JP4539001B2 - Power MOS transistor control device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パワーMOSトランジスタの制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来のパワーMOSトランジスタの制御装置の一例を図9に示す。図9において、電源Vccに対しパワーMOSトランジスタ50と負荷51を直列に接続し、パルス波生成回路52と非反転増幅回路53によりパワーMOSトランジスタ50をPWM制御して負荷51に所定の電流iを流すことができる。ところがこのようにすると、パワーMOSトランジスタ50のスイッチング時に負荷51に流れる電流iが大きく変化し大きなノイズを出す問題があった。これは、電流の時間変化di/dtがノイズ量に比例するためである。その対策として、図10(a)のパルス電流波形の代わりに、図10(b)のようにPWM制御時の電流を傾かせて、時間に対する電流変動di/dtを小さくしノイズを低減する方法が提案されている。回路構成としては、図9のパルス波生成回路52に代わる台形波生成回路から台形波形の電圧を出力する。この波形と相似形の電圧が負荷51に印加されることになり負荷51の通電電流iはこの電圧を負荷抵抗で割った値となる。よって、負荷抵抗が一定の場合は台形波生成回路が作る波形と相似形の電流を出力することができる。
【0003】
しかし、ランプのように点灯する瞬間に通常の10倍もの電流が流れる負荷の場合、点灯時の負荷抵抗が非常に低いため、極めて大きな電流傾きが発生しノイズを発生する問題がある。そこで、特開2000−138570号公報においては、負荷の電圧ではなく電流で制御する方法が提案されている。
【0004】
しかし、このような方法を採用すると、図11に示すように、電流の傾きdi/dtはある一定値(di/dt)constをとるため、負荷抵抗や電源電圧の変動により、最大負荷電流imaxが変化し(imax1>imax2)、電流iの傾いている時間Tが変化する。具体的には、負荷電流が大きい場合は傾き時間T(=T1)が長くなり、負荷電流が小さい場合は傾き時間T(=T2)が短くなる。この場合、電流傾きdi/dtは一定なので、ノイズ量は一定である。
【0005】
ここで、電流iの傾いている時間Tに着目する。電流の時間に対する傾きdi/dtは、小さければノイズが小さくなるが、パワーMOSトランジスタの発熱が大きくなるデメリットがある。これは次の理由による。通常使用するのはパワーMOSトランジスタの線形領域(非飽和領域)であり、この線形領域においてはゲート・ソース間電圧が大きく、ドレイン・ソース間電圧が小さい。これに対し、電流iが傾いている間TはパワーMOSトランジスタの飽和領域を使用しており、この飽和領域においてはゲート・ソース間電圧が小さく、ドレイン・ソース間電圧が大きく、線形領域より消費電力が大きくなり、パワーMOSトランジスタの発熱が大きくなる。
【0006】
そこで、ノイズはある一定値以下で、発熱の大きくならない範囲でノイズを最小にする制御を考える。
このとき、ランプのような点灯する瞬間に通常の10倍もの電流が流れる負荷の場合、電流の時間に対する傾きの上限値(di/dt)maxを設定し、点灯時は電流傾きを制御し、ノイズを低減する。ランプの負荷抵抗値が上昇し電流値が減ってくると、電流傾き時間を一定とする制御にする。この制御にすることにより、小電流領域では電流の時間に対する傾きを特開2000−138570号公報と比較して、さらに小さくすることができノイズを低減することができる。また、電流値が減っているため発熱の増加は考慮する必要がない。
【0007】
以上のような制御を導入するに当たって、傾き時間を一定に制御する必要がある。傾き時間を検出する簡便な方法としては、図12に示す回路構成とすることが考えられる。図12において、電流検出抵抗60の両端子での電圧差(抵抗60に流れる電流に相当)を検出して差動増幅回路61で増幅し、微分回路62で微分し、電圧検出回路63,64において電流変化の大小を比較して電流の傾いている時間を検出する。
【0008】
しかし、図12の電流検出抵抗60は数10mΩと非常に抵抗値が小さいため、微分回路62の入力に数10mV程度のノイズが乗ると、大きな出力電圧が前記微分回路62にて発生し誤検出しやすい構成となってしまう欠点がある。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような背景の下になされたものであり、その目的は、新規な構成にてノイズと発熱を抑制することができるパワーMOSトランジスタの制御装置を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の発明によれば、パワーMOSトランジスタのゲート端子に電圧が印加されると、負荷に対し、立上り及び立下りが斜状となるパルス形状の電流が流れる。ここで、ゲート・ソース間電圧検出手段により、パワーMOSトランジスタのゲート端子への電圧印加に伴うパワーMOSトランジスタのゲート・ソース間電圧が検出される。そして、フィードバック手段により、ゲート・ソース間電圧検出手段によるパワーMOSトランジスタのゲート・ソース間電圧から、今回の負荷の通電電流波形での立上り及び立下り時間と目標値との偏差が求められ、当該偏差を無くすようにパワーMOSトランジスタがフィードバック制御される。
【0011】
このようにして、負荷の駆動に伴ない負荷の抵抗値が変化したとしても、負荷の通電電流波形での立上り及び立下りの電流傾きを所定値以下にするとともに立上り及び立下り時間を所定値以下にすることが可能となり、ノイズと発熱を抑制することができる。
【0012】
また、今回の負荷の通電電流波形での立上り及び立下り時間を、トランジスタ特性での飽和領域の継続時間を計測することにより求めるようにし、特に、請求項2に記載のように、第1の比較手段により、検出したゲート・ソース間電圧を、オフ時の電圧と閾値電圧との間の第1の判定値と比較するとともに、第2の比較手段により、検出したゲート・ソース間電圧を、閾値電圧とオン時の電圧との間の第2の判定値と比較し、計時手段により、第1と第2の比較手段による比較結果に基づいて第1の判定値と第2の判定値との間の継続時間をトランジスタ特性での飽和領域の継続時間として計測するようにすると、容易に電流の傾いている時間を検出することができる。また、図12の回路構成とした場合には微分回路62の入力に数10mV程度のノイズが乗ると、大きな出力電圧が微分回路62にて発生し誤検出しやすいが、本発明では電流検出抵抗や微分回路を使用していないので、誤検出することもない。
【0013】
また、請求項3に記載のように、立上り時間が一定となるとともに、立下り時間が一定となるようにパワーMOSトランジスタをフィードバック制御するようにするとよい。
【0014】
さらに、請求項4に記載のように、負荷はランプであると、より好ましいものとなる。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を具体化した実施の形態を図面に従って説明する。
図1に、本実施の形態におけるパワーMOSトランジスタの制御装置の構成を示す。
【0016】
図1において、電源Vccに対しパワーMOSトランジスタ1と負荷2が直列に接続されている。負荷2はランプである。パワーMOSトランジスタ1のゲート端子にはゲート電圧制御回路3が接続されている。ゲート電圧制御回路3には制御ロジック4が接続されている。制御ロジック4の指令により、ゲート電圧制御回路3からパワーMOSトランジスタ1のゲート端子に対し台形波が出力され、この信号によりパワーMOSトランジスタ1がPWM制御されて負荷2に所定の電流iを流すことができる。
【0017】
図2には、ゲート電圧制御回路3の具体的構成を示す。図2においてゲート電圧制御回路3は定電流回路31,32とスイッチ33とコンデンサ34とバイポーラトランジスタ35,36と抵抗37,38,39を備えている。そして、負荷の駆動時(ランプ点灯時)には、スイッチ33が開いており、また、トランジスタ36がオンし、かつ、定電流回路31によるコンデンサ34の充電にてトランジスタ35がオンしている。この状態から負荷の駆動停止時(ランプ消灯時)にはスイッチ33が閉じられ、定電流回路32を通してコンデンサ34の放電動作が行われる。このときの波形としては斜状に立下がる。そして、トランジスタ35がオフ状態となる。一方、コンデンサ34の放電状態から負荷が駆動する時にはスイッチ33が開けられ、定電流回路31によりコンデンサ34が充電される。このときの波形としては斜状に立上がる。そして、トランジスタ35がオン状態となる。このようにして、台形波が発生する。
【0018】
また、図1のパワーMOSトランジスタ1のゲート・ソース端子には、ゲート・ソース間電圧検出手段としてのゲート・ソース間電圧検出回路5が接続され、この回路5によりパワーMOSトランジスタ1のゲート端子への電圧印加に伴うパワーMOSトランジスタ1のゲート・ソース間電圧Vgsを検出することができる。ゲート・ソース間電圧検出回路5は、差動増幅器6と抵抗7,8,9,10にて構成されている。パワーMOSトランジスタ1のゲート端子とグランド間には抵抗7,8による直列回路が接続され、両抵抗間のa点が差動増幅器6の非反転入力端子と接続されている。また、差動増幅器6の反転入力端子は抵抗8を介してパワーMOSトランジスタ1のソース端子と接続されている。差動増幅器6は抵抗10を介して負帰還がかけられている。そして、差動増幅器6において、パワーMOSトランジスタ1のゲート電圧とソース電圧の差が増幅されて出力される。
【0019】
また、ゲート・ソース間電圧検出回路5の差動増幅器6の出力端子は電圧検出回路11のコンパレータ12の反転入力端子と接続されるとともに電圧検出回路13のコンパレータ14の反転入力端子と接続されている。コンパレータ12の非反転入力端子には基準電源15が、また、コンパレータ14の非反転入力端子には基準電源16が接続されている。基準電源15での電圧値はゲート・ソース間電圧Vgsに対する比較値として閾値電圧Vtの1/2(=Vt/2)に相当し、基準電源16での電圧値はゲート・ソース間電圧Vgsに対する比較値として4ボルトに相当する。
【0020】
さらに、コンパレータ12,14の出力端子は制御ロジック4と接続されている。
次に、パワーMOSトランジスタの制御装置の作用について説明する。
【0021】
作用説明を図3のタイムチャートを用いて行う。図3には、上からパワーMOSトランジスタの通電電流iと、ゲート・ソース間電圧Vgsと、コンパレータ12,14の出力を示す。
【0022】
図1の制御ロジック4はゲート電圧制御回路3を介してパワーMOSトランジスタ1のゲート端子に電圧を印加して負荷2に対し、図3のように、立上り及び立下りが斜状となるパルス形状の電流iを流す。即ち、t1〜t2の期間において立上りが斜状となり、t3〜t4の期間において立下りが斜状となる。このとき、図3において、パワーMOSトランジスタ1におけるゲート・ソース間電圧Vgsに関して、図3のt1までの期間で示すパワーMOSトランジスタ1がオフしている時にはゲート・ソース間電圧Vgsが0ボルトである。また、図3のt1〜t2およびt3〜t4の期間で示す電流を傾き制御している時にはゲート・ソース間電圧VgsがパワーMOSトランジスタ1の閾値電圧Vt付近である。この電流を傾かせている期間はパワーMOSトランジスタ1の動作領域が飽和領域となり、ゲート・ソース間電圧が小さく、ドレイン・ソース間電圧が大きい。さらに、図3のt2〜t3の期間で示すオンしている時にはゲート・ソース間電圧Vgsが5〜10ボルトと大きな電圧がかかる。この電流が一定の期間はパワーMOSトランジスタ1の線形領域(非飽和領域)を使用して、ゲート・ソース間電圧が大きく、ドレイン・ソース間電圧が小さい。
【0023】
図1の差動増幅器6によりゲート・ソース間電圧Vgsを増幅する。そして、電圧検出回路11(コンパレータ12)と電圧検出回路13(コンパレータ14)において、ゲート・ソース間電圧Vgsを閾値電圧Vtの1/2(=Vt/2)、および4ボルトと比較する。電圧検出回路11(コンパレータ12)と電圧検出回路13(コンパレータ14)で、Vgs値と境界の判定値(Vt/2や4ボルト)とを比較することにより、図4でのMOSトランジスタの飽和領域と非飽和領域のいずれの動作領域にあるかを検出することができる。これにより、制御ロジック4において電流の傾いている時間(図3でのTup,Tdown)を検出する。
【0024】
具体的には、パワーMOSトランジスタ1をオンする際の電流を傾き制御している立上り時間(図3でのTup)が、電圧検出回路11においてVgs値がパワーMOSトランジスタ1の閾値電圧Vtの1/2(=Vt/2)を越えてから電圧検出回路13において4ボルト(パワーMOSトランジスタ1の十分オン可能なゲート・ソース電圧の中間値)を越えるまでの時間として検出される。また、パワーMOSトランジスタ1をオフする際の電流を傾き制御している立下り時間(図3でのTdown)が、電圧検出回路13においてVgs値が4ボルトを下回ってから電圧検出回路11においてVt/2となるまでの時間として検出される。
【0025】
このようにして、今回の負荷2の通電電流波形での立上り及び立下り時間Tup,Tdownは、トランジスタ特性での飽和領域の継続時間を計測することにより求めるようにし、具体的には、第1の比較手段としての電圧検出回路11により、検出したゲート・ソース間電圧Vgsを、オフ時の電圧と閾値電圧との間の第1の判定値と比較し、第2の比較手段としての電圧検出回路13により、検出したゲート・ソース間電圧Vgsを、閾値電圧とオン時の電圧との間の第2の判定値と比較し、さらに、計時手段としての制御ロジック4により、電圧検出回路11,13による比較結果に基づいて第1の判定値と第2の判定値との間の継続時間を、トランジスタ特性での飽和領域の継続時間として計測する。このようにすると、容易に電流の傾いている時間を検出することができる。
【0026】
さらに、フィードバック手段としての図1の制御ロジック4は、今回の負荷2の通電電流波形での立上り及び立下り時間Tup,Tdownと目標値との偏差を求め、当該偏差を無くすようにパワーMOSトランジスタ1をフィードバック制御する。
【0027】
そのための具体的な回路構成の一例を図5に示す。図6は動作を説明するためのタイムチャートである。
図5において、電圧検出回路11からの出力信号Aをインバータ41を介してNANDゲート42に入力するとともに、電圧検出回路13からの出力信号BをNANDゲート42に入力する。NANDゲート42の出力信号はNANDラッチ回路43に直接入力されるとともに200μs発生回路44を介してNANDラッチ回路43に入力される。さらに、NANDラッチ回路43の出力信号はインバータ46を介してANDゲート48に入力されるとともに、排他的論理和回路45およびANDゲート47に入力される。また、前述のNANDゲート42の出力信号が排他的論理和回路45に入力される。排他的論理和回路45の出力信号はANDゲート47,48に入力され、ANDゲート47,48の出力信号はα信号およびβ信号となる。
【0028】
このような回路構成とすることにより、図6に示すように、NANDゲート42の出力(C点電圧)は信号Aの立下りから信号Bの立下りまでLレベルとなる。このNANDゲート42の出力の立下り(信号Aの立下り)に同期して200μs発生回路44において基準時間である200μsのパルスが発生し(D点電圧参照)、同信号がNANDラッチ回路43に送られる。そして、信号Aの立下りから信号Bの立下りまでの時間Tが200μsよりも長い場合にはLレベルのα信号が出力され、また、時間Tが200μsよりも短い場合にはLレベルのβ信号が出力される。
【0029】
このα,β信号でのLレベルの継続時間が、今回の負荷2の通電電流波形での立上り及び立下り時間Tup,Tdownと目標値との偏差を反映させたものとなり、同信号α,βにより、図2のゲート電圧制御回路3の定電流回路31,32での電流を制御して、負荷2の通電電流波形での立上り時間Tupと立下り時間Tdownが、基準時間である200μsとなるようにパワーMOSトランジスタ1をフィードバック制御する。詳しくは、α,β信号でのLレベルの継続時間に応じて定電流回路31,32での電流を増減、即ち、図2のコンデンサ34の充電・放電速度を増減する。つまり、立上り・立下り時間Tup,Tdownが基準時間である200μsより短い場合は、電流の傾きを小さくするような出力をゲート電圧制御回路3から出力させる。逆に、立上り・立下り時間Tup,Tdownが基準時間である200μsより長い場合は、電流の傾きを大きくするような出力をゲート電圧制御回路3から出力させる。
【0030】
具体的には、負荷2としてランプを用いた場合、図7に示すように、t10で駆動を開始する。そして、t11までの期間においてはランプ抵抗が小さい。この期間においては図8(a)に示すように時間当たりの電流変化di/dtを大きくする。また、図7のt12以降においてはランプ抵抗が大きい。この期間においては図8(c)に示すように時間当たり電流変化di/dtを非常に小さくする。さらに、図7のt11〜t12の移行期間においては図8(b)に示すようにdi/dtを中間の値にする。
【0031】
その結果、図8(a)に示すランプ抵抗が小さい期間と、図8(b)に示すランプ抵抗が中間値の期間と、図8(c)に示すランプ抵抗が大きい期間において同じ時間だけ電流立上げ・立下げ制御を行う。このとき、図8(a)に示すようにランプ抵抗が小さい期間においてはdi/dtを所定値以下にすることにより、ノイズを一定以下にすることができるとともに発熱も一定以下に抑えることができる。また、図8(c)に示すようにランプ抵抗が大きい期間においてはdi/dtを小さくすることによりノイズを極めて小さくすることができる。また、電流値が小さくなっているため発熱については考慮する必要はない。さらに、図8(b)に示すようにランプ抵抗が中間値の期間においてはdi/dtを中程度にすることにより、ノイズを小さくすることができる。
【0032】
以上のような制御により、電流を傾けている時間(立上り・立下り時間)Tup,Tdownを一定時間にするような制御を行うことができる。つまり、立上り時間が一定となるとともに、立下り時間が一定となるようにパワーMOSトランジスタをフィードバック制御する。
【0033】
また、図12での微分回路62を採用していないため、パワーMOSトランジスタ1に数10mV程度のノイズが印加されても、その信号が増幅されることはなく、誤動作の心配はない。つまり、図12の回路構成とした場合には微分回路62の入力に数10mV程度のノイズが乗ると、大きな出力電圧が微分回路62にて発生し誤検出しやすいが、本実施形態では電流検出抵抗や微分回路を使用していないので、誤検出することもない。
【0034】
これまで説明してきたように、負荷の通電電流波形としてのパルス形状の電流において立上り及び立下りを斜状にするときには(電流を傾かせるときには)、パワーMOSトランジスタの飽和領域を使用するとともに、パルス形状の電流において電流を一定にするときにはパワーMOSトランジスタの線形領域(非飽和領域)を使用していることに着目し、パワーMOSトランジスタのゲート・ソース間電圧Vgsから負荷2の通電電流波形における立上り及び立下りが斜状となる部分をパワーMOSトランジスタ1の動作領域(トランジスタ特性での飽和領域)の継続時間として求める。この手法は、負荷2の通電電流の時間的変化から通電電流波形での立上り時間と立下り時間を求める場合(図12の場合)に比べて正確かつ容易なものとなる。そして、負荷2に対し立上り及び立下りが斜状となるパルス形状の電流を流す際にその傾きを制御することによりノイズはある一定値以下にすることができるとともに、負荷2の通電電流波形での立上り時間と立下り時間を制御して負荷の通電に伴う発熱を抑制することができる。よって、負荷2の駆動に伴ない負荷2の抵抗値が変化したとしても、負荷2の通電電流波形での立上り及び立下りの電流傾きを所定値以下にするとともに立上り及び立下り時間を所定値以下にすることが可能となり、ノイズと発熱を抑制することができる。
【0035】
また、電源電圧(Vcc)が変動した時においても立上り及び立下り時間Tup,Tdownを所望の値にすることができる。
なお、温度によりパワーMOSトランジスタの閾値電圧は変動するので、パワー素子の温度を検出してその温度での閾値電圧を用いて立上り・立下り時間を計測するようにしてもよい。即ち、Vt値の温度補償を行うようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態におけるパワーMOSトランジスタの制御装置の回路構成図。
【図2】ゲート電圧制御回路の構成図。
【図3】作用を説明するためのタイムチャート。
【図4】トランジスタ特性を示す図。
【図5】制御ロジック内での時間測定回路の一例を示す回路構成図。
【図6】作用を説明するためのタイムチャート。
【図7】作用を説明するためのタイムチャート。
【図8】作用を説明するためのタイムチャート。
【図9】従来技術を説明するためのパワーMOSトランジスタの制御装置の構成図。
【図10】電流波形を示す図。
【図11】負荷電流の違いによる傾き時間の違いを説明するための図。
【図12】従来技術を説明するためのパワーMOSトランジスタの制御装置の構成図。
【符号の説明】
1…パワーMOSトランジスタ、2…負荷、3…ゲート電圧制御回路、4…制御ロジック、5…ゲート・ソース間電圧検出回路、6…差動増幅器、7,8,9,10…抵抗、11…電圧検出回路、12…コンパレータ、13…電圧検出回路、14…コンパレータ、15…基準電源、16…基準電源、Vcc…電源。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a control device for a power MOS transistor.
[0002]
[Prior art]
An example of a conventional power MOS transistor control device is shown in FIG. In FIG. 9, a
[0003]
However, in the case of a load such as a lamp in which a current that is ten times the normal current flows at the moment of lighting, the load resistance at the time of lighting is very low, so that there is a problem that a very large current gradient occurs and noise is generated. In view of this, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-138570 proposes a method of controlling with current instead of load voltage.
[0004]
However, when such a method is adopted, as shown in FIG. 11, since the current gradient di / dt takes a certain constant value (di / dt) const, the maximum load current imax is affected by fluctuations in load resistance and power supply voltage. Changes (imax1> imax2), and the time T during which the current i is inclined changes. Specifically, when the load current is large, the slope time T (= T1) becomes long, and when the load current is small, the slope time T (= T2) becomes short. In this case, since the current gradient di / dt is constant, the amount of noise is constant.
[0005]
Here, attention is paid to the time T when the current i is inclined. If the slope di / dt with respect to time of current is small, noise is reduced, but there is a demerit that heat generation of the power MOS transistor is increased. This is due to the following reason. Normally, the power MOS transistor is used in a linear region (non-saturated region). In this linear region, the gate-source voltage is large and the drain-source voltage is small. On the other hand, while the current i is inclined, the T uses the saturation region of the power MOS transistor. In this saturation region, the gate-source voltage is small, the drain-source voltage is large, and it is consumed more than the linear region. The power increases, and the heat generation of the power MOS transistor increases.
[0006]
Therefore, a control for minimizing the noise within a range where the noise is below a certain value and the heat generation does not increase is considered.
At this time, in the case of a load in which a current that is 10 times the normal current when the lamp is turned on, an upper limit value (di / dt) max of the gradient with respect to the current time is set, and the current gradient is controlled during lighting, Reduce noise. When the load resistance value of the lamp rises and the current value decreases, control is performed to keep the current slope time constant. By adopting this control, the slope of the current with respect to time in the small current region can be further reduced as compared with Japanese Patent Laid-Open No. 2000-138570, and noise can be reduced. Further, since the current value is reduced, it is not necessary to consider the increase in heat generation.
[0007]
In introducing the control as described above, it is necessary to control the inclination time to be constant. As a simple method for detecting the tilt time, a circuit configuration shown in FIG. 12 can be considered. In FIG. 12, a voltage difference (corresponding to a current flowing through the resistor 60) at both terminals of the
[0008]
However, since the
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made under such a background, and an object thereof is to provide a control device for a power MOS transistor capable of suppressing noise and heat generation with a novel configuration.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, when a voltage is applied to the gate terminal of the power MOS transistor, a pulse-shaped current having a rising edge and a falling edge flows to the load. Here, the gate-source voltage of the power MOS transistor accompanying the voltage application to the gate terminal of the power MOS transistor is detected by the gate-source voltage detection means. Then, the feedback means obtains the deviation between the rise and fall times and the target value in the current waveform of the current load from the gate-source voltage of the power MOS transistor by the gate-source voltage detection means, The power MOS transistor is feedback controlled so as to eliminate the deviation.
[0011]
In this way, even if the resistance value of the load changes as the load is driven, the rise and fall current gradients in the load energization current waveform are set to a predetermined value or less and the rise and fall times are set to a predetermined value. The following can be achieved, and noise and heat generation can be suppressed.
[0012]
Further, the rise and fall times of energization current waveform This time the load, as determined by measuring the duration of the saturation region in transistor characteristics, in particular, as claimed in
[0013]
According to a third aspect of the present invention, the power MOS transistor may be feedback controlled so that the rise time is constant and the fall time is constant.
[0014]
Further, as described in
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a configuration of a power MOS transistor control device in the present embodiment.
[0016]
In FIG. 1, a
[0017]
FIG. 2 shows a specific configuration of the gate
[0018]
Further, a gate-source voltage detection circuit 5 as a gate-source voltage detection means is connected to the gate-source terminal of the
[0019]
The output terminal of the
[0020]
Further, the output terminals of the
Next, the operation of the power MOS transistor control device will be described.
[0021]
The operation will be described using the time chart of FIG. FIG. 3 shows the energization current i of the power MOS transistor, the gate-source voltage Vgs, and the outputs of the
[0022]
The
[0023]
The gate-source voltage Vgs is amplified by the
[0024]
Specifically, the rise time (Tup in FIG. 3) during which the current at the time of turning on the
[0025]
In this way, the rising and falling times Tup and Tdown in the current waveform of the
[0026]
Further, the
[0027]
An example of a specific circuit configuration for this purpose is shown in FIG. FIG. 6 is a time chart for explaining the operation.
In FIG. 5, the output signal A from the voltage detection circuit 11 is input to the
[0028]
With such a circuit configuration, as shown in FIG. 6, the output (point C voltage) of the
[0029]
The duration of the L level in the α and β signals reflects the deviation between the rise and fall times Tup and Tdown and the target value in the current-carrying current waveform of the
[0030]
Specifically, when a lamp is used as the
[0031]
As a result, during the period when the lamp resistance shown in FIG. 8A is low, the period when the lamp resistance shown in FIG. 8B is an intermediate value, and the period when the lamp resistance shown in FIG. Start up / down control. At this time, as shown in FIG. 8A, in the period when the lamp resistance is small, by setting di / dt to be equal to or less than a predetermined value, noise can be reduced to a certain level and heat generation can also be suppressed to a certain level. . Further, as shown in FIG. 8C, noise can be extremely reduced by reducing di / dt during a period when the lamp resistance is large. Further, since the current value is small, it is not necessary to consider heat generation. Furthermore, as shown in FIG. 8B, noise can be reduced by setting di / dt to an intermediate level during a period in which the lamp resistance is an intermediate value.
[0032]
By the control as described above, it is possible to perform the control so that the time during which the current is inclined (rise / fall time) Tup and Tdown are set to a fixed time. That is, the power MOS transistor is feedback controlled so that the rise time is constant and the fall time is constant.
[0033]
Further, since the differentiating circuit 62 in FIG. 12 is not employed, even when noise of about several tens of mV is applied to the
[0034]
As described so far, when the rising and falling edges are inclined in the pulse-shaped current as the load current waveform (when the current is inclined), the saturation region of the power MOS transistor is used and the pulse Focusing on the fact that the linear region (non-saturated region) of the power MOS transistor is used when making the current constant in the shape current, the rise in the current waveform of the
[0035]
Even when the power supply voltage (Vcc) fluctuates, the rise and fall times Tup and Tdown can be set to desired values.
Since the threshold voltage of the power MOS transistor varies depending on the temperature, the temperature of the power element may be detected and the rise / fall time may be measured using the threshold voltage at that temperature. That is, temperature compensation of the Vt value may be performed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit configuration diagram of a control device for a power MOS transistor according to an embodiment.
FIG. 2 is a configuration diagram of a gate voltage control circuit.
FIG. 3 is a time chart for explaining the operation.
FIG. 4 is a graph showing transistor characteristics.
FIG. 5 is a circuit configuration diagram showing an example of a time measurement circuit in a control logic.
FIG. 6 is a time chart for explaining the operation.
FIG. 7 is a time chart for explaining the operation.
FIG. 8 is a time chart for explaining the operation.
FIG. 9 is a configuration diagram of a control device for a power MOS transistor for explaining the prior art.
FIG. 10 is a diagram showing a current waveform.
FIG. 11 is a diagram for explaining a difference in slope time due to a difference in load current.
FIG. 12 is a configuration diagram of a control device for a power MOS transistor for explaining the prior art.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記パワーMOSトランジスタ(1)のゲート端子への電圧印加に伴うパワーMOSトランジスタ(1)のゲート・ソース間電圧(Vgs)を検出するゲート・ソース間電圧検出手段(5)と、
前記ゲート・ソース間電圧検出手段(5)によるパワーMOSトランジスタ(1)のゲート・ソース間電圧(Vgs)に基づき、トランジスタ特性での飽和領域の継続時間を計測することにより今回の負荷(2)の通電電流波形での立上り及び立下り時間(Tup,Tdown)を求めるとともに、この求めた今回の負荷(2)の通電電流波形での立上り及び立下り時間(Tup,Tdown)と目標値との偏差を求め、当該偏差を無くすようにパワーMOSトランジスタ(1)をフィードバック制御するフィードバック手段(4)と、
を備えたことを特徴とするパワーMOSトランジスタの制御装置。A power MOS transistor (1) and a load (2) are connected in series to the power supply (Vcc), and a voltage is applied to the gate terminal of the power MOS transistor (1) to cause rise and fall of the load (2). A control device for a power MOS transistor in which an oblique pulse-shaped current flows.
A gate-source voltage detection means (5) for detecting a gate-source voltage (Vgs) of the power MOS transistor (1) accompanying voltage application to the gate terminal of the power MOS transistor (1);
Based on the gate-source voltage (Vgs) of the power MOS transistor (1) by the gate-source voltage detection means (5) , the current load (2) is measured by measuring the duration of the saturation region in the transistor characteristics. The rise and fall times (Tup, Tdown) in the current waveform of the current are calculated, and the rise and fall times (Tup, Tdown) in the current waveform of the current load (2) and the target value are obtained. Feedback means (4) for obtaining a deviation and feedback-controlling the power MOS transistor (1) so as to eliminate the deviation;
A control device for a power MOS transistor, comprising:
検出したゲート・ソース間電圧(Vgs)を、閾値電圧とオン時の電圧との間の第2の判定値と比較する第2の比較手段(13)と、
前記第1と第2の比較手段(11,13)による比較結果に基づいて第1の判定値と第2の判定値との間の継続時間を、前記トランジスタ特性での飽和領域の継続時間として計測する計時手段(4)と、
を備えたことを特徴とする請求項1に記載のパワーMOSトランジスタの制御装置。First comparison means (11) for comparing the detected gate-source voltage (Vgs) with a first determination value between the off-time voltage and the threshold voltage;
Second comparison means (13) for comparing the detected gate-source voltage (Vgs) with a second determination value between the threshold voltage and the on-time voltage;
Based on the comparison result by the first and second comparison means (11, 13), the duration between the first judgment value and the second judgment value is used as the duration of the saturation region in the transistor characteristics. Timing means (4) for measuring;
The power MOS transistor control device according to claim 1 , further comprising:
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