JP2005160212A - FET drive device and method for generating FET drive voltage in FET drive device - Google Patents

Abstract

Translated fromJapanese

【課題】 電源電圧の変動によらず安定してＦＥＴを駆動する。
【解決手段】 差動増幅回路４によって電源１の電圧値とスイッチングレギュレータ５の出力電圧値との電圧差を算出し、該電圧差を抵抗器１５、１６によって分圧してスイッチングレギュレータ５に入力する。スイッチングレギュレータ５は、差動増幅回路４から入力された電圧値と基準電圧βとを比較して電源１の電圧を制御してＦＥＴ２のゲート端子に印加する。これにより、電源１の電圧値の変動に応じてスイッチングレギュレータ５の出力電圧値も変動することにより、ＦＥＴ２のゲート、ソース端子間電圧は常に一定となり、所望のゲート、ソース端子間電圧を保ちつつＦＥＴ２を駆動させることができる。
【選択図】 図１PROBLEM TO BE SOLVED: To stably drive an FET irrespective of fluctuations in power supply voltage.
A voltage difference between a voltage value of a power supply 1 and an output voltage value of a switching regulator 5 is calculated by a differential amplifier circuit 4, and the voltage difference is divided by resistors 15 and 16 and input to the switching regulator 5. . The switching regulator 5 compares the voltage value input from the differential amplifier circuit 4 with the reference voltage β, controls the voltage of the power supply 1 and applies it to the gate terminal of the FET 2. As a result, the output voltage value of the switching regulator 5 also fluctuates in accordance with the fluctuation of the voltage value of the power supply 1, whereby the voltage between the gate and source terminals of the FET 2 is always constant, while maintaining the desired gate and source terminal voltage. The FET 2 can be driven.
[Selection] Figure 1

Description

Translated fromJapanese

本発明は、ＮチャンネルＦＥＴをハイサイドにて駆動するＦＥＴ駆動装置およびＦＥＴ駆動装置におけるＦＥＴ駆動電圧生成方法に関する。  The present invention relates to an FET drive device that drives an N-channel FET on the high side and an FET drive voltage generation method in the FET drive device.

従来、負荷を、負荷の上流側に設けられたＮチャンネルＦＥＴ（以下、ＦＥＴ）でオンオフするいわゆるハイサイドスイッチに関し、電源電圧をスイッチングレギュレータによって昇圧するとともに一定電圧に変換したうえで、ＦＥＴのゲート端子に印加するよう構成したＦＥＴ駆動装置がある。
特開２００２−２３８２５１号公報特開２００３−１８００７２号公報Conventionally, a so-called high-side switch in which a load is turned on / off by an N-channel FET (hereinafter referred to as FET) provided upstream of the load is boosted by a switching regulator and converted to a constant voltage, and then the gate of the FET There is an FET driver configured to be applied to a terminal.
JP 2002-238251 A JP 2003-180072 A

しかしながらこのような従来のＦＥＴ駆動装置においては、ＦＥＴのゲート端子にはスイッチングレギュレータによって電源電圧の変動によらず常に一定電圧が印加されている。これにより電源電圧が何かしらの要因で変動し電圧が高くなった場合には、ＦＥＴがオンされたときに、ＦＥＴのソース端子の電位が電源電圧に伴って高くなるので、ＦＥＴのゲート、ソース端子間電圧が所定電圧値未満となってしまい、ＦＥＴのオン状態を維持できなかったり、あるいは完全なオン状態とならずに熱を発生し、安定性に欠けてしまうといった問題があった。  However, in such a conventional FET driving device, a constant voltage is always applied to the gate terminal of the FET by the switching regulator regardless of fluctuations in the power supply voltage. As a result, when the power supply voltage fluctuates for some reason and the voltage becomes high, when the FET is turned on, the potential of the source terminal of the FET increases with the power supply voltage, so the gate and source terminals of the FET There is a problem that the inter-voltage becomes less than a predetermined voltage value and the on-state of the FET cannot be maintained, or heat is generated without being in a complete on-state, resulting in lack of stability.

そこで本発明はこのような問題点に鑑み、電源電圧の変動によらず安定してＦＥＴを駆動することを目的とする。  Therefore, in view of such a problem, an object of the present invention is to stably drive an FET regardless of fluctuations in power supply voltage.

本発明は、電源電圧と、スイッチングレギュレータの出力電圧との電圧差を検出する差動増幅回路を備え、スイッチングレギュレータは差動増幅回路の検出結果にもとづいてＦＥＴを駆動するためのＦＥＴ駆動電圧を制御するものとした。  The present invention includes a differential amplifier circuit that detects a voltage difference between a power supply voltage and an output voltage of a switching regulator, and the switching regulator generates an FET drive voltage for driving an FET based on a detection result of the differential amplifier circuit. It was supposed to be controlled.

本発明によれば、差動増幅回路の検出結果にもとづいてスイッチングレギュレータがＦＥＴ駆動電圧を制御し、該ＦＥＴ駆動電圧をＦＥＴのゲート端子に印加することにより、電源電圧に変動がある場合にもＦＥＴのゲート、ソース端子間電圧を常に所定値以上に保つことができ、ＦＥＴを安定して駆動することができる。  According to the present invention, the switching regulator controls the FET drive voltage based on the detection result of the differential amplifier circuit, and the FET drive voltage is applied to the gate terminal of the FET so that the power supply voltage varies. The voltage between the gate and source terminals of the FET can always be kept above a predetermined value, and the FET can be driven stably.

次に本発明の実施の形態を実施例により説明する。
図１にＦＥＴを駆動する駆動回路を示す。
ＦＥＴ２のドレイン端子に電源１が接続され、ソース端子に負荷３が接続される。電源１の電圧がスイッチングレギュレータ５によって調圧され、該調圧された電圧が、ゲートオンオフ信号に応じてオンオフ動作を行うスイッチ６を介して、ＦＥＴ２のゲート端子に印加される。
また電源１に差動増幅回路４が接続され、その出力端はスイッチングレギュレータ（ＳＷ−ＲＧ）５の入力側に接続される。Next, embodiments of the present invention will be described by way of examples.
FIG. 1 shows a drive circuit for driving the FET.
A power source 1 is connected to the drain terminal of theFET 2, and aload 3 is connected to the source terminal. The voltage of the power supply 1 is regulated by theswitching regulator 5, and the regulated voltage is applied to the gate terminal of theFET 2 via theswitch 6 that performs an on / off operation in response to a gate on / off signal.
Adifferential amplifier circuit 4 is connected to the power source 1 and its output terminal is connected to the input side of a switching regulator (SW-RG) 5.

差動増幅回路４は、内部に備えた差動増幅器１０によって電源１の電圧値とスイッチングレギュレータ５の出力電圧値との差を検出するものである。
電源１は抵抗器１１を介して差動増幅器１０のマイナス側の入力端子に接続される。スイッチングレギュレータ５の出力端子は抵抗器１２を介して差動増幅器１０のプラス側の入力端子に接続される。Thedifferential amplifier circuit 4 detects a difference between the voltage value of the power supply 1 and the output voltage value of theswitching regulator 5 by adifferential amplifier 10 provided therein.
The power source 1 is connected to the negative input terminal of thedifferential amplifier 10 via aresistor 11. The output terminal of theswitching regulator 5 is connected to the positive input terminal of thedifferential amplifier 10 via theresistor 12.

差動増幅器１０のプラス側の入力端子は抵抗器１４を介してアースに接続され、差動増幅器１０のマイナス側の入力端子は抵抗器１３を介して、差動増幅器１０の出力端子に接続される。
さらに差動増幅器１０の出力端子は、抵抗器１５および抵抗器１６を介してアースに接続される。
また抵抗器１５と抵抗器１６との接続点を点ｄとし、点ｄとスイッチングレギュレータ５の入力側とが接続される。The positive input terminal of thedifferential amplifier 10 is connected to the ground via theresistor 14, and the negative input terminal of thedifferential amplifier 10 is connected to the output terminal of thedifferential amplifier 10 via theresistor 13. The
Further, the output terminal of thedifferential amplifier 10 is connected to the ground via theresistor 15 and theresistor 16.
A connection point between theresistor 15 and theresistor 16 is a point d, and the point d and the input side of theswitching regulator 5 are connected.

スイッチングレギュレータ５の出力側とスイッチ６との接続点を点ｂとし、電源１と抵抗器１１との接続点を点ａとする。また差動増幅器１０の出力端子と抵抗器１５との接続点を点ｃとする。
本実施例において、抵抗器１１、１２、１３、１４の抵抗値を同一とすると、点ｃ電圧Ｅｏｕｔは次式によって求められる。
Ｅｏｕｔ＝（点ｂ電圧値―点ａ電圧値）×抵抗器１３の抵抗値／抵抗器１１の抵抗値
（１）A connection point between the output side of theswitching regulator 5 and theswitch 6 is a point b, and a connection point between the power source 1 and theresistor 11 is a point a. A connection point between the output terminal of thedifferential amplifier 10 and theresistor 15 is a point c.
In this embodiment, assuming that the resistance values of theresistors 11, 12, 13, and 14 are the same, the point c voltage Eout is obtained by the following equation.
Eout = (point b voltage value−point a voltage value) × resistance value ofresistor 13 / resistance value ofresistor 11
(1)

スイッチングレギュレータ５は、スイッチングレギュレータ５が出力する電圧の基準となる基準電圧βと、スイッチングレギュレータ５に入力される点ｄ電圧とが等しくなるように電源１の電圧を調圧して出力する。
スイッチングレギュレータ５は、入力電圧が基準電圧βよりも高くなると出力電圧を下げる方向に制御し、入力電圧が基準電圧βよりも低くなると出力電圧を上げる方向に制御する。Theswitching regulator 5 regulates and outputs the voltage of the power supply 1 so that the reference voltage β that is the reference of the voltage output from theswitching regulator 5 is equal to the point d voltage input to theswitching regulator 5.
Theswitching regulator 5 controls to decrease the output voltage when the input voltage becomes higher than the reference voltage β, and to increase the output voltage when the input voltage becomes lower than the reference voltage β.

点ｃ電圧Ｅｏｕｔを抵抗器１５、１６によって分圧し、点ｄ電圧としてスイッチングレギュレータ５に入力する際に、点ｄ電圧がスイッチングレギュレータ５の基準電圧βと等しくなるように抵抗器１５、１６による点ｃ電圧Ｅｏｕｔの分圧比を設定すると、スイッチングレギュレータ５の出力は電源１の電圧が変動しても常に電源１の電圧よりもＥｏｕｔだけ高い電圧を出力するよう制御される。
したがって、電源１の電圧が変化しても、常にＦＥＴ２のゲート端子にドレーン端子よりもＥｏｕｔだけ高い電圧を印加でき、所望のゲート、ソース端子間電圧を保ってＦＥＴ２を駆動することができる。When the point c voltage Eout is divided by theresistors 15 and 16 and input to theswitching regulator 5 as the point d voltage, the point d by theresistors 15 and 16 is set so that the point d voltage becomes equal to the reference voltage β of theswitching regulator 5. When the voltage dividing ratio of the c voltage Eout is set, the output of theswitching regulator 5 is controlled to always output a voltage higher than the voltage of the power supply 1 by Eout even if the voltage of the power supply 1 fluctuates.
Therefore, even if the voltage of the power source 1 changes, a voltage higher than the drain terminal can always be applied to the gate terminal of theFET 2 and theFET 2 can be driven while maintaining a desired gate-source voltage.

ここで、図１に示すＦＥＴ駆動回路において、電源１の電圧を１０Ｖ、スイッチングレギュレータ５の出力電圧を２０Ｖ、スイッチングレギュレータ５の基準電圧βを１Ｖ、抵抗器１１、１２、１３、１４の抵抗値を同値とし、抵抗器１５の抵抗値を９ｋΩ、抵抗器１６の抵抗値を１ｋΩとし、ＦＥＴ２のゲート、ソース端子間電圧を１０Ｖで制御する。  Here, in the FET drive circuit shown in FIG. 1, the voltage of the power supply 1 is 10 V, the output voltage of theswitching regulator 5 is 20 V, the reference voltage β of theswitching regulator 5 is 1 V, and the resistance values of theresistors 11, 12, 13, 14. Are set to the same value, the resistance value of theresistor 15 is set to 9 kΩ, the resistance value of theresistor 16 is set to 1 kΩ, and the gate-source voltage of theFET 2 is controlled at 10V.

この場合、点ｃ電圧Ｅｏｕｔは次式によって表される。
Ｅｏｕｔ＝（２０Ｖ−１０Ｖ）×抵抗器１３の抵抗値／抵抗器１１の抵抗値
＝１０Ｖ （２）
したがって、点ｄ電圧は次式によって表される。
点ｄ電圧＝１ｋΩ／（９ｋΩ＋１ｋΩ）×１０Ｖ
＝１Ｖ （３）In this case, the point c voltage Eout is expressed by the following equation.
Eout = (20V−10V) × resistance value ofresistor 13 / resistance value ofresistor 11
= 10V (2)
Therefore, the point d voltage is expressed by the following equation.
Point d voltage = 1kΩ / (9kΩ + 1kΩ) × 10V
= 1V (3)

ここで、電源１の電圧値が１０Ｖから１２Ｖに上昇した場合の各部の電圧値を示す。
電源１の電圧値が１０Ｖから１２Ｖに上昇すると、点ｃ電圧Ｅｏｕｔは、次式によって表される。
Ｅｏｕｔ＝（２０Ｖ−１２Ｖ）×抵抗器１３の抵抗値／抵抗器１１の抵抗値
＝８Ｖ （４）
したがって、点ｄ電圧は次式によって表される。
点ｄ電圧＝１ｋΩ／（９ｋΩ＋１ｋΩ）×８Ｖ
＝０．８Ｖ （５）Here, the voltage value of each part when the voltage value of the power supply 1 rises from 10V to 12V is shown.
When the voltage value of the power supply 1 increases from 10V to 12V, the point c voltage Eout is expressed by the following equation.
Eout = (20V−12V) × resistance value ofresistor 13 / resistance value ofresistor 11
= 8V (4)
Therefore, the point d voltage is expressed by the following equation.
Point d voltage = 1kΩ / (9kΩ + 1kΩ) × 8V
= 0.8V (5)

スイッチングレギュレータ５の基準電圧βは１Ｖであり、入力電圧（点ｄ電圧）よりも基準電圧βが高いので、入力電圧が基準電圧βとなるまでスイッチングレギュレータ５からの出力電圧（点ｂ電圧）を上昇させる。
よって、点ｄ電圧が１Ｖとなるのは点ｂ電圧が２２Ｖの場合であり、スイッチングレギュレータ５は２２Ｖまで電圧を上昇させる。
したがって、ＦＥＴ２のゲート端子に２２Ｖの電圧が印加され、ＦＥＴ２は上記と同様にゲート、ソース端子間電圧が１０Ｖで駆動される。Since the reference voltage β of theswitching regulator 5 is 1V and the reference voltage β is higher than the input voltage (voltage at point d), the output voltage (point b voltage) from theswitching regulator 5 is changed until the input voltage becomes the reference voltage β. Raise.
Therefore, the point d voltage becomes 1V when the point b voltage is 22V, and theswitching regulator 5 increases the voltage to 22V.
Therefore, a voltage of 22V is applied to the gate terminal of FET2, and FET2 is driven with a voltage between the gate and source terminals of 10V as described above.

本実施例は以上のように構成され、差動増幅回路４によって電源１の電圧値とスイッチングレギュレータ５の出力電圧値との電圧差を算出し、該電圧差を抵抗器１５、１６によって分圧してスイッチングレギュレータ５に入力する。スイッチングレギュレータ５は、差動増幅回路４から入力された電圧値と基準電圧βとを比較して電源１の電圧を制御してＦＥＴ２のゲート端子に印加する。
これにより、電源１の電圧値の変動に応じてスイッチングレギュレータ５の出力電圧値も変動することにより、ＦＥＴ２のゲート、ソース端子間電圧は常に一定となり、所望のゲート、ソース端子間電圧を保ちつつＦＥＴ２を駆動させることができる。In this embodiment, the voltage difference between the voltage value of the power source 1 and the output voltage value of theswitching regulator 5 is calculated by thedifferential amplifier circuit 4, and the voltage difference is divided by theresistors 15 and 16. To theswitching regulator 5. Theswitching regulator 5 compares the voltage value input from thedifferential amplifier circuit 4 with the reference voltage β, controls the voltage of the power supply 1 and applies it to the gate terminal of theFET 2.
As a result, the output voltage value of theswitching regulator 5 also fluctuates in accordance with the fluctuation of the voltage value of the power supply 1, whereby the voltage between the gate and source terminals of theFET 2 is always constant, while maintaining the desired gate and source terminal voltage. The FET 2 can be driven.

また差動増幅回路４内部の抵抗器１５、１６によって点ｃ電圧Ｅｏｕｔを分圧してスイッチングレギュレータ５に入力することにより、入力された電圧と比較するスイッチングレギュレータ５内部の基準電圧βとして低い電圧値を用いることができる。  Further, by dividing the point c voltage Eout by theresistors 15 and 16 in thedifferential amplifier circuit 4 and inputting the voltage to theswitching regulator 5, a low voltage value is obtained as the reference voltage β in theswitching regulator 5 to be compared with the input voltage. Can be used.

本実施例におけるＦＥＴ駆動回路を示す図である。It is a figure which shows the FET drive circuit in a present Example.

符号の説明Explanation of symbols

１ 電源
２ ＦＥＴ
３ 負荷
４ 差動増幅回路
５ スイッチングレギュレータ
６ スイッチ
１０ 差動増幅器
１１、１２、１３、１４、１５、１６ 抵抗器
β 基準電圧1Power supply 2 FET
3Load 4Differential Amplifier 5Switching Regulator 6Switch 10Differential Amplifier 11, 12, 13, 14, 15, 16 Resistor β Reference Voltage

Claims (4)

Translated fromJapanese

電源電圧をスイッチングレギュレータによって調圧してＦＥＴを駆動するためのＦＥＴ駆動電圧を生成するＦＥＴ駆動装置において、
前記電源電圧と、前記スイッチングレギュレータの出力電圧との電圧差を検出する差動増幅回路を備え、
前記スイッチングレギュレータは、前記差動増幅回路の検出結果にもとづいて前記ＦＥＴ駆動電圧を制御することを特徴とするＦＥＴ駆動装置。In an FET drive device that generates an FET drive voltage for driving an FET by adjusting a power supply voltage by a switching regulator,
A differential amplifier circuit for detecting a voltage difference between the power supply voltage and the output voltage of the switching regulator;
The FET driving apparatus, wherein the switching regulator controls the FET driving voltage based on a detection result of the differential amplifier circuit.前記スイッチングレギュレータは、
前記差動増幅回路によって検出された電圧差が増加した場合には前記ＦＥＴ駆動電圧を減少方向に制御し、
前記差動増幅回路によって検出された電圧差が減少した場合には前記ＦＥＴ駆動電圧を増加方向に制御することを特徴とする請求項１記載のＦＥＴ駆動装置。The switching regulator is
When the voltage difference detected by the differential amplifier circuit increases, the FET drive voltage is controlled in a decreasing direction,
2. The FET drive device according to claim 1, wherein when the voltage difference detected by the differential amplifier circuit decreases, the FET drive voltage is controlled to increase.前記差動増幅回路は、差動増幅器と抵抗器とを備え、
前記差動増幅回路は、前記差動増幅器によって前記電源電圧と前記スイッチングレギュレータの出力電圧との電圧差を検出し、該検出した電圧差を前記抵抗器によって降圧してスイッチングレギュレータに入力することを特徴とする請求項１または２記載のＦＥＴ駆動装置。The differential amplifier circuit includes a differential amplifier and a resistor,
The differential amplifier circuit detects a voltage difference between the power supply voltage and the output voltage of the switching regulator by the differential amplifier, and steps down the detected voltage difference by the resistor and inputs the voltage difference to the switching regulator. The FET driving device according to claim 1 or 2, characterized in that差動増幅回路によって、電源電圧とスイッチングレギュレータの出力電圧との電圧差を検出し、
前記差動増幅回路の検出結果にもとづいて、ＦＥＴを駆動するためのＦＥＴ駆動電圧を前記スイッチングレギュレータにより制御することを特徴とするＦＥＴ駆動装置におけるＦＥＴ駆動電圧生成方法。The differential amplifier circuit detects the voltage difference between the power supply voltage and the output voltage of the switching regulator.
An FET drive voltage generation method in an FET drive device, wherein an FET drive voltage for driving an FET is controlled by the switching regulator based on a detection result of the differential amplifier circuit.

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