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JP2024031747A - Driving circuit and switching power supply - Google Patents

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JP2024031747A
JP2024031747A JP2023016510A JP2023016510A JP2024031747A JP 2024031747 A JP2024031747 A JP 2024031747A JP 2023016510 A JP2023016510 A JP 2023016510A JP 2023016510 A JP2023016510 A JP 2023016510A JP 2024031747 A JP2024031747 A JP 2024031747A
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transistor
voltage
drive circuit
driven
circuit according
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JP2023016510A
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Japanese (ja)
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勲 田古部
Isao Takobe
純己 大谷
Junki Otani
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Rohm Co Ltd
Original Assignee
Rohm Co Ltd
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Publication date
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Priority to US18/359,170 priority patent/US20240072638A1/en
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Abstract

To reduce switching losses (Ron losses).SOLUTION: A driving circuit 10 includes: a first transistor 11 and a second transistor 12, configured to be connected in parallel between a control end (i.e., an application end of an upper-side gate signal HG) of a transistor to be driven and an application end of ON-state voltage BST; and a controller 13 configured to turn on the first transistor 11 at beginning of an on-transition period of the transistor to be driven, and also turn on the second transistor 12 in middle of the on-transition period.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本開示は、駆動回路及びスイッチング電源に関する。 The present disclosure relates to a drive circuit and a switching power supply.

スイッチング電源は、様々な機器に搭載されている(例えば特許文献1を参照)。 Switching power supplies are installed in various devices (see, for example, Patent Document 1).

特開2021-191109号公報Japanese Patent Application Publication No. 2021-191109

しかしながら、従来のスイッチング電源(特にこれに用いられる駆動回路)では、スイッチング損失の削減について検討の余地があった。 However, with conventional switching power supplies (particularly the drive circuits used therein), there is room for consideration in reducing switching loss.

例えば、本明細書中に開示されている駆動回路は、駆動対象トランジスタの制御端とオン電圧の印加端との間に並列接続されるように構成された第1トランジスタ及び第2トランジスタと、前記駆動対象トランジスタのオン遷移期間の当初は前記第1トランジスタをオン状態として途中から前記第2トランジスタもオン状態とするように構成されたコントローラと、を備える。 For example, the drive circuit disclosed in this specification includes a first transistor and a second transistor configured to be connected in parallel between a control terminal of a transistor to be driven and an application terminal of an on-voltage; The controller includes a controller configured to turn on the first transistor at the beginning of an on-transition period of the transistor to be driven, and then turn on the second transistor halfway through.

なお、その他の特徴、要素、ステップ、利点、及び、特性については、以下に続く発明を実施するための形態及びこれに関する添付の図面によって、さらに明らかとなる。 Note that other features, elements, steps, advantages, and characteristics will become clearer from the detailed description that follows and the accompanying drawings related thereto.

本開示によれば、スイッチング損失を削減することのできる駆動回路、及び、これを用いたスイッチング電源を提供することが可能となる。 According to the present disclosure, it is possible to provide a drive circuit that can reduce switching loss and a switching power supply using the drive circuit.

図1は、スイッチング電源の一構成例を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an example of a configuration of a switching power supply. 図2は、スイッチング電源の一動作例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an example of the operation of the switching power supply. 図3は、スイッチング損失(Ron損失)を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing switching loss (Ron loss). 図4は、駆動回路の第1実施形態を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a first embodiment of the drive circuit. 図5は、第1実施形態における損失削減動作の一例を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating an example of loss reduction operation in the first embodiment. 図6は、駆動回路の第2実施形態を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a second embodiment of the drive circuit. 図7は、第2実施形態における損失削減動作の一例を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating an example of loss reduction operation in the second embodiment. 図8は、駆動回路の第3実施形態を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a third embodiment of the drive circuit. 図9は、ゲート信号のリンギングが生じる様子を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing how ringing occurs in the gate signal. 図10は、ゲート信号のリンギングが抑制される様子を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing how ringing of a gate signal is suppressed. 図11は、オンタイミング制御の背反が生じる様子を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing how a trade-off occurs in on-timing control. 図12は、駆動回路の第4実施形態を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing a fourth embodiment of the drive circuit. 図13は、オンタイミング制御の背反が解消される様子を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing how the conflict in on-timing control is resolved.

<スイッチング電源>
図1は、スイッチング電源の一構成例を示す図である。本構成例のスイッチング電源1は、入力電圧INを降圧して出力電圧OUTを生成する非絶縁DC/DCコンバータである。本図に即して述べると、スイッチング電源1は、出力トランジスタN1(例えばNMOSFET[N-channel type metal oxide semiconductor field effect transistor])と、同期整流トランジスタN2(例えばNMOSFET)と、キャパシタC1と、インダクタL1と、駆動回路10と、を備える。
<Switching power supply>
FIG. 1 is a diagram showing an example of a configuration of a switching power supply. The switching power supply 1 of this configuration example is a non-insulated DC/DC converter that steps down the input voltage IN and generates the output voltage OUT. Referring to this figure, the switching power supply 1 includes an output transistor N1 (for example, an NMOSFET [N-channel type metal oxide semiconductor field effect transistor]), a synchronous rectifier transistor N2 (for example, an NMOSFET), a capacitor C1, and an inductor. L1 and a drive circuit 10.

出力トランジスタN1のドレインは、入力電圧INの印加端に接続されている。出力トランジスタN1のソース、同期整流トランジスタN2のドレイン及びインダクタL1の第1端は、いずれもスイッチ電圧SWの印加端に接続されている。インダクタL1の第2端とキャパシタC1の第1端は、いずれも出力電圧OUTの印加端に接続されている。同期整流トランジスタN2のソースとキャパシタC2の第2端は、いずれも接地端(=接地電圧GNDの印加端)に接続されている。出力トランジスタN1及び同期整流トランジスタN2それぞれのゲートは、駆動回路10の出力端(上側ゲート信号HG及び下側ゲート信号LGそれぞれの印加端)に接続されている。 The drain of the output transistor N1 is connected to the application terminal of the input voltage IN. The source of the output transistor N1, the drain of the synchronous rectifier transistor N2, and the first end of the inductor L1 are all connected to the application end of the switch voltage SW. The second end of the inductor L1 and the first end of the capacitor C1 are both connected to the application end of the output voltage OUT. The source of the synchronous rectifier transistor N2 and the second end of the capacitor C2 are both connected to a ground terminal (=terminal to which ground voltage GND is applied). The gates of the output transistor N1 and the synchronous rectifier transistor N2 are connected to the output end of the drive circuit 10 (the application end of the upper gate signal HG and the lower gate signal LG, respectively).

本構成例のスイッチング電源1において、上側ゲート信号HGがハイレベルであって、下側ゲート信号LGがローレベルであるときには、出力トランジスタN1がオン状態となり、同期整流トランジスタN2がオフ状態となる。このとき、スイッチ電圧SWがハイレベル(≒IN)となる。 In the switching power supply 1 of this configuration example, when the upper gate signal HG is at a high level and the lower gate signal LG is at a low level, the output transistor N1 is turned on and the synchronous rectification transistor N2 is turned off. At this time, the switch voltage SW becomes high level (≈IN).

一方、上側ゲート信号HGがローレベルであって、下側ゲート信号LGがハイレベルであるときには、出力トランジスタN1がオフ状態となり、同期整流トランジスタN2がオン状態となる。このとき、スイッチ電圧SWがローレベル(≒GND)となる。 On the other hand, when the upper gate signal HG is at a low level and the lower gate signal LG is at a high level, the output transistor N1 is turned off and the synchronous rectification transistor N2 is turned on. At this time, the switch voltage SW becomes low level (≈GND).

このように、ハーフブリッジ出力段を形成する出力トランジスタN1及び同期整流トランジスタN2は、上側ゲート信号HG及び下側ゲート信号LGに応じて相補的にオン/オフされる。その結果、スイッチ電圧SWは、入力電圧INと接地電圧GNDとの間でパルス駆動される。インダクタL1及びC1は、矩形波状のスイッチ電圧SWを整流及び平滑して出力電圧OUTを生成する。 In this way, the output transistor N1 and the synchronous rectification transistor N2 forming the half-bridge output stage are turned on and off in a complementary manner according to the upper gate signal HG and the lower gate signal LG. As a result, switch voltage SW is pulsed between input voltage IN and ground voltage GND. Inductors L1 and C1 rectify and smooth the rectangular waveform switch voltage SW to generate an output voltage OUT.

なお、ハーフブリッジ出力段を備えたスイッチング電源1では、出力トランジスタN1及び同期整流トランジスタN2双方にスイッチング損失(Ron損失)が発生する。 Note that in the switching power supply 1 having a half-bridge output stage, switching loss (Ron loss) occurs in both the output transistor N1 and the synchronous rectification transistor N2.

図2は、スイッチング電源1の一動作例(低デューティ条件)を示す図である。本図では、上から順に、上側ゲート信号HG、下側ゲート信号LG及びスイッチ電圧SWが描写されている。 FIG. 2 is a diagram showing an example of the operation of the switching power supply 1 (low duty condition). In this figure, an upper gate signal HG, a lower gate signal LG, and a switch voltage SW are depicted in order from the top.

近年、降圧DC/DCコンバータの電力密度向上を実現するための先進技術として、本願出願人は、極めて低いオンデューティDonを設定することのできる超高速パルス制御テクノロジー(Nano Pulse Control(登録商標))を提案している。なお、上記のオンデューティDonは、スイッチング周期Tに占める出力トランジスタN1のオン時間Tonの比率(=Ton/T)として定義される。 In recent years, as an advanced technology to improve the power density of step-down DC/DC converters, the applicant has developed an ultra-high-speed pulse control technology (Nano Pulse Control (registered trademark)) that can set an extremely low on-duty Don. is proposed. Note that the on-duty Don is defined as the ratio of the on-time Ton of the output transistor N1 to the switching period T (=Ton/T).

また、近年の電源IC市場における大電力要求に対するアプローチとして、GaNデバイスが台頭してきている。例えば、GaNデバイスは、先出の出力トランジスタN1及び同期整流トランジスタN2として用いられる。なお、GaNデバイスのゲート・ソース間耐圧は、一般に10V以下である。 Furthermore, GaN devices are emerging as an approach to meet the large power requirements in the recent power supply IC market. For example, GaN devices are used as the aforementioned output transistor N1 and synchronous rectifier transistor N2. Note that the gate-source breakdown voltage of a GaN device is generally 10V or less.

例えば、上記の超高速パルス制御テクノロジーにより、GaNデバイスを用いた出力トランジスタN1の駆動制御が行われる場合、出力トランジスタN1のオン時間Tonは、その最小値が20ns未満(数ns~20ns)に設定され得る。 For example, when the drive control of the output transistor N1 using a GaN device is performed using the ultra-high-speed pulse control technology described above, the minimum on-time Ton of the output transistor N1 is set to less than 20 ns (several ns to 20 ns). can be done.

ところで、GaNデバイスのゲート容量は、Siデバイスのゲート容量よりも小さい。従って、GaNデバイスは、Siデバイスと比べてゲート容量に起因するスイッチング損失が小さい。そのため、GaNデバイスでは、オン抵抗に起因するスイッチング損失(Ron損失)が顕在化しやすい。特に、低デューティ条件でGaNデバイスが駆動されるときには、上記のRon損失が特に大きく見えてしまうことがある。 By the way, the gate capacitance of a GaN device is smaller than that of a Si device. Therefore, GaN devices have smaller switching losses due to gate capacitance than Si devices. Therefore, in GaN devices, switching loss (Ron loss) due to on-resistance tends to become apparent. In particular, when a GaN device is driven under low duty conditions, the Ron loss may appear particularly large.

図3は、スイッチング電源1のスイッチング損失(Ron損失)を示す図である。本図では、上から順に、スイッチ電圧SW、出力トランジスタN1のゲート・ソース間電圧VgsH、ドレイン・ソース間電圧VdsH、ドレイン・ソース間電流IdsH、及び、オン抵抗RonH(=VdsH/IdsH)が描写されている。 FIG. 3 is a diagram showing switching loss (Ron loss) of the switching power supply 1. As shown in FIG. In this figure, from the top, the switch voltage SW, the gate-source voltage VgsH of the output transistor N1, the drain-source voltage VdsH, the drain-source current IdsH, and the on-resistance RonH (=VdsH/IdsH) are depicted. has been done.

なお、ドレイン・ソース間電圧VdsH及びオン抵抗RonHは、縦軸方向に拡大して描写されている。また、本図の左側には、高デューティ条件での挙動が示されている。一方、本図の右側には、低デューティ条件での挙動が示されている。 Note that the drain-source voltage VdsH and the on-resistance RonH are depicted enlarged in the vertical axis direction. Furthermore, the left side of the figure shows behavior under high duty conditions. On the other hand, the right side of the figure shows behavior under low duty conditions.

まず、本図の左側を参照しながら、高デューティ条件での挙動について説明する。時刻t11において、出力トランジスタN1のゲート・ソース間電圧VgsHが上昇し始めると、ドレイン・ソース間電流IdsHが流れ始める。一方、この時点では、スイッチ電圧SWがローレベル(≒GND)に維持される。 First, the behavior under high duty conditions will be explained with reference to the left side of the figure. At time t11, when the gate-source voltage VgsH of the output transistor N1 begins to rise, the drain-source current IdsH begins to flow. On the other hand, at this point, the switch voltage SW is maintained at a low level (≈GND).

時刻t12において、ドレイン・ソース間電流IdsHの増大が終わると、ドレイン・ソース間電圧VdsHが低下し始める。なお、ドレイン・ソース間電圧VdsHの低下に伴い、スイッチ電圧SWが上昇し、オン抵抗RonHが低下する。 At time t12, when the drain-source current IdsH stops increasing, the drain-source voltage VdsH begins to decrease. Note that as the drain-source voltage VdsH decreases, the switch voltage SW increases and the on-resistance RonH decreases.

また、時刻t12において、ゲート・ソース間電圧VgsHは、プラトー電圧Vpの近傍で一時停滞する状態に至る。このようにゲート・ソース間電圧VgsHの上昇速度が緩慢となる動作領域(=時刻t12~t13)は、一般にプラトー領域と呼ばれる。なお、プラトー領域は、出力トランジスタN1のゲート・ドレイン間に付随するゲート容量の充電期間として理解され得る。 Further, at time t12, the gate-source voltage VgsH reaches a state where it temporarily stagnates near the plateau voltage Vp. The operating region (=times t12 to t13) in which the gate-source voltage VgsH increases slowly in this way is generally called a plateau region. Note that the plateau region can be understood as a charging period of the gate capacitance associated between the gate and drain of the output transistor N1.

時刻t13において、出力トランジスタN1のプラトー領域が満了すると、ゲート・ソース間電圧VgsHが再び上昇し始める。また、ドレイン・ソース間電圧VdsHは、先述のプラトー領域と比べて緩やかに低下し続ける。なお、ドレイン・ソース間電圧VdsHの低下に伴い、オン抵抗RonHも比較的緩やかに低下していく。 At time t13, when the plateau region of the output transistor N1 expires, the gate-source voltage VgsH starts to rise again. Furthermore, the drain-source voltage VdsH continues to decrease more slowly than in the plateau region described above. Note that as the drain-source voltage VdsH decreases, the on-resistance RonH also decreases relatively slowly.

時刻t14では、ゲート・ソース間電圧VgsHがブートストラップ電圧BSTに達してドレイン・ソース間電圧VdsH及びオン抵抗RonHがそれぞれの最小値に達する。すなわち、出力トランジスタN1がフルオン状態に至る。 At time t14, the gate-source voltage VgsH reaches the bootstrap voltage BST, and the drain-source voltage VdsH and on-resistance RonH reach their respective minimum values. That is, the output transistor N1 becomes fully on.

ところで、本図中のRon損失期間T1(=時刻t13~t14)には、オン抵抗RonHが最小値まで低下し切っていない状態でドレイン・ソース間電流IdsHが流れている。そのため、出力トランジスタN1のスイッチング損失(Ron損失)が発生する。 By the way, during the Ron loss period T1 (=time t13 to t14) in this figure, the drain-source current IdsH flows while the on-resistance RonH has not completely decreased to the minimum value. Therefore, a switching loss (Ron loss) occurs in the output transistor N1.

ただし、高デューティ条件では、上記のRon損失期間T1よりもスイッチ電圧SWのハイレベル期間T2(=時刻t13~)の方が遥かに長い(T1<<T2)。つまり、ハイレベル期間T2に占めるRon損失期間T1の割合(=T1/T2)が極めて小さい。従って、上記のスイッチング損失(Ron損失)が顕在化しにくい。 However, under high duty conditions, the high level period T2 (=from time t13) of the switch voltage SW is much longer than the Ron loss period T1 (T1<<T2). In other words, the ratio of the Ron loss period T1 to the high level period T2 (=T1/T2) is extremely small. Therefore, the above-mentioned switching loss (Ron loss) is less likely to become apparent.

次に、本図の右側を参照しながら低デューティ条件での挙動について説明する。なお、時刻t21~t23の挙動(=プラトー領域が満了するまでの挙動)は、先に説明した時刻t11~t13の挙動と同様である。そこで、以下では、時刻t23以降の挙動について詳述する。 Next, the behavior under low duty conditions will be explained with reference to the right side of the figure. Note that the behavior from time t21 to t23 (=behavior until the plateau region expires) is similar to the behavior from time t11 to t13 described above. Therefore, below, the behavior after time t23 will be described in detail.

時刻t23において、出力トランジスタN1のプラトー領域が満了すると、ドレイン・ソース間電圧VdsHの低下に伴い、オン抵抗RonHも比較的緩やかに低下していく。この挙動は、高デューティ条件での挙動と何ら変わらない。 At time t23, when the plateau region of the output transistor N1 expires, the on-resistance RonH also decreases relatively gently as the drain-source voltage VdsH decreases. This behavior is no different from the behavior under high duty conditions.

ただし、低デューティ条件では、出力トランジスタN1がフルオン状態に至る前に出力トランジスタN1のオフ遷移が開始され得る。本図に即して述べると、時刻t24では、ドレイン・ソース間電圧VdsH及びオン抵抗RonHがそれぞれの最小値に達する前にスイッチ電圧SWのハイレベル期間T2が満了している。そのため、本図の例では、Ron損失期間T1がスイッチ電圧SWのハイレベル期間T2と一致する(T1=T2)。 However, under low duty conditions, the off transition of output transistor N1 may begin before output transistor N1 reaches a fully on state. Referring to the figure, at time t24, the high level period T2 of the switch voltage SW has expired before the drain-source voltage VdsH and the on-resistance RonH reach their respective minimum values. Therefore, in the example of this figure, the Ron loss period T1 coincides with the high level period T2 of the switch voltage SW (T1=T2).

このように、低デューティ条件では、ハイレベル期間T2に占めるRon損失期間T1の割合(=T1/T2)が増大する。従って、上記のスイッチング損失(Ron損失)が顕在化しやすくなる。 In this way, under the low duty condition, the ratio of the Ron loss period T1 to the high level period T2 (=T1/T2) increases. Therefore, the above-mentioned switching loss (Ron loss) becomes more likely to become apparent.

以下では、上記の考察に鑑み、低デューティ条件でのスイッチング損失(Ron損失)を削減することのできる駆動回路10を提案する。 In view of the above considerations, a drive circuit 10 that can reduce switching loss (Ron loss) under low duty conditions will be proposed below.

<駆動回路(第1実施形態)>
図4は駆動回路10の第1実施形態を示す図である。本実施形態の駆動回路10は、トランジスタ11(=第1トランジスタに相当、例えばNMOSFET)と、トランジスタ12(=第2トランジスタに相当、例えばPMOSFET[P-channel type MOSFET])と、コントローラ13と、を含む。
<Drive circuit (first embodiment)>
FIG. 4 is a diagram showing a first embodiment of the drive circuit 10. The drive circuit 10 of the present embodiment includes a transistor 11 (=corresponds to a first transistor, for example, an NMOSFET), a transistor 12 (=corresponds to a second transistor, for example, a PMOSFET [P-channel type MOSFET]), a controller 13, including.

トランジスタ11のドレインとトランジスタ12のソースは、いずれもブートストラップ電圧BST(=SW+Vc、ただしVcは図示しないブートストラップ用キャパシタの充電電圧)の印加端に接続されている。トランジスタ11のソースとトランジスタ12のドレインは、いずれも上側ゲート信号HGの印加端に接続されている。 The drain of the transistor 11 and the source of the transistor 12 are both connected to an application terminal of a bootstrap voltage BST (=SW+Vc, where Vc is a charging voltage of a bootstrap capacitor (not shown)). The source of the transistor 11 and the drain of the transistor 12 are both connected to the application terminal of the upper gate signal HG.

このように、トランジスタ11及び12は、出力トランジスタN1のゲートとブートストラップ電圧BSTの印加端との間に並列接続されている。なお、出力トランジスタN1は、駆動回路10から見ると、駆動対象トランジスタに相当する。また、ブートストラップ電圧BSTは、出力トランジスタN1のオン電圧に相当する。 Thus, transistors 11 and 12 are connected in parallel between the gate of output transistor N1 and the terminal to which bootstrap voltage BST is applied. Note that the output transistor N1 corresponds to a transistor to be driven when viewed from the drive circuit 10. Further, the bootstrap voltage BST corresponds to the on-voltage of the output transistor N1.

トランジスタ11は、Nチャネル型(=第1チャネル型に相当)であってもよい。トランジスタ12は、Pチャネル型(=第1チャネル型とは異なる第2チャネル型に相当)であってもよい。 The transistor 11 may be an N-channel type (corresponding to a first channel type). The transistor 12 may be of a P-channel type (corresponding to a second channel type different from the first channel type).

トランジスタ11のゲートには、駆動入力信号DRVINが印加されている。従って、トランジスタ11は、駆動入力信号DRVINがハイレベル(例えばBST)であるときにオン状態となり、駆動入力信号DRVINがローレベル(例えばHG)であるときにオフ状態となる。なお、駆動入力信号DRVINは、入力電圧INから所望の出力電圧OUTが得られるように不図示の出力帰還回路で生成される。 A drive input signal DRVIN is applied to the gate of the transistor 11. Therefore, the transistor 11 is turned on when the drive input signal DRVIN is at a high level (for example, BST), and is turned off when the drive input signal DRVIN is at a low level (for example, HG). Note that the drive input signal DRVIN is generated by an output feedback circuit (not shown) so that a desired output voltage OUT can be obtained from the input voltage IN.

トランジスタ12のゲートには、否定論理積信号S2(詳細については後述)が印加されている。従って、トランジスタ12は、否定論理積信号S2がハイレベル(例えばBST)であるときにオフ状態となり、否定論理積信号S2がローレベル(例えばHG)であるときにオン状態となる。 A NAND signal S2 (details will be described later) is applied to the gate of the transistor 12. Therefore, the transistor 12 is turned off when the NAND signal S2 is at a high level (for example, BST), and is turned on when the NAND signal S2 is at a low level (for example, HG).

コントローラ13は、出力トランジスタN1のオン遷移期間の当初はトランジスタ11をオン状態として途中からトランジスタ12もオン状態とするように、先出の否定論理積信号S2を生成する。 The controller 13 generates the aforementioned NAND signal S2 so that the transistor 11 is turned on at the beginning of the on-transition period of the output transistor N1, and the transistor 12 is also turned on in the middle.

本図に即して述べると、コントローラ13は、コンパレータCMPと否定論理積ゲートNANDとを含む。 Referring to the figure, the controller 13 includes a comparator CMP and a negative AND gate NAND.

コンパレータCMPは、非反転入力端(+)に入力されるスイッチ電圧SWと、反転入力端(-)に入力される所定の閾値電圧Vref(例えばIN-5V)とを比較することにより、比較信号S1を生成する。従って、比較信号S1は、スイッチ電圧SWが閾値電圧Vrefよりも高いときにハイレベルとなり、スイッチ電圧SWが閾値電圧Vrefよりも低いときにローレベルとなる。 The comparator CMP generates a comparison signal by comparing the switch voltage SW input to the non-inverting input terminal (+) and a predetermined threshold voltage Vref (for example, IN-5V) input to the inverting input terminal (-). Generate S1. Therefore, the comparison signal S1 becomes a high level when the switch voltage SW is higher than the threshold voltage Vref, and becomes a low level when the switch voltage SW is lower than the threshold voltage Vref.

否定論理積ゲートNAND(=論理ゲートに相当)は、比較信号S1と上側ゲート信号HG(=駆動対象トランジスタの制御信号に相当)に応じてトランジスタ12をオン/オフするように否定論理積信号S2を生成する。否定論理積信号S2は、比較信号S1と上側ゲート信号HGの少なくとも一方がローレベルであるときにハイレベルとなり、比較信号S1と上側ゲート信号HGの双方がハイレベルであるときにローレベルとなる。 The NAND gate NAND (=corresponding to a logic gate) outputs a NAND signal S2 so as to turn on/off the transistor 12 according to the comparison signal S1 and the upper gate signal HG (=corresponding to the control signal of the transistor to be driven). generate. The NAND signal S2 becomes a high level when at least one of the comparison signal S1 and the upper gate signal HG is at a low level, and becomes a low level when both the comparison signal S1 and the upper gate signal HG are at a high level. .

このように、本構成例のコントローラ13は、出力トランジスタN1の一端(ソース)に現れるスイッチ電圧SWと所定の閾値電圧Vrefとの比較結果に応じてトランジスタ12のオンタイミングを決定する。 In this manner, the controller 13 of this configuration example determines the on-timing of the transistor 12 according to the comparison result between the switch voltage SW appearing at one end (source) of the output transistor N1 and the predetermined threshold voltage Vref.

本図に即して述べると、コントローラ13は、スイッチ電圧SWが閾値電圧Vrefよりも高く、かつ、上側ゲート信号HGがハイレベル(=オン時の論理レベル)であるときにトランジスタ12をオン状態とする。 Referring to this figure, the controller 13 turns on the transistor 12 when the switch voltage SW is higher than the threshold voltage Vref and the upper gate signal HG is at a high level (=logic level when on). shall be.

図5は、第1実施形態における損失削減動作の一例を示す図である。本図では、上から順に、駆動入力信号DRVIN、スイッチ電圧SW、出力トランジスタN1のゲート・ソース間電圧VgsH、ドレイン・ソース間電圧VdsH、ドレイン・ソース間電流IdsH、及び、オン抵抗RonH(=VdsH/IdsH)が描写されている。 FIG. 5 is a diagram illustrating an example of loss reduction operation in the first embodiment. In this figure, from top to bottom, the drive input signal DRVIN, switch voltage SW, gate-source voltage VgsH of output transistor N1, drain-source voltage VdsH, drain-source current IdsH, and on-resistance RonH (=VdsH /IdsH) is depicted.

なお、ドレイン・ソース間電圧VdsH及びオン抵抗RonHは、縦軸方向に拡大して描写されている。また、本図では、先に説明した図3の右側と同じく、低デューティ条件での挙動が示されている。 Note that the drain-source voltage VdsH and the on-resistance RonH are depicted enlarged in the vertical axis direction. Further, in this figure, like the right side of FIG. 3 described above, behavior under a low duty condition is shown.

時刻t31において、駆動入力信号DRVINがハイレベルに立ち上げられると、トランジスタ11がオン状態となる。その結果、出力トランジスタN1のゲート・ソース間電圧VgsHが上昇し始めると、ドレイン・ソース間電流IdsHが流れ始める。一方、この時点では、スイッチ電圧SWがローレベル(≒GND<Vref)に維持される。従って、トランジスタ12がオフ状態のままとなる。 At time t31, when the drive input signal DRVIN is raised to a high level, the transistor 11 is turned on. As a result, when the gate-source voltage VgsH of the output transistor N1 begins to rise, the drain-source current IdsH begins to flow. On the other hand, at this point, the switch voltage SW is maintained at a low level (≈GND<Vref). Therefore, transistor 12 remains off.

時刻t32において、ドレイン・ソース間電流IdsHの増大が終わると、ドレイン・ソース間電圧VdsHが低下し始める。なお、ドレイン・ソース間電圧VdsHの低下に伴い、スイッチ電圧SWが上昇し、オン抵抗RonHが低下する。 At time t32, when the drain-source current IdsH stops increasing, the drain-source voltage VdsH begins to decrease. Note that as the drain-source voltage VdsH decreases, the switch voltage SW increases and the on-resistance RonH decreases.

また、時刻t32において、ゲート・ソース間電圧VgsHは、プラトー電圧Vpの近傍で一時停滞する状態(プラトー領域)に至る。 Further, at time t32, the gate-source voltage VgsH reaches a state where it temporarily stagnates near the plateau voltage Vp (plateau region).

時刻t33において、出力トランジスタN1のプラトー領域が満了すると、ゲート・ソース間電圧VgsHが再び上昇し始める。この時点では、スイッチ電圧SWが閾値電圧Vrefに達している。従って、トランジスタ11だけでなくトランジスタ12もオン状態となる。その結果、ゲート・ソース間電圧VgsHは、破線で示した従前の挙動(図3の右側に相当)と比べて急峻に上昇する。また、ドレイン・ソース間電圧VdsH及びオン抵抗RonHについても、破線で示す従前の挙動と比べて急峻に低下していく。 At time t33, when the plateau region of the output transistor N1 expires, the gate-source voltage VgsH starts to rise again. At this point, switch voltage SW has reached threshold voltage Vref. Therefore, not only transistor 11 but also transistor 12 is turned on. As a result, the gate-source voltage VgsH rises steeply compared to the previous behavior shown by the broken line (corresponding to the right side of FIG. 3). Furthermore, the drain-source voltage VdsH and the on-resistance RonH also decrease sharply compared to the previous behavior shown by the broken line.

時刻t34では、ゲート・ソース間電圧VgsHがブートストラップ電圧BSTに達してドレイン・ソース間電圧VdsH及びオン抵抗RonHがそれぞれの最小値に達する。すなわち、出力トランジスタN1がフルオン状態に至る。 At time t34, the gate-source voltage VgsH reaches the bootstrap voltage BST, and the drain-source voltage VdsH and on-resistance RonH reach their respective minimum values. That is, the output transistor N1 becomes fully on.

時刻t35において、駆動入力信号DRVINがローレベルに立ち下げられると、トランジスタ11及び12がいずれもオフ状態となり、スイッチ電圧SWのハイレベル期間T2が満了する。 At time t35, when the drive input signal DRVIN falls to a low level, both transistors 11 and 12 are turned off, and the high level period T2 of the switch voltage SW ends.

上記一連の損失削減動作では、出力トランジスタN1のオン遷移期間の当初(=時刻t31~t33)はトランジスタ11のみがオン状態とされて、出力トランジスタN1のオン遷移期間の途中(=時刻t33)からトランジスタ12もオン状態とされる。 In the series of loss reduction operations described above, only the transistor 11 is turned on at the beginning of the on-transition period of the output transistor N1 (=time t31 to t33), and from the middle of the on-transition period of the output transistor N1 (=time t33) Transistor 12 is also turned on.

その結果、プラトー領域の満了後、より短時間でオン抵抗RonHが最小化される。従って、Ron損失期間T1’(=時刻t33~t34)が従前のRon損失期間T1(=時刻t33~t35)と比べて短縮される。言い換えると、Ron損失期間T1’は、スイッチ電圧SWのハイレベル期間T2(=時刻t33~t35)よりも短くなる(T1’<T2=T1)。従って、先のスイッチング損失(Ron損失)が顕在化しにくくなる。 As a result, the on-resistance RonH is minimized in a shorter time after the plateau region expires. Therefore, the Ron loss period T1' (=time t33 to t34) is shortened compared to the previous Ron loss period T1 (=time t33 to t35). In other words, the Ron loss period T1' is shorter than the high level period T2 (=times t33 to t35) of the switch voltage SW (T1'<T2=T1). Therefore, the aforementioned switching loss (Ron loss) is less likely to become apparent.

<駆動回路(第2実施形態)>
図6は、駆動回路10の第2実施形態を示す図である。本実施形態の駆動回路10は、先出のトランジスタ11及び12とコントローラ13に加えて、トランジスタ14(=第3トランジスタに相当、例えばNMOSFET)と、ダイオード15及び16とを含む。
<Drive circuit (second embodiment)>
FIG. 6 is a diagram showing a second embodiment of the drive circuit 10. The drive circuit 10 of this embodiment includes a transistor 14 (corresponding to a third transistor, for example, an NMOSFET) and diodes 15 and 16, in addition to the transistors 11 and 12 and the controller 13 described above.

トランジスタ14のドレインは、上側ゲート信号HGの印加端(=出力トランジスタN1のゲート)に接続されている。トランジスタ14のソースは、スイッチ電圧SWの印加端に接続されている。トランジスタ14のゲートは、反転駆動入力信号xDRVINの印加端に接続されている。 The drain of the transistor 14 is connected to the application terminal of the upper gate signal HG (=gate of the output transistor N1). The source of the transistor 14 is connected to the application terminal of the switch voltage SW. The gate of the transistor 14 is connected to the application terminal of the inverted drive input signal xDRVIN.

このように接続されたトランジスタ14は、反転駆動入力信号xDRVINがハイレベルであるときにオン状態となり、反転駆動入力信号xDRVINがローレベルであるときにオフ状態となる。 The transistor 14 connected in this manner is turned on when the inverted drive input signal xDRVIN is at a high level, and turned off when the inverted drive input signal xDRVIN is at a low level.

なお、反転駆動入力信号xDRVINは、基本的に駆動入力信号DRVINの論理反転信号である。従って、トランジスタ11及び14は、相補的にオン/オフ制御される。ただし、トランジスタ11及び14に過大な貫通電流が流れないように、駆動入力信号DRVIN及び反転駆動入力信号xDRVINには、いわゆるデッドタイム(=トランジスタ11及び14の同時オフ期間)が設けられていてもよい。 Note that the inverted drive input signal xDRVIN is basically a logical inversion signal of the drive input signal DRVIN. Therefore, transistors 11 and 14 are controlled on/off in a complementary manner. However, in order to prevent an excessive through current from flowing through the transistors 11 and 14, a so-called dead time (=simultaneous OFF period of the transistors 11 and 14) is provided in the drive input signal DRVIN and the inverted drive input signal xDRVIN. good.

ダイオード15のカソードは、ブートストラップ電圧BST(=オン電圧)の印加端に接続されている。ダイオード15のアノードは、上側ゲート信号HGの印加端に接続されている。このように接続されたダイオード15は、BST-HG間の電圧クランプ素子として機能する。 The cathode of the diode 15 is connected to the application terminal of the bootstrap voltage BST (=on voltage). The anode of the diode 15 is connected to the application end of the upper gate signal HG. The diode 15 connected in this manner functions as a voltage clamp element between BST and HG.

ダイオード16のカソードは、上側ゲート信号HGの印加端に接続されている。ダイオード16のアノードは、スイッチ電圧SWの印加端に接続されている。このように接続されたダイオード16は、HG-SW間の電圧クランプ素子として機能する。 The cathode of the diode 16 is connected to the application end of the upper gate signal HG. The anode of the diode 16 is connected to the application end of the switch voltage SW. The diode 16 connected in this manner functions as a voltage clamp element between HG and SW.

また、本実施形態の駆動回路10では、コントローラ13の内部構成に変更が加えられている。本図に即して述べると、コントローラ13は、トランジスタN11~N15(例えばNMOSFET)と、トランジスタP11~P14(例えばPMOSFET)と、抵抗R1及びR2と、インバータINV1及びINV2と、を含む。 Furthermore, in the drive circuit 10 of this embodiment, the internal configuration of the controller 13 has been changed. Referring to the figure, the controller 13 includes transistors N11 to N15 (for example, NMOSFET), transistors P11 to P14 (for example, PMOSFET), resistors R1 and R2, and inverters INV1 and INV2.

トランジスタP11~P14それぞれのソースは、いずれもブートストラップ電圧BSTの印加端に接続されている。トランジスタN12~N14それぞれのソースは、いずれもスイッチ電圧SWの印加端に接続されている。 The sources of transistors P11 to P14 are all connected to the application terminal of bootstrap voltage BST. The sources of the transistors N12 to N14 are all connected to the application terminal of the switch voltage SW.

トランジスタP11及びN11それぞれのドレインは、いずれもノード電圧V1の印加端に接続されている。トランジスタP11及びN11それぞれのゲートは、いずれも上側ゲート信号HGの印加端に接続されている。トランジスタN11のソースは、トランジスタN12及びN13それぞれのドレインに接続されている。トランジスタN12のゲートは、トランジスタN12のドレインに接続されている。トランジスタN13のゲートは、トランジスタN14のドレインに接続されている。トランジスタP12及びN14それぞれのゲートは、いずれもノード電圧V1の印加端に接続されている。トランジスタP12及びN14それぞれのドレインは、いずれもノード電圧V2の印加端に接続されている。 The drains of transistors P11 and N11 are both connected to the terminal to which node voltage V1 is applied. The gates of transistors P11 and N11 are both connected to the application terminal of upper gate signal HG. The source of transistor N11 is connected to the drains of transistors N12 and N13. The gate of transistor N12 is connected to the drain of transistor N12. The gate of transistor N13 is connected to the drain of transistor N14. The gates of transistors P12 and N14 are both connected to the application terminal of node voltage V1. The drains of transistors P12 and N14 are both connected to the terminal to which node voltage V2 is applied.

抵抗R1の第1端は、入力電圧INの印加端に接続されている。抵抗R1の第2端は、トランジスタN15のドレインに接続されている。トランジスタN15及びP13それぞれのゲートは、いずれもノード電圧V2の印加端に接続されている。トランジスタP14のドレインは、抵抗R2の第1端に接続されている。トランジスタN15のソース、トランジスタP13のドレイン、抵抗R2の第2端、及び、インバータINV1の入力端は、いずれもノード電圧V3の印加端に接続されている。トランジスタP14のゲート、インバータINV1の出力端、及び、インバータINV2の入力端は、いずれもノード電圧V4の印加端に接続されている。インバータINV2の出力端とトランジスタ12のゲートは、いずれもノード電圧V5の印加端に接続されている。 A first end of the resistor R1 is connected to an application end of the input voltage IN. The second end of the resistor R1 is connected to the drain of the transistor N15. The gates of transistors N15 and P13 are both connected to the application terminal of node voltage V2. The drain of transistor P14 is connected to the first end of resistor R2. The source of the transistor N15, the drain of the transistor P13, the second end of the resistor R2, and the input end of the inverter INV1 are all connected to the application end of the node voltage V3. The gate of the transistor P14, the output terminal of the inverter INV1, and the input terminal of the inverter INV2 are all connected to the application terminal of the node voltage V4. The output end of the inverter INV2 and the gate of the transistor 12 are both connected to the application end of the node voltage V5.

なお、上記構成要素のうち、トランジスタN15は、入力電圧INの印加端と内部ノード(=ノード電圧V3の印加端)との間に接続されたNチャネル型トランジスタに相当する。また、トランジスタP13は、オン電圧(=ブートストラップ電圧BST)の印加端と内部ノード(=ノード電圧V3の印加端)との間に接続されたPチャネル型トランジスタに相当する。 Note that among the above components, the transistor N15 corresponds to an N-channel transistor connected between the application terminal of the input voltage IN and the internal node (=the application terminal of the node voltage V3). Further, the transistor P13 corresponds to a P-channel transistor connected between the application end of the on-voltage (=bootstrap voltage BST) and the internal node (=the application end of the node voltage V3).

駆動入力信号DRVINがハイレベル(=BST)に立ち上がると、上側ゲート信号HGがハイレベル(=BST-Vth(11)、ただしVth(11)はトランジスタ11のオン閾値電圧)となる。このとき、トランジスタP11がオフ状態となり、トランジスタN11がオン状態となる。従って、ノード電圧V1がローレベル(=SW+Vth(N12)、ただしVth(N12)はトランジスタN12のオン閾値電圧)となる。 When the drive input signal DRVIN rises to a high level (=BST), the upper gate signal HG becomes a high level (=BST−Vth(11), where Vth(11) is the on-threshold voltage of the transistor 11). At this time, the transistor P11 is turned off, and the transistor N11 is turned on. Therefore, the node voltage V1 becomes a low level (=SW+Vth(N12), where Vth(N12) is the on-threshold voltage of the transistor N12).

ノード電圧V1がローレベルに立ち下がると、トランジスタP12がオン状態となり、トランジスタN14がオフ状態となる。その結果、ノード電圧V2がハイレベル(=BST)となる。このように、駆動入力信号DRVINがハイレベルであるとき、すなわち、トランジスタ11がオン状態であるときには、トランジスタN15及びP13それぞれのゲートにブートストラップ電圧BST(=オン電圧)が印加される。 When the node voltage V1 falls to a low level, the transistor P12 is turned on and the transistor N14 is turned off. As a result, the node voltage V2 becomes high level (=BST). In this way, when the drive input signal DRVIN is at a high level, that is, when the transistor 11 is in the on state, the bootstrap voltage BST (=on voltage) is applied to the gates of each of the transistors N15 and P13.

ここで、ブートストラップ電圧BSTが入力電圧INよりも高くなると、ノード電圧V3がローレベル(≒IN)となる。従って、ノード電圧V4がハイレベルとなり、ノード電圧V5がローレベルとなる。その結果、トランジスタ12がオン状態となる。 Here, when the bootstrap voltage BST becomes higher than the input voltage IN, the node voltage V3 becomes a low level (≈IN). Therefore, the node voltage V4 becomes high level and the node voltage V5 becomes low level. As a result, transistor 12 is turned on.

このように、本実施形態の駆動回路10において、コントローラ13は、出力トランジスタN1のドレインに印加される入力電圧INとブートストラップ電圧BST(=オン電圧)との比較結果に応じて、トランジスタ12のオンタイミングを決定する。 In this way, in the drive circuit 10 of this embodiment, the controller 13 controls the voltage of the transistor 12 according to the comparison result between the input voltage IN applied to the drain of the output transistor N1 and the bootstrap voltage BST (=ON voltage). Determine the on timing.

図7は、第2実施形態における損失削減動作の一例を示す図である。本図では、本図では、上から順に、駆動入力信号DRVIN、ブートストラップ電圧BST(実線)、ノード電圧V3(小破線)、スイッチ電圧SW(大破線)、出力トランジスタN1のゲート・ソース間電圧VgsH、ドレイン・ソース間電圧VdsH、ドレイン・ソース間電流IdsH、及び、オン抵抗RonH(=VdsH/IdsH)が描写されている。 FIG. 7 is a diagram illustrating an example of loss reduction operation in the second embodiment. In this figure, in order from the top, the drive input signal DRVIN, bootstrap voltage BST (solid line), node voltage V3 (small broken line), switch voltage SW (large broken line), and gate-source voltage of output transistor N1 VgsH, drain-source voltage VdsH, drain-source current IdsH, and on-resistance RonH (=VdsH/IdsH) are depicted.

なお、ドレイン・ソース間電圧VdsH及びオン抵抗RonHは、縦軸方向に拡大して描写されている。また、本図では、先出の図3の右側及び図5と同じく、低デューティ条件での挙動が示されている。また、吹き出し枠には領域αの拡大図が描写されている。 Note that the drain-source voltage VdsH and the on-resistance RonH are depicted enlarged in the vertical axis direction. Further, this figure shows the behavior under low duty conditions, as in the right side of FIG. 3 and FIG. 5 mentioned earlier. Furthermore, an enlarged view of the area α is depicted in the speech bubble frame.

時刻t41において、駆動入力信号DRVINがハイレベルに立ち上げられると、トランジスタ11がオン状態となる。その結果、出力トランジスタN1のゲート・ソース間電圧VgsHが上昇し始めると、ドレイン・ソース間電流IdsHが流れ始める。一方、この時点では、スイッチ電圧SWがローレベル(≒GND)に維持されるので、ブートストラップ電圧BST(=SW+Vc)が入力電圧INよりも低い状態となる。また、ノード電圧V3は、ハイレベル(=BST-Vth(N15)、ただしVth(N15)はトランジスタN15のオン閾値電圧)となる。従って、トランジスタ12は、オフ状態のままとなる。 At time t41, when the drive input signal DRVIN is raised to a high level, the transistor 11 is turned on. As a result, when the gate-source voltage VgsH of the output transistor N1 begins to rise, the drain-source current IdsH begins to flow. On the other hand, at this point, the switch voltage SW is maintained at a low level (≈GND), so the bootstrap voltage BST (=SW+Vc) is lower than the input voltage IN. Further, the node voltage V3 becomes a high level (=BST-Vth(N15), where Vth(N15) is the on-threshold voltage of the transistor N15). Therefore, transistor 12 remains off.

時刻t42において、ドレイン・ソース間電流IdsHの増大が終わると、ドレイン・ソース間電圧VdsHが低下し始める。なお、ドレイン・ソース間電圧VdsHの低下に伴い、スイッチ電圧SWが上昇し、オン抵抗RonHが低下する。 At time t42, when the drain-source current IdsH stops increasing, the drain-source voltage VdsH begins to decrease. Note that as the drain-source voltage VdsH decreases, the switch voltage SW increases and the on-resistance RonH decreases.

また、時刻t42において、ゲート・ソース間電圧VgsHは、プラトー電圧Vpの近傍で一時停滞する状態(プラトー領域)に至る。 Further, at time t42, the gate-source voltage VgsH reaches a state where it temporarily stagnates near the plateau voltage Vp (plateau region).

時刻t43において、出力トランジスタN1のプラトー領域が満了すると、ゲート・ソース間電圧VgsHが再び上昇し始める。 At time t43, when the plateau region of the output transistor N1 expires, the gate-source voltage VgsH starts to rise again.

なお、時刻txでは、上記したプラトー領域の満了に先立ち、ブートストラップ電圧BSTが入力電圧INを上回っている。従って、ノード電圧V3がローレベル(≒IN)となるので、トランジスタ11だけでなくトランジスタ12もオン状態となる。その結果、ゲート・ソース間電圧VgsHは、破線で示す従前の挙動(図3の右側に相当)と比べて急峻に上昇する。また、ドレイン・ソース間電圧VdsH及びオン抵抗RonHについても、破線で示した従前の挙動と比べて急峻に低下していく。 Note that at time tx, the bootstrap voltage BST exceeds the input voltage IN prior to the expiration of the above-described plateau region. Therefore, since the node voltage V3 becomes a low level (≈IN), not only the transistor 11 but also the transistor 12 is turned on. As a result, the gate-source voltage VgsH rises steeply compared to the previous behavior shown by the broken line (corresponding to the right side of FIG. 3). Furthermore, the drain-source voltage VdsH and the on-resistance RonH also decrease sharply compared to the previous behavior shown by the broken line.

このように、本実施形態の駆動回路10(特にコントローラ13)では、コンパレータCMP(図4)を用いてスイッチ電圧SWと閾値電圧Vrefとを比較する第1実施形態(図4)の構成に代えて、トランジスタN15を用いてブートストラップ電圧BSTと入力電圧INとを比較する構成が採用されている。本構成によれば、ブートストラップ電圧BSTが上がり切る前にノード電圧V3がローレベル(≒IN)に切り替えられる。従って、先出の第1実施形態と異なり、コンパレータCMPでの信号遅延を考慮せずに済む。 In this way, in the drive circuit 10 (particularly the controller 13) of this embodiment, instead of the configuration of the first embodiment (FIG. 4) in which the switch voltage SW and the threshold voltage Vref are compared using the comparator CMP (FIG. 4), Therefore, a configuration is adopted in which the bootstrap voltage BST and the input voltage IN are compared using the transistor N15. According to this configuration, the node voltage V3 is switched to a low level (≈IN) before the bootstrap voltage BST rises completely. Therefore, unlike the first embodiment mentioned earlier, there is no need to consider signal delay in the comparator CMP.

時刻t44では、ゲート・ソース間電圧VgsHがブートストラップ電圧BSTに達してドレイン・ソース間電圧VdsH及びオン抵抗RonHがそれぞれの最小値に達する。すなわち、出力トランジスタN1がフルオン状態に至る。 At time t44, the gate-source voltage VgsH reaches the bootstrap voltage BST, and the drain-source voltage VdsH and on-resistance RonH reach their respective minimum values. That is, the output transistor N1 becomes fully on.

時刻t45において、駆動入力信号DRVINがローレベルに立ち下げられると、トランジスタ11及び12がいずれもオフ状態となり、スイッチ電圧SWのハイレベル期間T2が満了する。 At time t45, when the drive input signal DRVIN falls to a low level, both transistors 11 and 12 are turned off, and the high level period T2 of the switch voltage SW ends.

上記一連の損失削減動作によれば、先出の第1実施形態と同じく、出力トランジスタN1のオン遷移期間の当初(=時刻t41~t43)はトランジスタ11のみがオン状態とされて、出力トランジスタN1のオン遷移期間の途中(=時刻t43)からトランジスタ12もオン状態とされる。 According to the series of loss reduction operations described above, as in the first embodiment, only the transistor 11 is turned on at the beginning of the on-transition period of the output transistor N1 (=times t41 to t43), and the output transistor N1 The transistor 12 is also turned on from the middle of the on-transition period (=time t43).

その結果、プラトー領域の満了後、より短時間でオン抵抗RonHが最小化される。従って、Ron損失期間T1’(=時刻t43~t44)が従前のRon損失期間T1(=時刻t43~t45)と比べて短縮される。言い換えると、Ron損失期間T1’は、スイッチ電圧SWのハイレベル期間T2(=時刻t43~t45)よりも短くなる(T1’<T2=T1)。従って、先のスイッチング損失(Ron損失)が顕在化しにくくなる。 As a result, the on-resistance RonH is minimized in a shorter time after the plateau region expires. Therefore, the Ron loss period T1' (=time t43 to t44) is shortened compared to the previous Ron loss period T1 (=time t43 to t45). In other words, the Ron loss period T1' is shorter than the high level period T2 (=times t43 to t45) of the switch voltage SW (T1'<T2=T1). Therefore, the aforementioned switching loss (Ron loss) is less likely to become apparent.

なお、上記した第1及び第2実施形態の損失削減動作は、いずれもオンデューティDonに依らず常に実施される。従って、低デューティ条件での損失削減効果はもちろん、高デューティ条件での損失削減効果も少なからず期待できる。 Note that the loss reduction operations in the first and second embodiments described above are always performed regardless of the on-duty Don. Therefore, not only a loss reduction effect under low duty conditions but also a considerable loss reduction effect under high duty conditions can be expected.

<変形例>
上記実施形態では、ハーフブリッジ出力段を形成する出力トランジスタN1のオン抵抗を最小化して低デューティ条件でのスイッチング損失(Ron損失)を削減する構成が例示されている。ただし、本開示の適用対象は、これに限定されるものではない。
<Modified example>
In the above embodiment, a configuration is exemplified in which the on-resistance of the output transistor N1 forming the half-bridge output stage is minimized to reduce switching loss (Ron loss) under low duty conditions. However, the scope of application of the present disclosure is not limited to this.

例えば、一つの変形例としては、同期整流トランジスタN2のオン抵抗を最小化して高デューティ条件でのスイッチング損失(Ron損失)を削減する構成が考えられる。 For example, one possible modification is a configuration in which the on-resistance of the synchronous rectifier transistor N2 is minimized to reduce switching loss (Ron loss) under high duty conditions.

また、本開示は、GaNデバイスを駆動する場合だけでなく、Siデバイスを駆動する場合にも有用である。 Further, the present disclosure is useful not only when driving GaN devices but also when driving Si devices.

<駆動回路(第3実施形態)>
図8は、駆動回路10の第3実施形態を示す図である。本実施形態の駆動回路10は、出力トランジスタN1を駆動する上側ドライバDRVHの構成要素として、先出のトランジスタ11及び12と、コントローラ13と、トランジスタ14と、を含む。なお、コントローラ13は、インバータINV3を含む。
<Drive circuit (third embodiment)>
FIG. 8 is a diagram showing a third embodiment of the drive circuit 10. The drive circuit 10 of this embodiment includes the aforementioned transistors 11 and 12, a controller 13, and a transistor 14 as components of the upper driver DRVH that drives the output transistor N1. Note that the controller 13 includes an inverter INV3.

トランジスタ11のドレインとトランジスタ12のソースは、いずれもブートストラップ電圧BSTの印加端(=出力トランジスタN1のドレイン)に接続されている。トランジスタ11のソースとトランジスタ12及び14それぞれのドレインは、いずれも上側ゲート信号HGの印加端(=出力トランジスタN1のゲート)に接続されている。トランジスタ14のソースは、スイッチ電圧SWの印加端(=出力トランジスタN1のソース)に接続されている。トランジスタ11のゲートとインバータINV3の入力端は、いずれも上側駆動入力信号DINHの印加端に接続されている。トランジスタ12及び14それぞれのゲートは、いずれも反転上側駆動入力信号xDINHの印加端(=インバータINV3の出力端)に接続されている。 The drain of the transistor 11 and the source of the transistor 12 are both connected to the application terminal of the bootstrap voltage BST (=the drain of the output transistor N1). The source of the transistor 11 and the drains of the transistors 12 and 14 are both connected to the application terminal of the upper gate signal HG (=gate of the output transistor N1). The source of the transistor 14 is connected to the application terminal of the switch voltage SW (=the source of the output transistor N1). The gate of the transistor 11 and the input terminal of the inverter INV3 are both connected to the application terminal of the upper drive input signal DINH. The gates of the transistors 12 and 14 are both connected to the application terminal of the inverted upper drive input signal xDINH (=the output terminal of the inverter INV3).

トランジスタ11は、上側駆動入力信号DINHがハイレベルであるときにオン状態となる。また、トランジスタ11は、上側駆動入力信号DINHがローレベルであるときにオフ状態となる。 The transistor 11 is turned on when the upper drive input signal DINH is at a high level. Further, the transistor 11 is turned off when the upper drive input signal DINH is at a low level.

トランジスタ12は、反転上側駆動入力信号xDINHがハイレベルであるときにオフ状態となる。また、トランジスタ12は、反転上側駆動入力信号xDINHがローレベルであるときにオン状態となる。 The transistor 12 is turned off when the inverted upper drive input signal xDINH is at a high level. Further, the transistor 12 is turned on when the inverted upper drive input signal xDINH is at a low level.

トランジスタ14は、反転上側駆動入力信号xDINHがハイレベルであるときにオン状態となる。また、トランジスタ14は、反転上側駆動入力信号xDINHがローレベルであるときにオフ状態となる。 The transistor 14 is turned on when the inverted upper drive input signal xDINH is at a high level. Further, the transistor 14 is turned off when the inverted upper drive input signal xDINH is at a low level.

インバータINV3は、上側駆動入力信号DINHの論理レベルを反転させて反転上側駆動入力信号xDINHを生成する。反転上側駆動入力信号xDINHは、上側駆動入力信号DINHがハイレベルであるときにローレベルとなる。また、反転上側駆動入力信号xDINHは、上側駆動入力信号DINHがローレベルであるときにハイレベルとなる。 Inverter INV3 inverts the logic level of upper drive input signal DINH to generate an inverted upper drive input signal xDINH. The inverted upper drive input signal xDINH is at a low level when the upper drive input signal DINH is at a high level. Further, the inverted upper drive input signal xDINH is at a high level when the upper drive input signal DINH is at a low level.

なお、反転上側駆動入力信号xDINHは、上側駆動入力信号DINHがハイレベルに立ち上がってから、インバータINV3での信号遅延分だけ遅れてローレベルに立ち下がる。従って、出力トランジスタN1のオン遷移期間において、当初はトランジスタ11のみがオン状態となり、途中からトランジスタ12もオン状態となる。 Note that the inverted upper drive input signal xDINH falls to a low level with a delay corresponding to the signal delay at the inverter INV3 after the upper drive input signal DINH rises to a high level. Therefore, during the on-transition period of the output transistor N1, initially only the transistor 11 is in the on state, and later on, the transistor 12 is also in the on state.

また、本実施形態の駆動回路10は、同期整流トランジスタN2を駆動する下側ドライバDRVLの構成要素として、トランジスタ17(=下側ドライバDRVLの第1トランジスタに相当、例えばNMOSFET)と、トランジスタ18(=下側ドライバDRVLの第2トランジスタに相当、例えばPMOSFET)と、コントローラ19と、トランジスタ1A(=下側ドライバDRVLの第3トランジスタに相当、例えばNMOSFET)と、を含む。なお、コントローラ19は、インバータINV4を含む。 Further, the drive circuit 10 of the present embodiment includes a transistor 17 (corresponding to the first transistor of the lower driver DRVL, for example, an NMOSFET) and a transistor 18 ( =corresponding to the second transistor of the lower driver DRVL, for example, a PMOSFET), a controller 19, and a transistor 1A (=corresponding to the third transistor of the lower driver DRVL, for example, an NMOSFET). Note that the controller 19 includes an inverter INV4.

トランジスタ17のドレインとトランジスタ18のソースは、いずれも内部電源電圧VREGの印加端(=同期整流トランジスタN2のドレイン)に接続されている。トランジスタ17のソースとトランジスタ18及び1Aそれぞれのドレインは、いずれも下側ゲート信号LGの印加端(=同期整流トランジスタN2のゲート)に接続されている。トランジスタ1Aのソースは、接地端、すなわち、接地電圧GNDの印加端(=同期整流トランジスタN2のソース)に接続されている。トランジスタ17のゲートとインバータINV4の入力端は、いずれも下側駆動入力信号DINLの印加端に接続されている。トランジスタ18及び1Aそれぞれのゲートは、いずれも反転下側駆動入力信号xDINLの印加端(=インバータINV4の出力端)に接続されている。 The drain of the transistor 17 and the source of the transistor 18 are both connected to the application terminal of the internal power supply voltage VREG (=the drain of the synchronous rectification transistor N2). The source of the transistor 17 and the drains of the transistors 18 and 1A are both connected to the application terminal of the lower gate signal LG (=gate of the synchronous rectification transistor N2). The source of the transistor 1A is connected to a ground terminal, that is, an application terminal of the ground voltage GND (=source of the synchronous rectification transistor N2). The gate of the transistor 17 and the input terminal of the inverter INV4 are both connected to the application terminal of the lower drive input signal DINL. The gates of the transistors 18 and 1A are both connected to the application terminal of the inverted lower drive input signal xDINL (=the output terminal of the inverter INV4).

トランジスタ17は、下側駆動入力信号DINLがハイレベルであるときにオン状態となる。また、トランジスタ17は、下側駆動入力信号DINLがローレベルであるときにオフ状態となる。 The transistor 17 is turned on when the lower drive input signal DINL is at a high level. Furthermore, the transistor 17 is turned off when the lower drive input signal DINL is at a low level.

トランジスタ18は、反転下側駆動入力信号xDINLがハイレベルであるときにオフ状態となる。また、トランジスタ18は、反転下側駆動入力信号xDINLがローレベルであるときにオン状態となる。 The transistor 18 is turned off when the inverted lower drive input signal xDINL is at a high level. Further, the transistor 18 is turned on when the inverted lower drive input signal xDINL is at a low level.

トランジスタ1Aは、反転下側駆動入力信号xDINLがハイレベルであるときにオン状態となる。また、トランジスタ1Aは、反転下側駆動入力信号xDINLがローレベルであるときにオフ状態となる。 The transistor 1A is turned on when the inverted lower drive input signal xDINL is at a high level. Further, the transistor 1A is turned off when the inverted lower drive input signal xDINL is at a low level.

インバータINV4は、下側駆動入力信号DINLの論理レベルを反転させて反転下側駆動入力信号xDINLを生成する。反転下側駆動入力信号xDINLは、下側駆動入力信号DINLがハイレベルであるときにローレベルとなる。また、反転下側駆動入力信号xDINLは、下側駆動入力信号DINLがローレベルであるときにハイレベルとなる。 Inverter INV4 inverts the logic level of lower drive input signal DINL to generate an inverted lower drive input signal xDINL. The inverted lower drive input signal xDINL is at a low level when the lower drive input signal DINL is at a high level. Further, the inverted lower drive input signal xDINL is at a high level when the lower drive input signal DINL is at a low level.

なお、反転下側駆動入力信号xDINLは、下側駆動入力信号DINLがハイレベルに立ち上がってから、インバータINV4での信号遅延分だけ遅れてローレベルに立ち下がる。従って、同期整流トランジスタN2のオン遷移期間において、当初はトランジスタ17のみがオン状態となり、途中からトランジスタ18もオン状態となる。 Note that the inverted lower drive input signal xDINL falls to a low level with a delay corresponding to the signal delay at the inverter INV4 after the lower drive input signal DINL rises to a high level. Therefore, during the on-transition period of the synchronous rectifier transistor N2, only the transistor 17 is initially turned on, and halfway through, the transistor 18 is also turned on.

<ゲート信号のリンギングに関する考察>
図9は、先出のトランジスタ11が未導入であると仮定した場合に上側ゲート信号HGのリンギングが生じる様子を示す図である。なお、本図の左側には、リンギングを伴わない上側ゲート信号HGの立ち上がり挙動(理想的な挙動)が描写されている。一方、本図の右側には、リンギングを伴う上側ゲート信号HGの立ち上がり挙動が描写されている。
<Considerations regarding gate signal ringing>
FIG. 9 is a diagram showing how ringing occurs in the upper gate signal HG when it is assumed that the previously mentioned transistor 11 is not introduced. Note that the rising behavior (ideal behavior) of the upper gate signal HG without ringing is depicted on the left side of the figure. On the other hand, on the right side of the figure, the rising behavior of the upper gate signal HG accompanied by ringing is depicted.

Nチャネル型のトランジスタ11が未導入である場合、出力トランジスタN1のオン遷移期間には、Pチャネル型のトランジスタ12のみを用いて上側ゲート信号HGがハイレベルに立ち上げられる。この場合、上側ゲート信号HGは、トランジスタ12を介してブートストラップ電圧BSTまで一気に引き上げられる(本図の左側を参照)。 If the N-channel type transistor 11 is not introduced, the upper gate signal HG is raised to a high level using only the P-channel type transistor 12 during the on-transition period of the output transistor N1. In this case, the upper gate signal HG is pulled up to the bootstrap voltage BST via the transistor 12 (see the left side of the figure).

そのため、何らかの要因で上側ゲート信号HGにリンギングが生じると、上側ゲート信号HGが出力トランジスタN1のゲート耐圧を超えてオーバーシュートするおそれがある(本図の右側を参照)。特に、GaNデバイスは、一般的なSiデバイスと比べてゲート耐圧が低いので、オーバーシュート対策が重要となり得る。 Therefore, if ringing occurs in the upper gate signal HG for some reason, there is a risk that the upper gate signal HG will exceed the gate breakdown voltage of the output transistor N1 and overshoot (see the right side of the figure). In particular, GaN devices have a lower gate breakdown voltage than typical Si devices, so countermeasures against overshoot can be important.

図10は、先出のトランジスタ11の導入により上側ゲート信号HGのリンギングが抑制される様子を示す図である。先の図9と同様、本図の左側には、リンギングを伴わない上側ゲート信号HGの立ち上がり挙動(理想的な挙動)が描写されている。一方、本図の右側には、リンギングを伴う上側ゲート信号HGの立ち上がり挙動が描写されている。 FIG. 10 is a diagram showing how ringing of the upper gate signal HG is suppressed by introducing the transistor 11 mentioned above. Similar to the previous FIG. 9, the rising behavior (ideal behavior) of the upper gate signal HG without ringing is depicted on the left side of this figure. On the other hand, on the right side of the figure, the rising behavior of the upper gate signal HG accompanied by ringing is depicted.

Nチャネル型のトランジスタ11が導入されている場合、出力トランジスタN1のオン期間において、当初にはトランジスタ11のみがオン状態となる。この場合、上側ゲート信号HGは、ブートストラップ電圧BSTよりもトランジスタ11のオン閾値電圧Vthだけ低い電圧(=BST-Vth)までしか上昇しない(本図の右側を参照)。従って、上側ゲート信号HGにリンギングが生じても、上側ゲート信号HGが出力トランジスタN1のゲート耐圧を超えてオーバーシュートし難くなる。 When the N-channel type transistor 11 is introduced, only the transistor 11 is initially in the on state during the on period of the output transistor N1. In this case, the upper gate signal HG rises only to a voltage (=BST-Vth) lower than the bootstrap voltage BST by the on-threshold voltage Vth of the transistor 11 (see the right side of the figure). Therefore, even if ringing occurs in the upper gate signal HG, the upper gate signal HG is less likely to exceed the gate breakdown voltage of the output transistor N1 and overshoot.

なお、図9及び図10では、上側ゲート信号HGに着目して説明されているが、下側ゲート信号LGについても同様のことが言える。 Note that although the explanation in FIGS. 9 and 10 focuses on the upper gate signal HG, the same can be said for the lower gate signal LG.

<PMOSFETのオンタイミング制御に関する考察>
これまで説明してきたように、互いに並列接続されたNMOSFET及びPMOSFETが順次オン状態とされる構成では、PMOSFETのオンタイミングを適切に設定することが重要となる。
<Considerations regarding PMOSFET on-timing control>
As described above, in a configuration in which the NMOSFET and PMOSFET connected in parallel are sequentially turned on, it is important to appropriately set the turn-on timing of the PMOSFET.

例えば、重負荷時と軽負荷時では、同期整流トランジスタN2のプラトー領域(=ゲート・ソース間電圧VgsLがプラトー電圧Vpの近傍で一時停滞する領域)が異なる。より具体的に述べると、同期整流トランジスタN2のプラトー領域は、負荷が軽いほど長くなる傾向がある。 For example, the plateau region (=region where the gate-source voltage VgsL temporarily stagnates near the plateau voltage Vp) of the synchronous rectifier transistor N2 is different between heavy load and light load. More specifically, the plateau region of the synchronous rectifier transistor N2 tends to become longer as the load becomes lighter.

ただし、トランジスタ18のオンタイミングが軽負荷時の最適タイミングに合わせて固定的に設定されている場合、重負荷時にはトランジスタ18のオンタイミングが重負荷時の最適タイミングよりも遅れる。その結果、Ron損失が十分に抑えられなくなる。 However, if the on-timing of the transistor 18 is fixedly set according to the optimum timing under light load, the on-timing of the transistor 18 is delayed from the optimum timing under heavy load when the load is heavy. As a result, Ron loss cannot be suppressed sufficiently.

逆に、トランジスタ18のオンタイミングが重負荷時の最適タイミングに合わせて固定的にされている場合、軽負荷時にはトランジスタ18のオンタイミングが軽負荷時の最適タイミングよりも早くなる。その結果、リンギングが十分に抑えられなくなる。 Conversely, if the on-timing of the transistor 18 is fixed in accordance with the optimum timing under heavy load, the on-timing of the transistor 18 during light load will be earlier than the optimum timing under light load. As a result, ringing cannot be suppressed sufficiently.

図11は、トランジスタ18のオンタイミング制御において、負荷の軽重に応じた背反が生じる様子を示す図である。本図では、上から順に、スイッチ電圧SW、同期整流トランジスタN2のゲート・ソース間電圧VgsL、ドレイン・ソース間電圧VdsL、ドレイン・ソース間電流IdsL、及び、オン抵抗RonL(=VdsL/IdsL)が描写されている。 FIG. 11 is a diagram illustrating how conflicts occur in the on-timing control of the transistor 18 depending on the weight and weight of the load. In this figure, from the top, the switch voltage SW, the gate-source voltage VgsL of the synchronous rectifier transistor N2, the drain-source voltage VdsL, the drain-source current IdsL, and the on-resistance RonL (=VdsL/IdsL) are shown. Depicted.

なお、ドレイン・ソース間電圧VdsL及びオン抵抗RonLは、縦軸方向に拡大して描写されている。また、本図の左側には、重負荷時の挙動が示されている。一方、本図の右側には、軽負荷時の挙動が示されている。 Note that the drain-source voltage VdsL and the on-resistance RonL are depicted enlarged in the vertical axis direction. Furthermore, the left side of this figure shows the behavior under heavy load. On the other hand, the right side of the figure shows the behavior under light load.

区間T11(=時刻t54~t56)及びT21(=時刻t64~t66)は、それぞれ、同期整流トランジスタN2のオン抵抗RonLが比較的高い区間を示している。すなわち、区間T11及びT21は、先出のRon損失区間に相当する。 Sections T11 (=times t54 to t56) and T21 (=times t64 to t66) each indicate sections in which the on-resistance RonL of the synchronous rectification transistor N2 is relatively high. That is, sections T11 and T21 correspond to the Ron loss sections mentioned above.

区間T12(=時刻t53~t55)及びT22(=時刻t62~t65)は、それぞれ、トランジスタ17がオン状態とされており、トランジスタ18がオフ状態とされている区間(=NMOS駆動区間)を示している。 Sections T12 (=times t53 to t55) and T22 (=times t62 to t65) respectively indicate periods in which the transistor 17 is in the on state and the transistor 18 is in the off state (=NMOS drive period). ing.

区間T13(=時刻t56~t57)は、軽負荷時のプラトー領域を考慮して設定される重負荷時のNMOS駆動延長区間を示している。区間T23(=時刻t63~t64)は、軽負荷時のプラトー領域を示している。 Section T13 (=time t56 to t57) indicates an NMOS drive extension section during heavy load, which is set in consideration of the plateau region during light load. Section T23 (=time t63 to t64) indicates a plateau region during light load.

区間T11及びT21において、ゲート・ソース間電圧VgsLは、内部電源電圧VREGからトランジスタ18のオン閾値電圧Vthを差し引いた電圧値(=VREG-Vth)までしか上がらない。従って、区間T11及びT21では、同期整流トランジスタN2がフルオン状態とならない。 In periods T11 and T21, the gate-source voltage VgsL increases only to a voltage value (=VREG−Vth) obtained by subtracting the on-threshold voltage Vth of the transistor 18 from the internal power supply voltage VREG. Therefore, in sections T11 and T21, the synchronous rectifier transistor N2 is not fully turned on.

ところで、トランジスタ18のオンタイミングが軽負荷時の最適タイミングに合わせて固定的に設定されている場合、重負荷時にはトランジスタ18のオンタイミングが重負荷時の最適タイミングよりも遅れる。 By the way, when the on-timing of the transistor 18 is fixedly set to match the optimum timing under light load, the on-timing of the transistor 18 is delayed from the optimum timing under heavy load when the load is heavy.

本図に即して述べると、トランジスタ18のオンタイミングは、区間T11の満了タイミングではなく、さらに軽負荷時のプラトー領域に相当する区間T13が経過したタイミングとなる。すなわち、区間T11は、区間T11’(=時刻t54~t57)まで延長され得る。その結果、Ron損失が増大する。特に、スイッチング周波数が高くなると、スイッチ電圧SWのローレベル期間に占める区間T11’の割合が大きくなる。従ってRon損失が顕在化しやすくなる。 Referring to the figure, the on-timing of the transistor 18 is not the timing at which the interval T11 expires, but the timing at which the interval T13 corresponding to the plateau region at the time of light load has elapsed. That is, section T11 can be extended to section T11' (=time t54 to t57). As a result, Ron loss increases. In particular, as the switching frequency increases, the proportion of the period T11' in the low level period of the switch voltage SW increases. Therefore, Ron loss becomes more apparent.

<駆動回路(第4実施形態)>
図12は駆動回路10の第4実施形態を示す図である。本実施形態の駆動回路10において、下側ドライバDRVLに含まれるコントローラ19は、同期整流トランジスタN2のオン遷移期間(=下側ゲート信号LGのハイレベル遷移期間)において、当初はトランジスタ17をオン状態として途中からトランジスタ18もオン状態とするようにトランジスタ18のオンタイミング制御を行う。
<Drive circuit (fourth embodiment)>
FIG. 12 is a diagram showing a fourth embodiment of the drive circuit 10. In the drive circuit 10 of this embodiment, the controller 19 included in the lower driver DRVL initially turns the transistor 17 on during the on-transition period of the synchronous rectification transistor N2 (=the high-level transition period of the lower gate signal LG). The on-timing of the transistor 18 is controlled so that the transistor 18 is also turned on from the middle of the process.

本図に即して述べると、コントローラ19は、コンパレータCMP2と否定論理積ゲートNAND2とを含む。 Referring to the figure, the controller 19 includes a comparator CMP2 and a negative AND gate NAND2.

コンパレータCMP2は、反転入力端(-)に入力されるスイッチ電圧SWと、非反転入力端(+)に入力される所定の閾値電圧Vref(例えばVREG/2)とを比較することにより、比較信号S21を生成する。従って、比較信号S21は、スイッチ電圧SWが閾値電圧Vrefよりも低いときにハイレベルとなり、スイッチ電圧SWが閾値電圧Vrefよりも高いときにローレベルとなる。 The comparator CMP2 generates a comparison signal by comparing the switch voltage SW input to the inverting input terminal (-) and a predetermined threshold voltage Vref (for example, VREG/2) input to the non-inverting input terminal (+). Generate S21. Therefore, the comparison signal S21 becomes a high level when the switch voltage SW is lower than the threshold voltage Vref, and becomes a low level when the switch voltage SW is higher than the threshold voltage Vref.

否定論理積ゲートNAND2(=論理ゲートに相当)は、比較信号S21と下側ゲート信号LG(=下側ドライバDRVLの駆動対象となる同期整流トランジスタN2の制御信号に相当)に応じてトランジスタ18をオン/オフするように否定論理積信号S22を生成する。否定論理積信号S22は、比較信号S21と下側ゲート信号LGの少なくとも一方がローレベルであるときにハイレベルとなり、比較信号S21と下側ゲート信号LGの双方がハイレベルであるときにローレベルとなる。 The NAND gate NAND2 (=corresponding to a logic gate) controls the transistor 18 according to the comparison signal S21 and the lower gate signal LG (=corresponding to the control signal of the synchronous rectifier transistor N2, which is the drive target of the lower driver DRVL). A NAND signal S22 is generated to turn on/off. The NAND signal S22 becomes a high level when at least one of the comparison signal S21 and the lower gate signal LG is at a low level, and becomes a low level when both the comparison signal S21 and the lower gate signal LG are at a high level. becomes.

このように、本構成例のコントローラ19は、同期整流トランジスタN2の一端(ソース)に現れるスイッチ電圧SWと所定の閾値電圧Vrefとの比較結果に応じてトランジスタ18のオンタイミングを決定する。 In this manner, the controller 19 of this configuration example determines the on-timing of the transistor 18 according to the comparison result between the switch voltage SW appearing at one end (source) of the synchronous rectifier transistor N2 and the predetermined threshold voltage Vref.

本図に即して述べると、コントローラ19は、スイッチ電圧SWが閾値電圧Vrefよりも低く、かつ、下側ゲート信号LGがハイレベル(=オン時の論理レベル)であるときにトランジスタ18をオン状態とする。 Referring to this figure, the controller 19 turns on the transistor 18 when the switch voltage SW is lower than the threshold voltage Vref and the lower gate signal LG is at a high level (=logic level when turned on). state.

図13は、トランジスタ18のオンタイミング制御において、負荷の軽重に応じた背反が解消される様子を示す図である。本図では、先出の図11と同様、上から順に、スイッチ電圧SW、同期整流トランジスタN2のゲート・ソース間電圧VgsL、ドレイン・ソース間電圧VdsL、ドレイン・ソース間電流IdsL、及び、オン抵抗RonL(=VdsL/IdsL)が描写されている。 FIG. 13 is a diagram showing how conflicts depending on the weight and weight of the load are resolved in the on-timing control of the transistor 18. In this figure, as in FIG. 11 mentioned earlier, from the top, the switch voltage SW, the gate-source voltage VgsL of the synchronous rectifier transistor N2, the drain-source voltage VdsL, the drain-source current IdsL, and the on-resistance. RonL (=VdsL/IdsL) is depicted.

なお、ドレイン・ソース間電圧VdsL及びオン抵抗RonLは、縦軸方向に拡大して描写されている。また、本図の左側には、重負荷時の挙動が示されている。一方、本図の右側には、軽負荷時の挙動が示されている。 Note that the drain-source voltage VdsL and the on-resistance RonL are depicted enlarged in the vertical axis direction. Furthermore, the left side of this figure shows the behavior under heavy load. On the other hand, the right side of the figure shows the behavior under light load.

本図で新たに描写された時刻t5x及びt6xは、それぞれ、スイッチ電圧SWが閾値電圧Vrefよりも低く、かつ、下側ゲート信号LGがハイレベル(=オン時の論理レベル)であることが検出されるタイミングを示している。 At times t5x and t6x newly depicted in this figure, it is detected that the switch voltage SW is lower than the threshold voltage Vref, and the lower gate signal LG is at a high level (=logic level when turned on). It shows the timing.

トランジスタ18のオンタイミングは、時刻t5x及びt6xの到来後、否定論理積ゲートNAND2及びこれに後続するプリドライバ(不図示)の信号遅延区間T14及びT24が経過するタイミングに設定されると良い。 The on-timing of the transistor 18 is preferably set to the timing at which signal delay sections T14 and T24 of the NAND gate NAND2 and the pre-driver (not shown) following it elapse after the arrival of times t5x and t6x.

本実施形態の駆動回路10であれば、負荷の軽重に応じてトランジスタ18のオンタイミングが可変的に設定される。そのため、重負荷時において、区間T11を区間T11’に延長する必要がなくなる。従って、Ron損失の低減とリンギングの抑制を両立することが可能となる。 In the drive circuit 10 of this embodiment, the on-timing of the transistor 18 is variably set depending on the weight of the load. Therefore, there is no need to extend section T11 to section T11' when the load is heavy. Therefore, it is possible to reduce Ron loss and suppress ringing at the same time.

<総括>
以下では、上記で説明した種々の実施形態について総括的に述べる。
<Summary>
Below, the various embodiments described above will be described in general.

例えば、本明細書中に開示されている駆動回路は、駆動対象トランジスタの制御端とオン電圧の印加端との間に並列接続されるように構成された第1トランジスタ及び第2トランジスタと、前記駆動対象トランジスタのオン遷移期間の当初は前記第1トランジスタをオン状態として途中から前記第2トランジスタもオン状態とするように構成されたコントローラと、を備える構成(第1の構成)とされている。 For example, the drive circuit disclosed in this specification includes a first transistor and a second transistor configured to be connected in parallel between a control terminal of a transistor to be driven and an application terminal of an on-voltage; The controller is configured to turn on the first transistor at the beginning of an on-transition period of the transistor to be driven and to turn on the second transistor halfway through (a first configuration). .

なお、上記第1の構成による駆動回路において、前記第1トランジスタは、第1チャネル型であり、前記第2トランジスタは、前記第1チャネル型とは異なる第2チャネル型である構成(第2の構成)としてもよい。 Note that in the drive circuit according to the first configuration, the first transistor is of a first channel type, and the second transistor is of a second channel type different from the first channel type (a second transistor). configuration).

また、上記第1又は第2の構成による駆動回路において、前記コントローラは、前記駆動対象トランジスタのプラトー領域が満了してから前記第2トランジスタをオン状態とする構成(第3の構成)としてもよい。 Further, in the drive circuit according to the first or second configuration, the controller may be configured to turn on the second transistor after the plateau region of the transistor to be driven has expired (third configuration). .

上記第1~第3いずれかの構成による駆動回路において、前記コントローラは、前記駆動対象トランジスタの一端に現れるスイッチ電圧と所定の閾値電圧との比較結果に応じて前記第2トランジスタのオンタイミングを決定する構成(第4の構成)としてもよい。 In the drive circuit according to any one of the first to third configurations, the controller determines the on-timing of the second transistor according to a comparison result between a switch voltage appearing at one end of the driven transistor and a predetermined threshold voltage. A configuration (fourth configuration) may also be used.

また、上記第4の構成による駆動回路において、前記コントローラは、前記スイッチ電圧と前記閾値電圧とを比較して比較信号を生成するように構成されたコンパレータと、前記比較信号と前記駆動対象トランジスタの制御信号に応じて前記第2トランジスタをオン/オフするように構成された論理ゲートと、を含む構成(第5の構成)としてもよい。 Further, in the drive circuit according to the fourth configuration, the controller includes a comparator configured to compare the switch voltage and the threshold voltage to generate a comparison signal, and a comparator configured to generate a comparison signal by comparing the switch voltage and the threshold voltage, and a comparison signal between the comparison signal and the transistor to be driven. A configuration (fifth configuration) including a logic gate configured to turn on/off the second transistor according to a control signal may be adopted.

また、上記第5の構成による駆動回路において、前記駆動対象トランジスタは、入力電圧の印加端と前記スイッチ電圧の印加端との間に接続され、前記コントローラは、前記スイッチ電圧が前記閾値電圧よりも高く、かつ、前記制御信号がオン時の論理レベルであるときに前記第2トランジスタをオン状態とする構成(第6の構成)としてもよい。 In the drive circuit according to the fifth configuration, the transistor to be driven is connected between an input voltage application terminal and a switch voltage application terminal, and the controller is configured such that the switch voltage is higher than the threshold voltage. A configuration (sixth configuration) may be adopted in which the second transistor is turned on when the control signal is high and the control signal is at the on-state logic level.

また、上記第5の構成による駆動回路において、前記駆動対象トランジスタは、前記スイッチ電圧の印加端と基準電圧の印加端との間に接続され、前記コントローラは、前記スイッチ電圧が前記閾値電圧よりも低く、かつ、前記制御信号がオン時の論理レベルであるときに前記第2トランジスタをオン状態とする構成(第7の構成)としてもよい。 Further, in the drive circuit according to the fifth configuration, the transistor to be driven is connected between an application end of the switch voltage and an application end of the reference voltage, and the controller is configured such that the switch voltage is higher than the threshold voltage. A configuration (seventh configuration) may be adopted in which the second transistor is turned on when the control signal is at the on-state logic level.

上記第1~第3いずれかの構成による駆動回路において、前記コントローラは、前記駆動対象トランジスタの一端に印加される入力電圧と前記オン電圧との比較結果に応じて前記第2トランジスタのオンタイミングを決定する構成(第8の構成)としてもよい。 In the drive circuit according to any one of the first to third configurations, the controller controls the on-timing of the second transistor according to a comparison result between the input voltage applied to one end of the driven transistor and the on-voltage. A configuration (eighth configuration) may also be used.

また、上記第8の構成による駆動回路において、前記コントローラは、前記入力電圧の印加端と内部ノードとの間に接続されたNチャネル型トランジスタと、前記オン電圧の印加端と前記内部ノードとの間に接続されたPチャネル型トランジスタとを含み、前記Nチャネル型トランジスタ及び前記Pチャネル型トランジスタそれぞれの制御端には、前記第1トランジスタがオン状態であるときに前記オン電圧が印加され、前記第2トランジスタは、前記内部ノードに現れるノード電圧に応じてオン/オフされる構成(第9の構成)としてもよい。 In the drive circuit according to the eighth configuration, the controller includes an N-channel transistor connected between the input voltage application terminal and the internal node, and an N-channel transistor connected between the on-voltage application terminal and the internal node. and a P-channel transistor connected between the transistors, and the on-voltage is applied to the control ends of each of the N-channel transistor and the P-channel transistor when the first transistor is in the on state, and The second transistor may be configured to be turned on/off depending on the node voltage appearing at the internal node (ninth configuration).

また、上記第1~第9いずれかの構成による駆動回路において、前記駆動対象トランジスタは、GaNデバイスである構成(第10の構成)にしてもよい。 Further, in the drive circuit according to any one of the first to ninth configurations, the transistor to be driven may be a GaN device (a tenth configuration).

また、上記第1~10いずれかの構成による駆動回路において、前記駆動対象トランジスタの最小オン時間は、20ns未満である構成(第11の構成)としてもよい。 Further, in the drive circuit according to any one of the first to tenth configurations, the minimum on-time of the transistor to be driven may be less than 20 ns (an eleventh configuration).

また、例えば、本明細書中に開示されているスイッチング電源は、上記第1~第11いずれかの構成による駆動回路を備える構成(第12の構成)とされている。 Further, for example, the switching power supply disclosed in this specification has a configuration (twelfth configuration) including a drive circuit according to any one of the first to eleventh configurations.

<その他の変形例>
なお、本明細書中に開示されている種々の技術的特徴は、上記実施形態のほか、その技術的創作の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。すなわち、上記実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。また、本開示の技術的範囲は、特許請求の範囲により規定されるものであって、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。
<Other variations>
Note that the various technical features disclosed in this specification can be modified in addition to the above-described embodiments without departing from the gist of the technical creation. That is, the above embodiments should be considered to be illustrative in all respects and not restrictive. Further, the technical scope of the present disclosure is defined by the claims, and it should be understood that all changes within the meaning and range equivalent to the claims are included.

1 スイッチング電源
10 駆動回路
11、17 第1トランジスタ(NMOSFET)
12、18 第2トランジスタ(PMOSFET)
13、19 コントローラ
14、1A 第3トランジスタ(NMOSFET)
15、16 ダイオード
C1 キャパシタ
CMP、CMP2 コンパレータ
DRVH 上側ドライバ
DRVL 下側ドライバ
INV1、INV2、INV3、INV4 インバータ
L1 インダクタ
N1 出力トランジスタ(NMOSFET)
N2 同期整流トランジスタ(NMOSFET)
N11~N15 トランジスタ(NMOSFET)
NAND、NAND2 否定論理積ゲート
P11~P14 トランジスタ(PMOSFET)
R1、R2 抵抗
1 Switching power supply 10 Drive circuit 11, 17 First transistor (NMOSFET)
12, 18 Second transistor (PMOSFET)
13, 19 Controller 14, 1A 3rd transistor (NMOSFET)
15, 16 Diode C1 Capacitor CMP, CMP2 Comparator DRVH Upper driver DRVL Lower driver INV1, INV2, INV3, INV4 Inverter L1 Inductor N1 Output transistor (NMOSFET)
N2 Synchronous rectifier transistor (NMOSFET)
N11~N15 Transistor (NMOSFET)
NAND, NAND2 NAND gate P11 to P14 Transistor (PMOSFET)
R1, R2 resistance

Claims (12)

駆動対象トランジスタの制御端とオン電圧の印加端との間に並列接続されるように構成された第1トランジスタ及び第2トランジスタと、
前記駆動対象トランジスタのオン遷移期間の当初は前記第1トランジスタをオン状態として途中から前記第2トランジスタもオン状態とするように構成されたコントローラと、
を備える、駆動回路。
a first transistor and a second transistor configured to be connected in parallel between a control end of the driven transistor and an on-voltage application end;
a controller configured to turn on the first transistor at the beginning of an on-transition period of the transistor to be driven, and turn on the second transistor halfway;
A drive circuit comprising:
前記第1トランジスタは、第1チャネル型であり、前記第2トランジスタは、前記第1チャネル型とは異なる第2チャネル型である、請求項1に記載の駆動回路。 The drive circuit according to claim 1, wherein the first transistor is a first channel type, and the second transistor is a second channel type different from the first channel type. 前記コントローラは、前記駆動対象トランジスタのプラトー領域が満了してから前記第2トランジスタをオン状態とする、請求項1に記載の駆動回路。 The drive circuit according to claim 1, wherein the controller turns on the second transistor after a plateau region of the driven transistor expires. 前記コントローラは、前記駆動対象トランジスタの一端に現れるスイッチ電圧と所定の閾値電圧との比較結果に応じて前記第2トランジスタのオンタイミングを決定する、請求項1に記載の駆動回路。 2. The drive circuit according to claim 1, wherein the controller determines the on-timing of the second transistor according to a comparison result between a switch voltage appearing at one end of the driven transistor and a predetermined threshold voltage. 前記コントローラは、
前記スイッチ電圧と前記閾値電圧とを比較して比較信号を生成するように構成されたコンパレータと、
前記比較信号と前記駆動対象トランジスタの制御信号に応じて前記第2トランジスタをオン/オフするように構成された論理ゲートと、
を含む、請求項4に記載の駆動回路。
The controller includes:
a comparator configured to compare the switch voltage and the threshold voltage to generate a comparison signal;
a logic gate configured to turn on/off the second transistor according to the comparison signal and the control signal of the driven transistor;
The drive circuit according to claim 4, comprising:
前記駆動対象トランジスタは、入力電圧の印加端と前記スイッチ電圧の印加端との間に接続され、前記コントローラは、前記スイッチ電圧が前記閾値電圧よりも高く、かつ、前記制御信号がオン時の論理レベルであるときに前記第2トランジスタをオン状態とする、請求項5に記載の駆動回路。 The transistor to be driven is connected between an input voltage application terminal and a switch voltage application terminal, and the controller is configured to control a logic state when the switch voltage is higher than the threshold voltage and the control signal is on. 6. The drive circuit according to claim 5, wherein the second transistor is turned on when the second transistor is at a certain level. 前記駆動対象トランジスタは、前記スイッチ電圧の印加端と基準電圧の印加端との間に接続され、前記コントローラは、前記スイッチ電圧が前記閾値電圧よりも低く、かつ、前記制御信号がオン時の論理レベルであるときに前記第2トランジスタをオン状態とする、請求項5に記載の駆動回路。 The transistor to be driven is connected between the application terminal of the switch voltage and the application terminal of the reference voltage, and the controller controls the logic when the switch voltage is lower than the threshold voltage and the control signal is on. 6. The drive circuit according to claim 5, wherein the second transistor is turned on when the second transistor is at a certain level. 前記コントローラは、前記駆動対象トランジスタの一端に印加される入力電圧と前記オン電圧との比較結果に応じて前記第2トランジスタのオンタイミングを決定する、請求項1に記載の駆動回路。 The drive circuit according to claim 1, wherein the controller determines the turn-on timing of the second transistor according to a comparison result between an input voltage applied to one end of the driven transistor and the turn-on voltage. 前記コントローラは、前記入力電圧の印加端と内部ノードとの間に接続されたNチャネル型トランジスタと、前記オン電圧の印加端と前記内部ノードとの間に接続されたPチャネル型トランジスタと、を含み、
前記Nチャネル型トランジスタ及び前記Pチャネル型トランジスタそれぞれの制御端には、前記第1トランジスタがオン状態であるときに前記オン電圧が印加され、
前記第2トランジスタは、前記内部ノードに現れるノード電圧に応じてオン/オフされる、請求項8に記載の駆動回路。
The controller includes an N-channel transistor connected between the input voltage application terminal and an internal node, and a P-channel transistor connected between the on-voltage application terminal and the internal node. including,
The on-voltage is applied to the control terminals of each of the N-channel transistor and the P-channel transistor when the first transistor is in an on-state,
9. The drive circuit according to claim 8, wherein the second transistor is turned on/off depending on a node voltage appearing at the internal node.
前記駆動対象トランジスタは、GaNデバイスである、請求項1に記載の駆動回路。 The drive circuit according to claim 1, wherein the transistor to be driven is a GaN device. 前記駆動対象トランジスタの最小オン時間は、20ns未満である、請求項1に記載の駆動回路。 The drive circuit according to claim 1, wherein the minimum on-time of the driven transistor is less than 20 ns. 請求項1~11のいずれか一項に記載の駆動回路を備える、スイッチング電源。 A switching power supply comprising the drive circuit according to any one of claims 1 to 11.
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