 is a voltage lower by about 0.7V from the base voltage, the gate-source voltage of Q11 is at least Vth + 0.7V, and Q11 is turned on.
[0022]
When Q12 is turned off, the collector voltage of Q12 increases, but the gate-source voltage of Q11 does not become 0V. Since there is a charge accumulated in the gate capacitance of Q11, it becomes Vth or more. Therefore, Q13 does not turn off, and the charge accumulated in the gate capacitance of Q11 is rapidly discharged by the emitter current of Q13 to 0V, and Q11 turns off.
[0023]
When Q12 turns on, the gate capacitance of Q11 is charged via R11, and Q11 turns on.
[0024]
In a series of operations, the operation of Q13 is fast because Q13 performs an emitter follower operation.
[0025]
FIG. 2 shows a circuit diagram of a discontinuous operation step-down chopper power supply to which the present gate drive circuit is applied.
[0026]
In FIG. 2, Q11 is a P-channel MOSFET as a main switching element, L11 is a choke coil, D12 is a regenerative Schottky diode, ZD11 is a Zener diode as a reference power supply, and 101 is an open collector output comparator. The open collector transistor Q12 in FIG. 1 is built in the comparator 101.
[0027]
FIG. 3 shows operation waveforms of the circuit of FIG. (A) is the drain current of the MOSFET, (B) is the drain-source voltage, (C) is the gate-source voltage, and (D) is the output voltage of the comparator 201.
[0028]
Compared with the waveform of FIG. 8, it can be seen that the off speed of the P-channel MOSFET, which is the main switching element, is much faster.
[0029]
In a discontinuous operation chopper power supply, the turn-off speed of the main switching element has a great effect on efficiency. By using the gate drive circuit of the present invention, the efficiency of a chopper power supply that operates discontinuously can be easily improved.
[0030]
(Second embodiment)
FIG. 4 is a circuit diagram of a gate drive circuit according to a second embodiment of the present invention.
[0031]
This circuit is obtained by adding a gate current limiting resistor R14 to the collector of Q13 in the circuit of FIG.
[0032]
In the first embodiment, the P-channel MOSFET of Q11 can operate as fast as possible in this circuit configuration, but there is no current limiting resistor at the time of discharging the gate capacitance, and the switching speed may be too high. Faster switching reduces losses, but may cause adverse effects such as noise emission and circuit malfunction. In this case, the switching speed can be controlled by applying a resistance as in the present embodiment.
[0033]
The same effect can be obtained by inserting a gate current limiting resistor R15 into the gate of Q11 as shown in FIG.
[0034]
【The invention's effect】
As described above, the use of this patent can improve the turn-off speed of the P-channel MOSFET by adding several components.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a gate drive circuit diagram of a P-channel MOSFET showing a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram of a discontinuous step-down chopper power supply circuit provided with a gate drive circuit according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an operation waveform of the circuit of FIG. 2;
FIG. 4 is a diagram showing a gate drive circuit of a P-channel MOSFET according to a second embodiment of the present invention;
FIG. 5 is a P-channel MOSFET gate drive circuit diagram 2 showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a gate drive circuit diagram of a conventional P-channel MOSFET.
FIG. 7 is a circuit diagram of a discontinuous step-down chopper power supply circuit provided with a conventional gate drive circuit.
FIG. 8 is an operation waveform of the circuit of FIG. 7;
[Explanation of symbols]
101, 201-open collector output comparator Q11, Q21-P-channel MOSFET
Q12, Q13, Q21, Q22-NPN transistor D11, D21-Schottky diode D12, D22-Small signal diode C11, C12, C21, C22-Electrolytic capacitor L11, L12-Choke coil ZD11, 21-Zener diode
Claims (3)
MOSFETやバイポーラトランジスタ等の制御端子付スイッチング素子Q12と、
NPNトランジスタQ13と、
3ヶの抵抗R11、R12、R13を備え、
Q11のソース電極とQ13のコレクタ電極とR12が接続され、
R12の他端とQ13のベース電極とR13が接続され、
R13の他端とQ12のドレイン電極、若しくはコレクタコレクタ電極とR11が接続され、
R11の他端とQ13のエミッタ電極とQ11のゲート電極が接続され、
Q12のベース電流、あるいはソースゲート間電圧によりQ11のソースドレイン間の導通遮断を制御することを特徴とするゲートドライブ回路。A P-channel MOSFET Q11,
A switching element Q12 with a control terminal such as a MOSFET or a bipolar transistor;
An NPN transistor Q13,
It has three resistors R11, R12, R13,
The source electrode of Q11, the collector electrode of Q13 and R12 are connected,
The other end of R12 is connected to the base electrode of Q13 and R13,
The other end of R13 is connected to the drain electrode of Q12, or the collector and collector electrode and R11,
The other end of R11 is connected to the emitter electrode of Q13 and the gate electrode of Q11,
A gate drive circuit for controlling conduction and interruption between a source and a drain of Q11 by a base current of Q12 or a source-gate voltage.
抵抗R14を一端をQ13のコレクタ電極に、他端をR12とQ11のソース電極の接続点に挿入することを特徴とするゲートドライブ回路。The circuit configuration according to claim 1,
A gate drive circuit comprising a resistor R14 having one end inserted into the collector electrode of Q13 and the other end inserted into a connection point between R12 and the source electrode of Q11.
抵抗R15を一端をQ13のエミッタ電極とR11の接続点に、他端をQ11のゲート電極に挿入することを特徴とするゲートドライブ回路。The circuit configuration according to claim 1,
A gate drive circuit characterized in that one end of the resistor R15 is inserted into the connection point between the emitter electrode of Q13 and R11 and the other end is inserted into the gate electrode of Q11.
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Cited By (2)
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JP2006141124A (en) * | 2004-11-11 | 2006-06-01 | Canon Inc | Chopper power source |
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-
2002
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006141124A (en) * | 2004-11-11 | 2006-06-01 | Canon Inc | Chopper power source |
JP4652777B2 (en) * | 2004-11-11 | 2011-03-16 | キヤノン株式会社 | Chopper power supply |
CN103095144A (en) * | 2013-01-07 | 2013-05-08 | 苏州佳世达光电有限公司 | Power supply circuit provided with voltage acceleration compensation |
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