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JP2006270652A - Load driving circuit - Google Patents

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Publication number
JP2006270652A
JP2006270652A JP2005087272A JP2005087272A JP2006270652A JP 2006270652 A JP2006270652 A JP 2006270652A JP 2005087272 A JP2005087272 A JP 2005087272A JP 2005087272 A JP2005087272 A JP 2005087272A JP 2006270652 A JP2006270652 A JP 2006270652A
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JP
Japan
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clamp
voltage
gate
circuit
load
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Application number
JP2005087272A
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Japanese (ja)
Inventor
Masashi Nakano
雅司 中野
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NEC Electronics Corp
Original Assignee
NEC Electronics Corp
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Publication date
Application filed by NEC Electronics Corp filed Critical NEC Electronics Corp
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Priority to US11/352,334 priority patent/US20060214704A1/en
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem that setting a high clamp voltage causes an increase in power consumption in an FET for driving a load, resulting in an increase in the peak temperature of the FET. <P>SOLUTION: A load driving circuit 1 is provided with an FET 10, a clamp circuit 20, and a control circuit 30. The FET 10 is a transistor for driving a load 90. The clamp circuit 20 is connected between a gate and a drain of the FET 10. The clamp circuit 20 interrupts the flow of carries from the gate to the drain when a voltage between the gate and the drain of the FET 10 is not higher than a predetermined clamp voltage, and permits the flow of carriers from the gate to the drain when the voltage between the gate and the drain is higher than the predetermined clamp voltage. The control circuit 30 controls the magnitude of the clamp voltage on the basis of a previously set program. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、負荷駆動回路に関する。   The present invention relates to a load driving circuit.

従来の負荷駆動回路としては、例えば特許文献1に記載されたものがある。同文献に記載の負荷駆動回路は、負荷駆動用のFET(電界効果トランジスタ)と、そのゲート・ドレイン間に接続されたクランプ回路とを備えている。クランプ回路は、上記ゲート・ドレイン間の電圧が所定のクランプ電圧を超えないように制限している。
特開2002−84174号公報
As a conventional load driving circuit, for example, there is one described in Patent Document 1. The load drive circuit described in the document includes a load drive FET (field effect transistor) and a clamp circuit connected between the gate and drain thereof. The clamp circuit limits the voltage between the gate and the drain so as not to exceed a predetermined clamp voltage.
JP 2002-84174 A

負荷駆動回路においては、負荷駆動用のFETをオフさせてから実際に負荷を流れる電流がゼロになるまでの時間である電流オフ時間が極力短いことが望ましい。かかる電流オフ時間の短縮は、クランプ電圧を高く設定することにより実現できる。しかしながら、クランプ電圧を高く設定すると、負荷駆動用のFETにおける消費電力が増大し、それにより当該FETのピーク温度も増大してしまう。   In the load driving circuit, it is desirable that the current off time, which is the time from when the load driving FET is turned off to when the current flowing through the load actually becomes zero, is as short as possible. Such shortening of the current off time can be realized by setting the clamp voltage high. However, if the clamp voltage is set high, the power consumption in the FET for driving the load increases, thereby increasing the peak temperature of the FET.

本発明による負荷駆動回路は、負荷を駆動する電界効果トランジスタと、上記電界効果トランジスタのゲートとドレインとの間に接続され、上記ゲートおよび上記ドレイン間の電圧であるゲート−ドレイン間電圧が所定のクランプ電圧以下のときには上記ゲートから上記ドレインへ向かうキャリアの流れを遮断するとともに、上記ゲート−ドレイン間電圧が上記クランプ電圧を超えるときには上記キャリアの流れを許すクランプ回路と、上記クランプ電圧の大きさを制御する制御回路と、を備えることを特徴とする。   A load driving circuit according to the present invention is connected between a field effect transistor that drives a load and a gate and a drain of the field effect transistor, and a gate-drain voltage that is a voltage between the gate and the drain is a predetermined value. When the voltage is lower than the clamp voltage, the flow of carriers from the gate to the drain is interrupted, and when the gate-drain voltage exceeds the clamp voltage, a clamp circuit that allows the carrier flow, and the magnitude of the clamp voltage And a control circuit for controlling.

上述のように、電流オフ時間を短縮すべくクランプ電圧を高く設定すると、上記電界効果トランジスタのピーク温度が増大する。すなわち、これらの電流オフ時間とピーク温度とは、トレードオフの関係にある。ここで、この負荷駆動回路は、クランプ電圧の大きさを制御する制御回路を備えている。このため、上記ピーク温度が許容上限値を超えない範囲でクランプ電圧の大きさを制御することにより、ピーク温度の増大を抑制しつつ、電流オフ時間を短縮することができる。   As described above, when the clamp voltage is set high to shorten the current off time, the peak temperature of the field effect transistor increases. That is, the current off time and the peak temperature are in a trade-off relationship. Here, the load driving circuit includes a control circuit that controls the magnitude of the clamp voltage. For this reason, by controlling the magnitude of the clamp voltage within a range where the peak temperature does not exceed the allowable upper limit value, the current off time can be shortened while suppressing an increase in the peak temperature.

上記制御回路は、予め設定されたプログラムに従って、上記クランプ電圧の大きさを制御してもよい。この場合、簡略な構成で、クランプ電圧の制御を行うことができる。   The control circuit may control the magnitude of the clamp voltage according to a preset program. In this case, the clamp voltage can be controlled with a simple configuration.

本発明によれば、負荷駆動用トランジスタのピーク温度の増大を抑制しつつ、電流オフ時間を短縮することが可能な負荷駆動回路が実現される。   According to the present invention, a load driving circuit capable of shortening the current off time while suppressing an increase in the peak temperature of the load driving transistor is realized.

以下、図面を参照しつつ、本発明による負荷駆動回路の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。   Hereinafter, a preferred embodiment of a load driving circuit according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same reference numerals are assigned to the same elements, and duplicate descriptions are omitted.

図1は、本発明による負荷駆動回路の一実施形態を示すブロック図である。また、図2は、図1の負荷駆動回路の構成の一例を示す回路構成図である。負荷駆動回路1は、FET10、クランプ回路20、制御回路30、ゲート制御端子50、および負荷接続端子60を備えている。負荷接続端子60には、負荷90の一端が接続されている。負荷90の他端は、電源端子92に接続されている。電源端子92に与えられる電位(電源電位)は例えば12Vである。   FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a load driving circuit according to the present invention. FIG. 2 is a circuit configuration diagram showing an example of the configuration of the load drive circuit of FIG. The load drive circuit 1 includes an FET 10, a clamp circuit 20, a control circuit 30, a gate control terminal 50, and a load connection terminal 60. One end of a load 90 is connected to the load connection terminal 60. The other end of the load 90 is connected to the power supply terminal 92. The potential (power supply potential) applied to the power supply terminal 92 is, for example, 12V.

FET10は、負荷90を駆動するためのトランジスタである。本実施形態においてFET10の導電型は、N型である。FET10のソースおよびドレインは、それぞれグランドおよび負荷接続端子60に接続されている。また、FET10のゲートは、抵抗素子52を介してゲート制御端子50に接続されている。ゲート制御端子50は、FET10のゲートを制御するための制御信号を入力する端子である。その制御信号により、FET10のオン/オフが切り換えられる。   The FET 10 is a transistor for driving the load 90. In this embodiment, the conductivity type of the FET 10 is an N type. The source and drain of the FET 10 are connected to the ground and the load connection terminal 60, respectively. Further, the gate of the FET 10 is connected to the gate control terminal 50 through the resistance element 52. The gate control terminal 50 is a terminal for inputting a control signal for controlling the gate of the FET 10. The FET 10 is turned on / off by the control signal.

FET10のゲートとドレインとの間には、クランプ回路20が接続されている。すなわち、クランプ回路20の一端がFET10のゲートに接続され、他端がドレインに接続されている。クランプ回路20は、FET10のゲート−ドレイン間電圧が所定のクランプ電圧以下のときには、ゲートからドレインへ向かうキャリア(本実施形態においては電子)の流れを遮断する。一方、クランプ回路20は、ゲート−ドレイン間電圧がクランプ電圧を超えるときには、ゲートからドレインへ向かうキャリアの流れを許す。換言すれば、クランプ回路20は、ゲート−ドレイン間電圧が上記クランプ電圧以下のときには、当該クランプ回路20を通ってドレインからゲートへ流れようとする電流を遮断する一方で、ゲート−ドレイン間電圧がクランプ電圧を超えるときにはドレインから当該クランプ回路20を通ってゲートへ流れようとする電流を通過させる。クランプ回路20は、そのクランプ電圧が可変となるように構成されている。   A clamp circuit 20 is connected between the gate and drain of the FET 10. That is, one end of the clamp circuit 20 is connected to the gate of the FET 10 and the other end is connected to the drain. The clamp circuit 20 blocks the flow of carriers (electrons in the present embodiment) from the gate to the drain when the gate-drain voltage of the FET 10 is equal to or lower than a predetermined clamp voltage. On the other hand, when the gate-drain voltage exceeds the clamp voltage, the clamp circuit 20 allows carriers to flow from the gate to the drain. In other words, when the gate-drain voltage is equal to or lower than the clamp voltage, the clamp circuit 20 cuts off the current flowing from the drain to the gate through the clamp circuit 20, while the gate-drain voltage is When the clamp voltage is exceeded, a current that flows from the drain to the gate through the clamp circuit 20 is passed. The clamp circuit 20 is configured such that the clamp voltage is variable.

クランプ回路20は、図2に示すように、互いに直列に接続されたツェナーダイオード22を複数(本例においては8個)含んで構成されている。ツェナーダイオード22のツェナー電圧は、例えば7.5Vである。同図において8個のツェナーダイオード22のうち4個について、各ツェナーダイオード22と並列に接続されたトランスファゲート24が設けられている。トランスファゲート24は、P型のFETであり、そのソースおよびドレインがそれぞれツェナーダイオード22のカソードおよびアノードに接続されている。また、各トランスファゲート24のソースとゲートとの間には抵抗素子26が接続されている。   As shown in FIG. 2, the clamp circuit 20 includes a plurality (eight in this example) of Zener diodes 22 connected in series with each other. The Zener voltage of the Zener diode 22 is, for example, 7.5V. In FIG. 4, four of eight Zener diodes 22 are provided with transfer gates 24 connected in parallel with each Zener diode 22. The transfer gate 24 is a P-type FET, and its source and drain are connected to the cathode and anode of the Zener diode 22, respectively. A resistance element 26 is connected between the source and gate of each transfer gate 24.

かかる構成のクランプ回路20においては、各ツェナーダイオード22に印加される電圧がツェナー電圧以下のとき、FET10のゲートからドレイン(ツェナーダイオード22のアノードからカソード)へ向かうキャリアの流れがツェナーダイオード22によって遮断される。ただし、トランスファゲート24が設けられたツェナーダイオード22は、トランスファゲート24がオフ状態にある場合には上記キャリアの遮断に寄与する一方で、トランスファゲート24がオン状態にある場合には上記キャリアの遮断に寄与しない。後者の場合、上記キャリアはトランスファゲート24を通ってツェナーダイオード22のアノードからカソードまで流れることができるからである。   In the clamp circuit 20 having such a configuration, when the voltage applied to each Zener diode 22 is equal to or lower than the Zener voltage, the flow of carriers from the gate of the FET 10 to the drain (the anode to the cathode of the Zener diode 22) is blocked by the Zener diode 22. Is done. However, the Zener diode 22 provided with the transfer gate 24 contributes to the blocking of the carrier when the transfer gate 24 is in the OFF state, while the carrier is blocked when the transfer gate 24 is in the ON state. Does not contribute. This is because in the latter case, the carrier can flow from the anode to the cathode of the Zener diode 22 through the transfer gate 24.

したがって、クランプ回路20においては、トランスファゲート24のオン/オフを切り換えることにより、FET10のゲートからドレインへと向かうキャリアの流れの遮断に寄与するツェナーダイオード22の数を変えることができる。例えば、4つのトランスファゲート24の全てがオフ状態にあれば、上記キャリアの流れの遮断に寄与するツェナーダイオード22の数は8である。また、4つのトランスファゲート24のうち1つがオン状態にあり、他の3つがオフ状態にあれば、上記キャリアの流れの遮断に寄与するツェナーダイオード22の数は7である。このとき、クランプ回路20のクランプ電圧は、キャリアの流れの遮断に寄与するツェナーダイオード22のツェナー電圧の和に等しくなる。   Therefore, in the clamp circuit 20, the number of Zener diodes 22 that contribute to blocking the flow of carriers from the gate to the drain of the FET 10 can be changed by switching the transfer gate 24 on and off. For example, if all of the four transfer gates 24 are in the OFF state, the number of Zener diodes 22 that contributes to blocking the carrier flow is eight. If one of the four transfer gates 24 is in an on state and the other three are in an off state, the number of Zener diodes 22 that contribute to blocking the carrier flow is seven. At this time, the clamp voltage of the clamp circuit 20 is equal to the sum of the Zener voltages of the Zener diodes 22 that contribute to the blockage of the carrier flow.

制御回路30は、クランプ回路20のクランプ電圧の大きさを制御する。本実施形態において制御回路30は、予め設定されたプログラムに基づいて、上記クランプ電圧の大きさを制御する。具体的には、制御回路30は、上記プログラムに従って、FET10の温度が所定の目標値に近づくようにクランプ電圧の大きさを制御する。すなわち、制御回路30は、ダイナミッククランプ期間中、上記温度が目標値近傍に保たれるようにクランプ電圧を制御している。この目標値は、FET10の温度の許容上限値よりも低く設定される。ここで、許容上限値とは、FET10の正常な動作が確保される温度範囲の上限値であり、例えば150℃である。なお、上記プログラムは、負荷90のインダクタンスおよび抵抗の値が引数として与えられるように構成されていてもよい。   The control circuit 30 controls the magnitude of the clamp voltage of the clamp circuit 20. In the present embodiment, the control circuit 30 controls the magnitude of the clamp voltage based on a preset program. Specifically, the control circuit 30 controls the magnitude of the clamp voltage so that the temperature of the FET 10 approaches a predetermined target value according to the program. That is, the control circuit 30 controls the clamp voltage so that the temperature is maintained near the target value during the dynamic clamp period. This target value is set lower than the allowable upper limit value of the temperature of the FET 10. Here, the allowable upper limit value is an upper limit value of a temperature range in which normal operation of the FET 10 is ensured, and is 150 ° C., for example. The program may be configured such that the inductance and resistance values of the load 90 are given as arguments.

制御回路30は、図2に示すように、スイッチ制御部32およびカウンタ34を含んで構成されている。スイッチ制御部32は、クランプ電圧の制御に用いられる上記プログラムが記憶された記憶回路と、クランプ回路20のトランスファゲート24のゲートを制御するドライバとを有している。記憶回路は、例えば、FLASHまたはROMである。ドライバは、各トランスファゲート24のゲートに接続されている。カウンタ34からの信号は、スイッチ制御部32に入力される。スイッチ制御部32においては、プログラムに従って、あるカウントに達すると、ドライバから各トランスファゲート24のゲートに送られる制御信号が変更される。   As shown in FIG. 2, the control circuit 30 includes a switch control unit 32 and a counter 34. The switch control unit 32 includes a storage circuit that stores the program used for controlling the clamp voltage, and a driver that controls the gate of the transfer gate 24 of the clamp circuit 20. The memory circuit is, for example, FLASH or ROM. The driver is connected to the gate of each transfer gate 24. A signal from the counter 34 is input to the switch control unit 32. In the switch control unit 32, when a certain count is reached according to the program, the control signal sent from the driver to the gate of each transfer gate 24 is changed.

本例において上記制御信号の組合せは、(i)(1,1,1,1)、(ii)(0,1,1,1)、(iii)(0,0,1,1)、(iv)(0,0,0,1)、(v)(0,0,0,0)の5通りである。それぞれの組合せの意味は、次のとおりである。
(i)4つのトランスファゲート24の全てをオフにする
(ii)4つのトランスファゲート24のうち1つをオンにし、他の3つをオフにする
(iii)4つのトランスファゲート24のうち2つをオンにし、他の2つをオフにする
(iv)4つのトランスファゲート24のうち3つをオンにし、他の1つをオフにする
(v)4つのトランスファゲート24の全てをオンにする
In this example, the combinations of the control signals are (i) (1, 1, 1, 1), (ii) (0, 1, 1, 1), (iii) (0, 0, 1, 1), ( iv) There are five ways (0, 0, 0, 1) and (v) (0, 0, 0, 0). The meaning of each combination is as follows.
(I) Turn off all four transfer gates 24 (ii) Turn on one of the four transfer gates 24 and turn off the other three (iii) Two of the four transfer gates 24 Turn on and turn off the other two (iv) turn on three of the four transfer gates 24 and turn off the other one (v) turn on all four transfer gates 24

上記組合せ(i)〜(v)は、それぞれクランプ回路20におけるキャリアの流れの遮断に寄与するツェナーダイオード22の数が8,7,6,5,4の場合に相当する。このように、制御回路30は、クランプ回路20に設けられた複数のツェナーダイオード22のうち上記キャリアの流れの遮断に寄与するツェナーダイオード22の数を変えることにより、クランプ回路20のクランプ電圧の大きさを変更する。そして、制御回路30は、トランスファゲート24のオン/オフを切り換えることにより、当該トランスファゲート24と接続されたツェナーダイオード22が上記キャリアの流れの遮断に寄与するか否かを切り換える。   The combinations (i) to (v) correspond to cases where the number of Zener diodes 22 contributing to the blockage of the carrier flow in the clamp circuit 20 is 8, 7, 6, 5, 4. As described above, the control circuit 30 changes the number of the Zener diodes 22 that contribute to the interruption of the carrier flow among the plurality of Zener diodes 22 provided in the clamp circuit 20, thereby increasing the clamp voltage of the clamp circuit 20. Change the size. The control circuit 30 switches whether the Zener diode 22 connected to the transfer gate 24 contributes to the interruption of the carrier flow by switching the transfer gate 24 on and off.

このように、上記プログラムにおいては、クランプ電圧の初期値、および何カウント目にクランプ電圧をいくつに変更するかという制御パターンが設定されている。   As described above, in the program, the initial value of the clamp voltage and the control pattern for changing the clamp voltage to what count are set.

図3を参照しつつ、制御回路30によるクランプ電圧の制御の一例を説明する。同図のグラフにおいて縦軸および横軸は、それぞれクランプ電圧Vおよび時間tを表している。本例では、まず、クランプ電圧はVに設定されている。その後、時間が経過するにつれて、クランプ電圧は、V、V、V、Vの順に段階的に上昇するように制御される。V、V、V、V、Vは、キャリアの流れの遮断に寄与するツェナーダイオード22の数が4,5,6,7,8の場合にそれぞれ相当する。なお、かかる制御パターンは、FET10が形成される半導体基板として、シリコン基板に比べて放熱性の悪いSOI基板を用いる場合に、好適に適用することができる。 An example of clamp voltage control by the control circuit 30 will be described with reference to FIG. In the graph of the figure, the vertical axis and the horizontal axis represent the clamp voltage V and time t, respectively. In this example, first, the clamping voltage is set to V 4. Thereafter, as time elapses, the clamp voltage is controlled to increase stepwise in the order of V 5 , V 6 , V 7 , and V 8 . V 4 , V 5 , V 6 , V 7 , and V 8 correspond to cases where the number of Zener diodes 22 that contribute to the blockage of the carrier flow is 4 , 5 , 6 , 7 , and 8 , respectively. Such a control pattern can be suitably applied when an SOI substrate having a lower heat dissipation than a silicon substrate is used as the semiconductor substrate on which the FET 10 is formed.

続いて、負荷駆動回路1の効果を説明する。負荷駆動回路1は、クランプ回路20のクランプ電圧の大きさを制御する制御回路30を備えている。このため、FET10のピーク温度が許容上限値を超えない範囲でクランプ電圧の大きさを制御することにより、ピーク温度の増大を抑制しつつ、電流オフ時間を短縮することができる。   Next, the effect of the load driving circuit 1 will be described. The load drive circuit 1 includes a control circuit 30 that controls the magnitude of the clamp voltage of the clamp circuit 20. For this reason, by controlling the magnitude of the clamp voltage in a range where the peak temperature of the FET 10 does not exceed the allowable upper limit value, the current off time can be shortened while suppressing an increase in the peak temperature.

これに対し、特許文献1に記載の負荷駆動回路においては、クランプ電圧の大きさを制御する構成が設けられていないため、出力オフ時のダイナミッククランプ期間中、クランプ電圧は常に一定である。それゆえ、負荷駆動回路の出力電圧および出力電流は、概ね図4に示すように変化する。ここで、出力電圧は負荷駆動用のFETのドレイン側(負荷が接続されている側)での電圧であり、出力電流はそこを流れる電流である。同図において、折線L1,L2は、それぞれ出力電圧および出力電流の変化を示している。また、時刻t,tは、それぞれFETをオフした時刻、および出力電流がゼロになった時刻を表している。したがって、(t−t)が電流オフ時間である。 On the other hand, in the load driving circuit described in Patent Document 1, since the configuration for controlling the magnitude of the clamp voltage is not provided, the clamp voltage is always constant during the dynamic clamp period when the output is off. Therefore, the output voltage and output current of the load driving circuit change as shown in FIG. Here, the output voltage is a voltage on the drain side (the side to which the load is connected) of the load driving FET, and the output current is a current flowing therethrough. In the figure, broken lines L1 and L2 indicate changes in output voltage and output current, respectively. Times t 0 and t 1 represent the time when the FET is turned off and the time when the output current becomes zero, respectively. Therefore, (t 1 -t 0 ) is the current off time.

同図に示すように、FETをオフにした瞬間、負荷が電流を流し続けようとするため、出力電圧が急激に上昇する。出力電圧がクランプ電圧を超えると、クランプ回路を通ってFETのドレインからゲートに電流が流れるようになるため、当該FETがオンされる。それにより、負荷に蓄積されていたエネルギーがFETで消費され、やがて時刻tにて出力電流がゼロになるとともに出力電圧が電源電圧に等しくなる。 As shown in the figure, at the moment when the FET is turned off, the load keeps flowing current, so that the output voltage rises rapidly. When the output voltage exceeds the clamp voltage, a current flows from the drain to the gate of the FET through the clamp circuit, so that the FET is turned on. Thereby, the energy accumulated in the load is dissipated in the FET, the output voltage with the output current becomes zero eventually at time t 1 is equal to the supply voltage.

また、ダイナミッククランプ期間中のFETの温度変化は、概ね図5(a)に示すようになる。すなわち、FETの温度は、クランプ開始から次第に上昇し、ピーク温度Tに達した後、次第に下降していく。 Further, the temperature change of the FET during the dynamic clamping period is approximately as shown in FIG. That is, the temperature of the FET is gradually increased from the clamp start, after reaching the peak temperature T 0, it descends gradually.

一方、負荷駆動回路1において、制御回路30により図3に示すようにクランプ電圧を制御した場合、ダイナミッククランプ期間中のFET10の温度変化は、概ね図5(b)に示すようになる。すなわち、FET10の温度は、目標値Tの近傍を推移する。これは、負荷駆動回路1において、従来の温度プロファイル(図5(a)参照)でFETの温度が比較的低いときにクランプ電圧が比較的大きく、FETの温度が比較的高いときにクランプ電圧が比較的小さくなるように制御されていることに起因する。かかる制御により、FET10におけるエネルギー消費が大きい状態が維持されるため、負荷90に蓄積されていたエネルギーが短時間で消費される。それにより、電流オフ時間の短縮が実現される。 On the other hand, when the clamp voltage is controlled by the control circuit 30 in the load driving circuit 1 as shown in FIG. 3, the temperature change of the FET 10 during the dynamic clamping period is substantially as shown in FIG. That is, the temperature of the FET10 is hovering near the target value T a. In the load driving circuit 1, the clamp voltage is relatively large when the FET temperature is relatively low in the conventional temperature profile (see FIG. 5A), and the clamp voltage is relatively high when the FET temperature is relatively high. This is because it is controlled to be relatively small. Due to such control, the state in which the energy consumption in the FET 10 is large is maintained, so that the energy accumulated in the load 90 is consumed in a short time. Thereby, reduction of the current off time is realized.

制御回路30は、予め設定されたプログラムに従って、上記クランプ電圧の大きさを制御している。これにより、簡略な構成で、クランプ電圧の制御を行うことができる。ただし、負荷駆動回路1において、プログラムに従ってクランプ電圧を制御することは必須ではない。例えば、FET10の温度を測定する温度測定部を設け、制御回路30は、温度測定部の出力に基づいてクランプ電圧の大きさを制御するように構成してもよい。   The control circuit 30 controls the magnitude of the clamp voltage according to a preset program. As a result, the clamp voltage can be controlled with a simple configuration. However, in the load driving circuit 1, it is not essential to control the clamp voltage according to the program. For example, a temperature measurement unit that measures the temperature of the FET 10 may be provided, and the control circuit 30 may be configured to control the magnitude of the clamp voltage based on the output of the temperature measurement unit.

制御回路30は、上記プログラムに従って、FET10の温度が所定の目標値に近づくようにクランプ電圧の大きさを制御している。このように、FET10の温度が比較的低いときにはクランプ電圧を高くしてFET10におけるエネルギー消費が大きくなるようにし、FET10の温度が比較的高いときにはクランプ電圧を低くしてFET10におけるエネルギー消費が小さくなるように制御することにより、電流オフ時間を一層効果的に短縮することができる。   The control circuit 30 controls the magnitude of the clamp voltage so that the temperature of the FET 10 approaches a predetermined target value according to the program. Thus, when the temperature of the FET 10 is relatively low, the clamp voltage is increased to increase the energy consumption in the FET 10, and when the temperature of the FET 10 is relatively high, the clamp voltage is decreased to reduce the energy consumption in the FET 10. By controlling so, the current off time can be more effectively shortened.

クランプ回路20は、互いに直列に接続されたツェナーダイオード22を複数含んで構成されている。これにより、クランプ回路20を簡略な構成で実現することができる。   The clamp circuit 20 includes a plurality of Zener diodes 22 connected in series with each other. Thereby, the clamp circuit 20 can be realized with a simple configuration.

制御回路30は、複数のツェナーダイオード22のうちキャリアの流れの遮断に寄与するツェナーダイオード22の数を変えることにより、クランプ電圧の大きさを変更している。これにより、クランプ電圧の大きさを簡略な機構で変更できる。   The control circuit 30 changes the magnitude of the clamp voltage by changing the number of the Zener diodes 22 that contribute to blocking the carrier flow among the plurality of Zener diodes 22. Thereby, the magnitude | size of a clamp voltage can be changed with a simple mechanism.

制御回路30は、トランスファゲート24のオン/オフを切り換えることにより、当該トランスファゲート24と接続されたツェナーダイオード22がキャリアの流れの遮断に寄与するか否かを切り換えている。これにより、クランプ回路の段数を容易に変更できる。   The control circuit 30 switches whether or not the Zener diode 22 connected to the transfer gate 24 contributes to the blockage of the carrier flow by switching the transfer gate 24 on and off. Thereby, the number of stages of the clamp circuit can be easily changed.

制御回路30の記憶回路としてFLASHを用いた場合、プログラムの書換えが可能となる。   When FLASH is used as the memory circuit of the control circuit 30, the program can be rewritten.

プログラムが負荷90のインダクタンスおよび抵抗の値が引数として与えられるように構成されている場合、制御回路30は、負荷接続端子60に接続される負荷90の特性に応じてクランプ電圧を制御することができる。これにより、汎用性の高い負荷駆動回路1が実現される。   When the program is configured such that the inductance and resistance values of the load 90 are given as arguments, the control circuit 30 can control the clamp voltage according to the characteristics of the load 90 connected to the load connection terminal 60. it can. Thereby, the load drive circuit 1 with high versatility is realized.

図6〜図9を参照しつつ、負荷駆動回路1の効果を確認したシミュレーション結果を説明する。図6、図7および図8は、ダイナミッククランプ期間中にクランプ電圧の制御を行わずに一定に保った場合の結果であり、それぞれツェナーダイオードが4,5,6段の場合に相当する。一方、図9は、プログラムに従って、クランプ電圧を制御した場合の結果を示している。各図において、グラフC1,C2,C3は、それぞれ負荷駆動用FETの温度、出力電圧および出力電流を示している。縦軸は温度(℃)、電圧(V)および電流(A)を表し、横軸は時間(s)を表している。   A simulation result in which the effect of the load drive circuit 1 is confirmed will be described with reference to FIGS. FIGS. 6, 7 and 8 show the results when the clamp voltage is not controlled during the dynamic clamp period and is kept constant, and corresponds to the case where the Zener diode has four, five and six stages, respectively. On the other hand, FIG. 9 shows the result when the clamp voltage is controlled according to the program. In each figure, graphs C1, C2, and C3 indicate the temperature, output voltage, and output current of the load driving FET, respectively. The vertical axis represents temperature (° C.), voltage (V), and current (A), and the horizontal axis represents time (s).

本シミュレーションにおいて、負荷90のインダクタンスおよび抵抗は、それぞれ15mHおよび12Ωである。電源端子92の電源電圧は14Vである。また、各ツェナーダイオードのツェナー電圧は、約7.5Vである。したがって、図6、図7および図8において、クランプ電圧は、それぞれ約30V,37.5Vおよび45Vである。   In this simulation, the inductance and resistance of the load 90 are 15 mH and 12Ω, respectively. The power supply voltage of the power supply terminal 92 is 14V. The Zener voltage of each Zener diode is about 7.5V. Accordingly, in FIGS. 6, 7 and 8, the clamp voltages are about 30V, 37.5V and 45V, respectively.

表1に、上記シミュレーション結果をまとめた。表中のAは、図9すなわちクランプ電圧を制御した場合の結果を示している。また、表中のB,C,Dは、それぞれ図6,7,8に対応している。例えば、図6を見ると、時刻が10.0msのときに負荷駆動トランジスタがオフされ、時刻10.65msのときに出力電圧が電源電圧に落ち着いている。したがって、このときの電流オフ時間は、表に示すとおり650μsである。また、温度については、FETをオフする直前の温度が5℃で、ダイナミッククランプ期間中のピーク温度が38℃であるので、温度上昇幅は33℃である。図6〜図8を比べるとわかるように、クランプ電圧を大きく設定するにつれて、電流オフ時間を短縮することができるものの、ピーク温度(温度上昇幅)が大きくなってしまう。   Table 1 summarizes the simulation results. A in the table indicates the result in FIG. 9, that is, when the clamp voltage is controlled. B, C, and D in the table correspond to FIGS. For example, referring to FIG. 6, the load driving transistor is turned off when the time is 10.0 ms, and the output voltage is settled at the power supply voltage when the time is 10.65 ms. Therefore, the current off time at this time is 650 μs as shown in the table. Regarding the temperature, since the temperature immediately before turning off the FET is 5 ° C. and the peak temperature during the dynamic clamping period is 38 ° C., the temperature increase width is 33 ° C. As can be seen from a comparison of FIGS. 6 to 8, as the clamp voltage is set higher, the current off time can be shortened, but the peak temperature (temperature rise width) becomes larger.

これに対して、図9においては、ダイナミッククランプ期間中にクランプ電圧の切り替えが行われている。本シミュレーションでは、キャリアの遮断に寄与するツェナーダイオードの数が4段から8段まで切り換えられるようにプログラムが設定されている。同図に示すように、クランプ電圧の変化に伴い、出力電圧も段階的に変化している。このとき、電流オフ時間は480μmであり、温度上昇幅は33℃であった。この結果から、クランプ電圧を制御することにより、ピーク温度の上昇を抑制しつつ、電流オフ時間を短縮できることがわかる。
In contrast, in FIG. 9, the clamp voltage is switched during the dynamic clamp period. In this simulation, the program is set so that the number of Zener diodes that contribute to carrier blocking can be switched from four to eight stages. As shown in the figure, the output voltage also changes stepwise as the clamp voltage changes. At this time, the current off time was 480 μm, and the temperature rise was 33 ° C. From this result, it can be seen that by controlling the clamp voltage, the current off time can be shortened while suppressing an increase in peak temperature.

本発明による負荷駆動回路は、上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態においてはFET10が負荷90のローサイドに接続される例を示したが、図10に示すように、FET10は負荷90のハイサイドに接続されるものであってもよい。負荷駆動回路2において、FET10の導電型は、P型である。FET10のソースおよびドレインは、それぞれ電源端子92および負荷接続端子60に接続されている。   The load driving circuit according to the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made. For example, although the example in which the FET 10 is connected to the low side of the load 90 has been described in the above embodiment, the FET 10 may be connected to the high side of the load 90 as shown in FIG. In the load driving circuit 2, the conductivity type of the FET 10 is P type. The source and drain of the FET 10 are connected to the power supply terminal 92 and the load connection terminal 60, respectively.

負荷駆動回路1と同様に、FET10のゲートとドレインとの間には、クランプ回路20が接続されている。クランプ回路20は、FET10のゲート−ドレイン間電圧が所定のクランプ電圧以下のときには、ゲートからドレインへ向かうキャリア(本例においては正孔)の流れを遮断する。一方、クランプ回路20は、ゲート−ドレイン間電圧がクランプ電圧を超えるときには、ゲートからドレインへ向かうキャリアの流れを許す。なお、負荷駆動回路2においては、クランプ回路20に含まれるツェナーダイオード22のカソード側がFET10のゲートに接続され、アノード側がFET10のドレインに接続される。   Similar to the load driving circuit 1, a clamp circuit 20 is connected between the gate and drain of the FET 10. The clamp circuit 20 blocks the flow of carriers (holes in this example) from the gate to the drain when the gate-drain voltage of the FET 10 is equal to or lower than a predetermined clamp voltage. On the other hand, when the gate-drain voltage exceeds the clamp voltage, the clamp circuit 20 allows carriers to flow from the gate to the drain. In the load drive circuit 2, the cathode side of the Zener diode 22 included in the clamp circuit 20 is connected to the gate of the FET 10, and the anode side is connected to the drain of the FET 10.

また、上述の負荷駆動回路1,2を負荷90の両側にそれぞれ設けてもよい。すなわち、負荷90のローサイドに負荷駆動回路1を設け、ハイサイドに負荷駆動回路2を設けてもよい。   Further, the load drive circuits 1 and 2 may be provided on both sides of the load 90, respectively. That is, the load driving circuit 1 may be provided on the low side of the load 90 and the load driving circuit 2 may be provided on the high side.

クランプ回路20に設けられるツェナーダイオード22の数は、8個に限らず、複数であればいくつでもよい。また、上記実施形態においては複数のツェナーダイオード22のうち一部にだけトランスファゲート24を設ける例を示したが、全てのツェナーダイオード22にトランスファゲート24を設けてもよい。   The number of Zener diodes 22 provided in the clamp circuit 20 is not limited to eight and may be any number as long as it is plural. In the above embodiment, the transfer gate 24 is provided in only a part of the plurality of Zener diodes 22. However, the transfer gates 24 may be provided in all the Zener diodes 22.

制御回路30によるクランプ電圧の制御は、図3で説明したものに限らず、様々なパターンで行うことができる。図11は、制御回路30によるクランプ電圧の制御の変形例を説明するためのグラフである。本例では、まず、クランプ電圧はVに設定されている。その後、時間が経過するにつれて、クランプ電圧は、V、V、V、Vの順に段階的に下降するように制御される。クランプ電圧は、Vまで下がった後、V、V、V、Vの順に段階的に上昇するように制御される。なお、かかる制御パターンは、FET10が形成される半導体基板として、SOI基板に比べて放熱性の良いシリコン基板を用いる場合に、好適に適用することができる。 The control of the clamp voltage by the control circuit 30 is not limited to that described with reference to FIG. 3, and can be performed in various patterns. FIG. 11 is a graph for explaining a modification of the clamp voltage control by the control circuit 30. In this example, first, the clamping voltage is set to V 8. Thereafter, as time elapses, the clamp voltage is controlled to gradually decrease in the order of V 7 , V 6 , V 5 , and V 4 . The clamp voltage is controlled to increase stepwise after decreasing to V 4 in the order of V 5 , V 6 , V 7 , and V 8 . Such a control pattern can be suitably applied when a silicon substrate having better heat dissipation than an SOI substrate is used as a semiconductor substrate on which the FET 10 is formed.

発明による負荷駆動回路の一実施形態を示すブロック図である。It is a block diagram which shows one Embodiment of the load drive circuit by invention. 図1の負荷駆動回路の構成の一例を示す回路構成図である。FIG. 2 is a circuit configuration diagram illustrating an example of a configuration of a load driving circuit in FIG. 1. 制御回路によるクランプ電圧の制御の一例を説明するためのグラフである。It is a graph for demonstrating an example of control of the clamp voltage by a control circuit. 従来の負荷駆動回路における出力電圧および出力電流の変化を模式的に示すグラフである。It is a graph which shows typically change of output voltage and output current in the conventional load drive circuit. (a)は、従来の負荷駆動回路における負荷駆動用FETの温度変化を模式的に示すグラフである。(b)は、図1の負荷駆動回路における負荷駆動用FETの温度変化を模式的に示すグラフである。(A) is a graph which shows typically the temperature change of load drive FET in the conventional load drive circuit. (B) is a graph schematically showing a temperature change of the load driving FET in the load driving circuit of FIG. 1. 比較例に係る負荷駆動回路のシミュレーション結果を示すグラフである。It is a graph which shows the simulation result of the load drive circuit concerning a comparative example. 比較例に係る負荷駆動回路のシミュレーション結果を示すグラフである。It is a graph which shows the simulation result of the load drive circuit concerning a comparative example. 比較例に係る負荷駆動回路のシミュレーション結果を示すグラフである。It is a graph which shows the simulation result of the load drive circuit concerning a comparative example. 実施形態に係る負荷駆動回路のシミュレーション結果を示すグラフである。It is a graph which shows the simulation result of the load drive circuit concerning an embodiment. 実施形態の変形例に係る負荷駆動回路を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the load drive circuit which concerns on the modification of embodiment. 制御回路によるクランプ電圧の制御の変形例を説明するためのグラフである。It is a graph for demonstrating the modification of control of the clamp voltage by a control circuit.

符号の説明Explanation of symbols

1 負荷駆動回路
2 負荷駆動回路
10 FET
20 クランプ回路
22 ツェナーダイオード
24 トランスファゲート
26 抵抗素子
30 制御回路
32 スイッチ制御部
34 カウンタ
50 ゲート制御端子
52 抵抗素子
60 負荷接続端子
90 負荷
92 電源端子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Load drive circuit 2 Load drive circuit 10 FET
20 Clamp Circuit 22 Zener Diode 24 Transfer Gate 26 Resistive Element 30 Control Circuit 32 Switch Control Unit 34 Counter 50 Gate Control Terminal 52 Resistive Element 60 Load Connection Terminal 90 Load 92 Power Supply Terminal

Claims (6)

負荷を駆動する電界効果トランジスタと、
前記電界効果トランジスタのゲートとドレインとの間に接続され、前記ゲートおよび前記ドレイン間の電圧であるゲート−ドレイン間電圧が所定のクランプ電圧以下のときには前記ゲートから前記ドレインへ向かうキャリアの流れを遮断するとともに、前記ゲート−ドレイン間電圧が前記クランプ電圧を超えるときには前記キャリアの流れを許すクランプ回路と、
前記クランプ電圧の大きさを制御する制御回路と、
を備えることを特徴とする負荷駆動回路。
A field effect transistor driving the load;
It is connected between the gate and drain of the field effect transistor, and when the gate-drain voltage, which is the voltage between the gate and the drain, is below a predetermined clamp voltage, the flow of carriers from the gate to the drain is cut off. And a clamp circuit that allows the carrier to flow when the gate-drain voltage exceeds the clamp voltage;
A control circuit for controlling the magnitude of the clamp voltage;
A load driving circuit comprising:
請求項1に記載の負荷駆動回路において、
前記制御回路は、予め設定されたプログラムに従って、前記クランプ電圧の大きさを制御する負荷駆動回路。
The load driving circuit according to claim 1,
The control circuit is a load drive circuit that controls the magnitude of the clamp voltage according to a preset program.
請求項2に記載の負荷駆動回路において、
前記制御回路は、前記プログラムに従って、前記電界効果トランジスタの温度が所定の目標値に近づくように前記クランプ電圧の大きさを制御する負荷駆動回路。
The load driving circuit according to claim 2,
The control circuit is a load driving circuit that controls the magnitude of the clamp voltage so that the temperature of the field effect transistor approaches a predetermined target value in accordance with the program.
請求項1乃至3いずれかに記載の負荷駆動回路において、
前記クランプ回路は、互いに直列に接続されたツェナーダイオードを複数含んで構成されている負荷駆動回路。
The load driving circuit according to any one of claims 1 to 3,
The clamp circuit includes a plurality of Zener diodes connected in series with each other.
請求項4に記載の負荷駆動回路において、
前記制御回路は、前記複数のツェナーダイオードのうち前記キャリアの流れの遮断に寄与するツェナーダイオードの数を変えることにより、前記クランプ電圧の大きさを変更する負荷駆動回路。
The load driving circuit according to claim 4,
The control circuit is a load drive circuit that changes the magnitude of the clamp voltage by changing the number of Zener diodes that contribute to blocking the carrier flow among the plurality of Zener diodes.
請求項5に記載の負荷駆動回路において、
前記複数のツェナーダイオードの一部または全部について、当該各ツェナーダイオードと並列に接続されたトランスファゲートを備え、
前記制御回路は、前記トランスファゲートのオン/オフを切り換えることにより、当該トランスファゲートと接続された前記ツェナーダイオードが前記キャリアの流れの遮断に寄与するか否かを切り換える負荷駆動回路。
The load driving circuit according to claim 5,
For some or all of the plurality of Zener diodes, comprising a transfer gate connected in parallel with each Zener diode,
The control circuit is a load drive circuit that switches whether or not the Zener diode connected to the transfer gate contributes to blockage of the carrier flow by switching on and off the transfer gate.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2014138303A (en) * 2013-01-17 2014-07-28 Denso Corp Inductive load drive device

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013503556A (en) * 2009-08-28 2013-01-31 フリースケール セミコンダクター インコーポレイテッド Power transistor with turn-off control and method of operation thereof
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