(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷への電力供給のオンオフをするスイッチングトランジスタの制御回路であって、
前記スイッチングトランジスタに電流が流れたことを検出する電流検出回路と、
前記スイッチングトランジスタのゲートに接続され、イネーブル信号の反転信号に応答して前記スイッチングトランジスタのゲート電位を低下させるように所定の電流を流す定電流回路と、
前記スイッチングトランジスタのソース端にソースが接続され、前記スイッチングトランジスタのゲート端にドレインが接続され、イネーブル信号入力端子にゲートが接続される制御トランジスタと、
を備え、前記反転信号に応答して前記定電流回路が第１の電流を流し、前記電流検出回路が前記スイッチングトランジスタに電流が流れたことを検出すると、前記定電流回路が前記第１の電流よりも小さい第２の電流を流すように自己制御し、
前記定電流回路は、カレントミラー回路であり、
前記カレントミラー回路のダイオード接続されていない側のトランジスタ回路が、ゲートとソースを共通とする小電流発生用トランジスタと大電流発生用トランジスタと、
を含み、
前記電流検出回路は、
前記スイッチングトランジスタのソース端にソースが接続され、前記制御トランジスタのドレイン端にゲートが接続される電流検出トランジスタと、
前記電流検出トランジスタのドレイン端と接地の間に接続される電流検出容量素子と、
前記電流検出トランジスタのドレイン端にドレインが接続され、接地にソース端が接続され、前記イネーブル信号の反転信号がゲートに入力されるトランジスタと、
前記電流検出トランジスタのドレイン端の信号が入力される反転器と、
前記小電流発生用トランジスタのドレイン端にドレインが接続され、前記反転器の出力がゲートに入力され、前記大電流発生用トランジスタのドレイン端にソースが接続されるゲートドライブ電流制御トランジスタと、
を含むことを特徴とするスイッチングトランジスタの制御回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はスイッチングトランジスタの制御回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１（ａ）に、負荷１４への電力供給をオンオフするためのスイッチングトランジスタＭ１とその制御回路１１とを示す。従来、図１（ｂ）に示すようなイネーブル信号を直接スイッチングトランジスタＭ１に入力する制御方法が知られている。しかし、イネーブル信号を直接入力すると、スイッチングトランジスタＭ１が急激にオンするため、電源ＶDDから負荷１４に突入電流が流れて、負荷１４の素子を破壊する恐れがあるため好ましくない。
【０００３】
そこで、この様な突入電流を防止する、図２（ａ）に示すような制御回路２１が知られている。制御回路２１は、スイッチングトランジスタＭ１のソース端にソースが接続され、スイッチングトランジスタＭ１のゲート端にドレインが接続され、イネーブル信号入力端子にゲートが接続される制御トランジスタＭ２と、スイッチングトランジスタＭ１のゲート端に接続される定電流回路２２を具備する。トランジスタＭ５のゲートには、トランジスタＭ２に入力されるイネーブル信号の反転信号が入力される。
【０００４】
イネーブル信号がＬＯＷの場合は、制御トランジスタＭ２はオンとなり、スイッチングトランジスタＭ１のゲート電位は電源ＶDD程度になるためオフとなる。
【０００５】
イネーブル信号がＬＯＷからＨＩＧＨになると、図２（ｂ）に示すように、制御トランジスタＭ２はオフとなり、定電流回路２２のトランジスタＭ５もオフとなり、定電流回路２２はトランジスタＭ３の性能で定まるゲートドライブ電流ＩGDを流し始める。その結果、スイッチングトランジスタＭ１のゲート電位がゲート容量とＩGDで決まる速度で緩やかに下降し、一定期間経過後ゲート電圧がＶDD−ＶTHとなると、スイッチングトランジスタＭ１がオンし、出力電流ＩOUTを緩やかに流し始め突入電流の発生を抑制することが可能になる。この仕組みは一般にソフトスタートと称されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、図２（ａ）に示したソフトスタート可能な制御回路２１では、スイッチングトランジスタＭ１のゲート電圧がＶDD−ＶTHとなるまでの一定期間が経過しなければスイッチングトランジスタＭ１がオンしないという問題がある。そのため、ゲートドライブ電流ＩGDの設定値にもよるが、一般に数百μｓｅｃ〜数ｍｓｅｃの時間を要し、イネーブル信号をＨＩＧＨにしてから所定の出力電圧になるまでのタイムラグが発生する。
【０００７】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、イネーブル信号をＨＩＧＨにしてから急速にスイッチングトランジスタをオンし、かつ突入電流を防止することが可能なスイッチングトランジスタの制御回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、負荷への電力供給のオンオフをするスイッチングトランジスタの制御回路であって、前記スイッチングトランジスタに電流が流れたことを検出する電流検出回路と、前記スイッチングトランジスタのゲートに接続され、イネーブル信号の反転信号に応答して前記スイッチングトランジスタのゲート電位を低下させるように所定の電流を流す定電流回路と、前記スイッチングトランジスタのソース端にソースが接続され、前記スイッチングトランジスタのゲート端にドレインが接続され、イネーブル信号入力端子にゲートが接続される制御トランジスタと、を備え、前記反転信号に応答して前記定電流回路が第１の電流を流し、前記電流検出回路が前記スイッチングトランジスタに電流が流れたことを検出すると、前記定電流回路が前記第１の電流よりも小さい第２の電流を流すように自己制御し、前記定電流回路は、カレントミラー回路であり、前記カレントミラー回路のダイオード接続されていない側のトランジスタ回路が、ゲートとソースを共通とする小電流発生用トランジスタと大電流発生用トランジスタと、を含み、前記電流検出回路は、前記スイッチングトランジスタのソース端にソースが接続され、前記制御トランジスタのドレイン端にゲートが接続される電流検出トランジスタと、前記電流検出トランジスタのドレイン端と接地の間に接続される電流検出容量素子と、前記電流検出トランジスタのドレイン端にドレインが接続され、接地にソース端が接続され、前記イネーブル信号の反転信号がゲートに入力されるトランジスタと、前記電流検出トランジスタのドレイン端の信号が入力される反転器と、前記小電流発生用トランジスタのドレイン端にドレインが接続され、前記反転器の出力がゲートに入力され、前記大電流発生用トランジスタのドレイン端にソースが接続されるゲートドライブ電流制御トランジスタと、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、イネーブル信号をＨＩＧＨにしてから急速にスイッチングトランジスタをオンし、かつ突入電流を防止することを可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】（ａ）は従来のスイッチングトランジスタの制御回路を示し、（ｂ）はイネーブル信号がＬＯＷからＨＩＧＨになったときのスイッチングトランジスタ、制御回路、負荷の電流および電圧の変化を示す図である。
【図２】（ａ）は従来のソフトスタートを行うスイッチングトランジスタの制御回路を示し、（ｂ）はイネーブル信号がＬＯＷからＨＩＧＨになったときのスイッチングトランジスタ、制御回路、負荷の電流および電圧の変化を示す図である。
【図３】（ａ）は本発明の実施例に係るスイッチングトランジスタの制御回路を示し、（ｂ）はイネーブル信号がＬＯＷからＨＩＧＨになったときのスイッチングトランジスタ、制御回路、負荷の電流および電圧の変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
【００１４】
図３（ａ）に、本発明の実施形態に係るスイッチングトランジスタの制御回路１を示す。制御回路１は、制御トランジスタＭ２、定電流回路２、および電流検出回路３で構成される。
【００１５】
制御トランジスタＭ２は、スイッチングトランジスタＭ１のソース端にソースが接続され、スイッチングトランジスタＭ１のゲート端にドレインが接続され、イネーブル信号入力端子にゲートが接続されている。
【００１６】
定電流回路２は、ソースとゲートを共通とするトランジスタＭ３およびトランジスタＭ６とダイオード接続されたトランジスタＭ４とのゲート同士が接続されたカレントミラー回路である。トランジスタＭ６は、トランジスタＭ３よりも大きい電流を流すことができ、例えば、トランジスタＭ３に対して１６倍の電流容量を有することが好ましい。トランジスタＭ３のドレインは、制御トランジスタＭ２のドレインに接続されている。トランジスタＭ５は、ドレインとソースがトランジスタＭ３、Ｍ４のゲートとソースとにそれぞれ接続され、ゲートがイネーブル信号の反転信号入力端子に接続されている。
【００１７】
電流検出回路３は、スイッチングトランジスタＭ１に電流が流れたことを検出する。トランジスタＭ７は、ソースがスイッチングトランジスタＭ１のソースに、ゲートが制御トランジスタＭ２のドレインに、ドレインがドランジスタＭ８のドレイン、一方がグラウンドに接続されたコンデンサＣDET、反転器の入力端子にそれぞれ接続されている。トランジスタＭ８は、ゲートがイネーブル信号の反転信号入力端子に、ソースがグラウンドにそれぞれ接続されている。トランジスタＭ９は、ゲートが反転器の出力端子に、ドレインがトランジスタＭ３のドレインに、ソースがトランジスタＭ６のドレインにそれぞれ接続されている。
【００１８】
次に、制御回路１の動作について説明する。
（１）イネーブル信号がＬＯＷの場合
・イネーブル信号の反転信号によりトランジスタＭ８はオンし、コンデンサＣDETの上のノードＣTの電位はグラウンドと等電位になり、反転器の出力ＡＣＴはＨＩＧＨとなり、トランジスタＭ９はオンする。
・イネーブル信号の反転信号によりトランジスタＭ５はオンし、トランジスタＭ３、Ｍ４、Ｍ６のゲート電位はグラウンドと等電位になり、トランジスタＭ３、Ｍ４、Ｍ６はオフし、定電流回路２に流入する電流ＩGDはゼロになる。
・イネーブル信号によりトランジスタＭ２はオンし、トランジスタＭ１、Ｍ７のゲート電位はＶDDからＭ２のドレイン−ソース電圧ＶDSを引いた大きさになり、スイッチングトランジスタＭ１、トランジスタＭ７はオフし、負荷４に流入する電流ＩOUTはゼロとなる。
（２）イネーブル信号がＨＩＧＨになった直後
図３（ｂ）に、イネーブル信号がＬＯＷからＨＩＧＨになったときのスイッチングトランジスタＭ１、制御回路１、負荷４の電流および電圧の変化を示す。
・イネーブル信号によりトランジスタＭ２はオフする。
・トランジスタＭ８はオフし、ノードＣTの電位はグラウンドと等電位になり、反転器の出力ＡＣＴはＨＩＧＨとなり、トランジスタＭ９はオンする。
・イネーブル信号の反転信号によりトランジスタＭ５はオフし、トランジスタＭ３、Ｍ４、Ｍ６のゲート電位はＭ４とＩBIASで決まる電位ＶBIASと等電位となってトランジスタＭ３、Ｍ４、Ｍ６はオンとなり、並列接続されたトランジスタＭ３、Ｍ６の能力に応じたＩGD（大）が流れる。
・トランジスタＭ１、Ｍ７は、電流ＩGD（大）によって急速にゲート容量へ電荷が蓄えられて急速にオンになり、電流ＩOUT、ＩDETが流れる。
（３）ＩOUT、ＩDETが流れた後
・電流ＩDETによりコンデンサＣDETに電荷が蓄えられ、ノードＣTの電位が上がり、反転器の出力ＡＣＴはＬＯＷになり、トランジスタＭ９はオフし、トランジスタＭ６に電流が流れなくなる。そのため、電流ＩGDは、トランジスタＭ３のみの能力に応じたＩGD（小）に切り替わる。
・トランジスタＭ１、Ｍ７のゲート電位は、トランジスタＭ３の能力に応じたＩGD（小）によって緩やかに上昇する。
・スイッチングトランジスタＭ１のゲート電位がスイッチングトランジスタＭ１を完全にオンする電位となり、負荷４に対する所望の電流ＩOUT、電圧ＶOUTが得られる。
【００１９】
このように、本発明のスイッチングトランジスタの制御回路１では、突入電流を防止しながら、イネーブル信号をＨＩＧＨにしてから所望の電流ＩOUT、電圧ＶOUTになるまでのタイムラグをより小さくすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
本発明は、トランジスタを使用したスイッチのゲート駆動回路として好適である。
【符号の説明】
【００２１】
１、１１、２１    制御回路
２、２２    定電流回路
３    電流検出回路
４、１４、２４    負荷
【図１】
0005329497.tif 000002
【図２】
0005329497.tif 000003
【図３】
0005329497.tif 000004