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(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】P2024140967
(43)【公開日】2024-10-10
(54)【発明の名称】モータドライバ回路
(51)【国際特許分類】
H03K 17/06 20060101AFI20241003BHJP
H03K 17/687 20060101ALI20241003BHJP
【ＦＩ】
H03K17/06 063
H03K17/687 F
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023052366
(22)【出願日】2023-03-28
(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】木村 鈴之助
(72)【発明者】
【氏名】保地 滉介
(72)【発明者】
【氏名】菅本 裕樹
【テーマコード（参考）】
5J055
【Ｆターム（参考）】
5J055AX05
5J055BX16
5J055CX13
5J055CX20
5J055DX13
5J055DX22
5J055DX56
5J055EX07
5J055EX17
5J055EY10
5J055EY21
5J055EZ07
5J055EZ55
5J055FX12
5J055FX17
5J055GX01
5J055GX02
5J055GX04
(57)【要約】
【課題】Ｎチャンネルのハイサイドトランジスタを高効率で駆動可能なドライバ回路を提供する。
【解決手段】ハイサイドドライバ１３０Ａは、制御信号ＣＴＲＬＨに応じてハイサイドトランジスタＭ１を駆動する。電圧監視回路１４６は、ハイサイドトランジスタＭ１のゲート電圧もしくはゲートソース間電圧である検出電圧Ｖｄｅｔがしきい値より低くなると、検出信号Ｓｄｅｔをアサートする。タイマー回路１４４は、制御信号ＣＴＲＬＨがハイサイドトランジスタＭ１のターンオンを指示するオン状態に遷移したことに応答して、または制御信号ＣＴＲＬＨがオン状態であるときの検出信号Ｓｄｅｔのアサートに応答して、所定時間の測定を開始する。チャージポンプ回路１４２は、タイマー回路１４４が所定時間を測定している間アクティブとなり、クロック信号ＣＬＫに応じて昇圧電圧ＶＣＰを発生し、ハイサイドトランジスタＭ１のゲートに供給する。
【選択図】図３
【解決手段】ハイサイドドライバ１３０Ａは、制御信号ＣＴＲＬＨに応じてハイサイドトランジスタＭ１を駆動する。電圧監視回路１４６は、ハイサイドトランジスタＭ１のゲート電圧もしくはゲートソース間電圧である検出電圧Ｖｄｅｔがしきい値より低くなると、検出信号Ｓｄｅｔをアサートする。タイマー回路１４４は、制御信号ＣＴＲＬＨがハイサイドトランジスタＭ１のターンオンを指示するオン状態に遷移したことに応答して、または制御信号ＣＴＲＬＨがオン状態であるときの検出信号Ｓｄｅｔのアサートに応答して、所定時間の測定を開始する。チャージポンプ回路１４２は、タイマー回路１４４が所定時間を測定している間アクティブとなり、クロック信号ＣＬＫに応じて昇圧電圧ＶＣＰを発生し、ハイサイドトランジスタＭ１のゲートに供給する。
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ハイサイドトランジスタのオン、オフを指示する制御信号を生成するロジック回路と、
前記制御信号に応じて前記ハイサイドトランジスタを駆動するハイサイドドライバと、
を備え、
前記ハイサイドドライバは、
前記ハイサイドトランジスタのゲート電圧もしくはゲートソース間電圧である検出電圧をしきい値と比較し、前記検出電圧が前記しきい値より低くなると、検出信号をアサートする電圧監視回路と、
前記制御信号が前記ハイサイドトランジスタのオンを指示するオン状態に遷移したことに応答して、または前記制御信号がオン状態であるときの前記検出信号のアサートに応答して、所定時間の測定を開始するタイマー回路と、
前記タイマー回路が前記所定時間を測定している間アクティブとなり、クロック信号に応じて昇圧電圧を発生し、前記ハイサイドトランジスタのゲートに供給するチャージポンプ回路と、
前記制御信号が前記ハイサイドトランジスタのオフを指示するときに前記ハイサイドトランジスタの前記ゲートの電圧を低下させるターンオフ回路と、
を備える、モータドライバ回路。
前記制御信号に応じて前記ハイサイドトランジスタを駆動するハイサイドドライバと、
を備え、
前記ハイサイドドライバは、
前記ハイサイドトランジスタのゲート電圧もしくはゲートソース間電圧である検出電圧をしきい値と比較し、前記検出電圧が前記しきい値より低くなると、検出信号をアサートする電圧監視回路と、
前記制御信号が前記ハイサイドトランジスタのオンを指示するオン状態に遷移したことに応答して、または前記制御信号がオン状態であるときの前記検出信号のアサートに応答して、所定時間の測定を開始するタイマー回路と、
前記タイマー回路が前記所定時間を測定している間アクティブとなり、クロック信号に応じて昇圧電圧を発生し、前記ハイサイドトランジスタのゲートに供給するチャージポンプ回路と、
前記制御信号が前記ハイサイドトランジスタのオフを指示するときに前記ハイサイドトランジスタの前記ゲートの電圧を低下させるターンオフ回路と、
を備える、モータドライバ回路。
【請求項2】
前記クロック信号を生成するオシレータと、
前記オシレータの出力ノードと前記チャージポンプ回路のクロック入力ノードの間に接続された第１スイッチと、
をさらに備え、前記タイマー回路の出力に応じて、前記第１スイッチが制御される、請求項１に記載のモータドライバ回路。
前記オシレータの出力ノードと前記チャージポンプ回路のクロック入力ノードの間に接続された第１スイッチと、
をさらに備え、前記タイマー回路の出力に応じて、前記第１スイッチが制御される、請求項１に記載のモータドライバ回路。
【請求項3】
前記ターンオフ回路は、前記ハイサイドトランジスタのゲートと接地の間、または前記ハイサイドトランジスタのゲートとソースの間に接続された第２スイッチを含む、請求項１または２に記載のモータドライバ回路。
【請求項4】
前記チャージポンプ回路は、基準入力ノードを有し、前記クロック信号に応じて、前記基準入力ノードに供給された電圧よりも所定電圧幅高い電圧を出力可能に構成され、
前記モータドライバ回路は、
前記チャージポンプ回路の前記基準入力ノードと前記ハイサイドトランジスタのドレインの間に接続された第３スイッチをさらに備え、
前記第３スイッチは、前記制御信号が前記オン状態に遷移するとターンオンし、その後遅れて、前記タイマー回路が前記所定時間の測定を開始する、請求項１または２に記載のモータドライバ回路。
前記モータドライバ回路は、
前記チャージポンプ回路の前記基準入力ノードと前記ハイサイドトランジスタのドレインの間に接続された第３スイッチをさらに備え、
前記第３スイッチは、前記制御信号が前記オン状態に遷移するとターンオンし、その後遅れて、前記タイマー回路が前記所定時間の測定を開始する、請求項１または２に記載のモータドライバ回路。
【請求項5】
ひとつの半導体基板に一体集積化される、請求項１または２に記載のモータドライバ回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、モータドライバ回路に関する。
【背景技術】
【0002】
モータドライバ回路は、モータのコイルと接続されるブリッジ回路を備える。ブリッジ回路は、ハイサイドアームとローサイドアームからなるレグ（Ｌｅｇ）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、三つの状態、すなわち、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、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と、が切替可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特許第６２０８５０４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ハイサイドトランジスタとしてＮチャンネルトランジスタを用いる場合、ハイサイドトランジスタをオンするためには、そのゲートに、ブリッジ回路の入力電圧より高いゲート電圧を印加する必要がある。
【0006】
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、Ｎチャンネルのハイサイドトランジスタを高効率で駆動可能なドライバ回路の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本開示のある態様は、モータドライバ回路に関する。モータドライバ回路は、ハイサイドトランジスタのオン、オフを指示する制御信号を生成するロジック回路と、制御信号に応じてハイサイドトランジスタを駆動するハイサイドドライバと、を備える。ハイサイドドライバは、ハイサイドトランジスタのゲート電圧もしくはゲートソース間電圧である検出電圧をしきい値と比較し、検出電圧がしきい値より低くなると、検出信号をアサートする電圧監視回路と、制御信号がハイサイドトランジスタのオンを指示するオン状態に遷移したことに応答して、または制御信号がオン状態であるときの検出信号のアサートに応答して、所定時間の測定を開始するタイマー回路と、タイマー回路が所定時間を測定している間アクティブとなり、クロック信号に応じて昇圧電圧を発生し、ハイサイドトランジスタのゲートに供給するチャージポンプ回路と、制御信号がハイサイドトランジスタのオフを指示するときにハイサイドトランジスタのゲートの電圧を低下させるターンオフ回路と、を備える。
【0008】
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】
【0009】
本開示のある態様によれば、Ｎチャンネルのハイサイドトランジスタを高効率で駆動できる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【発明を実施するための形態】
【0011】
（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。
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。
【0012】
一実施形態に係るモータドライバ回路は、ハイサイドトランジスタのオン、オフを指示する制御信号を生成するロジック回路と、制御信号に応じてハイサイドトランジスタを駆動するハイサイドドライバと、を備える。ハイサイドドライバは、ハイサイドトランジスタのゲート電圧もしくはゲートソース間電圧である検出電圧をしきい値と比較し、検出電圧がしきい値より低くなると、検出信号をアサートする電圧監視回路と、制御信号がハイサイドトランジスタのオンを指示するオン状態に遷移したことに応答して、または制御信号がオン状態であるときの検出信号のアサートに応答して、所定時間の測定を開始するタイマー回路と、タイマー回路が所定時間を測定している間アクティブとなり、クロック信号に応じて昇圧電圧を発生し、ハイサイドトランジスタのゲートに供給するチャージポンプ回路と、制御信号がハイサイドトランジスタのオフを指示するときにハイサイドトランジスタのゲートの電圧を低下させるターンオフ回路と、を備える。
【0013】
この構成によると、制御信号がオン状態に遷移した後の所定時間、およびハイサイドトランジスタのオン期間中に、ゲート電圧が低下した後の所定時間の間だけ、チャージポンプ回路を動作させ、それ以外の期間はチャージポンプ回路を停止することにより、チャージポンプ回路のスイッチング損失を低減でき、高効率動作が可能となる。
【0014】
一実施形態において、モータドライバ回路は、クロック信号を生成するオシレータと、オシレータの出力ノードとチャージポンプ回路のクロック入力ノードの間に接続された第１スイッチと、をさらに備えてもよい。タイマー回路の出力に応じて、第１スイッチが制御されてもよい。
【0015】
一実施形態において、ターンオフ回路は、ハイサイドトランジスタのゲートと接地の間、またはハイサイドトランジスタのゲートとソースの間に接続された第２スイッチを含んでもよい。
【0016】
一実施形態において、チャージポンプ回路は、基準入力ノードを有し、クロック信号に応じて、基準入力ノードに供給された電圧よりも所定電圧幅高い電圧を出力可能に構成され、モータドライバ回路は、チャージポンプ回路の基準入力ノードとハイサイドトランジスタのドレインの間に接続された第３スイッチをさらに備えてもよい。第３スイッチは、制御信号がオン状態に遷移するとターンオンし、その後遅れて、タイマー回路が所定時間の測定を開始してもよい。これにより、ハイサイドトランジスタを高速にターンオンさせることができ、またチャージポンプ回路のスイッチング回数を減らせるため、消費電力をさらに削減できる。
【0017】
一実施形態において、モータドライバ回路は、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。
【0018】
（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。
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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
実施形態に係るモータドライバ回路について説明する前に、比較技術に係るモータドライバ回路を説明する。
【0023】
図１は、比較技術に係るモータドライバ回路１００Ｒの回路図である。
【0024】
モータドライバ回路１００Ｒは、インバータ回路のレグ１０２、オシレータ１１０、ロジック回路１２０、ハイサイドドライバ１３０Ｒ、ローサイドドライバ１６０を備える。出力ピンＯＵＴには、駆動対象のモータのコイルＬが接続される。電源ピンＶＣＣには、電源電圧ＶＣＣが供給され、接地ピンＧＮＤは接地される。
【0025】
レグ１０２は、上アームであるハイサイドトランジスタＭ１と、下アームであるローサイドトランジスタＭ２と、を含む。
【0026】
オシレータ１１０は、クロック信号ＣＬＫを生成する。クロック信号ＣＬＫは、モータドライバ回路１００Ｒのシステムクロックであってもよく、ロジック回路１２０に供給される。
【0027】
ロジック回路１２０は、入力信号ＩＮに応じて、ハイサイドトランジスタＭ１のオン、オフを指示する制御信号ＣＴＲＬＨを生成する。またロジック回路１２０は、入力信号ＩＮに応じて、ローサイドトランジスタＭ２のオン、オフを指示する制御信号ＣＴＲＬＬを生成する。
【0028】
ハイサイドドライバ１３０Ｒは、制御信号ＣＴＲＬＨに応じてハイサイドトランジスタＭ１を駆動する。ローサイドドライバ１６０は、制御信号ＣＴＲＬＬに応じてローサイドトランジスタＭ２を駆動する。
【0029】
ハイサイドドライバ１３０Ｒは、ターンオン回路１４０Ｒおよびターンオフ回路１５０を含む。ターンオン回路１４０Ｒは、チャージポンプ回路１４２、第１スイッチＳＷ１を含む。チャージポンプ回路１４２は、クロック入力ノードｃｌｋｉｎに供給されるクロック信号Ｖｃｌｋｉｎに応じてチャージポンプ動作を行い、昇圧電圧ＶＣＰを発生する。昇圧電圧ＶＣＰは、ハイサイドトランジスタＭ１のゲートに供給される。チャージポンプ回路１４２は、２倍昇圧あるいは３倍昇圧のチャージポンプ回路を用いてもよいし、電圧加算型のチャージポンプ回路を用いてもよい。
【0030】
第１スイッチＳＷ１は、チャージポンプ回路１４２のクロック入力ノードｃｌｋｉｎと、オシレータ１１０の出力ノードの間に設けられる。
【0031】
制御信号ＣＴＲＬＨは、ハイサイドオン信号ＨＯＮと、ハイサイドオフ信号ＨＯＦＦを含む。ハイサイドオン信号ＨＯＮは、ハイサイドトランジスタＭ１のオン期間においてアサート（たとえばハイ）される信号であり、ローサイドオン信号ＬＯＮは、ハイサイドトランジスタＭ１のオフ期間においてアサート（たとえばハイ）される信号である。
【0032】
第１スイッチＳＷ１は、ハイサイドオン信号ＨＯＮがアサートされる期間、オンとなる。これによりチャージポンプ回路１４２がチャージポンプ動作を行い、昇圧電圧ＶＣＰが、ハイサイドトランジスタＭ１のゲートに供給され、ハイサイドトランジスタＭ１がオン状態となる。
【0033】
ターンオフ回路１５０は、制御信号ＣＴＲＬＨがハイサイドトランジスタＭ１のオフを指示するときにハイサイドトランジスタＭ１のゲートの電圧Ｖｇａｔｅを低下させる。ターンオフ回路１５０は、ハイサイドオフ信号ＨＯＦＦがアサートされる期間、オンとなる第２スイッチＳＷ２を含む。第２スイッチＳＷ２は、ハイサイドトランジスタＭ１のゲートと接地の間に接続される。スイッチＳＷ２がオンの期間、ハイサイドトランジスタＭ１のゲート容量の電荷が放電され、ゲート電圧Ｖｇａｔｅが低下してハイサイドトランジスタＭ１がオフ状態となる。
【0034】
以上がモータドライバ回路１００Ｒの構成である。続いてその動作を説明する。図２は、図１のモータドライバ回路１００Ｒの動作波形図である。入力信号ＩＮがハイの期間、ハイサイドオン信号ＨＯＮがハイとなり、第１スイッチＳＷ１がオンとなる。これにより、クロック信号ＣＬＫが、チャージポンプ回路１４２のクロック入力ノードｃｌｋｉｎに供給される。チャージポンプ回路１４２はクロック信号Ｖｃｌｋｉｎに応じてチャージポンプ動作を行い、ハイサイドトランジスタＭ１のゲート電圧Ｖｇａｔｅを、ハイサイドトランジスタＭ１のターンオンのしきい値電圧Ｖｔｈより高い電圧レベルＶｇａｔｅｍａｘまで上昇させる。これによりハイサイドトランジスタＭ１がターンオンする。このしきい値電圧Ｖｔｈは、以下の式で表される。
Ｖｔｈ＝ＶＣＣ＋Ｖｇｓ（ｔｈ）
Ｖｇｓ（ｔｈ）はＭＯＳＦＥＴのゲートしきい値電圧である。
Ｖｔｈ＝ＶＣＣ＋Ｖｇｓ（ｔｈ）
Ｖｇｓ（ｔｈ）はＭＯＳＦＥＴのゲートしきい値電圧である。
【0035】
ハイサイドオン信号ＨＯＮがハイである期間、チャージポンプ回路１４２のクロック入力ノードｃｌｋｉｎには、クロック信号Ｖｃｌｋｉｎが供給されており、チャージポンプ回路１４２はスイッチングし続ける。
【0036】
入力信号ＩＮがローとなると、ハイサイドオフ信号ＨＯＦＦがハイとなり、第１スイッチＳＷ１がオフ、ターンオフ回路１５０がオンとなる。これにより、ハイサイドトランジスタＭ１のゲート電圧Ｖｇａｔｅは０Ｖまで低下し、ハイサイドトランジスタＭ１がターンオフする。
【0037】
以上がモータドライバ回路１００Ｒの動作である。このモータドライバ回路１００Ｒでは、ハイサイドトランジスタＭ１がオンの期間、チャージポンプ回路１４２がスイッチングし続ける。そのため、スイッチング損失が発生し、モータドライバ回路１００の消費電力が大きくなるという問題がある。
【0038】
以下で説明するいくつかの実施形態に係るモータドライバ回路１００では、この問題が解決される。
【0039】
（実施形態１）
図３は、実施形態１に係るモータドライバ回路１００Ａの回路図である。モータドライバ回路１００Ａのハイサイドドライバ１３０Ａは、ターンオン回路１４０Ａおよびターンオフ回路１５０を備える。モータドライバ回路１００Ａは、ひとつの半導体基板に集積化されたＩＣ（Integrated Circuit）である。インバータの相数は特に限定されず、単相であってもよいし、多相（たとえば３相）であってもよい。
図３は、実施形態１に係るモータドライバ回路１００Ａの回路図である。モータドライバ回路１００Ａのハイサイドドライバ１３０Ａは、ターンオン回路１４０Ａおよびターンオフ回路１５０を備える。モータドライバ回路１００Ａは、ひとつの半導体基板に集積化されたＩＣ（Integrated Circuit）である。インバータの相数は特に限定されず、単相であってもよいし、多相（たとえば３相）であってもよい。
【0040】
ターンオン回路１４０Ａは、第１スイッチＳＷ１、チャージポンプ回路１４２、タイマー回路１４４、電圧監視回路１４６を備える。
【0041】
電圧監視回路１４６は、ハイサイドトランジスタＭ１のゲート電圧Ｖｇａｔｅもしくはゲートソース間電圧Ｖｇｓである検出電圧Ｖｄｅｔを監視する。電圧監視回路１４６は、検出電圧Ｖｄｅｔをしきい値Ｖｇａｔｅｍｉｎと比較し、検出電圧Ｖｄｅｔがしきい値Ｖｇａｔｅｍｉｎより低くなると、電圧低下検出信号Ｓｄｅｔをアサートする。しきい値Ｖｇａｔｅｍｉｎは、しきい値電圧Ｖｔｈより高く定められる。
【0042】
タイマー回路１４４は、ハイサイド制御信号ＣＴＲＬＨ（ハイサイドオン信号ＨＯＮ）がハイサイドトランジスタＭ１のオンを指示するオン状態に遷移したことに応答して所定時間ＴＴＩＭＥＲ１を時間測定する。またタイマー回路１４４は、ハイサイド制御信号ＨＯＮがオン状態であるときの検出信号Ｓｄｅｔのアサートに応答して、所定時間ＴＴＩＭＥＲ２の測定を開始する。所定時間
【0043】
チャージポンプ回路１４２は、タイマー回路１４４が所定時間ＴＴＩＭＥＲ１、ＴＴＩＭＥＲ２測定している間アクティブとなり、クロック信号Ｖｃｌｋｉｎに応じて昇圧電圧ＶＣＰを発生し、ハイサイドトランジスタＭ１のゲートに供給する。チャージポンプ回路１４２は、タイマー回路１４４による所定時間ＴＴＩＭＥＲの測定終了後、ディセーブルとなる。
【0044】
具体的にはタイマー回路１４４は、所定時間ＴＴＩＭＥＲを測定している間、制御信号Ｓ１をアサート（たとえばハイ）して第１スイッチＳＷ１をオン状態とし、所定時間ＴＴＩＭＥＲの経過後に制御信号Ｓ１をネゲート（たとえばロー）して第１スイッチＳＷ１をオフ状態とする。その結果、所定時間ＴＴＩＭＥＲの間、チャージポンプ回路１４２にクロック信号Ｖｃｌｋｉｎが供給され、その後、クロック信号Ｖｃｌｋｉｎの供給が停止する。
【0045】
所定時間ＴＴＩＭＥＲは、チャージポンプ回路１４２の出力電圧ＶＣＰがその最大レベルＶｇａｔｅｍａｘに到達するまでの時間より長く定めるとよい。最大レベルＶｇａｔｅｍａｘは、上述のしきい値Ｖｔｈ＝Ｖｃｃ＋Ｖｇｓ（ｔｈ）より高く定められる。
【0046】
【0047】
時刻ｔ０に制御入力ＩＮがハイに遷移すると、ハイサイドオン信号ＨＯＮがオンとなる。ハイサイドオン信号ＨＯＮの遷移をトリガーとして、タイマー回路１４４がタイマー動作を開始する。そして、時刻ｔ０～ｔ１の間の所定時間ＴＴＩＭＥＲ１の間、第１スイッチＳＷ１がオンとなる。第１スイッチＳＷ１がオンの間、チャージポンプ回路１４２がチャージポンプ動作を行い、ハイサイドトランジスタＭ１のゲート電圧Ｖｇａｔｅがその最大レベルＶｇａｔｅｍａｘまで上昇する。所定時間ＴＴＩＭＥＲ１が経過すると、第１スイッチＳＷ１がオフとなり、チャージポンプ回路１４２が停止する。
【0048】
時刻ｔ２に、ハイサイドトランジスタＭ１のゲート電圧Ｖｇａｔｅが何らかの原因で低下し、ゲート電圧Ｖｇａｔｅが最小レベルＶｇａｔｅｍｉｎを下回ると、電圧低下検出信号Ｓｄｅｔがアサートされる。電圧低下検出信号Ｓｄｅｔのアサートに応答して、タイマー回路１４４がタイマー動作を再開する。そして、時刻ｔ２～ｔ３の間の所定時間ＴＴＩＭＥＲ２の間、第１スイッチＳＷ１が再びオンとなる。第１スイッチＳＷ１がオンの間、チャージポンプ回路１４２がチャージポンプ動作を行い、ハイサイドトランジスタＭ１のゲート電圧Ｖｇａｔｅがその最大レベルＶｇａｔｅｍａｘまで上昇する。所定時間ＴＴＩＭＥＲ２が経過すると、第１スイッチＳＷ１がオフとなり、チャージポンプ回路１４２が停止する
【0049】
以上がモータドライバ回路１００Ａの動作である。モータドライバ回路１００Ａでは、入力信号ＩＮがハイに遷移してから、タイマー時間ＴＴＩＭＥＲ１に応じて決まる充電期間ＴＣＨＧの間だけ、チャージポンプ回路１４２動作し、充電期間ＴＣＨＧの経過後は、チャージポンプ回路１４２の動作は停止する。これにより比較技術に比べてチャージポンプ回路１４２のスイッチング損失を減らすことができ、効率を改善できる。
【0050】
また、ハイサイドトランジスタＭ１がターンオンした後、何らかの原因によってそのゲート電圧Ｖｇａｔｅが低下した場合には、タイマー回路１４４を再び動作させることで、チャージポンプ回路１４２を動作させ、ゲート電圧Ｖｇａｔｅを上昇させることができる。
【0051】
（実施形態２）
図５は、実施形態２に係るモータドライバ回路１００Ｂの回路図である。このモータドライバ回路１００Ｂにおいて、ハイサイドドライバ１３０Ｂは、第３スイッチＳＷ３をさらに備える。
図５は、実施形態２に係るモータドライバ回路１００Ｂの回路図である。このモータドライバ回路１００Ｂにおいて、ハイサイドドライバ１３０Ｂは、第３スイッチＳＷ３をさらに備える。
【0052】
チャージポンプ回路１４２Ｂは電圧加算型のチャージポンプ回路であり、クロック入力ｃｌｋｉｎに加えて、基準入力ノードｒｅｆｉｎを備える。チャージポンプ回路１４２Ｂは、クロック信号Ｖｃｌｋｉｎに応じて、基準入力ノードｒｅｆｉｎに供給された電圧Ｖｒｅｆよりも所定電圧幅ΔＶ高い昇圧電圧ＶＣＰを出力可能に構成される。
ＶＣＰ＝Ｖｒｅｆ＋ΔＶ
ＶＣＰ＝Ｖｒｅｆ＋ΔＶ
【0053】
第３スイッチＳＷ３は、ＶＣＣピンすなわちハイサイドトランジスタＭ１のドレインと、チャージポンプ回路１４２Ｂの基準入力ノードｒｅｆｉｎと、の間に接続される。
【0054】
ロジック回路１２０Ｂが生成するハイサイド制御信号ＣＴＲＬＨは、２つのハイサイドオン信号ＨＯＮ１，ＨＯＮ２およびハイサイドオフ信号ＨＯＦＦを含む。
【0055】
ロジック回路１２０Ｂは、制御入力ＩＮがハイサイドトランジスタＭ１のオンを指示するレベルに遷移すると、第１ハイサイドオン信号ＨＯＮ１をアサートする。第１ハイサイドオン信号ＨＯＮ１のアサートにより、第３スイッチＳＷ３がオンとなる。
【0056】
ロジック回路１２０Ｂは、第１ハイサイドオン信号ＨＯＮ１をアサートした後、所定の遅延時間τｄの経過後に、第２ハイサイドオン信号ＨＯＮ２をアサートする。第２ハイサイドオン信号ＨＯＮ２は、タイマー回路１４４Ｂに入力される。タイマー回路１４４Ｂは、第２ハイサイドオン信号ＨＯＮ２のアサートに応答して、所定時間ＴＴＩＭＥＲを測定し、測定中に制御信号Ｓ１をアサートして第１スイッチＳＷ１をオンする。
【0057】
またタイマー回路１４４Ｂは、ハイサイドトランジスタＭ１のオン期間において、電圧低下検出信号Ｓｄｅｔがアサートされると、所定時間ＴＴＩＭＥＲ２を測定し、測定中に制御信号Ｓ１をアサートして第１スイッチＳＷ１をオンする。
【0058】
図６は、チャージポンプ回路１４２Ｂの構成例を示す回路図である。チャージポンプ回路１４２Ｂは、バッファＢＵＦ１，ＢＵＦ２、フライングキャパシタＣｆ１，Ｃｆ２、トランジスタＭ１１～Ｍ１４、出力キャパシタ（平滑化キャパシタ）Ｃｓｍを備える。
【0059】
バッファＢＵＦ１，ＢＵＦ２はインバータであり、電源電圧Ｖｄｄが供給される。バッファＢＵＦ１は、クロック入力Ｖｃｌｋｉｎに応じて、振幅がＶｄｄである第１パルス信号Ｖｐ１を、第１ラインＬ１に発生する。またバッファＢＵＦ２は、バッファＢＵＦ１の出力に応じて、振幅がＶｄｄである第２パルス信号Ｖｐ２を、第２ラインＬ２に発生する。第１パルス信号Ｖｐ１と第２パルス信号Ｖｐ２は互いに逆相となる。
【0060】
第１フライングキャパシタＣｆ１の第１端Ｅ１は、第１ラインＬ１と接続され、第２フライングキャパシタＣｆ２の第１端Ｅ１は、第２ラインＬ２と接続される。第１トランジスタＭ１１は、基準ラインＬｒｅｆと第１フライングキャパシタＣｆ１の第２端Ｅ２の間に接続される。第２トランジスタＭ１２は、基準ラインＬｒｅｆと第２フライングキャパシタＣｆ２の第２端Ｅ２の間に接続される。第３トランジスタＭ１３は、出力ラインＬｏｕｔと第１フライングキャパシタＣｆ１の第２端Ｅ２の間に接続される。第４トランジスタＭ１４は、出力ラインＬｏｕｔと第２フライングキャパシタＣｆ２の第２端Ｅ２の間に接続される。第１トランジスタＭ１１および第３トランジスタＭ１３それぞれのゲートは、第２フライングキャパシタＣｆ２の第２端Ｅ２と接続される。第２トランジスタＭ１２および第４トランジスタＭ１４それぞれのゲートは、第１フライングキャパシタＣｆ１の第２端Ｅ２と接続される。
【0061】
このチャージポンプ回路１４２Ｂの出力ＶＣＰは、
ＶＣＰ＝Ｖｒｅｆ＋ＶＤＤ
で表される。以上がチャージポンプ回路１４２Ｂの構成である。
ＶＣＰ＝Ｖｒｅｆ＋ＶＤＤ
で表される。以上がチャージポンプ回路１４２Ｂの構成である。
【0062】
【0063】
時刻ｔ０に入力信号ＩＮがハイとなると、第１ハイサイドオン信号ＨＯＮ１がハイとなり、第３スイッチＳＷ３がターンオンする。これにより、チャージポンプ回路１４２Ｂの基準入力ノードｒｅｆｉｎに電圧Ｖｃｃが供給され、チャージポンプ回路１４２Ｂの出力電圧は、電圧Ｖｃｃまで速やかに上昇する。
【0064】
時刻ｔ０から、所定の遅延時間τｄの経過後の時刻ｔ１に、第２ハイサイドオン信号ＨＯＮ２がハイとなり、タイマー回路１４４Ｂのタイマー動作がスタートする。タイマー回路１４４Ｂによる時間ＴＴＩＭＥＲ１の測定中、制御信号Ｓ１がハイとなる。これによりチャージポンプ回路１４２Ｂのクロック入力ノードｃｌｋｉｎに、クロック信号Ｖｃｌｋｉｎが供給され、チャージポンプ回路１４２Ｂが動作する。チャージポンプ動作により、チャージポンプ回路１４２Ｂの出力電圧ＶＣＰは、Ｖｃｃを始点として最大レベルＶｇａｔｅｍａｘまで上昇する。その後、時刻ｔ２に制御信号Ｓ１がローとなり、第１スイッチＳＷ１がオフとなり、チャージポンプ回路１４２Ｂが停止する。
【0065】
以上がモータドライバ回路１００Ｂの動作である。このモータドライバ回路１００Ｂによれば、時刻ｔ０～ｔ１の期間において、ハイサイドトランジスタＭ１のゲート電圧Ｖｇａｔｅを、電源電圧Ｖｃｃまで速やかに上昇させ、その後、チャージポンプ動作によって最大レベルＶｇａｔｅｍａｘまで上昇させる。これにより、ハイサイドトランジスタＭ１を実施形態１に比べて短時間でターンオンさせることができる。また、チャージポンプ回路１４２Ｂがチャージポンプ動作する期間を短くできるため、消費電力をさらに削減できる。
【0066】
（実施形態３）
実施形態２では、時間τｄをロジック回路１２０がカウントしたが、時間τｄを、タイマー回路１４４Ｃによってカウントするようにしてもよい。
実施形態２では、時間τｄをロジック回路１２０がカウントしたが、時間τｄを、タイマー回路１４４Ｃによってカウントするようにしてもよい。
【0067】
図８は、実施形態３に係るモータドライバ回路１００Ｃの回路図である。実施形態３では、タイマー回路１４４Ｃに、制御信号ＨＯＮが供給される。タイマー回路１４４Ｃは、制御信号ＨＯＮがハイに遷移した後、所定時間τｄの経過後に、制御信号Ｓ１をハイとして第１スイッチＳＷ１をオンする。そして第１スイッチＳＷ１をオンした後、所定時間ＴＴＩＭＥＲ１の経過後に、制御信号Ｓ１をローとして第１スイッチＳＷ１をオフする。
【0068】
【0069】
（変形例）
続いて、いくつかの変形例を説明する。
続いて、いくつかの変形例を説明する。
【0070】
（変形例１）
ターンオフ回路１５０の第２スイッチＳＷ２は、ハイサイドトランジスタＭ１のゲートとソースの間に設けてもよい。
ターンオフ回路１５０の第２スイッチＳＷ２は、ハイサイドトランジスタＭ１のゲートとソースの間に設けてもよい。
【0071】
（変形例２）
実施形態では、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は、モータドライバ回路１００に内蔵されていたが、それらは外付けされるディスクリート素子であってもよい。ハイサイドトランジスタＭ１、ローサイドトランジスタＭ２がディスクリート部品である場合、ゲート容量に応じて、充電期間の長さを調節できることが好ましく、実施形態１，２に係るモータドライバ回路１００Ａ，１００Ｂに関しては、タイマー回路の時間を、外部から設定できるようにしてもよい。
実施形態では、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は、モータドライバ回路１００に内蔵されていたが、それらは外付けされるディスクリート素子であってもよい。ハイサイドトランジスタＭ１、ローサイドトランジスタＭ２がディスクリート部品である場合、ゲート容量に応じて、充電期間の長さを調節できることが好ましく、実施形態１，２に係るモータドライバ回路１００Ａ，１００Ｂに関しては、タイマー回路の時間を、外部から設定できるようにしてもよい。
【0072】
（変形例３）
実施形態では、第１スイッチＳＷ１のオン、オフによって、チャージポンプ回路１４２へのクロック信号の供給、停止を制御したが本開示はそれに限定されない。ロジック回路１２０のためのクロックを生成するオシレータと、チャージポンプ回路のためのクロックを生成するオシレータとが独立している場合、充電制御回路１３８は、チャージポンプ回路用のオシレータのオン、オフを制御してもよい。
実施形態では、第１スイッチＳＷ１のオン、オフによって、チャージポンプ回路１４２へのクロック信号の供給、停止を制御したが本開示はそれに限定されない。ロジック回路１２０のためのクロックを生成するオシレータと、チャージポンプ回路のためのクロックを生成するオシレータとが独立している場合、充電制御回路１３８は、チャージポンプ回路用のオシレータのオン、オフを制御してもよい。
【0073】
（付記）
本明細書には以下の技術が開示される。
本明細書には以下の技術が開示される。
【0074】
（項目１）
ハイサイドトランジスタのオン、オフを指示する制御信号を生成するロジック回路と、
前記制御信号に応じて前記ハイサイドトランジスタを駆動するハイサイドドライバと、
を備え、
前記ハイサイドドライバは、
前記ハイサイドトランジスタのゲート電圧もしくはゲートソース間電圧である検出電圧をしきい値と比較し、前記検出電圧が前記しきい値より低くなると、検出信号をアサートする電圧監視回路と、
前記制御信号が前記ハイサイドトランジスタのオンを指示するオン状態に遷移したことに応答して、または前記制御信号がオン状態であるときの前記検出信号のアサートに応答して、所定時間の測定を開始するタイマー回路と、
前記タイマー回路が前記所定時間を測定している間アクティブとなり、クロック信号に応じて昇圧電圧を発生し、前記ハイサイドトランジスタのゲートに供給するチャージポンプ回路と、
を備える、モータドライバ回路。
ハイサイドトランジスタのオン、オフを指示する制御信号を生成するロジック回路と、
前記制御信号に応じて前記ハイサイドトランジスタを駆動するハイサイドドライバと、
を備え、
前記ハイサイドドライバは、
前記ハイサイドトランジスタのゲート電圧もしくはゲートソース間電圧である検出電圧をしきい値と比較し、前記検出電圧が前記しきい値より低くなると、検出信号をアサートする電圧監視回路と、
前記制御信号が前記ハイサイドトランジスタのオンを指示するオン状態に遷移したことに応答して、または前記制御信号がオン状態であるときの前記検出信号のアサートに応答して、所定時間の測定を開始するタイマー回路と、
前記タイマー回路が前記所定時間を測定している間アクティブとなり、クロック信号に応じて昇圧電圧を発生し、前記ハイサイドトランジスタのゲートに供給するチャージポンプ回路と、
を備える、モータドライバ回路。
【0075】
（項目２）
前記クロック信号を生成するオシレータと、
前記オシレータの出力ノードと前記チャージポンプ回路のクロック入力ノードの間に接続された第１スイッチと、
をさらに備え、前記タイマー回路の出力に応じて、前記第１スイッチが制御される、項目１に記載のモータドライバ回路。
前記クロック信号を生成するオシレータと、
前記オシレータの出力ノードと前記チャージポンプ回路のクロック入力ノードの間に接続された第１スイッチと、
をさらに備え、前記タイマー回路の出力に応じて、前記第１スイッチが制御される、項目１に記載のモータドライバ回路。
【0076】
（項目３）
前記ターンオフ回路は、前記ハイサイドトランジスタのゲートと接地の間、または前記ハイサイドトランジスタのゲートとソースの間に接続された第２スイッチを含む、項目１または２に記載のモータドライバ回路。
前記ターンオフ回路は、前記ハイサイドトランジスタのゲートと接地の間、または前記ハイサイドトランジスタのゲートとソースの間に接続された第２スイッチを含む、項目１または２に記載のモータドライバ回路。
【0077】
（項目４）
前記チャージポンプ回路は、基準入力ノードを有し、前記クロック信号に応じて、前記基準入力ノードに供給された電圧よりも所定電圧幅高い電圧を出力可能に構成され、
前記モータドライバ回路は、
前記チャージポンプ回路の前記基準入力ノードと前記ハイサイドトランジスタのドレインの間に接続された第３スイッチをさらに備え、
前記第３スイッチは、前記制御信号が前記オン状態に遷移するとターンオンし、その後遅れて、前記タイマー回路が前記所定時間の測定を開始する、項目１または２に記載のモータドライバ回路。
前記チャージポンプ回路は、基準入力ノードを有し、前記クロック信号に応じて、前記基準入力ノードに供給された電圧よりも所定電圧幅高い電圧を出力可能に構成され、
前記モータドライバ回路は、
前記チャージポンプ回路の前記基準入力ノードと前記ハイサイドトランジスタのドレインの間に接続された第３スイッチをさらに備え、
前記第３スイッチは、前記制御信号が前記オン状態に遷移するとターンオンし、その後遅れて、前記タイマー回路が前記所定時間の測定を開始する、項目１または２に記載のモータドライバ回路。
【0078】
（項目５）
ひとつの半導体基板に一体集積化される、項目１から４のいずれかに記載のモータドライバ回路。
ひとつの半導体基板に一体集積化される、項目１から４のいずれかに記載のモータドライバ回路。
【符号の説明】
【0079】
１００ モータドライバ回路
Ｍ１ ハイサイドトランジスタ
Ｍ２ ローサイドトランジスタ
１１０ オシレータ
１２０ ロジック回路
１３０ ハイサイドドライバ
１４０ ターンオン回路
１４２ チャージポンプ回路
１４４ タイマー回路
１４６ 電圧監視回路
１５０ ターンオフ回路
１６０ ローサイドドライバ
ＳＷ１ 第１スイッチ
ＳＷ２ 第２スイッチ
ＳＷ３ 第３スイッチ
Ｍ１ ハイサイドトランジスタ
Ｍ２ ローサイドトランジスタ
１１０ オシレータ
１２０ ロジック回路
１３０ ハイサイドドライバ
１４０ ターンオン回路
１４２ チャージポンプ回路
１４４ タイマー回路
１４６ 電圧監視回路
１５０ ターンオフ回路
１６０ ローサイドドライバ
ＳＷ１ 第１スイッチ
ＳＷ２ 第２スイッチ
ＳＷ３ 第３スイッチ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】