JPH07245557A - パワーmosトランジスタの駆動回路 - Google Patents

パワーmosトランジスタの駆動回路

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JPH07245557A
JPH07245557A JP3269094A JP3269094A JPH07245557A JP H07245557 A JPH07245557 A JP H07245557A JP 3269094 A JP3269094 A JP 3269094A JP 3269094 A JP3269094 A JP 3269094A JP H07245557 A JPH07245557 A JP H07245557A
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JP
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transistor
constant current
complementary
drive circuit
power mos
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JP3269094A
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Kouichi Makinose
公一 牧野瀬
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Toyota Industries Corp
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Toyoda Automatic Loom Works Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】駆動回路の出力インピーダンスの低下を防止す
るとともに、パワーMOSトランジスタを駆動するため
の損失を抑える。 【構成】高低電圧電源間には、パワーMOSトランジス
タ駆動用の制御信号によって動作するトランジスタ2,
3からなるコンプリメンタリトランジスタが接続されて
いる。コンプリメンタリトランジスタのエミッタ共通接
続点にはパワーMOSトランジスタ1のゲートが接続さ
れている。又、そのベース共通接続点には、前記制御信
号に基づいて当該コンプリメンタリトランジスタを活性
領域にて動作させる定電流回路C1,C2が接続されて
いる。この駆動回路では、コンプリメンタリトランジス
タを活性領域にて動作させるので、抵抗を使用すること
なく出力インピーダンスの低下を防止でき、当該抵抗に
よる駆動損失及び発熱を防止することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はパワーMOSトランジス
タの駆動回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図6は、近年、高速スイッチング素子と
して多用されるNチャネルパワーMOSトランジスタ
(以下、「FET」という。)31の駆動回路を示して
いる。
【0003】この駆動回路はNPN形のトランジスタ3
2、PNP形のトランジスタ33及び同一の抵抗値Rを
有する抵抗34,35とから構成されている。トランジ
スタ32,33のベースは互いに接続され、その両ベー
スは入力端子36に接続されている。そして、トランジ
スタ32,33の各エミッタは互いに接続され、これら
トランジスタ32,33により共通のコンプリメンタリ
トランジスタが形成されている。そして、一方のトラン
ジスタ32のコレクタは抵抗34を介して高電圧電源
(+Eボルト)に接続され、他方のトランジスタ33の
コレクタは抵抗35を介して低電圧電源(−Eボルト)
に接続されている。又、トランジスタ32,33のエミ
ッタ側共通接続点はFET31のゲートに接続されてい
る。そして、このFET31のオープンドレイン端子に
負荷が接続されている。
【0004】このように構成された駆動回路において、
入力端子36に正電圧(+Eボルト)が印加されると、
トランジスタ32はオンされ、トランジスタ33はオフ
される。そして、高電圧電源から抵抗34及びトランジ
スタ32を介してFET31のゲートに電流が流れ、F
ET31がオンされる。
【0005】又、入力端子36に負電圧(−Eボルト)
が印加されると、トランジスタ32がオフされ、トラン
ジスタ33はオンされる。そして、トランジスタ33、
抵抗35を介して低電圧電源へ向かう電流が流れ、FE
T31がオフされる。
【0006】これら抵抗34,35は、前記トランジス
タ32,33のオン・オフ制御の過程において生じる高
電圧電源から低電圧電源に流れる貫通電流を小さくして
いる。又、両抵抗34,35は、トランジスタ32,3
3が飽和領域にて使用されることに起因する出力インピ
ーダンスの低下を防止している。そして、この出力イン
ピーダンスの低下を防止することにより、当該駆動回路
の寄生振動を防止している。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、両抵抗
34,35は、当該駆動回路の駆動損失を大きくしてい
るという問題がある。
【0008】つまり、抵抗34,35による損失Pr
(ワット)は、抵抗34,35にかかる電圧Vr及び抵
抗値R等により次のように求められる。まず、抵抗3
4,35にかかる電圧はVrは次式により表される。
【0009】Vr=±2Eexp(−t/τ) (τ=
C・R:τは時定数であり、CはFET6のゲート・ソ
ース間の容量を示す。)… このとき、抵抗34,35による損失Prは、次式に
て表される。
【0010】Pr=2f∫(Vr2 /R)dt =4f・C・E2 … (但し、積分は0〜無限大まで
行うものとし、fは周波数である。)となり、抵抗3
4,35による損失Prが比較的大きな値となる。
【0011】又、特開平2−63317号公報の図面第
1図〜第6図には、図面毎にFETを駆動する駆動回路
がそれぞれ示されている。これら駆動回路は、いずれも
コンプリメンタリトランジスタを構成するトランジスタ
9 ,Q10が、抵抗R5 ,R 9 のいずれか一つの抵抗の
みと直列に接続されているため、トランジスタQ9 ,Q
10のオン・オフ制御の過程において生じる貫通電流が大
きくなり、駆動回路自体の発熱が大きくなるという問題
がある。
【0012】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたものであって、その目的は出力インピーダンスの低
下を防止するとともに、パワーMOSトランジスタを駆
動するための損失を抑えることが可能なパワーMOSト
ランジスタの駆動回路を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め、請求項1記載の発明は、パワーMOSトランジスタ
駆動用の制御信号によって動作する第1及び第2のバイ
ポーラトランジスタからなるコンプリメンタリトランジ
スタを高低電圧電源間に接続し、そのコンプリメンタリ
トランジスタのエミッタ又はコレクタの共通接続点にパ
ワーMOSトランジスタのゲートを接続するとともに、
コンプリメンタリトランジスタのベース共通接続点に、
前記制御信号に基づいて当該コンプリメンタリトランジ
スタを活性領域にて動作させる定電流信号を出力する定
電流回路を接続したことをその要旨とする。
【0014】請求項2記載の発明は、請求項1記載の発
明において、前記定電流回路は、定電流ダイオード及び
ダイオードよりなることをその要旨とする。請求項3記
載の発明は、高低電圧電源間に、第1及び第2のバイポ
ーラトランジスタからなるコンプリメンタリトランジス
タを定電流回路を介して接続し、そのコンプリメンタリ
トランジスタのエミッタ又はコレクタの共通接続点にパ
ワーMOSトランジスタのゲートを接続するとともに、
コンプリメンタリトランジスタのベース共通接続点に
は、パワーMOSトランジスタ駆動用の制御信号が出力
されることをその要旨とする。
【0015】
【作用】従って、請求項1記載の発明によれば、制御信
号に基づいてコンプリメンタリトランジスタには、定電
流回路により定電流信号が出力される。そして、コンプ
リメンタリトランジスタはその定電流信号によって活性
領域にて動作し、パワーMOSトランジスタをオン・オ
フ制御する。このため、パワーMOSトランジスタのオ
ン・オフ制御時に、コンプリメンタリトランジスタの出
力インピーダンスの低下が防止される。よって、この駆
動回路では、抵抗を使用することなく出力インピーダン
スの低下を防止できるので、その抵抗により生じる駆動
損失を無くし、当該駆動回路自体の駆動損失を低減する
ことができるとともに、抵抗により生じる発熱を防止す
ることができる。
【0016】請求項2記載の発明によれば、請求項1記
載の発明において、定電流回路は、定電流ダイオードと
ダイオードとからなっており、当該ダイオードによる電
圧降下によって、コンプリメンタリトランジスタにかか
る電圧を所定の値に設定できる。
【0017】請求項3記載の発明によれば、高低電圧電
源間に、パワーMOSトランジスタ駆動用の制御信号に
よって動作するコンプリメンタリトランジスタを、抵抗
に代えて定電流回路を介して接続した。従って、この定
電流回路によって、当該駆動回路の出力インピーダンス
の低下が防止される。更に、パワーMOSトランジスタ
の駆動時において、前記抵抗により生じる駆動損失を無
くし、当該駆動回路自体の駆動損失を低減することがで
きるとともに、抵抗により生じる発熱を防止することが
できる。
【0018】
【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例を図1〜
図3に従って説明する。図1に示すように、Nチャネル
パワーMOSトランジスタ(以下、「FET」とい
う。)1の駆動回路は、NPN形のバイポーラトランジ
スタ2、PNP形のバイポーラトランジスタ3、定電流
ダイオード4,5及びダイオード6,7とから構成され
ている。
【0019】これらトランジスタ2,3は、そのエミッ
タを互いに接続することにより、共通のコンプリメンタ
リトランジスタを形成している。一方のトランジスタ2
のコレクタは高電圧電源(+Eボルト)に、他方のトラ
ンジスタ3のコレクタは低電圧電源(−Eボルト)に接
続されている。そして、トランジスタ2,3のエミッタ
側共通接続点にはFET1のゲートが接続されている。
【0020】トランジスタ2,3のベースには、定電流
ダイオード4及びダイオード6を直列に接続した定電流
回路C1と、定電流ダイオード5及びダイオード7を直
列に接続した定電流回路C2とが並列に接続されてい
る。そして、これら定電流回路C1,C2の他端側は入
力端子8に接続されている。このとき、定電流回路C
1,C2の電流を流す向きは互いに逆向きとなるように
設定されている。更に、定電流ダイオード4,5は、図
3に示すような定電流特性を示し、この定電流I0は本
実施例では、トランジスタ2,3を活性領域(不飽和領
域)で動作させる電流値である。そして、入力端子8に
正電圧(+Eボルト)が印加されると、定電流回路C1
がコンプリメンタリトランジスタ側に定電流I0 の電流
を流し、トランジスタ2は活性領域で動作する。反対
に、入力端子8に負電圧(−Eボルト)が印加される
と、電流回路C2がコンプリメンタリトランジスタ側か
ら入力端子8に定電流I0 の電流を流し、トランジスタ
3は活性領域で動作する。
【0021】次に、この駆動回路の作用について図1,
図2に従って説明する。入力端子8に正電圧(+Eボル
ト)を印加すると、定電流回路C1を介して一定の電流
値I0 の電流がトランジスタ2のベースに流れ、このベ
ース電流によってトランジスタ2が動作する。この電流
値I0 はトランジスタ2の飽和領域において流れる電流
の電流値よりも小さく、トランジスタ2は活性領域で駆
動する。従って、トランジスタ2のコレクタ電流は電流
値hFE0 ・I0 となり(hFE0 はトランジスタ2の増幅
率)、このコレクタ電流によってFET1はオンされ
る。
【0022】又、入力端子8に負電圧(−Eボルト)を
印加すると、定電流回路C2を介して一定の電流値I0
の電流がトランジスタ2側から入力端子8側に向かって
流れ、トランジスタ3が駆動される。この電流値I0
トランジスタ3の飽和領域において流れる電流の電流値
よりも小さく、トランジスタ3は活性領域で動作する。
従って、トランジスタ3のコレクタ電流は、電流値h
FE1 ・I0 となり(hFE 1 はトランジスタ3の増幅
率)、このコレクタ電流によってFET1はオフされ
る。
【0023】このとき、この駆動回路における駆動損失
P(ワット)は、次式に基づいて求められる。 P=2f∫(I0 2・t/C)dt =f・C・E2 … 但し、積分は0〜δTまで行うものとし、δT=2E・
C/I0 、CはFET8のゲート・ソース間の容量であ
り、fは周波数である。
【0024】従って、本実施例によれば、式に示す従
来例に比して、駆動回路の駆動損失を大幅に低減するこ
とができ、FET1のオン・オフ制御におけるスイッチ
ング性能を向上させることができる。
【0025】又、FET1をオン・オフ制御する場合
に、トランジスタ2,3はその活性領域で動作されるた
め、各トランジスタ2,3の出力インピーダンスの低下
を防止することができる。このため、当該駆動回路の寄
生振動を防止することができ、安定した状態で駆動回路
を使用することができる。そして、抵抗を使用しないこ
とにより、前記抵抗による損失を防止できるとともに、
発熱を防止することができる。
【0026】更に、定電流ダイオード4,5よりなる定
電流回路C1,C2によって、入力端子8からの入力電
圧の変動に関わらす、常に一定のベース電流をトランジ
スタ2,3に流すことができるので、常にトランジスタ
2,3を活性領域で使用することができる。よって、入
力端子8から入力される電圧が変動しても、トランジス
タ2,3には一定のベース電流が流れ続け、安定した状
態でFET1をオン・オフ制御することができる。即
ち、定電流回路C1はFET1をオンする場合にトラン
ジスタ2に流れるベース電流を常に一定に保ち、定電流
回路C2はFET1をオフする場合にトランジスタ3に
流れるベース電流を常に一定に保つことにより、FET
1のオン・オフ制御をより安定した状態で行うことがで
きる。
【0027】この場合、ダイオード6,7により生じる
電圧降下によって、容易にコンプリメンタリトランジス
タのベースに所定の電圧を印加することができ、FET
1を更に安定した状態で制御することができる。
【0028】尚、本発明は上記実施例に限定されるもの
ではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の一部
を適宜に変更して次のように実施することもできる。 (1)上記実施例において、図4に示すように、定電流
ダイオード4,5として、ノーマリオン(デプレショ
ン)形のFET9,10を使用して、定電流回路C1,
C2を構成してもよい。
【0029】(2)上記実施例では、定電流回路C1,
C2を、定電流ダイオード4,5及びダイオード6,7
より構成した。これを、単に定電流ダイオード4,5か
ら定電流回路C1,C2を構成してもよい。
【0030】(3)上記実施例では、定電流回路C1,
C2をトランジスタ2,3のベースに接続した。これ
を、図5に示すように、入力端子8を直接トランジスタ
2,3のベースに接続し、定電流回路としての定電流ダ
イオード11をトランジスタ2のコレクタと高電圧電源
との間に、定電流回路としての定電流ダイオード12を
トランジスタ3のコレクタと低電圧電源との間に接続し
てもよい。
【0031】即ち、入力端子8に正電圧(+Eボルト)
が印加されると、トランジスタ2はオン(飽和領域)さ
れ、トランジスタ3はオフ(遮断領域)される。する
と、トランジスタ2には、高電圧電源から定電流ダイオ
ード11を介して一定の電流値I0 のコレクタ電流が流
れ、FET1のゲートGを通電し、当該FET1がオン
される。
【0032】又、入力端子8に負電圧(−Eボルト)が
印加されると、トランジスタ2はオフされ、トランジス
タ3はオンされる。すると、トランジスタ3には、低電
圧電源に向かって定電流ダイオード12を介して一定の
電流値I0 のコレクタ電流が流れ、FET1がオフされ
る。
【0033】又、この駆動回路における駆動損失Pは上
記実施例同様式にて表され、駆動損失を低下させるこ
とができ、FET1のオン・オフ制御におけるスイッチ
ング性能を向上させることができる。
【0034】更に、この駆動回路において、入力端子8
と、トランジスタ2,3との間に、前記定電流ダイオー
ド4,5を設けてもよい。この場合、当該駆動回路の出
力インピーダンスの低下を防止できるとともに、上記と
同様な効果を得ることができる。
【0035】更に又、前記定電流ダイオード11,12
にそれぞれダイオードを直列に接続してもよい。 (3)上記実施例では、NチャネルのFET1を使用し
たが、PチャネルのFETを使用してもよい。
【0036】(4)上記実施例では、トランジスタ2,
3の各エミッタを互いに接続し、コンプリメンタリトラ
ンジスタを形成したが、トランジスタ2,3の各コレク
タを互いに接続してコンプリメンタリトランジスタを形
成してもよい。
【0037】(5)上記実施例において、定電流回路C
1,C2を使用せず、入力端子8から入力される電圧
を、トランジスタ2,3が活性状態となる電圧に設定し
てもよい。この場合には、定電流回路C1,C2を使用
していないので、回路構成を簡単にできるとともに、入
力端子8から入力される電圧の調節により容易にトラン
ジスタ2,3を活性状態で使用することができる。
【0038】上記実施例から把握できる請求項以外の技
術思想について以下にその効果とともに記載する。 (1)上記実施例において、コンプリメンタリトランジ
スタに、抵抗に代えて定電流回路を接続したパワーMO
Sトランジスタの駆動回路。
【0039】この駆動回路によれば、抵抗による駆動損
失を防止することができ、スイッチング性能を向上でき
るとともに、抵抗による発熱を防止することができる。 (2)請求項3記載の駆動回路において、入力端子8
と、トランジスタ2,3との間に、前記定電流回路C
1,C2を設けたパワーMOSトランジスタの駆動回
路。
【0040】この駆動回路によれば、トランジスタ2,
3を活性状態にて使用することができるため、FET1
の駆動制御の過程において生じる前記貫通電流をより小
さくすることができる。
【0041】(3)請求項1記載の駆動回路において、
入力端子8に入力される電圧は、トランジスタ2,3が
活性状態となる電圧に設定されたパワーMOSトランジ
スタの駆動回路。
【0042】この駆動回路によれば、定電流回路C1,
C2を使用していないので、回路構成を簡単にできると
ともに、入力端子8から入力される電圧の調節により容
易にトランジスタ2,3を活性状態で使用することがで
きる。
【0043】
【発明の効果】以上詳述したように請求項1記載の発明
によれば、コンプリメンタリトランジスタを活性領域で
使用することにより、当該トランジスタの出力インピー
ダンスの低下を防止するとともに、パワーMOSトラン
ジスタを駆動するための損失を抑えることができる優れ
た効果がある。請求項2記載の発明によれば、ダイオー
ドの電圧降下により、確実に所定の電圧をコンプリメン
タリトランジスタにかけることができ、より安定した状
態でパワーMOSトランジスタを制御することができ
る。請求項3記載の発明によれば、定電流回路により、
駆動回路の出力インピーダンスの低下を防止するととも
に、パワーMOSトランジスタを駆動するための損失を
抑えることができる優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を具体化した一実施例における駆動回路
を示す回路図である。
【図2】一実施例において、入力端子に入力される電圧
と、FETから出力される電圧との関係を示す説明図で
ある。
【図3】一実施例において、定電流ダイオードの特性を
示す特性図である。
【図4】別例における駆動回路を示す回路図である。
【図5】別例における駆動回路を示す回路図である。
【図6】従来例における駆動回路を示す回路図である。
【符号の説明】
1…パワーMOSトランジスタ(FET)、2,3…第
1及び第2のバイポーラトランジスタからなるコンプリ
メンタリトランジスタ、4,5…定電流ダイオード、
6,7…ダイオード、8…入力端子、9,10…定電流
ダイオードとしてのノーマリオン形のFET、11,1
2…定電流ダイオード、C1,C2…定電流回路。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 パワーMOSトランジスタ駆動用の制御
    信号によって動作する第1及び第2のバイポーラトラン
    ジスタからなるコンプリメンタリトランジスタを高低電
    圧電源間に接続し、そのコンプリメンタリトランジスタ
    のエミッタ又はコレクタの共通接続点にパワーMOSト
    ランジスタのゲートを接続するとともに、コンプリメン
    タリトランジスタのベース共通接続点に、前記制御信号
    に基づいて当該コンプリメンタリトランジスタを活性領
    域にて動作させる定電流信号を出力する定電流回路を接
    続したパワーMOSトランジスタの駆動回路。
  2. 【請求項2】 前記定電流回路は、定電流ダイオード及
    びダイオードよりなる請求項1記載のパワーMOSトラ
    ンジスタの駆動回路。
  3. 【請求項3】 高低電圧電源間に、第1及び第2のバイ
    ポーラトランジスタからなるコンプリメンタリトランジ
    スタを定電流回路を介して接続し、そのコンプリメンタ
    リトランジスタのエミッタ又はコレクタの共通接続点に
    パワーMOSトランジスタのゲートを接続するととも
    に、コンプリメンタリトランジスタのベース共通接続点
    には、パワーMOSトランジスタ駆動用の制御信号が出
    力されるパワーMOSトランジスタの駆動回路。
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