(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024118306
(43)【公開日】2024-08-30
(54)【発明の名称】ゲートドライバ回路
(51)【国際特許分類】
H02M 1/08 20060101AFI20240823BHJP
H03K 17/687 20060101ALI20240823BHJP
【FI】
H02M1/08 A
H03K17/687 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2023024662
(22)【出願日】2023-02-20
(71)【出願人】
【識別番号】000116024
【氏名又は名称】ローム株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100105924
【弁理士】
【氏名又は名称】森下 賢樹
(74)【代理人】
【識別番号】100133215
【弁理士】
【氏名又は名称】真家 大樹
(72)【発明者】
【氏名】杉江 尚
【テーマコード(参考)】
5H740
5J055
【Fターム(参考)】
5H740BA12
5H740BB09
5H740BB10
5H740BC01
5H740BC02
5H740JA01
5H740JB01
5H740KK01
5J055AX11
5J055AX55
5J055AX56
5J055AX65
5J055BX16
5J055CX20
5J055DX12
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5J055EY01
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5J055EZ04
5J055EZ09
5J055EZ10
5J055EZ20
5J055GX01
5J055GX02
(57)【要約】
【課題】ゲートドライブ回路で内部生成されるデッドタイムの長さをゼロに近づける。
【解決手段】設定ピンRSETには、外部抵抗R1が接続される。ハイサイド用デッドタイム回路420は、第1ハイサイド制御信号SH1を受け、第2ハイサイド制御信号SH2を生成する。アナログ遅延回路422は、第1ハイサイド制御信号SH1を、外部抵抗R1の抵抗値に応じた遅延時間、遅延し、遅延ハイサイド制御信号SH1dを生成する。セレクタ424は、第1ハイサイド制御信号SH1と遅延ハイサイド制御信号SH1dと、を受け、設定ピンRSETの電気的状態に応じた一方を選択し、第2ハイサイド制御信号SH2として出力する。
【選択図】
図2
【特許請求の範囲】
【請求項1】
駆動対象のハイサイドトランジスタおよびローサイドトランジスタの状態を指定するそれぞれが二値の第1制御入力および第2制御入力を受け、前記第1制御入力および前記第2制御入力の信号レベルの組み合わせに応じて、前記ハイサイドトランジスタのオン、オフを規定する第1ハイサイド制御信号と、前記ローサイドトランジスタのオン、オフを規定する第1ローサイド制御信号と、を生成するロジック回路と、
外部抵抗を接続すべき設定ピンと、
前記第1ハイサイド制御信号を受け、第2ハイサイド制御信号を生成するハイサイド用デッドタイム回路と、
前記第1ローサイド制御信号を受け、第2ローサイド制御信号を生成するローサイド用デッドタイム回路と、
前記第1ハイサイド制御信号と、前記第2ハイサイド制御信号と、を受け、前記ハイサイドトランジスタのターンオフ動作のときに前記第1ハイサイド制御信号を選択し、前記ハイサイドトランジスタのターンオン動作のときに前記第2ハイサイド制御信号を選択するハイサイドセレクタと、
前記第1ローサイド制御信号と、前記第2ローサイド制御信号と、を受け、前記ローサイドトランジスタのターンオフ動作のときに前記第1ローサイド制御信号を選択し、前記ローサイドトランジスタのターンオン動作のときに前記第2ローサイド制御信号を選択するローサイドセレクタと、
を備え、
前記ハイサイド用デッドタイム回路は、
前記第1ハイサイド制御信号を、前記外部抵抗の抵抗値に応じた遅延時間、遅延し、遅延ハイサイド制御信号を生成するハイサイド用アナログ遅延回路と、
前記第1ハイサイド制御信号と、前記遅延ハイサイド制御信号と、を受け、前記設定ピンの電気的状態に応じた一方を選択し、前記第2ハイサイド制御信号として出力するハイサイド用セレクタと、
を含み、
前記ローサイド用デッドタイム回路は、
前記第1ローサイド制御信号を、前記外部抵抗の抵抗値に応じた遅延時間、遅延し、遅延ローサイド制御信号を生成するローサイド用アナログ遅延回路と、
前記第1ローサイド制御信号と、前記遅延ローサイド制御信号と、を受け、前記設定ピンの電気的状態に応じた一方を選択し、前記第2ローサイド制御信号として出力するローサイド用セレクタと、
を含む、ゲートドライバ回路。
【請求項2】
前記外部抵抗の抵抗値に応じた充電電流を生成するアナログ調節回路をさらに備え、
前記ハイサイド用アナログ遅延回路および前記ローサイド用アナログ遅延回路はそれぞれ、充電電流によって充電されるキャパシタを含む、請求項1に記載のゲートドライバ回路。
【請求項3】
前記設定ピンの電圧をしきい値電圧と比較するコンパレータをさらに備え、
前記ハイサイド用セレクタおよび前記ローサイド用セレクタは前記コンパレータの出力に応じて制御される、請求項2に記載のゲートドライバ回路。
【請求項4】
前記アナログ調節回路は、
第1端が前記設定ピンと接続された内部抵抗と、
第1電極が、前記内部抵抗の第2端と接続されたトランジスタと、
第1入力に基準電圧を受け、第2入力に前記設定ピンの電圧を受け、出力が前記トランジスタの制御電極と接続されたオペアンプと、
を含む、請求項2または3に記載のゲートドライバ回路。
【請求項5】
モータの駆動用である、請求項1から3のいずれかに記載のゲートドライバ回路。
【請求項6】
ひとつの半導体基板に一体集積化される、請求項1から3のいずれかに記載のゲートドライバ回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、ゲートドライバ回路に関する。
【背景技術】
【0002】
単相ブリッジ回路、Hブリッジ回路、3相ブリッジ回路などのスイッチング回路は、ハイサイドアームとローサイドアームからなるレグを備える。ハイサイドアームおよびローサイドアームは、並列に接続されたパワートランジスタおよびフライホイルダイオードを備える。
【0003】
各レグは、ハイサイドトランジスタがオン、ローサイドトランジスタがオフであるハイ出力状態と、ハイサイドトランジスタがオフ、ローサイドトランジスタがオンであるロー出力状態と、が切替可能である。ハイ出力状態からロー出力状態への遷移、あるいはロー出力状態からハイ出力状態への遷移の途中で、ハイサイドトランジスタとローサイドトランジスタが同時にオンとなると、貫通電流が流れる。この貫通電流を防止するため、ハイ出力状態からロー出力状態への遷移、あるいはロー出力状態からハイ出力状態への遷移には、ハイサイドトランジスタとローサイドトランジスタが両方オフであるハイインピーダンス状態が挿入される。このハイインピーダンス状態は、デッドタイムと呼ばれる。
【0004】
スイッチング回路を駆動するゲートドライバ回路には、デッドタイムを自動で挿入する機能が実装される。またゲートドライバ回路は、デッドタイムの長さを設定するための設定ピンを備え、ユーザがデッドタイムの長さを外部から設定可能となっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
デッドタイムの生成をゲードライバ回路に委ねずに、ゲートドライバ回路の外部のコントローラ回路において生成したい場合がある。従来このような場合、ゲートドライバ回路の内部のデッドタイムの長さがゼロとなるように、ユーザは、ゲートドライバ回路の設定ピンの状態を設定する。
【0006】
しかしながら、従来のゲートドライバ回路は、内部で生成するデッドタイムの長さを完全にゼロとすることは難しかった。そのため、外部で設定されるデッドタイムに、非ゼロの内部のデッドタイムが加算されることとなり、デッドタイムが長くなってしまうという問題があった。長いデッドタイムは、効率の低下を招く。
【0007】
本開示は係る課題に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、ゲートドライブ回路で内部生成されるデッドタイム(内部デッドタイム)の長さをゼロに近づけることが可能なゲートドライバ回路の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本開示のある態様はゲートドライバ回路に関する。ゲートドライバ回路は、駆動対象のハイサイドトランジスタおよびローサイドトランジスタの状態を指定するそれぞれが二値の第1制御入力および第2制御入力を受け、第1制御入力および第2制御入力の信号レベルの組み合わせに応じて、ハイサイドトランジスタのオン、オフを規定する第1ハイサイド制御信号と、ローサイドトランジスタのオン、オフを規定する第1ローサイド制御信号と、を生成するロジック回路と、外部抵抗を接続すべき設定ピンと、第1ハイサイド制御信号を受け、第2ハイサイド制御信号を生成するハイサイド用デッドタイム回路と、第1ローサイド制御信号を受け、第2ローサイド制御信号を生成するローサイド用デッドタイム回路と、第1ハイサイド制御信号と、第2ハイサイド制御信号と、を受け、ハイサイドトランジスタのターンオフ動作のときに第1ハイサイド制御信号を選択し、ハイサイドトランジスタのターンオン動作のときに第2ハイサイド制御信号を選択するハイサイドセレクタと、第1ローサイド制御信号と、第2ローサイド制御信号と、を受け、ローサイドトランジスタのターンオフ動作のときに第1ローサイド制御信号を選択し、ローサイドトランジスタのターンオン動作のときに第2ローサイド制御信号を選択するローサイドセレクタと、を備える。ハイサイド用デッドタイム回路は、第1ハイサイド制御信号を、外部抵抗の抵抗値に応じた遅延時間、遅延し、遅延ハイサイド制御信号を生成するハイサイド用アナログ遅延回路と、第1ハイサイド制御信号と、遅延ハイサイド制御信号と、を受け、設定ピンの電気的状態に応じた一方を選択し、第2ハイサイド制御信号として出力するハイサイド用セレクタと、を含む。ローサイド用デッドタイム回路は、第1ローサイド制御信号を、外部抵抗の抵抗値に応じた遅延時間、遅延し、遅延ローサイド制御信号を生成するローサイド用アナログ遅延回路と、第1ローサイド制御信号と、遅延ローサイド制御信号と、を受け、設定ピンの電気的状態に応じた一方を選択し、第2ローサイド制御信号として出力するローサイド用セレクタと、を含む。
【0009】
なお、以上の構成要素を任意に組み合わせたもの、構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明あるいは本開示の態様として有効である。さらに、この項目(課題を解決するための手段)の記載は、本発明の欠くべからざるすべての特徴を説明するものではなく、したがって、記載されるこれらの特徴のサブコンビネーションも、本発明たり得る。
【発明の効果】
【0010】
本開示のある態様によれば、ゲートドライバ回路の内部のデッドタイムをゼロに近づけることができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【
図1】
図1は、実施形態に係るゲートドライバ回路を備えるスイッチング回路のブロック図である。
【
図2】
図2は、ゲートドライバ回路の一部分の具体的な構成例を示す回路図である。
【
図3】
図3は、ゲートドライバ回路の動作を説明する図である。
【
図4】
図4は、第1モードを説明するタイムチャートである。
【
図5】
図5は、第2モードを説明するタイムチャートである。
【
図6】
図6は、ゲートドライバ回路を備えるモータ制御システムの回路図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
(実施形態の概要)
本開示のいくつかの例示的な実施形態の概要を説明する。この概要は、後述する詳細な説明の前置きとして、実施形態の基本的な理解を目的として、1つまたは複数の実施形態のいくつかの概念を簡略化して説明するものであり、発明あるいは開示の広さを限定するものではない。この概要は、考えられるすべての実施形態の包括的な概要ではなく、すべての実施形態の重要な要素を特定することも、一部またはすべての態様の範囲を線引きすることも意図していない。便宜上、「一実施形態」は、本明細書に開示するひとつの実施形態(実施例や変形例)または複数の実施形態(実施例や変形例)を指すものとして用いる場合がある。
【0013】
一実施形態に係るゲートドライバ回路は、駆動対象のハイサイドトランジスタおよびローサイドトランジスタの状態を指定するそれぞれが二値の第1制御入力および第2制御入力を受け、第1制御入力および第2制御入力の信号レベルの組み合わせに応じて、ハイサイドトランジスタのオン、オフを規定する第1ハイサイド制御信号と、ローサイドトランジスタのオン、オフを規定する第1ローサイド制御信号と、を生成するロジック回路と、外部抵抗を接続すべき設定ピンと、第1ハイサイド制御信号を受け、第2ハイサイド制御信号を生成するハイサイド用デッドタイム回路と、第1ローサイド制御信号を受け、第2ローサイド制御信号を生成するローサイド用デッドタイム回路と、第1ハイサイド制御信号と、第2ハイサイド制御信号と、を受け、ハイサイドトランジスタのターンオフ動作のときに第1ハイサイド制御信号を選択し、ハイサイドトランジスタのターンオン動作のときに第2ハイサイド制御信号を選択するハイサイドセレクタと、第1ローサイド制御信号と、第2ローサイド制御信号と、を受け、ローサイドトランジスタのターンオフ動作のときに第1ローサイド制御信号を選択し、ローサイドトランジスタのターンオン動作のときに第2ローサイド制御信号を選択するローサイドセレクタと、を備える。ハイサイド用デッドタイム回路は、第1ハイサイド制御信号を、外部抵抗の抵抗値に応じた遅延時間、遅延し、遅延ハイサイド制御信号を生成するハイサイド用アナログ遅延回路と、第1ハイサイド制御信号と、遅延ハイサイド制御信号と、を受け、設定ピンの電気的状態に応じた一方を選択し、第2ハイサイド制御信号として出力するハイサイド用セレクタと、を含む。ローサイド用デッドタイム回路は、第1ローサイド制御信号を、外部抵抗の抵抗値に応じた遅延時間、遅延し、遅延ローサイド制御信号を生成するローサイド用アナログ遅延回路と、第1ローサイド制御信号と、遅延ローサイド制御信号と、を受け、設定ピンの電気的状態に応じた一方を選択し、第2ローサイド制御信号として出力するローサイド用セレクタと、を含む。
【0014】
この構成によると、設定ピンの状態を外部から適切に設定することにより、ハイサイド用アナログ遅延回路とローサイド用アナログ遅延回路が完全にバイパスされるため、ゲートドライブ回路の内部のデッドタイムをゼロに近づけることができる。
【0015】
一実施形態において、ゲートドライバ回路は、外部抵抗の抵抗値に応じた充電電流を生成するアナログ調節回路をさらに備えてもよい。ハイサイド用アナログ遅延回路およびローサイド用アナログ遅延回路はそれぞれ、充電電流によって充電されるキャパシタを含んでもよい。
【0016】
一実施形態において、ゲートドライバ回路は、設定ピンの電圧をしきい値電圧と比較するコンパレータをさらに含んでもよい。ハイサイド用セレクタおよびローサイド用セレクタは、コンパレータの出力に応じて制御されてもよい。
【0017】
一実施形態において、電流源は、第1端が設定ピンと接続された内部抵抗と、第1電極が、内部抵抗の第2端と接続されたトランジスタと、第1入力に基準電圧を受け、第2入力に設定ピンの電圧を受け、出力がトランジスタの制御電極と接続されたオペアンプと、を含んでもよい。
【0018】
一実施形態において、ゲートドライバ回路は、モータの駆動用であってもよい。
【0019】
一実施形態において、ゲートドライバ回路は、ひとつの半導体基板に一体集積化されてもよい。「一体集積化」とは、回路の構成要素のすべてが半導体基板上に形成される場合や、回路の主要構成要素が集積化される場合が含まれ、回路定数の調節用に一部の抵抗やキャパシタなどが半導体基板の外部に設けられていてもよい。回路を1つのチップ上に集積化することにより、回路面積を削減することができるとともに、回路素子の特性を均一に保つことができる。
【0020】
(実施形態)
以下、好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施形態は、開示および発明を限定するものではなく例示であって、実施形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも開示および発明の本質的なものであるとは限らない。
【0021】
本明細書において、「部材Aが、部材Bに接続された状態」とは、部材Aと部材Bが物理的に直接的に接続される場合や、部材Aと部材Bが、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
【0022】
同様に、「部材Cが、部材Aと部材Bの間に設けられた状態」とは、部材Aと部材C、あるいは部材Bと部材Cが直接的に接続される場合のほか、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
【0023】
また本明細書に示される波形図やタイムチャートの縦軸および横軸は、理解を容易とするために適宜拡大、縮小したものであり、また示される各波形も、理解の容易のために簡略化されている。
【0024】
図1は、実施形態に係るゲートドライバ回路400を備えるスイッチング回路500のブロック図である。スイッチング回路500は、ハイサイドトランジスタM1、ローサイドトランジスタM2、ゲートドライバ回路400、外部コントローラ510、キャパシタC1を備える。
【0025】
ハイサイドトランジスタM1は、入力ライン502と出力ライン504の間に接続され、ローサイドトランジスタM2は、出力ライン504と接地ライン506の間に接続される。
【0026】
ゲートドライバ回路400は、外部コントローラ510からの制御入力S1およびS2に応じて、ハイサイドトランジスタM1およびローサイドトランジスタM2の状態を制御する。第1制御入力S1および第2制御入力S2はそれぞれ2値のデジタル信号であり、ハイサイドトランジスタM1とローサイドトランジスタM2は、第1制御入力S1および第2制御入力S2のハイ/ローの状態の組み合わせによって、以下の状態を取り得る。
ハイ出力状態φH M1:ON, M2:OFF
ロー出力状態φL M1:OFF, M2:ON
ハイインピーダンス状態φHz M1:OFF, M2:OFF
【0027】
第1制御入力S1および第2制御入力S2と、ハイ出力状態φH、ロー出力状態φL、ハイインピーダンス状態φHzの対応関係は特に限定されず、任意に決めることができる。
【0028】
ゲートドライバ回路400は、ハイサイドドライバ402、ローサイドドライバ404、レベルシフタ406、ロジック回路410、ハイサイド用デッドタイム回路420、ローサイド用デッドタイム回路430、ハイサイド用セレクタ440、ローサイド用セレクタ450を備え、ひとつの半導体基板に集積化されたIC(Integrated Circuit)である。
【0029】
ゲートドライバ回路400は、入力ピンIN1,IN2、スイッチングピンSW、ブートストラップピンBST、ハイサイドゲートピンHG、ローサイドゲートピンLG、設定ピンRSETを備える。
【0030】
第1入力ピンIN1には、第1制御入力S1が入力され、第2入力ピンIN2には、第2制御入力S2が入力される。
【0031】
BSTピンとSWピンの間には、ブートストラップ用のキャパシタC1が接続される。整流素子D1は、カソードがBSTピンと接続され、アノードに電源電圧VDDを受ける。整流素子D1およびキャパシタC1は、ブートストラップ回路を形成しており、BSTピンと接続されるBSTライン408に、SWピンの電圧VSWよりもVDD-Vfだけ高いブートストラップ電圧VBSTを発生させる。Vfは整流素子D1の順方向電圧である。整流素子D1は、スイッチであってもよい。
【0032】
SWピンは、出力ライン504と接続される。HGピンはハイサイドトランジスタM1のゲートと接続され、LGピンはローサイドトランジスタM2のゲートと接続される。RSETピンには、外部抵抗R1が接続される。
【0033】
ロジック回路410は、第1制御入力S1および第2制御入力S2を受け、それらの信号レベルの組み合わせに応じて、ハイサイドトランジスタM1のオン、オフを指示する第1ハイサイド制御信号SH1と、ローサイドトランジスタM2のオン、オフを指示する第1ローサイド制御信号SL1を生成する。
【0034】
一実施例において、制御入力S1,S2と、制御信号SH1,SL1は以下のように対応付けてもよい。
S1=0,S2=0 SH1=L,SH2=L (φHz)
S1=0,S2=1 SH1=L,SL1=H (φL)
S1=1,S2=0 SH1=H,SL1=L (φH)
S1=1,S2=1 SH1=L,SH2=L (φHz)
【0035】
別の実施例において、制御入力S1,S2と、制御信号SH1,SL1は以下のように対応付けてもよい。
S1=0,S2=0 SH1=L,SH2=L (φHz)
S1=1,S2=0 SH1=L,SL1=L (φHz)
S1=0,S2=1 SH1=L,SL1=H (φL)
S1=1,S2=1 SH1=H,SH2=L (φH)
【0036】
ハイサイド用デッドタイム回路420は、第1ハイサイド制御信号SH1を受け、第2ハイサイド制御信号SH2を生成する。第2ハイサイド制御信号SH2は、第1ハイサイド制御信号SH1の遅延信号である。ハイサイド用デッドタイム回路420は、第1ローサイド制御信号SL1を受け、第2ローサイド制御信号SL2を生成する。第2ローサイド制御信号SL2は、第1ローサイド制御信号SL1の遅延信号である。
【0037】
ハイサイド用デッドタイム回路420およびローサイド用デッドタイム回路430の遅延量τdは、外部抵抗R1の抵抗値に応じて設定可能である。アナログ調節回路460は、外部抵抗R1の抵抗値に応じたアナログ信号A1を生成する。ハイサイド用デッドタイム回路420およびローサイド用デッドタイム回路430の遅延時間τdは、アナログ信号A1に応じて定まる。たとえばアナログ信号A1は、外部抵抗R1の抵抗値に応じた電流量をもつ電流信号であってもよい。
【0038】
ハイサイド用セレクタ440は、第1ハイサイド制御信号SH1と、第2ハイサイド制御信号SH2と、を受け、第3ハイサイド制御信号SH3を出力する。ハイサイド用セレクタ440は、ロジック回路410からのエッジ選択信号S4Hに応じて、ハイサイドトランジスタM1のターンオフ動作のときに第1ハイサイド制御信号SH1を選択し、ハイサイドトランジスタM1のターンオン動作のときに第2ハイサイド制御信号SH2を選択する。つまり第3ハイサイド制御信号SH3のポジティブエッジは、第2ハイサイド制御信号SH2と一致し、第3ハイサイド制御信号SH3のネガティブエッジは、第1ハイサイド制御信号SH1と一致する。
【0039】
ローサイド用セレクタ450は、第1ローサイド制御信号SL1と、第2ローサイド制御信号SL2と、を受け、第3ローサイド制御信号SL3を出力する。ローサイド用セレクタ450は、ロジック回路410からのエッジ選択信号S4Lに応じて、ローサイドトランジスタM2のターンオフ動作のときに第1ローサイド制御信号SL1を選択し、ローサイドトランジスタM2のターンオン動作のときに第2ローサイド制御信号SL2のを選択する。つまり第3ローサイド制御信号SL3のポジティブエッジは、第2ローサイド制御信号SL2と一致し、第3ローサイド制御信号SL3のネガティブエッジは、第1ローサイド制御信号SL1と一致する。
【0040】
レベルシフタ406は、ハイサイド用セレクタ440の出力信号SH3をレベルシフトアップする。ハイサイドドライバ402は、レベルシフト後の信号SH4にもとづいて、ハイサイドトランジスタM1を駆動する。
【0041】
ローサイドドライバ404は、ローサイド用セレクタ450の出力信号SL3にもとづいてローサイドトランジスタM2を駆動する。
【0042】
ゲートドライバ回路400は、ユーザ(スイッチング回路500の設計者)が、外部抵抗R1の抵抗値に応じて決まるデッドタイム(内部デッドタイム)を利用する第1モードと、内部デッドタイムを利用しない第2モードと、を選択して使用することができる。モード判定部470は、第1モードと第2モードを判定する。モード判定部470は、モードを示す判定信号S5を、ハイサイド用デッドタイム回路420およびローサイド用デッドタイム回路430に供給する。
【0043】
ハイサイド用デッドタイム回路420およびローサイド用デッドタイム回路430は、判定信号S5が第1モードを指示するときイネーブル状態となり、判定信号S5が第2モードを指示するときディセーブル状態となる。ハイサイド用デッドタイム回路420(430)は、イネーブル状態において、入力信号SH1(SL1)に、アナログ信号A1に応じた遅延を与える。ハイサイド用デッドタイム回路420(430)はディセーブル状態において、入力信号SH1(SL1)を遅延せずにそのまま出力する。
【0044】
図2は、ゲートドライバ回路400の一部分の具体的な構成例を示す回路図である。
図2には、アナログ調節回路460、ハイサイド用デッドタイム回路420、ローサイド用デッドタイム回路430、モード判定部470の構成が示される。
【0045】
アナログ調節回路460は、抵抗R2、トランジスタM3、オペアンプ462、カレントミラー回路464を含む。抵抗R2、トランジスタM3およびオペアンプ462は、外部抵抗R1とともに、定電流源を構成する。
【0046】
抵抗R2の第1端はRSETピンと接続される。トランジスタM3の第1電極(ソース)は、抵抗R2の第2端と接続される。オペアンプ462の第1入力(非反転入力端子)には基準電圧VREFが印加される。オペアンプ462の第2入力(反転入力端子)はトランジスタM3のソースと接続される。トランジスタM3には、
I1=VREF/(R1+R2)
の電流量の電流I1が流れる。カレントミラー回路464は、電流I1を折り返し、アナログ信号A1である充電電流I2,I3を、ハイサイド用デッドタイム回路420およびローサイド用デッドタイム回路430に供給する。
【0047】
ハイサイド用デッドタイム回路420は、アナログ遅延回路422およびセレクタ424を含む。
【0048】
アナログ遅延回路422は、キャパシタを利用して構成される。たとえばアナログ遅延回路422は、キャパシタC2を含み、第1ハイサイド制御信号SH1の遷移をトリガーとして、充電電流I2によるキャパシタC2の充電を開始する。そしてキャパシタC2に所定幅ΔVの電圧変化が発生すると、遅延ハイサイド制御信号SH1dを変化させる。アナログ遅延回路422は公知技術を利用して構成することができる。アナログ遅延回路422の遅延時間τdは、充電電流I1に反比例し、したがって(R1+R2)に比例する。つまり遅延時間τdは、外部抵抗R1の抵抗値が大きいほど長く、外部抵抗R1の抵抗値が小さいほど短くなる。
【0049】
セレクタ424は、遅延ハイサイド制御信号SH1dと、第1ハイサイド制御信号SH1と、を受ける。セレクタ424は、RSETピンの電気的状態に応じた一方を選択し、第2ハイサイド制御信号SH2として出力する。
【0050】
本実施例では、モード判定部470は、RSETピンの電気的状態にもとづいて、モードを判定する。モード判定部470は、コンパレータ472を含む。コンパレータ472は、RSETピンの電圧VRSETを所定のしきい値電圧VTHと比較し、比較結果に応じて、内部デッドタイムの無効・無効を示す判定信号S5を生成する。
【0051】
RSETピンの電圧は、以下の式で表される。
VRSET=VREF×R1/(R1+R2)
つまり、抵抗値R1が高いほど、言い換えると、遅延時間τdが長いほど、VRSETは高くなり、抵抗値R1が低いほど、言い換えると、遅延時間τdが短いほど、VRSETは低くなる。
【0052】
たとえば、判定信号S5は、VRSET>VTHのときに内部デッドタイムが有効であることを示す第1レベル(ここではハイ)をとり、VRSET<VTHのときに内部デッドタイムが無効であることを示す第2レベル(ここではロー)をとる。
【0053】
セレクタ424は、判定信号S5が第1レベルであるとき、アナログ遅延回路422によって遅延された遅延ハイサイド制御信号SH1dを選択し、判定信号S5が第2レベルであるとき、遅延される前のハイサイド制御信号SH1を選択する。
【0054】
ローサイド用デッドタイム回路430は、アナログ遅延回路432およびセレクタ434を含み、ハイサイド用デッドタイム回路420と同様に構成され、また同様に動作する。
【0055】
以上がゲートドライバ回路400の構成である。続いてその動作を説明する。
【0056】
図3は、ゲートドライバ回路400の動作を説明する図である。
図3には、上から順に、内部デッドタイムの長さ、RSETピンの電圧、および判定信号S5が示される。横軸は外部抵抗R1の抵抗値である。
【0057】
ハイサイド用デッドタイム回路420の遅延時間τdは、R1+R2に比例する。RSETピンの電圧VRSETは、外部抵抗R1の抵抗値が低いほど、低くなる。RSETピンの電圧VRSETがしきい値電圧VTHより高い範囲では、判定信号S5は第1レベルとなり、アナログ遅延回路422の遅延時間τdが、内部デッドタイムの長さとなる。
【0058】
VRSET=VTHとなるときの外部抵抗R1の抵抗値をR0とするとき、R1>R0の範囲において、内部デッドタイムの長さは、R1に対して線形に変化する。
【0059】
R1<R0の範囲では、判定信号S5が第2レベルとなり、アナログ遅延回路422はバイパスされる。その結果、内部デッドタイムの長さは、遅延時間τdとは無関係にゼロとなる。
【0060】
ゲートドライバ回路400は、ユーザ(スイッチング回路500の設計者)が、内部デッドタイムを利用した第1モードと、内部デッドタイムを利用しない第2モードと、を選択して使用することができる。
【0061】
(第1モード)
第1モードでは、デッドタイムの制御が、ゲートドライバ回路400に委ねられる。ユーザは、所望の内部デッドタイムに対応する抵抗値を有する外部抵抗R1をRSETピンに接続する。このときの外部抵抗R1の抵抗値はR0よりも高い。
【0062】
図4は、第1モードを説明するタイムチャートである。第1モードでは、第1制御入力S1と第2制御入力S2の組み合わせによって決まる状態(入力ステート)は、ハイ出力状態φHとロー出力状態φLを交互に繰り返す。
【0063】
第1モードでは、遅延ハイサイド制御信号SH1dが第2ハイサイド制御信号SH2として使用され、遅延ローサイド制御信号SL1dが第2ローサイド制御信号SL2として使用される。第3ハイサイド制御信号SH3と第3ローサイド制御信号SL3の組み合わせによって決まる状態(出力ステート)は、ハイインピーダンス状態φHzを含んでおり、ハイインピーダンス状態φHzの長さは、遅延時間τdである。
【0064】
(第2モード)
第2モードでは、外部コントローラ510がデッドタイムの制御を行い、ゲートドライバ回路400の内部デッドタイムが無効化される。ユーザは、R0よりも低い抵抗値を有する外部抵抗R1を、RSETピンに接続する。
【0065】
図5は、第2モードを説明するタイムチャートである。第2モードでは、第1制御入力S1と第2制御入力S2の組み合わせによって決まる状態(入力ステート)は、ハイ出力状態φH、ハイインピーダンス状態φHz、ロー出力状態φL、ハイインピーダンス状態φHzを順に繰り返す。ハイインピーダンス状態φHzは、デッドタイムに相当する。
【0066】
第2モードでは、第1ハイサイド制御信号SH1が第2ハイサイド制御信号SH2として使用され、第1ローサイド制御信号SL1が第2ローサイド制御信号SL2として使用される。遅延ハイサイド制御信号SH1dおよび遅延ローサイド制御信号SL1dは使用されない。
【0067】
第3ハイサイド制御信号SH3と第3ローサイド制御信号SL3の組み合わせによって決まる状態(出力ステート)は、ハイインピーダンス状態φHzを含んでおり、ハイインピーダンス状態φHzの長さTdは、制御入力S1,S2のみによって決まり、外部抵抗R1の抵抗値、すなわちアナログ遅延回路422の遅延時間τdとは無関係となる。つまりゲートドライバ回路400では、第2モードを選択することで、内部デッドタイムを限りなくゼロに近づけることができる。
【0068】
ゲートドライバ回路400の利点は、比較技術との対比によって明確となる。比較技術では、
図2のセレクタ424が省略されており、常に、SH2=SH1dである。比較技術において、デッドタイムを外部コントローラ510において制御したい場合、外部抵抗R1の抵抗値を限りなく小さくして、アナログ遅延回路422の遅延時間τdを短くする。ただし遅延時間τdは完全にはゼロにできないため、外部コントローラ510において設定したデッドタイムに、内部デッドタイムが加算されることとなり、効率が悪化する。
【0069】
実施形態に係るゲートドライバ回路400では、デッドタイムを外部コントローラ510において制御する場合に、アナログ遅延回路422をバイパスし、内部デッドタイムを限りなくゼロに近づけることができるため、効率を改善できる。
【0070】
続いてゲートドライバ回路400の用途を説明する。
【0071】
図6は、ゲートドライバ回路400を備えるモータ制御システム600の回路図である。モータ制御システム600は、モータ602、マイクロコントローラ610、三相ゲートドライバ回路620を備える。この例ではモータ602は3相モータであり、三相ゲートドライバ回路620は、3相分のゲートドライバ回路400A,400B,400Cを備える。マイクロコントローラ610は、モータ602の状態(たとえば回転数や可動子の位置)が目標とする状態に近づくように、3相の制御信号を生成し、三相ゲートドライバ回路620に供給する。RSETピンは3相で共通化される。
【0072】
なおゲートドライバ回路400の用途はモータドライバに限定されず、スイッチング回路を備えるさまざまなアプリケーションに利用できる。
【0073】
(付記)
本明細書には以下の技術が開示される。
【0074】
(項目1)
駆動対象のハイサイドトランジスタおよびローサイドトランジスタの状態を指定するそれぞれが二値の第1制御入力および第2制御入力を受け、前記第1制御入力および前記第2制御入力の信号レベルの組み合わせに応じて、前記ハイサイドトランジスタのオン、オフを規定する第1ハイサイド制御信号と、前記ローサイドトランジスタのオン、オフを規定する第1ローサイド制御信号と、を生成するロジック回路と、
外部抵抗を接続すべき設定ピンと、
前記第1ハイサイド制御信号を受け、第2ハイサイド制御信号を生成するハイサイド用デッドタイム回路と、
前記第1ローサイド制御信号を受け、第2ローサイド制御信号を生成するローサイド用デッドタイム回路と、
前記第1ハイサイド制御信号と、前記第2ハイサイド制御信号と、を受け、前記ハイサイドトランジスタのターンオフ動作のときに前記第1ハイサイド制御信号を選択し、前記ハイサイドトランジスタのターンオン動作のときに前記第2ハイサイド制御信号を選択するハイサイドセレクタと、
前記第1ローサイド制御信号と、前記第2ローサイド制御信号と、を受け、前記ローサイドトランジスタのターンオフ動作のときに前記第1ローサイド制御信号を選択し、前記ローサイドトランジスタのターンオン動作のときに前記第2ローサイド制御信号を選択するローサイドセレクタと、
を備え、
前記ハイサイド用デッドタイム回路は、
前記第1ハイサイド制御信号を、前記外部抵抗の抵抗値に応じた遅延時間、遅延し、遅延ハイサイド制御信号を生成するハイサイド用アナログ遅延回路と、
前記第1ハイサイド制御信号と、前記遅延ハイサイド制御信号と、を受け、前記設定ピンの電気的状態に応じた一方を選択し、前記第2ハイサイド制御信号として出力するハイサイド用セレクタと、
を含み、
前記ローサイド用デッドタイム回路は、
前記第1ローサイド制御信号を、前記外部抵抗の抵抗値に応じた遅延時間、遅延し、遅延ローサイド制御信号を生成するローサイド用アナログ遅延回路と、
前記第1ローサイド制御信号と、前記遅延ローサイド制御信号と、を受け、前記設定ピンの電気的状態に応じた一方を選択し、前記第2ローサイド制御信号として出力するハイサイド用セレクタと、
を含む、ゲートドライバ回路。
【0075】
(項目2)
前記外部抵抗の抵抗値に応じた充電電流を生成するアナログ調節回路をさらに備え、
前記ハイサイド用アナログ遅延回路および前記ローサイド用アナログ遅延回路はそれぞれ、前記充電電流によって充電されるキャパシタを含む、項目1に記載のゲートドライバ回路。
【0076】
(項目3)
前記設定ピンの電圧をしきい値電圧と比較するコンパレータをさらに備え、
前記ハイサイド用セレクタおよび前記ローサイド用セレクタは、前記コンパレータの出力に応じて制御される、項目2に記載のゲートドライバ回路。
【0077】
(項目4)
前記アナログ調節回路は、
第1端が前記設定ピンと接続された内部抵抗と、
第1電極が、前記内部抵抗の第2端と接続されたトランジスタと、
第1入力に基準電圧を受け、第2入力に前記設定ピンの電圧を受け、出力が前記トランジスタの制御電極と接続されたオペアンプと、
を含む、項目2または3に記載のゲートドライバ回路。
【0078】
(項目5)
モータの駆動用である、項目1から4のいずれかに記載のゲートドライバ回路。
【0079】
(項目6)
ひとつの半導体基板に一体集積化される、項目1から5のいずれかに記載のゲートドライバ回路。
【符号の説明】
【0080】
500 スイッチング回路
502 入力ライン
504 出力ライン
506 接地ライン
C1 キャパシタ
510 外部コントローラ
400 ゲートドライバ回路
402 ハイサイドドライバ
404 ローサイドドライバ
406 レベルシフタ
M1 ハイサイドトランジスタ
M2 ローサイドトランジスタ
410 ロジック回路
RSET 設定ピン
420 ハイサイド用デッドタイム回路
422 アナログ遅延回路
424 セレクタ
426 コンパレータ
430 ローサイド用デッドタイム回路
440 ハイサイド用セレクタ
450 ローサイド用セレクタ
R1 外部抵抗
S1 第1制御入力
S2 第2制御入力
SH1 第1ハイサイド制御信号
SH2 第2ハイサイド制御信号
SL1 第1ローサイド制御信号
SL2 第2ローサイド制御信号
460 アナログ調節回路
470 モード判定部
472 コンパレータ