JP2025110693A - Power supply circuit and drive circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電源回路および駆動回路に利用して有効な技術に関する。 The present invention relates to technology that is effective when used in power supply circuits and drive circuits.
IC(半導体集積回路)やIC内の回路ブロックなどの負荷に適切な電源電圧を供給するために電源回路が利用されている。電源回路には、リニアレギュレータやスイッチングレギュレータなど様々なタイプが知られており、リニアレギュレータからなる電源回路に関する発明としては例えば特許文献1に記載されているものがある。
また、リニア電源回路において、入力電圧が急峻に立ち上がることで、リニア電源回路の出力電圧を利用する負荷において問題が発生するのを回避するための発明が特許文献2に記載されている。
Power supply circuits are used to supply an appropriate power supply voltage to loads such as ICs (semiconductor integrated circuits) and circuit blocks within ICs. Various types of power supply circuits are known, such as linear regulators and switching regulators. Patent Document 1, for example, describes an invention relating to a power supply circuit comprising a linear regulator.
Furthermore, Patent Document 2 describes an invention for avoiding problems that occur in a load that uses the output voltage of a linear power supply circuit due to a steep rise in the input voltage in the linear power supply circuit.
モータのような負荷を駆動する駆動回路へ電源電圧を供給する電源回路として、シリーズレギュレータを使用しているものがある。かかる電源回路を使用したシステムにおいては、負荷へ過電圧が供給されるのを防止するため、過電圧保護回路が設けられている。一般に、過電圧保護回路は、電源立ち上がり後の通常動作中に負荷へ過電圧を防止することを目的としている。
一方、本発明者は、図4(A)に示すように、制御装置からのイネーブル信号ENによって動作させるように構成されたシリーズレギュレータREGからなる電源回路においては、入力電圧の立ち上がり時に出力電圧VRGが上昇して素子の耐圧を超えてしまうおそれがあることを見出した。
Some power supply circuits use a series regulator to supply power to a drive circuit that drives a load such as a motor. Systems using such power supply circuits are provided with an overvoltage protection circuit to prevent overvoltage from being supplied to the load. In general, the purpose of an overvoltage protection circuit is to prevent overvoltage from being applied to the load during normal operation after power-on.
On the other hand, the present inventor has found that in a power supply circuit including a series regulator REG configured to be operated by an enable signal EN from a control device as shown in FIG. 4(A), when the input voltage rises, the output voltage VRG may rise and exceed the withstand voltage of the element.
具体的には、図4(A)に示すレギュレータREGにおいては、イネーブル信号ENがネゲートされている間は、出力制御用のMOSトランジスタNM0のゲート端子をローレベルに立下げてオフ状態するための回路が設けられている。
この回路は、トランジスタNM0のゲート端子と接地点との間に接続されたプルダウン用のMOSトランジスタNM1と、該トランジスタNM1のゲート制御電圧を生成するロジック回路としてインバータINVを備えており、インバータINVはイネーブル信号ENを入力とし、反転した信号によりプルダウン用のトランジスタNM1のゲート端子を制御するように構成されている。また、トランジスタNM0はNチャネル形であり、ゲート端子と出力端子OUTとの間には、出力端子OUT側から見て順方向となるように耐圧保護用のダイオードD1が設けられている。
Specifically, the regulator REG shown in FIG. 4A is provided with a circuit for turning off the gate terminal of the output control MOS transistor NM0 by lowering it to a low level while the enable signal EN is negated.
This circuit includes a pull-down MOS transistor NM1 connected between the gate terminal of transistor NM0 and ground, and an inverter INV as a logic circuit that generates a gate control voltage for transistor NM1. The inverter INV receives an enable signal EN and controls the gate terminal of the pull-down transistor NM1 with an inverted signal. The transistor NM0 is an N-channel type, and a voltage protection diode D1 is provided between the gate terminal and output terminal OUT so that it is in the forward direction when viewed from the output terminal OUT side.
図4(A)に示すレギュレータREGは、入力電圧VDDおよびインバータINVの動作電圧DVDDが供給されることで動作を開始する。ここで、電圧DVDDは入力電圧VDDに応じて生成される電圧であり、電圧DVDDが立ち上がる直前は、インバータINVよりプルダウン用のトランジスタNM1のゲート端子にハイレベルの信号を出力してNM1をオンさせ、出力制御用トランジスタNM0をオフ状態にしたい。
しかし、ロジック回路(インバータINV)は、電圧DVDDで動作しているため、図5に示すように、電圧DVDDが立ち上がるタイミングt2以前はローレベルしか出力できない。そのため、プルダウン用のトランジスタNM1はオフ状態となり、出力制御用のトランジスタNM0のゲート端子はハイインピーダンスとなる。
4A starts operating when the input voltage VDD and the operating voltage VDD of the inverter INV are supplied. Here, the voltage VDD is a voltage generated according to the input voltage VDD, and just before the voltage VDD rises, the inverter INV outputs a high-level signal to the gate terminal of the pull-down transistor NM1 to turn NM1 on and turn off the output control transistor NM0.
However, because the logic circuit (inverter INV) operates on voltage DVDD, it can only output a low level before timing t2 when voltage DVDD rises, as shown in Figure 5. Therefore, the pull-down transistor NM1 is turned off, and the gate terminal of the output control transistor NM0 becomes high impedance.
また、トランジスタNM1がオフ状態になっているため、NM1は見かけ上高抵抗の素子となる。その結果、何らかの要因で出力端子OUTからレギュレータREG内に電流が流れ込んで来ると、図4(B)に示すように、保護用のダイオードD1を通して高抵抗の素子(NM1)へ電流が流れて、出力制御用のトランジスタNM0のゲート電位VG0が上昇してしまう。ここで、出力端子OUTの電位はVG0-(Vth+Veff)で決まるため、NM0のゲート電位VG0が上昇すると出力端子OUTの電位も上昇し、出力電圧VRGが素子の耐圧を超えてしまうおそれがあるという課題がある。 Also, because transistor NM1 is in the off state, NM1 appears to be a high-resistance element. As a result, if current flows into regulator REG from output terminal OUT for some reason, as shown in Figure 4(B), the current flows through protective diode D1 to the high-resistance element (NM1), causing the gate potential VG0 of output control transistor NM0 to rise. Here, because the potential of the output terminal OUT is determined by VG0 - (Vth + Veff), if the gate potential VG0 of NM0 rises, the potential of the output terminal OUT also rises, posing the risk that the output voltage VRG may exceed the withstand voltage of the element.
なお、上記のような課題は、出力制御用のMOSトランジスタNM0がNチャネル形である場合に特有の課題である。また、出力端子OUTからレギュレータREG内に電流が流れ込んで来る現象は、例えばレギュレータを、モータ駆動システムを構成するプリドライバの電源電圧として供給する電源回路として使用した場合に、プリドライバからの逆流として発生することがある。
本発明は、上記のような背景のもとになされたものでその目的とするところは、入力電圧が立ち上がる際に、外部より出力端子へ電流が流れ込んで来ることで出力端子の電位が上昇して素子の耐圧を超えてしまうのを防止することができる電源回路およびそれを用いた駆動回路を提供することにある。
The above-mentioned problem is specific to the case where the output control MOS transistor NM0 is an N-channel type. Furthermore, the phenomenon of current flowing from the output terminal OUT into the regulator REG can occur as a backflow from the pre-driver when the regulator is used as a power supply circuit that supplies power supply voltage to a pre-driver that constitutes a motor drive system.
The present invention has been made in light of the above-mentioned background, and its object is to provide a power supply circuit and a drive circuit using the same that can prevent the potential of the output terminal from rising and exceeding the breakdown voltage of the element due to current flowing into the output terminal from the outside when the input voltage rises.
上記目的を達成するため、本発明に係る電源回路は、
電圧入力端子と電圧出力端子との間に接続された出力制御用の第1トランジスタおよび前記第1トランジスタを制御するアンプを有し前記電圧入力端子に入力された直流電圧を所定の直流電圧に変換して出力する電圧レギュレータを備え、
前記第1トランジスタはNチャネル形の絶縁ゲート電界効果トランジスタで構成され、
前記電圧出力端子と前記第1トランジスタのゲート端子の間には、保護用ダイオードが当該ダイオードのカソード端子が前記ゲート端子に接続されるように設けられており、
前記第1トランジスタのゲート端子と基準電位点との間には、プルダウン用の第2トランジスタが設けられ、
前記第2トランジスタのゲート端子と基準電位点との間には、ゲート端子に外部からの制御信号が入力される第3トランジスタが設けられ、
前記第2トランジスタのゲート端子には、前記電圧入力端子と基準電位点との間に直列に接続された第1受動素子および第2受動素子により生成された電圧が印加されるように構成したものである。
In order to achieve the above object, a power supply circuit according to the present invention comprises:
a voltage regulator having a first transistor for output control connected between a voltage input terminal and a voltage output terminal and an amplifier for controlling the first transistor, for converting a DC voltage input to the voltage input terminal into a predetermined DC voltage and outputting the DC voltage;
the first transistor is an N-channel insulated gate field effect transistor,
a protection diode is provided between the voltage output terminal and the gate terminal of the first transistor such that a cathode terminal of the diode is connected to the gate terminal;
a second transistor for pull-down is provided between the gate terminal of the first transistor and a reference potential point;
a third transistor having a gate terminal to which an external control signal is input is provided between a gate terminal of the second transistor and a reference potential point;
A voltage generated by a first passive element and a second passive element connected in series between the voltage input terminal and a reference potential point is applied to the gate terminal of the second transistor.
上記構成を有する電源回路によれば、電圧入力端子に入力される電圧が立ち上がる際に、第1受動素子と第2受動素子によってプルダウン用の第2トランジスタがオン状態にされ、抵抗値が下がる。そのため、外部より出力端子へ電流が流れ込んで来ると保護用ダイオードを経由して低抵抗状態のプルダウン用第2トランジスタに電流が流れる。その結果、外部より出力端子へ電流が流れ込むことによって出力端子の電位が上昇して素子の耐圧を超えてしまうのを防止することができる。 With a power supply circuit having the above configuration, when the voltage input to the voltage input terminal rises, the first passive element and the second passive element turn on the second pull-down transistor, lowering its resistance. Therefore, when current flows into the output terminal from the outside, the current flows through the protective diode to the second pull-down transistor, which is in a low-resistance state. As a result, it is possible to prevent the potential of the output terminal from rising due to current flowing into the output terminal from the outside and exceeding the breakdown voltage of the element.
本発明に係る電源回路によれば、入力電圧が立ち上がる際に、外部より出力端子へ電流が流れ込んで来ることで出力端子の電位が上昇して素子の耐圧を超えてしまうのを防止することができるという効果がある。 The power supply circuit of the present invention has the advantage of preventing current from flowing into the output terminal from the outside when the input voltage rises, causing the potential at the output terminal to rise and exceed the breakdown voltage of the element.
以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1には本発明に係る電源回路の一実施形態の回路構成図が、図2にはその動作タイミングが示されている。
本実施形態の電源回路は、図1(A)に示すように、シリーズレギュレータ(以下、レギュレータと記す)10により構成されている。
Preferred embodiments of the present invention will now be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a circuit diagram of an embodiment of a power supply circuit according to the present invention, and FIG. 2 shows its operation timing.
As shown in FIG. 1A, the power supply circuit of this embodiment is configured with a series regulator (hereinafter referred to as regulator) 10.
上記レギュレータ10は、バッテリーなどから供給される直流電圧VDDが入力される電圧入力端子INと電圧出力端子OUTとの間に接続されたNチャネル形MOSFET(絶縁ゲート電界効果トランジスタ)からなる出力制御用のトランジスタNM0を備える。また、レギュレータ10は、上記トランジスタNM0のゲート制御電圧を生成する誤差アンプ11と、上記トランジスタNM0のソース端子と接地点GNDとの間に接続された直列抵抗R1,R2からなる分圧回路12を備え、トランジスタNM0のソース端子が出力端子OUTに接続されている。 The regulator 10 includes an output control transistor NM0, which is an N-channel MOSFET (insulated gate field effect transistor), connected between a voltage input terminal IN to which a DC voltage VDD supplied from a battery or the like is input, and a voltage output terminal OUT. The regulator 10 also includes an error amplifier 11 that generates a gate control voltage for the transistor NM0, and a voltage divider circuit 12 consisting of series resistors R1 and R2 connected between the source terminal of the transistor NM0 and ground GND, with the source terminal of the transistor NM0 connected to the output terminal OUT.
上記分圧回路12により抵抗分割された電圧が誤差アンプ11の非反転入力端子にフィードバックされている。誤差アンプ11の反転入力端子には、BGR(バンドギャップリファレンス)回路のような回路で生成される基準電圧VBGが入力されており、基準電圧VBGとフィードバック電圧VFBとの電位差に応じた電圧がトランジスタNM0のゲート端子に印加されている。これにより、誤差アンプ11は、フィードバック電圧VFBを基準電圧VBGと一致させるようにトランジスタNM0を制御する。そして、トランジスタNM0のソース端子に生成された電圧VRGは、出力端子OUTより出力される。 The voltage divided by the voltage divider circuit 12 is fed back to the non-inverting input terminal of the error amplifier 11. A reference voltage VBG generated by a circuit such as a BGR (bandgap reference) circuit is input to the inverting input terminal of the error amplifier 11, and a voltage corresponding to the potential difference between the reference voltage VBG and the feedback voltage VFB is applied to the gate terminal of transistor NM0. As a result, the error amplifier 11 controls transistor NM0 to match the feedback voltage VFB with the reference voltage VBG. The voltage VRG generated at the source terminal of transistor NM0 is then output from the output terminal OUT.
トランジスタNM0のゲート端子と出力端子OUTとの間には、耐圧保護用のツェナーダイオードD1が設けられている。
また、トランジスタNM0のゲート端子と接地点GNDとの間にはプルダウン用のNチャネルMOSトランジスタNM1が接続され、このトランジスタNM1のゲート端子と接地点GNDとの間にはNチャネルMOSトランジスタNM2が接続されている。
A Zener diode D1 for voltage protection is provided between the gate terminal of the transistor NM0 and the output terminal OUT.
A pull-down N-channel MOS transistor NM1 is connected between the gate terminal of the transistor NM0 and the ground GND, and an N-channel MOS transistor NM2 is connected between the gate terminal of this transistor NM1 and the ground GND.
さらに、電圧入力端子INと接地点GNDとの間には抵抗R3および逆方向のダイオードD2が直列に接続され、この抵抗R3とダイオードD2の接続ノードの電位が上記トランジスタNM1のゲート端子に印加されている。ここで、ダイオードD2はツェナーダイオードを使用すると良い。また、抵抗R3は、ダイオードD2に逆方向電流が流れた時に、D2の逆方向電圧がトランジスタNM1のしきい値電圧よりも高くなるように、抵抗値が設定されると良い。 Furthermore, resistor R3 and reverse diode D2 are connected in series between the voltage input terminal IN and ground GND, and the potential at the connection node between resistor R3 and diode D2 is applied to the gate terminal of transistor NM1. Diode D2 is preferably a Zener diode. The resistance value of resistor R3 is preferably set so that when a reverse current flows through diode D2, the reverse voltage of D2 is higher than the threshold voltage of transistor NM1.
図1(A)のレギュレータ10は、イネーブル信号ENがハイレベルにされてトランジスタNM2がオンされている動作状態において、抵抗R3とトランジスタNM2に不要な電流が流れることとなる。そこで、NM2がオンされている動作状態において、R3とNM2に流れる電流を抑制するため、R3の抵抗値を比較的大きな値に設定したとしても、上記のように抵抗R3と直列の受動素子としてダイオードD2を使用することによって、入力電圧の立ち上がり時にプルダウン用のトランジスタNM1をオンさせることができる電圧をD2のカソード端子に発生させることができる。 In the regulator 10 of Figure 1(A), when the enable signal EN is set to high level and transistor NM2 is turned on, unnecessary current flows through resistor R3 and transistor NM2. Therefore, even if the resistance of R3 is set to a relatively large value to suppress the current flowing through R3 and NM2 when NM2 is on, by using diode D2 as a passive element in series with resistor R3 as described above, it is possible to generate a voltage at the cathode terminal of D2 that is sufficient to turn on pull-down transistor NM1 when the input voltage rises.
なお、誤差アンプ11の電源電圧VBIASは、入力端子INの直流電圧VDDでも良いが、チャージポンプ回路等によって上記出力電圧VRGを昇圧した電圧としても良い。この変形例の場合、直流電圧VDDを立ち上げて電源回路を起動させた後、チャージポンプ回路によって出力電圧VRGを昇圧した電圧が所定のレベルに達したなら、電源電圧VBIASを切り替えるようにすると良い。このようにすることにより、誤差アンプ11を飽和領域で動作させ、出力電圧VRGが低下するのを防止することができる。上記のようなVBIASを切り替える機能を実現する場合には、例えば直流電圧VDDとVRGの昇圧電圧とを切り替えるマルチプレクサのような回路と、昇圧電圧が所定のレベルに達したことを検出するコンパレータを設けると良い。 The power supply voltage VBIAS of the error amplifier 11 may be the DC voltage VDD at the input terminal IN, or it may be a voltage obtained by boosting the output voltage VRG using a charge pump circuit or the like. In this variant, after the DC voltage VDD is raised to start the power supply circuit, the power supply voltage VBIAS can be switched once the voltage obtained by boosting the output voltage VRG using the charge pump circuit reaches a predetermined level. This allows the error amplifier 11 to operate in the saturation region, preventing the output voltage VRG from dropping. To achieve the above-mentioned VBIAS switching function, it is advisable to provide, for example, a circuit such as a multiplexer that switches between the DC voltage VDD and the boosted voltage of VRG, and a comparator that detects when the boosted voltage has reached a predetermined level.
また、図1(B)に示すように、レギュレータ10の後段にチャージポンプ回路20を設けるようにした場合、モータ駆動システムのような駆動回路を備えたシステムにおいては、レギュレータ10の出力電圧VRGをローサイド側のプリドライバの電源として用い、後段のチャージポンプ回路20によって昇圧した電圧をハイサイド側のプリドライバの電源として用いることができる。 Furthermore, as shown in Figure 1(B), if a charge pump circuit 20 is provided downstream of the regulator 10, in a system equipped with a drive circuit such as a motor drive system, the output voltage VRG of the regulator 10 can be used as the power supply for the low-side pre-driver, and the voltage boosted by the downstream charge pump circuit 20 can be used as the power supply for the high-side pre-driver.
そして、レギュレータ10の出力電圧をモータ駆動システムのプリドライバの電源電圧として供給するように構成した場合に、プリドライバからの逆流が発生することがあるが、本実施形態のレギュレータにおいては、そのような電流が出力端子OUTに流れ込んだとしても、トランジスタNM1がオンすることで、出力電圧が大きく上昇するのを回避することができる。
また、上記のようなモータ駆動システムに、レギュレータとチャージポンプ回路からなる電源回路を使用した場合、チャージポンプ回路を、誤差アンプ11を飽和領域で動作させる電圧を生成する回路とハイサイド側のドライバの電源を生成する回路に共用することができる。
When the output voltage of regulator 10 is configured to be supplied as a power supply voltage for a pre-driver of a motor drive system, backflow from the pre-driver may occur. However, in the regulator of this embodiment, even if such a current flows into the output terminal OUT, transistor NM1 is turned on, thereby preventing the output voltage from rising significantly.
Furthermore, when a power supply circuit consisting of a regulator and a charge pump circuit is used in the motor drive system described above, the charge pump circuit can be shared as both a circuit that generates a voltage that causes error amplifier 11 to operate in the saturation region and a circuit that generates power for the high-side driver.
次に、図1に示すレギュレータ10の入力電圧立ち上がり時の動作を、図2に示すタイムチャートを用いて説明する。
図2に示すように、タイミングt1で入力直流電圧VDDが立ち上がり始めると、この時点ではプルダウン用のトランジスタNM1がオフで出力制御用のトランジスタNM0のゲート端子はハイインピーダンスである。そのため、出力トランジスタNM0のゲート容量を介してNM0のゲート電圧VG0がVDDに追従して上昇する。また、VDDが上昇すると、抵抗R3を介してプルダウン用のトランジスタNM1のゲート電圧VG1もVDDに追従して上昇する。このとき、出力電圧VRGもVDDに追従して上昇する。
Next, the operation of regulator 10 shown in FIG. 1 when the input voltage rises will be described with reference to the time chart shown in FIG.
As shown in Figure 2, when the input DC voltage VDD begins to rise at timing t1, the pull-down transistor NM1 is off at this point, and the gate terminal of the output control transistor NM0 is at high impedance. Therefore, the gate voltage VG0 of the output transistor NM0 rises following VDD via the gate capacitance of NM0. Furthermore, as VDD rises, the gate voltage VG1 of the pull-down transistor NM1 also rises following VDD via resistor R3. At this time, the output voltage VRG also rises following VDD.
そして、抵抗R3とダイオードD2の接続ノードの電位がダイオードD2の逆方向電圧以上になると、ダイオードD2に逆方向電流が流れてほぼ一定の電位となり、その電位がトランジスタNM1のゲート端子に印加されることでNM1がオンして、出力トランジスタNM0のゲート電圧VG0が接地電位まで下がる(タイミングt2)。すると、出力制御用のトランジスタNM0がオフして、出力電圧VRGが立ち下がることとなる。 When the potential at the connection node between resistor R3 and diode D2 exceeds the reverse voltage of diode D2, a reverse current flows through diode D2, maintaining a nearly constant potential. This potential is applied to the gate terminal of transistor NM1, turning NM1 on and causing the gate voltage VG0 of output transistor NM0 to fall to ground potential (timing t2). This turns off output control transistor NM0, causing the output voltage VRG to fall.
そして、この状態で何らかの要因により出力端子OUTからレギュレータREG内に電流が流れ込んで来ることで、保護用のダイオードD1を通してプルダウン用のトランジスタNM1へ電流が流れたとしても、NM1がオンして抵抗値が低下しているので、出力トランジスタNM0のゲート電位VG0が大きく上昇することはない。そのため、出力端子OUTの電位が上昇して出力電圧VRGが素子の耐圧を超えるような状況が発生するのを防止することができる。 In this state, if for some reason current flows from the output terminal OUT into the regulator REG and flows through the protective diode D1 to the pull-down transistor NM1, NM1 will be turned on and its resistance will be reduced, so the gate potential VG0 of the output transistor NM0 will not rise significantly. This prevents the potential at the output terminal OUT from rising and causing the output voltage VRG to exceed the breakdown voltage of the element.
なお、その後、タイミングt3で、外部からのイネーブル信号ENがローレベルからハイレベルに変化すると、トランジスタNM2がオンになり、プルダウン用のトランジスタNM1のゲート電圧が接地電位まで下がり、NM1がオフする。その結果、出力制御用のトランジスタNM0のゲート端子は誤差アンプ11の出力電圧で制御されるようになり、出力電圧VRGが立ち上がるようになる。 Furthermore, at timing t3, when the external enable signal EN changes from low to high, transistor NM2 turns on, the gate voltage of pull-down transistor NM1 drops to ground potential, and NM1 turns off. As a result, the gate terminal of output control transistor NM0 becomes controlled by the output voltage of error amplifier 11, and the output voltage VRG rises.
次に、図3を用いて、本発明の電源回路を、一例としてモータ駆動システムを構成する駆動用ICに内蔵される電源回路に適用した場合について説明する。
図3に示すモータ駆動システムは、直流電源から供給される直流電圧VDDを、負荷としてのモータ200に供給する交流電圧に変換する機能を有しており、モータ200へ電流を流し込むハイサイドのトランジスタM1、モータ200より電流を引き込むローサイドのトランジスタM2及びこれらのトランジスタM1,M2を駆動する駆動用IC100を備えている。負荷200は、モータに限定されるものではない。
Next, with reference to FIG. 3, a case will be described in which the power supply circuit of the present invention is applied to a power supply circuit built into a drive IC that constitutes a motor drive system, as an example.
3 has a function of converting DC voltage VDD supplied from a DC power supply into AC voltage to be supplied to a motor 200 serving as a load, and includes a high-side transistor M1 that feeds current into the motor 200, a low-side transistor M2 that draws current from the motor 200, and a drive IC 100 that drives these transistors M1 and M2. The load 200 is not limited to a motor.
駆動用IC100は、当該ICに外付けされたトランジスタM1,M2を駆動するプリドライバである。トランジスタM1,M2には、特に限定されるものでないが、ここではNチャネル形の電界効果トランジスタ(FET)が使用されている。
また、駆動用IC100は、駆動回路を動作させる電圧を生成する電源回路101を内蔵しており、該電源回路101として、上記実施形態(図1)の電源回路が使用される。
The driving IC 100 is a pre-driver that drives transistors M1 and M2 externally attached to the IC. Although there is no particular limitation, N-channel field effect transistors (FETs) are used for the transistors M1 and M2 here.
The driving IC 100 also incorporates a power supply circuit 101 that generates a voltage for operating the driving circuit, and the power supply circuit of the above embodiment (FIG. 1) is used as the power supply circuit 101 .
図3の駆動用IC100は、図示しないコントローラから供給される信号(クロックCLK、ハイサイド指令信号HIN及びローサイド指令信号LIN)に従って、トランジスタM1,M2を駆動することで、トランジスタM1,M2をスイッチング(オン又はオフ)させる。
ハイサイド指令信号HIN及びローサイド指令信号LINは、クロックCLKと同期して変化する。駆動用IC100は、ハイサイド指令信号HIN及びローサイド指令信号LINに従って、トランジスタM1,M2をオフさせるデッドタイムを挟んでトランジスタM1,M2を交互にオンさせる。
The driving IC 100 in FIG. 3 switches (on or off) the transistors M1 and M2 by driving the transistors M1 and M2 in accordance with signals (clock CLK, high-side command signal HIN, and low-side command signal LIN) supplied from a controller not shown.
The high-side command signal HIN and the low-side command signal LIN change in synchronization with the clock CLK. In accordance with the high-side command signal HIN and the low-side command signal LIN, the driving IC 100 alternately turns on the transistors M1 and M2 with a dead time in between to turn off the transistors M1 and M2.
また、駆動用IC100は、制御回路130、ハイサイドのソース電流源111、ハイサイドのシンク電流源112、ローサイドのソース電流源121及びローサイドのシンク電流源122を備える。また、駆動用IC100は、ハイサイドの駆動端子GH、中間端子SH、ローサイドの駆動端子GL及びグランド端子PGNDを備える。 The driving IC 100 also includes a control circuit 130, a high-side source current source 111, a high-side sink current source 112, a low-side source current source 121, and a low-side sink current source 122. The driving IC 100 also includes a high-side driving terminal GH, an intermediate terminal SH, a low-side driving terminal GL, and a ground terminal PGND.
制御回路130は、トランジスタM1をオンさせるソース電流源111を制御し、且つトランジスタM1をオフさせるシンク電流源112を制御する。また、制御回路130は、トランジスタM2をオンさせるソース電流源121を制御し、且つトランジスタM2をオフさせるシンク電流源122を制御する。かかる機能を実現するため、制御回路130は、ロジック回路131、ハイサイド制御回路132およびローサイド制御回路133を備える。 The control circuit 130 controls the source current source 111, which turns on transistor M1, and the sink current source 112, which turns off transistor M1. The control circuit 130 also controls the source current source 121, which turns on transistor M2, and the sink current source 122, which turns off transistor M2. To achieve these functions, the control circuit 130 includes a logic circuit 131, a high-side control circuit 132, and a low-side control circuit 133.
ロジック回路131は、ハイサイド指令信号HIN及びローサイド指令信号LINに基づいて、ソース制御の駆動指令HHINとシンク制御の駆動指令HLINを生成する。また、ロジック回路131は、ハイサイド指令信号HIN及びローサイド指令信号LINに基づいて、ソース制御の駆動指令LHINとシンク制御の駆動指令LLINを生成する。図1のレギュレータ10へ入力されるイネーブル信号ENは、ロジック回路131によって生成される。なお、ロジック回路131は、制御回路130の外部さらには駆動用IC100の外部にあってもよい。 The logic circuit 131 generates a source control drive command HHIN and a sink control drive command HLIN based on the high-side command signal HIN and the low-side command signal LIN. The logic circuit 131 also generates a source control drive command LHIN and a sink control drive command LLIN based on the high-side command signal HIN and the low-side command signal LIN. The enable signal EN input to the regulator 10 in FIG. 1 is generated by the logic circuit 131. The logic circuit 131 may be located outside the control circuit 130 or even outside the drive IC 100.
ハイサイド制御回路132は、ソース制御の駆動指令HHINに従って、ハイサイドのソース電流源111により生成されるソース電流を制御する。また、ハイサイド制御回路132は、シンク制御の駆動指令HLINに従って、ハイサイドのシンク電流源112により生成されるシンク電流を制御する。さらに、ハイサイド制御回路132は、駆動指令HHIN及び駆動指令HLINに従って、電流源111,112の出力トランジスタをオフさせるデッドタイムを挟んで電流源111,112の出力トランジスタを交互にオンさせる。 The high-side control circuit 132 controls the source current generated by the high-side source current source 111 in accordance with the source control drive command HHIN. The high-side control circuit 132 also controls the sink current generated by the high-side sink current source 112 in accordance with the sink control drive command HLIN. Furthermore, the high-side control circuit 132 alternately turns on the output transistors of current sources 111 and 112, with dead times in between to turn off the output transistors of current sources 111 and 112, in accordance with the drive commands HHIN and HLIN.
ローサイド制御回路133は、ソース制御の駆動指令LHINに従って、ローサイドのソース電流源121により生成されるソース電流を制御する。また、ローサイド制御回路133は、シンク制御の駆動指令LLINに従って、ローサイドのシンク電流源122により生成されるシンク電流を制御する。さらに、ローサイド制御回路133は、駆動指令LHIN及び駆動指令LLINに従って、電流源121,122の出力トランジスタをオフさせるデッドタイムを挟んで電流源121,122の出力トランジスタを交互にオンさせる。 The low-side control circuit 133 controls the source current generated by the low-side source current source 121 in accordance with the source control drive command LHIN. The low-side control circuit 133 also controls the sink current generated by the low-side sink current source 122 in accordance with the sink control drive command LLIN. Furthermore, the low-side control circuit 133 alternately turns on the output transistors of current sources 121 and 122, with dead times in between to turn off the output transistors of current sources 121 and 122, in accordance with the drive commands LHIN and LLIN.
ソース電流源111は、Pチャネル型のMOSFETにより形成された出力トランジスタからなり、トランジスタM1のゲートに流し込むソース電流を生成する。ソース電流源111は、トランジスタM1のゲートに接続される駆動端子GHと、ハイサイドの電源電圧VCPの電源ノードとの間に接続されている。
電源電圧VCPは、直流電圧VDDとローサイドの電源電圧(レギュレータ電圧VRG)との和に等しい。電源電圧VCPは、例えば、直流電圧VDDとレギュレータ電圧VRGを用いて、電源回路101内の前述のチャージポンプ回路20により生成される。
The source current source 111 is an output transistor formed of a P-channel MOSFET, and generates a source current to be fed into the gate of the transistor M1. The source current source 111 is connected between the drive terminal GH connected to the gate of the transistor M1 and the power supply node of the high-side power supply voltage VCP.
The power supply voltage VCP is equal to the sum of the DC voltage VDD and the low-side power supply voltage (regulator voltage VRG). The power supply voltage VCP is generated by the charge pump circuit 20 in the power supply circuit 101, for example, using the DC voltage VDD and the regulator voltage VRG.
駆動用IC100は、ソース電流源111のPMOSの出力トランジスタから駆動端子GHにソース電流を流し込むことで、トランジスタM1のゲートを充電し、トランジスタM1をオンさせる。また、駆動用IC100は、シンク電流源112のNMOSの出力トランジスタに駆動端子GHからシンク電流を引き込むことで、トランジスタM1のゲートを放電させ、トランジスタM1をオフさせる。
同様に、駆動用IC100は、ソース電流源121のPMOSの出力トランジスタから駆動端子GLにソース電流を流し込むことで、トランジスタM2のゲートを充電し、トランジスタM2をオンさせる。また、駆動用IC100は、シンク電流源122のNMOSの出力トランジスタに駆動端子GLからシンク電流を引き込むことで、トランジスタM2のゲートを放電させ、トランジスタM2をオフさせる。
The driving IC 100 charges the gate of the transistor M1 and turns on the transistor M1 by injecting a source current from the PMOS output transistor of the source current source 111 to the driving terminal GH. The driving IC 100 also draws a sink current from the driving terminal GH into the NMOS output transistor of the sink current source 112, thereby discharging the gate of the transistor M1 and turning off the transistor M1.
Similarly, the driving IC 100 charges the gate of the transistor M2 and turns on the transistor M2 by injecting a source current from the PMOS output transistor of the source current source 121 to the driving terminal GL, and also discharges the gate of the transistor M2 and turns off the transistor M2 by drawing a sink current from the driving terminal GL into the NMOS output transistor of the sink current source 122.
さらに、駆動用IC100は、電源回路101内のチャージポンプによって生成される昇圧電圧(電源電圧VCP)を使用する第1駆動源110として、ハイサイドのソース電流源111を備える。駆動用IC100は、電源回路101内のレギュレータによって生成されるレギュレータ電圧VRGを使用する第2駆動源120として、ローサイドのソース電流源121を備える。
また、駆動用IC100は、前述した前記実施形態の変形例の電源回路のレギュレータ10またはチャージポンプ回路20に設けられているコンパレータの出力信号RDYがロジック回路131に供給されても良いし、カウンタで所定の秒数遅延した信号を生成して供給しても良い。コンパレータはチャージポンプ回路20により生成された電圧VCPを監視する電圧監視回路として機能する。
Furthermore, the driving IC 100 includes a high-side source current source 111 as a first driving source 110 that uses a boosted voltage (power supply voltage VCP) generated by a charge pump in the power supply circuit 101. The driving IC 100 includes a low-side source current source 121 as a second driving source 120 that uses a regulator voltage VRG generated by a regulator in the power supply circuit 101.
In the driving IC 100, the output signal RDY of the comparator provided in the regulator 10 or the charge pump circuit 20 of the power supply circuit in the modified example of the embodiment may be supplied to the logic circuit 131, or a signal delayed by a predetermined number of seconds by a counter may be generated and supplied. The comparator functions as a voltage monitoring circuit that monitors the voltage VCP generated by the charge pump circuit 20.
ロジック回路131は、チャージポンプ回路20により生成された電圧VCPHが所定の電位よりも高くなることで電圧監視回路(コンパレータ)の出力信号RDYがアサートされると、ハイサイドのソース電流源111及びローサイドのソース電流源121の動作を許可する。これにより、ロジック回路131は、ハイサイド指令信号HIN及びローサイド指令信号LINに基づいて、ソース制御の駆動指令HHINとシンク制御の駆動指令HLINの生成を開始する。 When the voltage VCPH generated by the charge pump circuit 20 becomes higher than a predetermined potential and the output signal RDY of the voltage monitoring circuit (comparator) is asserted, the logic circuit 131 enables the operation of the high-side source current source 111 and the low-side source current source 121. This causes the logic circuit 131 to start generating the source control drive command HHIN and the sink control drive command HLIN based on the high-side command signal HIN and the low-side command signal LIN.
また、ロジック回路131は、ハイサイド指令信号HIN及びローサイド指令信号LINに基づいて、ソース制御の駆動指令LHINとシンク制御の駆動指令LLINの生成を開始する。このように、電圧監視回路(コンパレータ)の出力信号RDYがアサートされることで、第1駆動源110及び第2駆動源120は、チャージポンプの昇圧動作により生成された電源電圧VCPが十分に上昇していない状態でトランジスタM1,M2を駆動することを防止できる。 In addition, the logic circuit 131 begins generating the source control drive command LHIN and the sink control drive command LLIN based on the high-side command signal HIN and the low-side command signal LIN. In this way, by asserting the output signal RDY of the voltage monitoring circuit (comparator), the first drive source 110 and the second drive source 120 can prevent the first drive source 110 and the second drive source 120 from driving the transistors M1 and M2 when the power supply voltage VCP generated by the boost operation of the charge pump has not risen sufficiently.
以上、本発明を実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態においては、プルダウン用のトランジスタNM1のゲート電圧を生成する回路を、入力端子INと接地点との間に直列に接続された抵抗R3とダイオードD2により構成しているが、ダイオードD2の代わりに抵抗素子などダイオード以外の受動素子を使用することも可能である。
また、前記実施形態においては、レギュレータ10の用途の一例として、モータの駆動用IC内の電源回路として利用する場合について説明したが、本発明のレギュレータはモータ以外の負荷を駆動するIC内の電源回路あるいは単独の電源回路として広く利用することが可能である。
Although the present invention has been described above based on the embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments. For example, in the above embodiments, the circuit that generates the gate voltage of the pull-down transistor NM1 is configured with a resistor R3 and a diode D2 connected in series between the input terminal IN and the ground point, but it is also possible to use a passive element other than a diode, such as a resistive element, in place of the diode D2.
Furthermore, in the above embodiment, an example of the use of regulator 10 has been described in which it is used as a power supply circuit within an IC for driving a motor, but the regulator of the present invention can be widely used as a power supply circuit within an IC that drives a load other than a motor, or as a standalone power supply circuit.
10…レギュレータ、11…誤差アンプ、12…分圧回路、20…チャージポンプ回路、M0…出力トランジスタ、M1…プルダウン用のトランジスタ、D1…耐圧保護用ダイオード、100…駆動用IC、101…電源回路、110…第1駆動源、120…第2駆動源、130…制御回路、131…ロジック回路、200…負荷(モータ) 10...Regulator, 11...Error amplifier, 12...Voltage divider circuit, 20...Charge pump circuit, M0...Output transistor, M1...Pull-down transistor, D1...Voltage protection diode, 100...Driver IC, 101...Power supply circuit, 110...First drive source, 120...Second drive source, 130...Control circuit, 131...Logic circuit, 200...Load (motor)
Claims (4)
前記第1トランジスタはNチャネル形の絶縁ゲート電界効果トランジスタで構成され、
前記電圧出力端子と前記第1トランジスタのゲート端子の間には、保護用ダイオードが当該ダイオードのカソード端子が前記ゲート端子に接続されるように設けられており、
前記第1トランジスタのゲート端子と基準電位点との間には、プルダウン用の第2トランジスタが設けられ、
前記第2トランジスタのゲート端子と基準電位点との間には、ゲート端子に外部からの制御信号が入力される第3トランジスタが設けられ、
前記第2トランジスタのゲート端子には、前記電圧入力端子と基準電位点との間に直列に接続された第1受動素子および第2受動素子により生成された電圧が印加されるように構成されていることを特徴とする電源回路。 A power supply circuit including a voltage regulator having a first transistor for output control connected between a voltage input terminal and a voltage output terminal, an amplifier for controlling the first transistor, and converting a DC voltage input to the voltage input terminal into a predetermined DC voltage and outputting the DC voltage,
the first transistor is an N-channel insulated gate field effect transistor,
a protection diode is provided between the voltage output terminal and the gate terminal of the first transistor such that a cathode terminal of the diode is connected to the gate terminal;
a second transistor for pull-down is provided between the gate terminal of the first transistor and a reference potential point;
a third transistor having a gate terminal to which an external control signal is input is provided between a gate terminal of the second transistor and a reference potential point;
a power supply circuit configured such that a voltage generated by a first passive element and a second passive element connected in series between the voltage input terminal and a reference potential point is applied to a gate terminal of the second transistor.
負荷へ電流を流し込む第1駆動手段および負荷より電流を引き込む第2駆動手段をそれぞれオン、オフ駆動する駆動回路であって、
前記電源回路の第1出力電圧の供給を受けて前記第1駆動手段をオン駆動する第1駆動源と、
前記電源回路の第2出力電圧の供給を受けて前記第2駆動手段をオン駆動する第2駆動源と、を備え、
前記チャージポンプ回路の出力電圧が前記第1出力電圧として前記第1駆動源へ供給され、前記電圧レギュレータの出力電圧が前記第2出力電圧として前記第2駆動源へ供給されるように構成されていることを特徴とする駆動回路。 A power supply circuit according to claim 3,
a drive circuit for turning on and off a first drive means for injecting current into a load and a second drive means for drawing current from the load,
a first drive source that receives a first output voltage from the power supply circuit and turns on the first drive means;
a second drive source that receives a second output voltage from the power supply circuit and turns on the second drive means,
A drive circuit characterized in that the output voltage of the charge pump circuit is supplied to the first drive source as the first output voltage, and the output voltage of the voltage regulator is supplied to the second drive source as the second output voltage.
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