JP2015159471A - Level down circuit and high side short circuit protection circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高圧のハイサイド側で検出された検出信号を低圧のローサイド側に伝達するレベルダウン回路と、ハイサイド側半導体素子に流れる過電流を検出してハイサイド側半導体素子の駆動を停止させるハイサイド側短絡保護回路とに関する。 The present invention stops the driving of the high-side semiconductor element by detecting the overcurrent flowing in the high-side semiconductor element by detecting the over-current flowing through the high-side semiconductor element and the level-down circuit that transmits the detection signal detected on the high-voltage high side. And a high-side short-circuit protection circuit.
主電源端子間に、ハイサイド(高圧)側の半導体素子とローサイド(低圧)側の半導体素子とを直列に接続し、ハイサイド側アームとローサイド側アームとを構成したモータ駆動装置等の電力変換装置において、ハイサイド側の半導体素子は、浮遊電位基準で駆動される。従って、このような電力変換装置では、接地電位等の共通電位で動作する回路と、半導体素子のスイッチングによって変動する浮遊電位基準で動作する回路とが混在することになり、ハイサイド側で動作する検出回路で検出された浮遊電位基準の検出信号をローサイド側の共通電位基準の信号電圧に変換するレベルダウン回路が設けられている(特許文献1参照)。 Between the main power supply terminals, a high-side (high-voltage) side semiconductor element and a low-side (low-voltage) side semiconductor element are connected in series, and power conversion of a motor drive device or the like that configures a high-side arm and a low-side arm In the device, the semiconductor element on the high side is driven with reference to the floating potential. Therefore, in such a power conversion device, a circuit that operates at a common potential such as a ground potential and a circuit that operates based on a floating potential reference that fluctuates due to switching of the semiconductor element are mixed, and operate on the high side. A level-down circuit is provided that converts a detection signal based on the floating potential detected by the detection circuit into a signal voltage based on the common potential on the low side (see Patent Document 1).
従来のレベルダウン回路20は、図7を参照すると、電界効果トランジスタであるP型チャネルMOSFETQ1と、抵抗R1と、ツエナーダイオードZD1と、比較器COMP1と、基準電圧Vref1とを備えている。
Referring to FIG. 7, the conventional level-down
ハイサイド側の電源電圧VBと共通電位COMとの間にP型チャネルMOSFETQ1とレベルシフト用の抵抗R1とが直列に接続されている。P型チャネルMOSFETQ1のソースには電源電圧VBが、P型チャネルMOSFETQ1のドレインには抵抗R1がそれぞれ接続されている。また、抵抗R1には、保護用のツエナーダイオードZD1が並列に接続されている。P型チャネルMOSFETQ1と抵抗R1との接続点Aは、共通電位COM基準で動作する比較器COMP1の非反転入力端子に接続されている。比較器COMP1の反転入力端子には、基準電圧Vref1が接続されている。なお、Vccはローサイド側の電源電圧である。 A P-type channel MOSFET Q1 and a level shift resistor R1 are connected in series between the high-side power supply voltage VB and the common potential COM. A power supply voltage VB is connected to the source of the P-type channel MOSFET Q1, and a resistor R1 is connected to the drain of the P-type channel MOSFET Q1. A protective Zener diode ZD1 is connected in parallel to the resistor R1. A connection point A between the P-type channel MOSFET Q1 and the resistor R1 is connected to a non-inverting input terminal of the comparator COMP1 that operates on the basis of the common potential COM. A reference voltage Vref1 is connected to the inverting input terminal of the comparator COMP1. Vcc is a power supply voltage on the low side.
ハイサイド側の浮遊電位HS基準で動作するハイサイド側検出回路10の出力端子は、同様に浮遊電位HS基準で動作するフィルタ回路11を介してP型チャネルMOSFETQ1のゲートに接続されている。ハイサイド側検出回路10から出力される検出信号は、検出時にローレベルであり、P型チャネルMOSFETQ1のゲートは、ソース(VB)に対して閾値以下の負電位にバイアスされる。なお、フィルタ回路11は、例えばハイサイド側検出回路10が短絡保護回路である場合には、突入電流による誤検出を防止するために設けられている。これにより、P型チャネルMOSFETQ1はON状態となり、抵抗R1に電流が流れて接続点Aに信号電圧VAが発生する。比較器COMP1は、接続点Aに発生する信号電圧VAと基準電圧Vref1とを比較し、信号電圧VAが基準電圧Vref1を上回るとハイレベル信号を出力する。これにより、ハイサイド側検出回路10で検出された浮遊電位基準の検出信号は、レベルダウン回路20によって共通電位COM基準の信号電圧に変換されてローサイド側に伝達される。
The output terminal of the high-
しかしながら、浮遊電位HSはローサイド側の共通電位COMから電源電圧VBまで急激に変化(dV/dt)するため、P型チャネルMOSFETQ1のドレイン−ソース間にある寄生静電容量CP1によって、ローサイド側の信号検出回路である比較器COMP1が誤検出してしまうことがある(dV/dt誤動作)。図8(a)に示すように、浮遊電位HSが高圧に振れると、図8(b)に示すように、P型チャネルMOSFETQ1の寄生静電容量CP1によって抵抗R1に寄生電流が流れる。これにより、図8(c)に示すように、接続点Aに信号電圧VAが基準電圧Vref1を超えてしまい、比較器COMP1が誤検出してしまうことがある。従って、従来のレベルダウン回路20では、ローサイド側の信号検出回路である比較器COMP1の後段に、誤検出を防止するフィルタ回路12を設ける必要があった。比較器COMP1の後段にフィルタ回路12を設けた場合には、その分遅延が大きくなり、短絡検出信号等すばやく検出信号を伝達しなければならない状況では遅れが致命的となってしまうという問題点があった。
However, since the floating potential HS changes rapidly (dV / dt) from the common potential COM on the low side to the power supply voltage VB, the signal on the low side is caused by the parasitic capacitance CP1 between the drain and source of the P-type channel MOSFET Q1. The comparator COMP1, which is a detection circuit, may erroneously detect (dV / dt malfunction). As shown in FIG. 8A, when the floating potential HS fluctuates to a high voltage, a parasitic current flows through the resistor R1 due to the parasitic capacitance CP1 of the P-type channel MOSFET Q1 as shown in FIG. 8B. As a result, as shown in FIG. 8C, the signal voltage VA may exceed the reference voltage Vref1 at the connection point A, and the comparator COMP1 may be erroneously detected. Therefore, in the conventional level-down
本発明の目的は、上記問題点に鑑みて従来技術の上記問題を解決し、ハイサイド側の浮遊電位HSの変化に起因したローサイド側の信号検出回路の誤検出を防止することができるレベルダウン回路及びハイサイド側短絡保護回路を提供することにある。 An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art in view of the above-mentioned problems, and to reduce the level of the low-side signal detection circuit caused by a change in the floating potential HS on the high-side. To provide a circuit and a high-side short circuit protection circuit.
本発明のレベルダウン回路は、浮遊電位を基準とするハイサイド側で検出された検出信号を、共通電位を基準とするローサイド側に伝達するレベルダウン回路であって、ハイサイド側の電源電圧と前記共通電位との間に接続され、ハイサイド側で検出された前記検出信号を、前記共通電位を基準とする電圧信号に変換する第1の直列回路と、前記浮遊電位に起因する前記第1の直列回路によって変換された前記電圧信号の変動をキャンセルする基準電圧を生成する基準電圧生成回路と、前記第1の直列回路によって変換された前記電圧信号と前記基準電圧生成回路によって生成された前記基準電圧とを比較することで前記共通電位を基準とする前記検出信号を生成する比較器とを具備することを特徴とする。
さらに、本発明のレベルダウン回路において、前記基準電圧生成回路は、ハイサイド側の電源電圧と前記共通電位との間に前記第1の直列回路と並列に接続された第2の直列回路であっても良い。
さらに、本発明のレベルダウン回路において、前記第1の直列回路は、ハイサイド側で検出された前記検出信号によってオンオフされる第1の電界トランジスタと、第1の抵抗とを備え、前記第2の直列回路は、第1の電界トランジスタと略同一の寄生静電容量を有し、オフ状態に維持された第2の電界トランジスタと、第1の抵抗と略同一の抵抗値を有する第2の抵抗とを備えていても良い。
また、本発明のハイサイド側短絡保護回路は、主電源電圧と浮遊電位との間に接続されたハイサイド側半導体素子に流れる過電流を検出して前記ハイサイド側半導体素子の駆動を停止させるハイサイド側短絡保護回路であって、前記過電流を検出して前記浮遊電位を基準とする過電流検出信号を出力する過電流検出回路と、前記過電流検出信号に基づいて短絡を検出して前記浮遊電位を基準とする短絡検出信号を出力する短絡検出回路と、前記浮遊電位を基準とする前記短絡検出信号をローサイド側の共通電位を基準とする前記短絡検出信号に変換するレベルダウン回路と、共通電位を基準とする前記短絡検出信号に基づいて前記ハイサイド側半導体素子の駆動を停止させるエラー信号を生成するエラー信号生成回路とを具備することを特徴とする。
さらに、本発明のハイサイド側短絡保護回路において、前記エラー信号が生成されなかったり、前記エラー信号によって前記ハイサイド側半導体素子の駆動を停止させられなかったりした場合に、前記過電流検出信号に基づいて前記ハイサイド側半導体素子の駆動を停止させる予備遮断回路を備えていても良い。
The level-down circuit of the present invention is a level-down circuit that transmits a detection signal detected on the high side with respect to the floating potential to the low side with respect to the common potential, and a power supply voltage on the high side A first series circuit connected between the common potential and detecting the detection signal detected on the high side to a voltage signal based on the common potential; and the first series circuit caused by the floating potential A reference voltage generating circuit that generates a reference voltage that cancels fluctuations of the voltage signal converted by the series circuit, and the voltage signal converted by the first series circuit and the reference voltage generating circuit And a comparator for generating the detection signal based on the common potential by comparing with a reference voltage.
Furthermore, in the level-down circuit of the present invention, the reference voltage generation circuit is a second series circuit connected in parallel with the first series circuit between a high-side power supply voltage and the common potential. May be.
Furthermore, in the level-down circuit of the present invention, the first series circuit includes a first field transistor that is turned on / off by the detection signal detected on a high side, a first resistor, and the second resistor. The second circuit transistor has substantially the same parasitic capacitance as the first field transistor, the second field transistor maintained in the OFF state, and the second field transistor having the same resistance value as the first resistor. A resistor may be provided.
Further, the high-side short-circuit protection circuit of the present invention detects an overcurrent flowing through the high-side semiconductor element connected between the main power supply voltage and the floating potential, and stops driving the high-side semiconductor element. A high-side short circuit protection circuit that detects the overcurrent and outputs an overcurrent detection signal based on the floating potential; and detects a short circuit based on the overcurrent detection signal. A short-circuit detection circuit that outputs a short-circuit detection signal based on the floating potential; and a level-down circuit that converts the short-circuit detection signal based on the floating potential into the short-circuit detection signal based on a common potential on the low side. And an error signal generation circuit for generating an error signal for stopping the driving of the high-side semiconductor element based on the short-circuit detection signal based on a common potential. To.
Further, in the high-side short-circuit protection circuit according to the present invention, when the error signal is not generated or the driving of the high-side semiconductor element cannot be stopped by the error signal, the overcurrent detection signal is output. A preliminary cutoff circuit for stopping the driving of the high-side semiconductor element may be provided.
本発明によれば、ハイサイド側の浮遊電位の変化に起因したローサイド側の信号検出回路の誤検出を防止することができ、ハイサイド側で検出した検出信号を確実にローサイド側に伝達することができるという効果を奏する。 According to the present invention, it is possible to prevent erroneous detection of the signal detection circuit on the low side due to the change in the floating potential on the high side, and reliably transmit the detection signal detected on the high side to the low side. There is an effect that can be.
(第1の実施の形態)
第1の実施の形態のレベルダウン回路30は、図1を参照すると、電界効果トランジスタであるP型チャネルMOSFETQ1及びP型チャネルMOSFETQ2と、抵抗R1及び抵抗R2と、ツエナーダイオードZD1及びツエナーダイオードZD2と、比較器COMP2とを備えている。P型チャネルMOSFETQ1とP型チャネルMOSFETQ2とは、少なくともそれぞれのドレイン−ソース間にある寄生静電容量CP1、CP2が同一であるものが用いられる。また、抵抗R1と抵抗R2とは、同一の抵抗値である。
(First embodiment)
Referring to FIG. 1, the level down
P型チャネルMOSFETQ1とレベルシフト用の抵抗R1とからなる第1の直列回路と、P型チャネルMOSFETQ2とレベルシフト用の抵抗R2とからなる第2の直列回路とがハイサイド側の電源電圧VBと共通電位COMとの間に並列に接続されている。P型チャネルMOSFETQ1のソースには電源電圧VBが、P型チャネルMOSFETQ1のドレインには抵抗R1がそれぞれ接続されている。また、P型チャネルMOSFETQ2のソース及びゲートには電源電圧VBが、P型チャネルMOSFETQ2のドレインには抵抗R2がそれぞれ接続されている。また、抵抗R1には、保護用のツエナーダイオードZD1が、抵抗R2には、保護用のツエナーダイオードZD2がそれぞれ並列に接続されている。 A first series circuit composed of a P-type channel MOSFET Q1 and a level shift resistor R1, and a second series circuit composed of a P-type channel MOSFET Q2 and a level shift resistor R2 are connected to the high-side power supply voltage VB. It is connected in parallel with the common potential COM. A power supply voltage VB is connected to the source of the P-type channel MOSFET Q1, and a resistor R1 is connected to the drain of the P-type channel MOSFET Q1. The power source voltage VB is connected to the source and gate of the P-type channel MOSFET Q2, and the resistor R2 is connected to the drain of the P-type channel MOSFET Q2. Further, a protective Zener diode ZD1 is connected in parallel to the resistor R1, and a protective Zener diode ZD2 is connected in parallel to the resistor R2.
P型チャネルMOSFETQ1と抵抗R1との接続点Aは、共通電位COM基準で動作するローサイド側の信号検出回路である比較器COMP2の非反転入力端子に、P型チャネルMOSFETQ2と抵抗R2との接続点REFは、比較器COMP2の反転入力端子にそれぞれ接続されている。比較器COMP2には、数V程度のオフセット電圧が設定されており、比較器COMP2は、接続点Aの電圧信号Aが接続点REFの電圧VREFをオフセット電圧以上上回ると、ハイレベル信号を出力する。 A connection point A between the P-type channel MOSFET Q1 and the resistor R1 is a connection point between the P-type channel MOSFET Q2 and the resistor R2 at a non-inverting input terminal of the comparator COMP2, which is a low-side signal detection circuit that operates based on the common potential COM. The REF is connected to the inverting input terminal of the comparator COMP2. An offset voltage of about several volts is set in the comparator COMP2, and the comparator COMP2 outputs a high level signal when the voltage signal A at the connection point A exceeds the voltage VREF at the connection point REF by more than the offset voltage. .
ハイサイド側の浮遊電位HS基準で動作するハイサイド側検出回路10の出力端子は、同様に浮遊電位HS基準で動作するフィルタ回路11を介してP型チャネルMOSFETQ1のゲートに接続されている。なお、フィルタ回路11は、例えばハイサイド側検出回路10が短絡保護回路である場合には、突入電流による誤検出を防止するために設けられており、フィルタ回路11の出力が短絡検出信号となる。ハイサイド側検出回路10から出力される検出信号は、検出時にローレベルであり、P型チャネルMOSFETQ1のゲートは、ソース(電源電圧VB)に対して閾値以下の負電位にバイアスされる。これにより、P型チャネルMOSFETQ1はON状態となり、抵抗R1に電流が流れて接続点Aに信号電圧VAが発生する。すなわち、第1の直列回路は、ハイサイド側で検出された浮遊電位基準の検出信号をローサイド側に伝達する信号伝達回路として機能する。
The output terminal of the high-
一方、P型チャネルMOSFETQ2は、ソース及びゲートがいずれも電源電圧VBに接続されているため、常にOFF状態である。従って、P型チャネルMOSFETQ2と抵抗R2との接続点REFの電圧VREFは、ハイサイド側検出回路10から出力される検出信号によって変化することがない基準電圧として機能する。すなわち、第2の直列回路は、基準電圧を生成する基準電圧生成回路として機能する。
On the other hand, the P-type channel MOSFET Q2 is always in the OFF state because the source and gate are both connected to the power supply voltage VB. Therefore, the voltage VREF at the connection point REF between the P-type channel MOSFET Q2 and the resistor R2 functions as a reference voltage that does not change depending on the detection signal output from the high-
接続点Aに発生する信号電圧VAは、比較器COMP2によって接続点REFの電圧VREFと比較され、信号電圧VAが電圧VREFを上回るとハイレベル信号が出力される。これにより、ハイサイド側検出回路10で検出された浮遊電位基準の検出信号は、レベルダウン回路30によって共通電位COM基準の検出信号に変換されてローサイド側に伝送される。
The signal voltage VA generated at the connection point A is compared with the voltage VREF at the connection point REF by the comparator COMP2, and when the signal voltage VA exceeds the voltage VREF, a high level signal is output. Thereby, the detection signal based on the floating potential detected by the high-
図2(a)に示すように、浮遊電位HSが高圧に振れると、図2(b)に示すように、P型チャネルMOSFETQ1の寄生静電容量CP1によって抵抗R1に寄生電流が流れる。これにより、図2(c)に示すように、接続点Aに信号電圧VAが立ち上がる。この際、P型チャネルMOSFETQ2の寄生静電容量CP2によって抵抗R2にも寄生電流が流れ、図2(d)に示すように、接続点REFの電圧VREFも立ち上がる。ここで、P型チャネルMOSFETQ1の寄生静電容量CP1とP型チャネルMOSFETQ2の寄生静電容量CP2とは、同一であると共に、抵抗R1の抵抗値と抵抗R2の抵抗値とは同一である。従って、図2(c)、(d)に示すように、接続点Aに発生する信号電圧VAの電圧波形と、接続点REFに発生する電圧VREFの電圧波形とはほぼ同一波形となり、浮遊電位HSに起因する信号電圧VAの変動が電圧VREFによってキャンセルされる。これにより、図2(e)に示すように、接続点Aに発生する信号電圧VAと、接続点REFに発生する電圧VREFとの差分は、遊電位HSが高圧に振れてP型チャネルMOSFETQ1の寄生静電容量CP1によって抵抗R1に寄生電流が流れても、ほぼ0Vとなり、比較器COMP2に設定されているオフセット電圧を超えることがなく、ローサイド側の信号検出回路である比較器COMP2によるdV/dt誤動作を防止することができる。なお、比較器COMP2に設定されているオフセット電圧を超えない範囲であれば、P型チャネルMOSFETQ1及びP型チャネルMOSFETQ2のそれぞれの寄生静電容量CP1、CP2や、抵抗R1及び抵抗R2のそれぞれの抵抗値が多少異なっていても良い。 As shown in FIG. 2A, when the floating potential HS fluctuates to a high voltage, a parasitic current flows through the resistor R1 due to the parasitic capacitance CP1 of the P-type channel MOSFET Q1 as shown in FIG. 2B. As a result, the signal voltage VA rises at the connection point A as shown in FIG. At this time, a parasitic current also flows through the resistor R2 due to the parasitic capacitance CP2 of the P-type channel MOSFET Q2, and the voltage VREF at the connection point REF also rises as shown in FIG. Here, the parasitic capacitance CP1 of the P-type channel MOSFET Q1 and the parasitic capacitance CP2 of the P-type channel MOSFET Q2 are the same, and the resistance value of the resistor R1 and the resistance value of the resistor R2 are the same. Therefore, as shown in FIGS. 2C and 2D, the voltage waveform of the signal voltage VA generated at the connection point A and the voltage waveform of the voltage VREF generated at the connection point REF are substantially the same waveform, and the floating potential The fluctuation of the signal voltage VA caused by HS is canceled by the voltage VREF. As a result, as shown in FIG. 2E, the difference between the signal voltage VA generated at the connection point A and the voltage VREF generated at the connection point REF is the same as that of the P-type channel MOSFET Q1 because the free potential HS swings to a high voltage. Even if a parasitic current flows through the resistor R1 due to the parasitic capacitance CP1, it becomes substantially 0V, does not exceed the offset voltage set in the comparator COMP2, and dV / by the comparator COMP2 which is a low-side signal detection circuit. It is possible to prevent dt malfunction. In addition, as long as it does not exceed the offset voltage set in the comparator COMP2, the parasitic capacitances CP1 and CP2 of the P-type channel MOSFET Q1 and the P-type channel MOSFET Q2, and the resistances of the resistors R1 and R2, respectively. The values may be slightly different.
図3には、浮遊電位HSが高圧に振れたタイミングで、正規信号が伝達されたケースが、図4には、浮遊電位HSが高圧に振れた直後に、正規信号が伝達されたケースがそれぞれ示されている。いずれのケースでも正規信号によってP型チャネルMOSFETQ1がオン状態となって、図3(b)及び図4(b)に示すように、接続点Aの信号電圧VAが寄生静電容量CP1による電圧変化を超えて大きく立ち上がる。これにより、接続点Aに発生する信号電圧VAと、図3(c)及び図4(c)に示す接続点REFに発生する電圧VREFとの差分は、図3(d)及び図4(d)に示すように、比較器COMP2に設定されているオフセット電圧を超え、共通電位COM基準の検出信号に変換されてローサイド側に伝送される。 FIG. 3 shows a case where the normal signal is transmitted at the timing when the floating potential HS swings to a high voltage, and FIG. 4 shows a case where the normal signal is transmitted immediately after the floating potential HS swings to a high voltage. It is shown. In any case, the P-type channel MOSFET Q1 is turned on by the normal signal, and the signal voltage VA at the connection point A changes in voltage due to the parasitic capacitance CP1, as shown in FIGS. 3B and 4B. Stand up greatly beyond. Thus, the difference between the signal voltage VA generated at the connection point A and the voltage VREF generated at the connection point REF shown in FIGS. 3C and 4C is as shown in FIGS. ) Exceeds the offset voltage set in the comparator COMP2, is converted into a common potential COM reference detection signal, and is transmitted to the low side.
以上説明したように、第1の実施の形態によれば、浮遊電位HSを基準とするハイサイド側で検出された検出信号を、共通電位COMを基準とするローサイド側に伝達するレベルダウン回路30であって、ハイサイド側の電源電圧VBと共通電位COMとの間に接続され、ハイサイド側で検出された検出信号を、共通電位COMを基準とする電圧信号VAに変換する第1の直列回路(P型チャネルMOSFETQ1、抵抗R1)と、浮遊電位HSに起因する電圧信号VAの変動をキャンセルする基準電圧VREFを生成する基準電圧生成回路(P型チャネルMOSFETQ2、抵抗R2)と、第1の直列回路によって変換された電圧信号VAと基準電圧生成回路によって生成された基準電圧VREFとを比較することで共通電位COMを基準とする検出信号を生成する比較器COMP2とを備えている。
この構成により、ハイサイド側の浮遊電位HSの変化に起因したローサイド側の信号検出回路(比較器COMP2)の誤検出を防止することができ、ハイサイド側で検出した検出信号を確実にローサイド側に伝達することができるという効果を奏する。
As described above, according to the first embodiment, the level down
With this configuration, it is possible to prevent erroneous detection of the low-side signal detection circuit (comparator COMP2) due to a change in the floating potential HS on the high side, and the detection signal detected on the high side can be reliably detected on the low side. There is an effect that it can be transmitted to.
さらに、第1の実施の形態によれば、基準電圧生成回路は、ハイサイド側の電源電圧VBと共通電位COMとの間に第1の直列回路と並列に接続された第2の直列回路で構成されている。
この構成により、浮遊電位HSに起因する電圧信号VAの変動をキャンセルする基準電圧VREFを第1の直列回路と同じ条件で簡単に生成することができる。
Furthermore, according to the first embodiment, the reference voltage generation circuit is a second series circuit connected in parallel with the first series circuit between the high-side power supply voltage VB and the common potential COM. It is configured.
With this configuration, it is possible to easily generate the reference voltage VREF that cancels the fluctuation of the voltage signal VA caused by the floating potential HS under the same conditions as the first series circuit.
さらに、第1の実施の形態によれば、第1の直列回路は、ハイサイド側で検出された検出信号によってオンオフされる第1の電界トランジスタ(P型チャネルMOSFETQ1)と、抵抗R1とを備え、第2の直列回路は、第1の電界トランジスタと略同一の寄生静電容量を有し、オフ状態に維持された第2の電界トランジスタ(P型チャネルMOSFETQ2)と、抵抗R1と略同一の抵抗値を有する抵抗R2とを備えている。
この構成により、簡単な回路構成で浮遊電位HSに起因する電圧信号VAの変動をキャンセルする基準電圧VREFを生成することができる。
Furthermore, according to the first embodiment, the first series circuit includes the first field transistor (P-type channel MOSFET Q1) that is turned on / off by the detection signal detected on the high side, and the resistor R1. The second series circuit has substantially the same parasitic capacitance as that of the first field transistor, and is substantially the same as the resistor R1 and the second field transistor (P-type channel MOSFET Q2) maintained in the off state. And a resistor R2 having a resistance value.
With this configuration, it is possible to generate the reference voltage VREF that cancels the fluctuation of the voltage signal VA caused by the floating potential HS with a simple circuit configuration.
(第2の実施の形態)
第2の実施の形態は、電力変換装置におけるハイサイド(高圧)側の半導体素子Q3に流れる過電流を検出してハイサイド(高圧)側の半導体素子Q3の駆動を停止させるハイサイド側短絡保護回路であり、図5を参照すると、ハイサイド側検出回路10と、フィルタ回路11と、第1の実施の形態のレベルダウン回路30と、オア回路OR1と、保護保持時間作成回路13と、パルス生成回路14と、予備遮断回路15とを備えている。半導体素子Q3としては、MOSFETやIGBT(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)が使用される。
(Second Embodiment)
In the second embodiment, high-side short circuit protection that detects an overcurrent flowing through the high-side (high-voltage) side semiconductor element Q3 in the power conversion device and stops driving the high-side (high-voltage) side semiconductor element Q3. Referring to FIG. 5, the high-
ハイサイド側検出回路10は、ハイサイド(高圧)側の半導体素子Q3に流れる過電流を検出する回路であり、比較器COMP3と、反転回路INV1とからなる。比較器COMP3の反転入力端子は、基準電圧Vref2に、非反転入力端子は、半導体素子Q3のドレインと、一方端が浮遊電位HSに接続された検出抵抗RSの他方端に接続されている。これにより、ハイサイド(高圧)側の半導体素子Q3に流れる過電流が比較器COMP3によって検出され、比較器COMP3は過電流検出信号を出力する。
The high
比較器COMP3から出力された過電流検出信号は、反転回路INV1を介してフィルタ回路11に入力され、フィルタ回路11及びレベルダウン回路30を介してローサイド側に伝達される。フィルタ回路11は、突入電流による誤検出を防止するために設けられており、フィルタ回路11の出力が短絡検出信号となる。フィルタ回路11から出力された短絡検出信号は、ローサイド側に伝達され、オア回路OR1を介して共通電位COM基準で動作するローサイド側の保護保持時間作成回路13に入力される。保護保持時間作成回路13は、短絡検出信号が入力されると、自己復帰のための長時間の保護保持時間を生成し、生成した保護保持時間ハイレベルを維持するエラー信号を出力する。保護保持時間作成回路13から出力されたエラー信号は、ローサイド側の外部(FO)端子から外部出力されると共に、パルス生成回路14に入力される。
The overcurrent detection signal output from the comparator COMP3 is input to the
パルス生成回路14は、共通電位COM基準で動作するローサイド側の回路であり、ハイサイド(高圧)側の半導体素子Q3をオン/オフを制御するセット信号とリセット信号とを出力する。パルス生成回路14からのセット信号は、図示しないレベルシフト回路と浮遊電位HSの電圧変動dV/dt等による誤動作を抑制するフィルタ回路16とを介してフリップフロップFF1のセット端子Sに入力され、フリップフロップFF1をセットする。パルス生成回路14からのリセット信号は、図示しないレベルシフト回路と浮遊電位HSの電圧変動dV/dt等による誤動作を抑制するフィルタ回路17とオア回路OR3とを介してフリップフロップFF1のリセット端子Rに入力され、フリップフロップFF1をリセットする。
The
ハイサイド側の電源電圧VBと浮遊電位HSとの間には、P型チャネルMOSFETQ4と抵抗R3と抵抗R4とN型チャネルMOSFETQ5とからなる直列回路が接続されている。そして、P型チャネルMOSFETQ4とN型チャネルMOSFETQ5とのゲートが共にフリップフロップFF1の出力端子Qが反転回路INV2を介して接続され、抵抗R3と抵抗R4との接続点がハイサイド(高圧)側の半導体素子Q3のゲートに接続されている。従って、パルス生成回路14からセット信号が出力されてフリップフロップFF1がセットされると、ハイサイド(高圧)側の半導体素子Q3がオンされ、パルス生成回路14からリセット信号が出力されてフリップフロップFF1がリセットされると、ハイサイド(高圧)側の半導体素子Q3がオフされる。
A series circuit including a P-type channel MOSFET Q4, a resistor R3, a resistor R4, and an N-type channel MOSFET Q5 is connected between the power supply voltage VB on the high side and the floating potential HS. The gates of the P-type channel MOSFET Q4 and the N-type channel MOSFET Q5 are both connected to the output terminal Q of the flip-flop FF1 via the inverter circuit INV2, and the connection point between the resistor R3 and the resistor R4 is on the high side (high voltage) side. It is connected to the gate of the semiconductor element Q3. Accordingly, when the set signal is output from the
パルス生成回路14は、保護保持時間作成回路13からエラー信号が入力されると、リセット信号を出力してハイサイド(高圧)側の半導体素子Q3をオフさせ、オフ状態を保護保持時間作成回路13で生成された保護保持時間維持させる。
When an error signal is input from the protection holding
短絡を検出した場合には、ローサイド側の保護保持時間作成回路13によって長時間の保護保持時間を生成する必要があると共に、ローサイド側の出力(FO)端子から外部にエラー信号を出力する必要がある。なお、保護保持時間作成回路13は、素子サイズの大きいハイサイド側で組むのは現実的ではなく、素子サイズの小さいローサイド側で組む必要がある。従って、ハイサイド側で短絡を検出した場合には、レベルダウン回路30を用いて短絡検出信号をローサイド側に必ず伝達する必要がある。
When a short circuit is detected, it is necessary to generate a long protection holding time by the low side protection holding
仮に、ハイサイド側で短絡を検出し、そのままハイサイド側で半導体素子Q3をオフさせた場合には、ローサイド側に短絡検出信号を伝達できない虞がある。フィルタ回路11による遅延時間500nsとし、比較器COMP2から過電流検出信号が出力された後、フィルタ回路11から短絡検出信号が出力されるタイミングで半導体素子Q3をオフさせた場合には、図6に示すように、配線インダクタンス分の影響で浮遊電位HSが負電位に入ってしまう。すると、ハイサイド側の電源電圧VBも浮遊電位HSにつられて下がってしまい、結果的にハイサイド側の電源電圧VBとローサイド側の共通電位COMと間の電圧が低下し、接続点Aの信号電圧VAが比較器COMP2のオフセット電圧を超えず、レベルダウン信号が伝わらなくなる場合がある。
If a short circuit is detected on the high side and the semiconductor element Q3 is turned off on the high side, the short circuit detection signal may not be transmitted to the low side. When the semiconductor element Q3 is turned off at the timing when the short circuit detection signal is output from the
そこで、上述のように第2の実施の形態では、ハイサイド側で短絡が検出されると、短絡検出信号をローサイド側に伝達し、ローサイド側からハイサイド(高圧)側の半導体素子Q3をオフさせるように構成されている。第1の実施の形態のレベルダウン回路30を用いることで、後段のフィルタ回路を除外することができるため、遮断、すなわちハイサイド側で半導体素子Q3をオフさせるまでの遅延時間を低減させることができる。
Therefore, in the second embodiment as described above, when a short circuit is detected on the high side, a short circuit detection signal is transmitted to the low side, and the semiconductor element Q3 on the high side (high voltage) side is turned off from the low side. It is configured to let you. By using the level-
また、第2の実施の形態では、万が一レベルダウン回路30やローサイド側の素子が壊れていて、ハイサイド(高圧)側の半導体素子Q3をオフさせることができない場合に備えて、予備遮断回路15が設けられている。予備遮断回路15は、比較器COMP3からの過電流検出信号が予め設定された予備遮断時間継続すると、オア回路OR2を介してフリップフロップFF1をリセットさせ、ハイサイド(高圧)側の半導体素子Q3をオフさせる。なお、予備遮断時間は、フィルタ回路11の遅延時間(例えば、500ns)と、レベルダウンに伴う遅延時間(例えば、100ns)と、レベルシフトに伴う遅延時間(例えば、250ns)とを考慮して設定されており、各遅延時間を加算した時間より長く、ハイサイド(高圧)側の半導体素子Q3が破壊に至らない時間よりも短い時間(例えば、2μs程度)に設定されている。
In the second embodiment, the
以上説明したように、第2の実施の形態によれば、主電源電圧と浮遊電位HSとの間に接続されたハイサイド側の半導体素子Q3に流れる過電流を検出して半導体素子Q3の駆動を停止させるハイサイド側短絡保護回路であって、過電流を検出して浮遊電位HSを基準とする過電流検出信号を出力する過電流検出回路(ハイサイド側検出回路10)と、過電流検出信号に基づいて短絡を検出して浮遊電位HSを基準とする短絡検出信号を出力する短絡検出回路(フィルタ回路11)と、浮遊電位HSを基準とする短絡検出信号をローサイド側の共通電位COMを基準とする短絡検出信号に変換するレベルダウン回路30と、共通電位COMを基準とする短絡検出信号に基づいて半導体素子Q3の駆動を停止させるエラー信号を生成するエラー信号生成回路(保護保持時間作成回路13)とを備えている。
この構成により、ハイサイド側で短絡を検出した場合に、短絡検出信号をローサイド側に確実に伝達することができる。
As described above, according to the second embodiment, the overcurrent flowing through the high-side semiconductor element Q3 connected between the main power supply voltage and the floating potential HS is detected to drive the semiconductor element Q3. An overcurrent detection circuit (high side detection circuit 10) that detects an overcurrent and outputs an overcurrent detection signal based on the floating potential HS, and an overcurrent detection A short-circuit detection circuit (filter circuit 11) for detecting a short circuit based on the signal and outputting a short-circuit detection signal based on the floating potential HS; and a short-circuit detection signal based on the floating potential HS as a low-side common potential COM A level-
With this configuration, when a short circuit is detected on the high side, a short circuit detection signal can be reliably transmitted to the low side.
さらに、第2の実施の形態によれば、エラー信号が生成されなかったり、エラー信号によって半導体素子Q3の駆動を停止させられなかったりした場合に、過電流検出信号に基づいて半導体素子Q3の駆動を停止させる予備遮断回路15を備えている。
この構成により、万が一、レベルダウン回路30やローサイド側の素子が壊れていた場合でも、半導体素子Q3をオフさせることができる。
Further, according to the second embodiment, when the error signal is not generated or the driving of the semiconductor element Q3 cannot be stopped by the error signal, the driving of the semiconductor element Q3 is performed based on the overcurrent detection signal. Is provided with a
With this configuration, even if the level down
以上、本発明を具体的な実施形態で説明したが、上記実施形態は一例であって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更して実施できることは言うまでも無い。 As mentioned above, although this invention was demonstrated by specific embodiment, the said embodiment is an example and it cannot be overemphasized that it can change and implement in the range which does not deviate from the meaning of this invention.
10 ハイサイド側検出回路
11 フィルタ回路
12 フィルタ回路
13 保護保持時間作成回路
14 パルス生成回路
15 予備遮断回路
16 フィルタ回路
17 フィルタ回路
20 レベルダウン回路
30 レベルダウン回路
COMP1、COMP2、COMP3 比較器
CP1、CP2 寄生静電容量
FF1 フリップフロップ
INV1、INV2 反転回路
OR1、OR2 オア回路
Q1、Q2 P型チャネルMOSFET
Q3 半導体素子
Q4 P型チャネルMOSFET
Q5 N型チャネルMOSFET
R1、R2、R3、R4 抵抗
ZD1、ZD2 ツエナーダイオード
DESCRIPTION OF
Q3 Semiconductor device Q4 P-type channel MOSFET
Q5 N-type channel MOSFET
R1, R2, R3, R4 Resistance ZD1, ZD2 Zener diode
Claims (5)
ハイサイド側の電源電圧と前記共通電位との間に接続され、ハイサイド側で検出された前記検出信号を、前記共通電位を基準とする電圧信号に変換する第1の直列回路と、
前記浮遊電位に起因する前記第1の直列回路によって変換された前記電圧信号の変動をキャンセルする基準電圧を生成する基準電圧生成回路と、
前記第1の直列回路によって変換された前記電圧信号と前記基準電圧生成回路によって生成された前記基準電圧とを比較することで前記共通電位を基準とする前記検出信号を生成する比較器とを具備することを特徴とするレベルダウン回路。 A level-down circuit that transmits a detection signal detected on the high side with respect to the floating potential to the low side with respect to the common potential,
A first series circuit connected between a power supply voltage on the high side and the common potential, and converting the detection signal detected on the high side into a voltage signal based on the common potential;
A reference voltage generation circuit that generates a reference voltage for canceling fluctuations of the voltage signal converted by the first series circuit due to the floating potential;
A comparator that generates the detection signal based on the common potential by comparing the voltage signal converted by the first series circuit with the reference voltage generated by the reference voltage generation circuit; A level down circuit characterized by:
前記第2の直列回路は、第1の電界トランジスタと略同一の寄生静電容量を有し、オフ状態に維持された第2の電界トランジスタと、第1の抵抗と略同一の抵抗値を有する第2の抵抗とを備えていることを特徴とするレベルダウン回路。 The first series circuit includes a first field transistor that is turned on and off by the detection signal detected on a high side, and a first resistor.
The second series circuit has substantially the same parasitic capacitance as that of the first electric field transistor, and has the same resistance value as that of the first resistor, and the second electric field transistor maintained in the off state. A level-down circuit comprising: a second resistor.
前記過電流を検出して前記浮遊電位を基準とする過電流検出信号を出力する過電流検出回路と、
前記過電流検出信号に基づいて短絡を検出して前記浮遊電位を基準とする短絡検出信号を出力する短絡検出回路と、
前記浮遊電位を基準とする前記短絡検出信号をローサイド側の共通電位を基準とする前記短絡検出信号に変換するレベルダウン回路と、
共通電位を基準とする前記短絡検出信号に基づいて前記ハイサイド側半導体素子の駆動を停止させるエラー信号を生成するエラー信号生成回路とを具備することを特徴とするハイサイド側短絡保護回路。 A high-side short-circuit protection circuit that detects an overcurrent flowing in a high-side semiconductor element connected between a main power supply voltage and a floating potential and stops driving the high-side semiconductor element;
An overcurrent detection circuit that detects the overcurrent and outputs an overcurrent detection signal based on the floating potential;
A short circuit detection circuit that detects a short circuit based on the overcurrent detection signal and outputs a short circuit detection signal based on the floating potential;
A level-down circuit that converts the short-circuit detection signal with the floating potential as a reference into the short-circuit detection signal with a low-side common potential as a reference;
A high-side short-circuit protection circuit, comprising: an error signal generation circuit that generates an error signal for stopping driving of the high-side semiconductor element based on the short-circuit detection signal based on a common potential.
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