JP5031828B2 - 誘導性フライバックが発生している状態の過渡電圧を低減したパワートランジスタのスルーレート制御装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は概して半導体デバイスに関し、特にパワースイッチに関する。

パワースイッチでは、誘導性負荷を駆動するトランジスタをオフに切り替えると、トランジスタのドレイン電圧が急激に上昇する。ドレイン電圧のこの急激な変化によって多くの場合、誘導性負荷に達する出力配線に伝導雑音放射（ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ ｅｍｉｓｓｉｏｎ）または放射ノイズ（ｒａｄｉａｔｅｄ ｅｍｉｓｓｉｏｎ）が生じる。伝導雑音放射及び／又は放射ノイズによって多くの場合、パワースイッチに接続されるか、または近接する他の電子デバイスに干渉が生じ、これによってシステム全体が望ましくない状態で動作するようになる。

従って、トランジスタをオフに切り替えるときのパワースイッチからの伝導雑音放射または放射ノイズの大きさを減少させる装置及び方法を提供することが望ましい。更に、トランジスタをオフに切り替えるときのパワースイッチにおける電圧の遷移時間を変更する装置及び方法を提供することが望ましい。更に、本発明の他の所望の特徴及び特性は、本発明及び添付の請求項に関する以下の記載から、添付の図面、及び発明に関するこの背景技術の章で説明される内容を考慮に入れることにより明らかになる。

本発明は以下に、次の図面の図を参照しながら記載され、これらの図面では、同様の参照番号は同様の構成要素を指す。
以下の詳細な記載は本質的に単なる例示に過ぎず、かつ可能な実施形態の技術範囲または用途を制限するために行なわれるのではない。更に、本発明を、前出の技術分野、背景技術、要約の章で説明される、または以下の詳細な記載に示される明示的または暗示的な理論によって制限しようとするものではない。

種々の実施形態は本明細書において、機能ブロック要素及び／又は論理ブロック要素、及び種々の処理ステップの形態として記載することができる。このようなブロック要素は、指定された機能を実行するように構成されるいずれかの数のハードウェア要素、ソフトウェア要素、及び／又はファームウェア要素によって実現することができることを理解されたい。説明を分かり易くするために、半導体処理、パッケージング、及び半導体デバイスに関連する従来の技術及びシステムについて本明細書において、網羅的に詳細に記載することはしない。

上で説明したように、従来のパワースイッチは多くの点で満足できない特性を示す。図１Ａによれば、例えばパワースイッチ１００はトランジスタ１１０を含み、トランジスタ１１０はゲート１１２と、ドレイン１１４と、そしてソース１１６とを有する。更に、トランジスタ１１０は構造上、ゲート−ドレイン間キャパシタ（Ｃ_ｇｄ）１１３、及びゲート−ソース間キャパシタ（Ｃ_ｇｓ）１１５を含む。

ゲート１１２は電流源１２２及び電流源１２４にノード１２０を介して接続される。更に、電流源１２２は電圧源Ｖ_ＣＣに接続され、そして電流源１２４はグランドに接続される。

多くの場合、パワースイッチ１００は、電源電圧Ｖ_ｄｃに直列接続される誘導性負荷１３０を含み、誘導性負荷１３０は更にドレイン１１４に接続される。更に、パワースイッチ１００は、ドレインノード１４２に、かつクランプ１５０に接続されるダイオード１４０を含み、クランプ１５０は更にゲートノード１０２に接続される。図示のように、クランプ１５０は、一つ以上のツェナーダイオード１５５を含むツェナークランプである。更に、パワースイッチ１００では更に、グランドに接続されるソース１１６が設けられる。

動作状態では、トランジスタ１１０は、電流源１２２をオンに切り替え、これによってゲート電圧（Ｖ_ｇａｔｅ）（すなわち、ゲート１１２の電位とソース１１６の電位との差）がゼロボルトから増加し始めると「オン」（Ｉ_ｏｎ）に切り替わる。Ｖ_ｇａｔｅがトランジスタ１１０の閾値電圧（Ｖ_ｔｈ）に達すると、ドレイン電圧（Ｖ_{ｄｒａｉｎ}）が減少し始め、そしてゼロボルトになるまでには、ゲート電流（Ｉ_ｇａｔｅ）が流れ始めてＣ_ｇｄ１１３及びＣ_ｇｓ１１５を充電し、この場合、ドレイン電圧のスルーレートｄ（Ｖ_{ｄｒａｉｎ}）／ｄｔはＩ_ｇａｔｅ／Ｃ_ｇｄに比例する。更に、Ｖ_{ｄｒａｉｎ}がゼロボルトに達すると、Ｖ_ｇａｔｅが増加し始めてＶ_ｔｈを超え、これによって出力電流（Ｉ_ｏｕｔ）が誘導性素子１３０及びトランジスタ１１０を、ドレイン−ソース経路を通って流れ始める。

トランジスタ１１０は、電流源１２２をオフに切り替え、そして電流源１２４を「オン」に切り替えることにより「オフ」（Ｉ_ｏｆｆ）に切り替わる。これによって、Ｖ_ｇａｔｅが減少し始める。一旦、Ｖ_ｇａｔｅがＶ_ｔｈに達すると、Ｖ_{ｄｒａｉｎ}は、トランジスタ１１０がオフに切り替わり始めるので増加し始める。誘導性素子１３０は負荷電流（Ｉ_ｌｏａｄ）を流し続けるが、この動作は、Ｖ_{ｄｒａｉｎ}が急激に、その最大電圧（すなわち、クランプ閾値電圧）に達するまでＶ_{ｄｒａｉｎ}を強制的に電源電圧（Ｖ_ｄｃ）を超えて増加することにより行なわれ、この状態によってＶ_ｇａｔｅがＶ_ｔｈに保持される。これによって、トランジスタ１１０は、Ｉ_ｌｏａｄを誘導性素子１３０からＩ_ｌｏａｄがゼロになるまで流すことができる。Ｖ_{ｄｒａｉｎ}がＶ_ｄｃを超えると、誘導性素子１３０を流れる電流が減少し始める（すなわち、Ｖ_{ｉｎｄｕｃｔｏｒ}＝Ｌ（ｄｉ／ｄｔ））。特に、誘導性素子１３０に加わる電圧が反転すると、電流は減少する。

Ｖ_{ｄｒａｉｎ}がクランプ閾値電圧に近づくと、クランプ１５０を流れる電流は、動作ゼロ電流から動作ゲート電流Ｉ_ｇａｔｅに急激に変化する。更に、Ｖ_{ｄｒａｉｎ}が最大電圧に近づくと、Ｖ_{ｄｒａｉｎ}の急激な変化はこのポイントで生じる（すなわち、電圧増加からほぼ一定の電圧に急激に変化する）。上に記載したように、電圧及び電流のこれらの急激な変化は、他の電子デバイスに干渉する可能性のある、少なくとも幾つかの伝導雑音放射または放射ノイズの原因となる。

次に、図２Ａを参照すると、伝導雑音放射及び／又は放射ノイズを低減したパワースイッチ２００の例示としての一実施形態の例が示される。パワースイッチ２００は一実施形態では、トランジスタ２１０（例えば、電界効果トランジスタなど）を含み、トランジスタ２１０はゲート２１２と、ドレイン２１４（及び、構造上、ゲート−ドレイン間キャパシタ２１３）と、ソース２１６（及び、構造上、ゲート−ソース間キャパシタ２１５）とを有する。

更に、パワースイッチ２００は、トランジスタ２１０に接続され、かつ電流源２２２及び２２４に接続されるノード２２０を含み、電流源２２２及び２２４はほぼ同じサイズであるので、トランジスタ２１０を正常にオン及びオフに切り替えることができる。更に、パワースイッチ２００は、ドレイン２１４、誘導性素子（例えば、インダクタ）２３０、及びダイオード２４０に接続されるドレインノード２４２を含む。種々の実施形態の例では、誘導性素子２３０は、約５ミリヘンリー（ｍＨ）から約１００ｍＨの範囲のインダクタンスを有する。更に、ダイオード２４０は、少なくともツェナーダイオード２５５を含むクランプ２５０に接続され、この場合、クランプ２５０は更に、ゲートノード２０２に接続される。ツェナーダイオード２５５はいずれのツェナーダイオードとすることもでき、またはこの技術分野で公知の、或いはツェナーダイオードと同様の機能を実行することができる将来時点で開発されるデバイスとすることができる。更に、ツェナーダイオード２５５はいずれかの適切な閾値電圧（Ｖ_ｚｔｈ）を持つことができる。

一実施形態の例によれば、クランプ２５０は、ツェナーダイオード２５５に直列接続される抵抗素子２６０を含む。抵抗素子２６０は一実施形態では、抵抗体である。更に、スイッチ２００の種々の実施形態では、抵抗素子２６０を、抵抗をクランプ２５０に付加する性質を持ついずれかのハードウェアデバイスとすることが考えられる。

一実施形態の例によれば、抵抗素子２６０は約５キロオーム（ｋΩ）〜約１００ｋΩの範囲の抵抗を有する。特に、抵抗素子２６０の抵抗（Ｒ）は、クランプ２５０の所望の出力電圧、及びゲート２１２のプルダウン電流によって変わる。別の表現をすると、抵抗（Ｒ）は以下の数式に従って求めることができる。
Ｖ_{ｃｌａｍｐ}＝Ｖ_ｚ＋Ｖ_ｇｓ＋Ｖ_{ｄｉｏｄｅ}＋（Ｉ_ｇａｔｅ）（Ｒ）
上の式では、Ｖ_ｚはツェナーダイオード（群）２５５の電圧であり、Ｖ_ｇｓはゲート−ソース間電圧であり、Ｖ_{ｄｉｏｄｅ}はダイオード２４０の電圧であり、Ｉ_ｇａｔｅは電流源２２４が引き抜くプルダウン電流であり、そしてＲは抵抗素子２６０の抵抗である。

動作状態では、パワースイッチ２００は、上で説明したパワースイッチ１００と同様に動作する。しかしながら、抵抗素子２６０をクランプ２５０に追加することにより、パワースイッチ２００からの伝導雑音放射または放射ノイズを、Ｖ_{ｄｒａｉｎ}が増加状態から遷移してその最大電圧に達するために要する時間、及び／又はＩ_ｏｕｔが増加状態から減少状態に遷移するために要する時間を長くすることにより低減することができる。詳細には、パワースイッチ２００によって電流がクランプ２５０に、Ｖ_{ｄｒａｉｎ}が最大電圧に達する前に流れ始めることができるようになる。更に、抵抗素子２６０は、電圧がＶ_ｚ＋Ｖ_ｇｓ＋Ｖ_{ｄｉｏｄｅ}に上昇すると、電流を流し始める。最大電圧には、Ｖ_{ｄｒａｉｎ}がＶ_ｚ＋Ｖ_ｇｓ＋Ｖ_{ｄｉｏｄｅ}＋（Ｉ_ｇａｔｅ）（Ｒ）に等しくなると達する。最大電圧近傍へのＶ_{ｄｒａｉｎ}の急激な遷移は、抵抗素子２６０を追加することにより緩和される（または鈍くなる）ので、この急激な電圧変化に起因する伝導雑音放射及び／又は放射ノイズが低減される。本発明の例示としての一実施形態の例では、遷移（またはスルーレート）は、ｃｏｓ^２関数に類似する関数によって与えられる。

図２Ｂは、保護回路を有するパワースイッチ２００の一実施形態の図である。図２Ｂに示す実施形態では、クランプ２５０は更に、抵抗素子２６０に並列接続される追加のツェナーダイオード２５８を含む。

ツェナーダイオード２５８は、いずれかのツェナーダイオード、またはこの技術分野で公知の、または将来時点で開発されるツェナーダイオードの機能を実行することができる素子とすることができる。例示としての一実施形態の例では、ツェナーダイオード２５８は、ダメージを与える過剰電流が抵抗素子２６０を、例えば短い静電放電（ＥＳＤ）パルスが加わっている間に流れることがないように、抵抗素子２６０に加わる電圧よりも大きい閾値電圧を有する。更に、ツェナーダイオード２５８は、出力に大電流が過渡的に流れる、そして／または大電圧が過渡的に発生する（例えば、ＥＳＤパルスが加わると）と、十分大きい電流Ｉ_ｇａｔｅをクランプ２５０に流すことができるように作用する。

図２Ｃは、スルーレートを調整することができる構成のパワースイッチ２００の一実施形態の図である。例示としての一実施形態の例によれば、パワースイッチ２００は更に、電流源２２２に並列接続される少なくとも一つの追加電流源２２６を備える。更に、電流源スイッチ２２７が電流源２２６に接続されることにより、スイッチ２２７が「オン」になると、追加電流が電流源２２６からトランジスタ２１０に供給され、そして「オフ」になると、追加電流はトランジスタ２１０に供給されない。更に、電流源スイッチ２２５が電流源２２２に接続されることにより、スイッチ２２５が「オン」になると、電流源２２２から供給される電流は、スイッチ２２７の場合と同様にオン／オフに切り替わる。従って、スイッチ２２５及び２２７はそれぞれ、このような切り替え機能を実行することができるこの技術分野で公知の、または将来時点で開発されるいずれの素子とすることもできる。図２Ｃに示すように、別の実施形態によれば、最大Ｎ個の追加電流源及び電流源スイッチを、電流源２２２及び電流源スイッチ２２５に並列に設けることができ、この場合、Ｎは所定のパワースイッチ形態の要件に従って選択される整数である。

更に、パワースイッチ２００は更に、電流源２２４に並列接続される少なくとも一つの追加電流源２２１を備える。更に、電流源２２１及び２２４の各電流源は、当該各電流源にそれぞれ接続される電流源スイッチ２２８及び２２３を含む。一実施形態の例では、電流源２２４は電流源２２２とほぼ同じサイズであり、そして電流源２２１は電流源２２６とほぼ同じサイズであるので、トランジスタ２１０は、電流が電流源２２２及び／又は２２６（スイッチ２２５及び／又は２２７をそれぞれ利用する）によって供給される場合、電流源２２４及び／又は２２１（スイッチ２２８及び／又は２２３をそれぞれ利用する）によってオフに正しく切り替わることができる。別の表現をすると、Ｉ_ｏｎ及びＩ_ｏｆｆはほぼ同じ大きさの電流である。特に、スイッチ２２８及び２２３はそれぞれ、このような切り替え機能を実行することができるこの技術分野で公知の、または将来時点で開発されるいずれの素子とすることもできる。更に、図２Ｃに示すように、別の実施形態によれば、最大Ｎ個の追加電流源及び電流源スイッチを電流源２２４及び電流源スイッチ２２３に並列に設けることができ、この場合、Ｎは所定のパワースイッチ形態の要件に従って選択される整数である。

更に、クランプ２５０は、ツェナーダイオード２５５及び抵抗素子２６０に直列接続される少なくとも一つの追加抵抗素子２６２を含む。更に、抵抗素子スイッチ２６１及び抵抗素子スイッチ２６３は抵抗素子２６０及び２６２それぞれの両端に接続されるので、スイッチ２６１が「オン」に切り替わると、電流が抵抗素子２６０を避けて流れ、そしてスイッチ２６１が「オフ」に切り替わると、電流が抵抗素子２６０を流れる。同様に、スイッチ２６３が「オン」に切り替わると、電流が抵抗素子２６２を避けて流れ、そしてスイッチ２６３が「オフ」に切り替わると、電流が抵抗素子２６２を流れる。従って、スイッチ２６１及び２６３はそれぞれ、このような切り替え機能を実行することができるこの技術分野で公知の、または将来時点で開発されるいずれの素子とすることもできる。従って、追加電流が電流源２２６によって供給され（すなわち、スイッチ２２７が「オン」になると）、かつスイッチ２６１及び２６３が「オン」になると、パワースイッチ２００は、図２Ａにおいて上に示した実施形態とは異なるスルーレートを持つことができる。更に、図２Ｃに示すように、別の実施形態によれば、ツェナーダイオード２５５に直列接続される最大Ｎ個の追加抵抗素子（及び、該当する抵抗素子スイッチ）を設けることができ、この場合、Ｎは所定のパワースイッチ形態の要件に従って選択される整数である。

従って、パワースイッチ２００は種々の実施形態において、いずれかのサイズのいずれかの個数の追加電流源（及び、電流源スイッチ）を備えることにより、いずれかの所望の大きさの電流をトランジスタ２１０に供給し（そして、トランジスタ２１０を正常にオフに切り替え）、そして更に、いずれかの個数の追加抵抗素子（及び、抵抗素子スイッチ）を含むことにより、いずれかの大きさの抵抗をクランプ２５０に付加するので、パワースイッチ２００はいずれかの数の所望のスルーレートを持つことができる。一実施形態の例によれば、パワースイッチ２００は、３つの電流源及び電流源スイッチ（すなわち、Ｉ_ｏｎ）、３つの追加電流源及び電流源スイッチ（すなわち、Ｉ_ｏｆｆ）、及び３つの抵抗素子及び抵抗素子スイッチを含むことにより、パワースイッチ２００は、例えば低速の、中速の、そして高速のスルーレートを持つ。

次に、図３Ａを参照すると、パワースイッチ３００の別の実施形態が示される。パワースイッチ３００は一実施形態では、トランジスタ３１０を含み、トランジスタ３１０はゲート３１２と、ドレイン３１４（及び、構造上のゲート−ドレインキャパシタ３１３）と、ソース３１６（及び、構造上のゲート−ソースキャパシタ３１５）とを有する。更に、パワースイッチ３００はノード３２０と、ゲートノード３０２と、電流源３２２とを含み、これらの要素は、上で説明したノード２２０、ゲートノード２０２、及び電流源２２２とそれぞれ同様である。更に、パワースイッチ３００はソースに接続される電流源３２４を含み、この場合、電流源３２４は電流源２２２とほぼ同じサイズであるので、トランジスタ３１０を正常にオン及びオフに切り替えることができる。

更に、パワースイッチ３００は、トランジスタ３１０及びソースノード３７２に接続される誘導性素子３６０を含む。種々の実施形態の例では、誘導性素子３６０は、約５ｍＨ〜約１００ｍＨの範囲のインダクタンスを有する。更に、ソースノード３７２はダイオード３７０に接続され、そしてダイオード３７０はクランプ３８０に接続され、この場合、クランプ３８０は更に、ゲートノード３０２に接続される。一実施形態では、クランプ３８０は、少なくとも一つのツェナーダイオードを含むツェナークランプである。更に、クランプ３８０は一実施形態では、ツェナーダイオード３８５に直列接続される抵抗素子３８７を含む。

一実施形態の例によれば、抵抗素子３８７は約５ｋΩ〜約１００ｋΩの範囲の抵抗を有する。特に、抵抗素子３８７の抵抗（Ｒ）は、クランプ３８０の所望の出力電圧、及びゲート３１２のプルダウン電流によって変わる。別の表現をすると、抵抗（Ｒ）は以下の数式に従って求めることができる。
Ｖ_{ｃｌａｍｐ}＝Ｖ_ｚ＋Ｖ_ｇｓ＋Ｖ_{ｄｉｏｄｅ}＋（Ｉ_ｇａｔｅ）（Ｒ）
上の式では、Ｖ_ｚはツェナーダイオード（群）３８５の電圧であり、Ｖ_ｇｓはゲート−ソース間電圧であり、Ｖ_{ｄｉｏｄｅ}はダイオード３７０の電圧であり、Ｉ_ｇａｔｅは電流源３２４から供給されるプルダウン電流であり、そしてＲは抵抗素子３８７の抵抗である。

図３Ｂは、保護回路を有するパワースイッチ３００を表わす図である。図３Ｂに示す実施形態では、クランプ３８０は、抵抗素子３８７に並列接続される追加のツェナーダイオード３８９を含んでいる。

ツェナーダイオード３８９は、いずれかのツェナーダイオード、またはこの技術分野で公知の、または将来時点で開発されるツェナーダイオードの機能を実行することができる素子とすることができる。一実施形態の例では、ダメージを与える過剰電流が、例えば短い静電放電（ＥＳＤ）パルスが加わっている間に抵抗素子３８７を流れないように、ツェナーダイオード３８９は、抵抗素子３８７０に加わる電圧よりも大きい閾値電圧を有する。更に、出力に大電流が過渡的に流れ、かつ／または大電圧が過渡的に発生する（例えば、ＥＳＤパルスが加わると）と、ツェナーダイオード３８９は、十分大きい電流Ｉ_ｇａｔｅをクランプ３８０に流すことができるように作用する。

図３Ｃは、スルーレートを調整することができる構成のパワースイッチ３００の一実施形態を表す図である。一実施形態の例によれば、パワースイッチ３００は更に、電流源３２２に並列接続される少なくとも一つの追加電流源３２６を備える。更に、電流源スイッチ３２７が電流源３２６に接続されることによりスイッチ３２７が「オン」になると、電流源３２６から供給される追加電流をトランジスタ３１０に供給することができ、そして「オフ」になると追加電流はトランジスタ３１０に供給されない。更に、電流源スイッチ３２５が電流源３２２に接続されるので、スイッチ３２５が「オン」になると、スイッチ３２７の場合と同様に、電流源３２２から供給される電流をオン／オフに切り替えることができる。従って、スイッチ３２５及び３２７はそれぞれ、このような切り替え機能を実行することができるこの技術分野で公知の、または将来時点で開発されるいずれの素子とすることもできる。図３Ｃに示すように、別の実施形態によれば、最大Ｎ個の追加電流源及び電流源スイッチを電流源３２２及び電流源スイッチ３２５に並列に設けることができる。この場合、Ｎは所定のパワースイッチ形態の要件に従って選択される整数である。

更に、パワースイッチ３００は更に、電流源３２４に並列接続される少なくとも一つの追加電流源３２１を備える。更に、電流源３２１及び３２４の各電流源は、当該各電流源にそれぞれ接続される電流源スイッチ３２８及び３２３を含む。一実施形態の例では、電流源３２４は電流源３２２とほぼ同じサイズであり、電流源３２１は電流源３２６とほぼ同じサイズであるので、トランジスタ３１０は、電流が電流源３２２及び／又は３２６（スイッチ３２５及び／又は３２７をそれぞれ利用する）によってそれぞれ供給される場合、電流源３２４及び／又は３２１（スイッチ３２８及び／又は３２３をそれぞれ利用する）によってオフに正常に切り替わることができる。別の表現をすると、Ｉ_ｏｎ及びＩ_ｏｆｆは、ほぼ同じ大きさの電流である。特に、スイッチ３２８及び３２３はそれぞれ、このような切り替え機能を実行することができるこの技術分野で公知の、または将来時点で開発されるいずれの素子とすることもできる。更に、図３Ｃに示すように、別の実施形態によれば、最大Ｎ個の追加電流源及び電流源スイッチを電流源３２４及び電流源スイッチ３２３に並列に設けることができ、この場合、Ｎは所定のパワースイッチ形態の要件に従って選択される整数である。

更に、クランプ３８０は、ツェナーダイオード３８５及び抵抗素子３８７に直列接続される少なくとも一つの追加抵抗素子３９０を含む。更に、抵抗素子スイッチ３８６及び抵抗素子スイッチ３９１は抵抗素子３８７及び３９０それぞれの両端に接続されるので、スイッチ３８６が「オン」に切り替わると、電流が抵抗素子３８７を避けて流れ、そしてスイッチ３８６が「オフ」に切り替わると、電流が抵抗素子３８７を流れる。同様に、スイッチ３９１が「オン」に切り替わると、電流が抵抗素子３９０を避けて流れ、そしてスイッチ３９１が「オフ」に切り替わると、電流が抵抗素子３９０を流れる。従って、追加電流が電流源３２６によって供給され（すなわち、スイッチ３２７が「オン」になる）、かつスイッチ３８６及び３９１が「オン」になると、パワースイッチ３００は、図３Ａにおいて上に示した実施形態とは異なるスルーレートを持つことができる。従って、スイッチ３８６及び３９１はそれぞれ、このような切り替え機能を実行することができるこの技術分野で公知の、または将来時点で開発されるいずれの素子とすることもできる。更に、図３Ｃに示すように、別の実施形態によれば、ツェナーダイオード３８５に直列接続される最大Ｎ個の追加抵抗素子（及び、該当する抵抗素子スイッチ）を設けることができ、この場合、Ｎは所定のパワースイッチ形態の要件に従って選択される整数である。

従って、パワースイッチ３００は種々の実施形態において、いずれかのサイズのいずれかの個数の追加電流源（及び、電流源スイッチ）を含むことにより、いずれかの所望の大きさの電流をトランジスタ３１０に供給し（そして、トランジスタ３１０を正常にオフに切り替え）、そしていずれかの個数の追加抵抗素子（及び、抵抗素子スイッチ）も含むことにより、いずれかの大きさの抵抗をクランプ３８０に付加するので、パワースイッチ３００はいずれかの数の所望のスルーレートを持つことができる。一実施形態の例によれば、パワースイッチ３００は、３つの電流源及び電流源スイッチ（すなわち、Ｉ_ｏｎ）、３つの追加電流源及び電流源スイッチ（すなわち、Ｉ_ｏｆｆ）、及び３つの抵抗素子及び抵抗素子スイッチを含むことにより、パワースイッチ３００は、例えば低速の、中速の、そして高速のスルーレートを持つ。

図４は、例えばパワースイッチ（例えば、パワースイッチ２００または３００）における伝導雑音放射または放射ノイズを低減する方法４００のフロー図である。一実施形態の例によれば、方法４００は、パワースイッチのトランジスタ（例えば、トランジスタ２１０または３１０）の所望の出力を求め（ブロック４１０）、そしてパワースイッチの所望のスルーレートを確認する（ブロック４２０）ことにより始まる。

次に、方法４００では、パワースイッチのスルーレートを調整する（ブロック４３０）。一実施形態の例によれば、スルーレートの調整では、一つ以上の電流源（例えば、電流源２２４，２２６，３２４，または３２６）からトランジスタへの入力電流を操作し（ブロック４４０）、かつ／またはトランジスタに接続されるクランプ（例えば、クランプ２５０または３８０）の電圧を操作し（ブロック４５０）、入力電流の操作では、一つ以上の電流源をオンまたはオフに切り替えて、トランジスタに供給される電流の量を増やすか、または減らし（ブロック４４５）、そして電圧の操作では、クランプの一つ以上の抵抗素子をオン状態またはオフ状態に切り替えて、クランプの電圧の絶対値を増加するか、または低減する（ブロック４５５）。

更に、方法４００では、ブロック４２０〜４５５を異なるスルーレートに関して繰り返す（ブロック４６０）。一実施形態の例では、異なるスルーレートは相対的に高速のスルーレートであり（ブロック４６４）、別の実施形態では、異なるスルーレートは相対的に低速のスルーレートである（ブロック４６８）。

要約すると、誘導性フライバック中のスルーレートを変更する装置を開示する。一実施形態では、装置はトランジスタを備え、トランジスタはゲートと、ソースと、そしてドレインとを含み、この場合、誘導性負荷はドレインに接続される。更に、装置は、ゲートに接続される複数の電流源を含み、この場合、第１電流源によってトランジスタがオンに切り替わり、そして第２電流源によってトランジスタがオフに切り替わる。更に、装置は、ゲート及びドレインに接続されるクランプを含み、クランプは、第１抵抗素子を含むことによりクランプの電圧を、電流がクランプを流れるときに増加し、電圧が増加することによって、装置は異なるスルーレートを持つことができる。

一実施形態によれば、クランプは第１ツェナーダイオードを含み、第１ツェナーダイオードは第１抵抗素子に直列接続される。別の実施形態では、クランプで所定の電圧にクランプすることにより装置のスルーレートを低減する。更に別の実施形態では、所定の電圧は、少なくとも一つのツェナーダイオードの所定の電圧、第１電流源の所定の電流に第１抵抗素子の所定の抵抗を乗算した値と、及びゲートとソースとの間に加わる所定の電圧との内の少なくとも一つによって決まる。更に、所定の抵抗は、実施形態の例では、トランジスタの所望の電圧出力、及び所望のゲートプルダウン電流の内の少なくとも一つによって決まる。クランプは、装置の別の実施形態では更に、第１抵抗素子に並列接続される第２ツェナーダイオードを含む。

装置は、別の実施形態の例では更に、ゲートに接続され、かつ第１電流源に並列接続される第３電流源と、第３電流源とゲートとの間に接続される第１スイッチとを備え、第１スイッチは第３電流源をオン／オフに切り替える。更に別の実施形態では、クランプは更に、第１抵抗素子に直列接続される第２抵抗素子と、クランプに接続される第２スイッチとを含み、第２スイッチの第１端子は第２抵抗素子の一方の端子に接続され、第２スイッチの第２端子は第２抵抗素子の他方の端子に接続されて、第２スイッチが開くと、電流が第２抵抗素子を流れず、第２スイッチが閉じると、電流が第２抵抗素子を流れるようになる。

更に、本開示では、誘導性フライバック中のスルーレートを変更する第２装置についても説明した。一実施形態では、第２装置はトランジスタを備え、トランジスタはゲートと、ソースと、ドレインとを含み、この場合、誘導性負荷はソースに接続される。一実施形態では、装置は、ゲートに接続される複数の電流源を含み、この場合、第１電流源によってトランジスタがオンに切り替わり、第２電流源によってトランジスタがオフに切り替わる。更に、装置は、ゲート及びグランドに接続されるクランプを含み、クランプは、第１抵抗素子を含むことによりクランプの電圧を、電流がクランプを流れるときに増加し、電圧が増加することによって、装置は異なるスルーレートを持つことができる。

一実施形態によれば、クランプは第１ツェナーダイオードを含み、第１ツェナーダイオードは第１抵抗素子に直列接続される。別の実施形態では、クランプで所定の電圧にクランプすることにより装置のスルーレートを低減する。更に別の実施形態では、所定の電圧は、少なくとも一つのツェナーダイオードの所定の電圧、第１電流源の所定の電流に第１抵抗素子の所定の抵抗を乗算した値、及びゲートとソースとの間に加わる所定の電圧の内の少なくとも一つによって決まる。更に、所定の抵抗は、実施形態の例では、トランジスタの所望の電圧出力、及び所望のゲートプルダウン電流の内の少なくとも一つによって決まる。クランプは、装置の別の実施形態では更に、第１抵抗素子に並列接続される第２ツェナーダイオードを含む。

装置は、別の実施形態の例では更に、ゲートに接続され、かつ第１電流源に並列接続される第３電流源と、第３電流源とゲートとの間に接続される第１スイッチとを備え、第１スイッチは第３電流源をオン／オフに切り替える。更に別の実施形態では、クランプは更に、第１抵抗素子に直列接続される第２抵抗素子と、クランプに接続される第２スイッチとを含み、第２スイッチの第１端子は第２抵抗素子の一方の端子に接続され、第２スイッチの第２端子は第２抵抗素子の他方の端子に接続されて、第２スイッチが開くと、電流が第２抵抗素子を流れず、第２スイッチが閉じると、電流が第２抵抗素子を流れるようになる。

更に、本開示では、誘導性フライバック中のスルーレートを変更する方法についても説明した。一実施形態においては、本方法では、パワートランジスタの所望のスルーレートを確認し、パワートランジスタはトランジスタと、少なくとも一つの電流源とを含むことにより、或る大きさの入力電流をトランジスタ、誘導性負荷、及びトランジスタに接続されるクランプに供給し、クランプは、少なくとも一つの第１抵抗素子に直列接続される少なくとも一つのツェナーダイオードを含み、本方法では更に、クランプの電圧を調整して所望のスルーレートを実現する。一実施形態の例によれば、電圧を調整するステップは、抵抗をクランプに追加するステップ、及び抵抗をクランプから削除するステップの内の一つのステップを含む。

別の実施形態の例によれば、本方法では更に、トランジスタに供給される入力電流の大きさを調整する。一実施形態によれば、入力電流の大きさを調整するステップは、入力電流を少なくとも一つの追加電流源から流し込むステップと、入力電流を少なくとも一つの追加電流源によって引き抜くステップとの内の一つのステップを含む。

少なくとも一つの実施形態の例をこれまでの詳細な記載において提示してきたが、非常に多くの変形例が存在することを理解されたい。また、本明細書に記載される例示としての実施形態または複数の実施形態は決して、本発明の技術範囲、適用可能性、または構成を制限するために提示されるのではないことを理解されたい。これまでの詳細な記載は、制限するのではなく、当業者にとって、記載の実施形態、または複数の実施形態を実施するための有用な指針となる。種々の変更を、要素の機能及び構成に関して、添付の請求項及び請求項の法的な均等物に示される本発明の技術範囲から逸脱しない限り加えることができることを理解されたい。

先行技術によるパワースイッチの図である。 伝導雑音放射または放射ノイズを低減したパワースイッチの一実施形態の図である。 保護回路を有する図２Ａのパワースイッチの図である。 調整可能なスルーレートを持つ図２Ａのパワースイッチの一実施形態の図である。 伝導雑音放射または放射ノイズを低減したパワースイッチの別の実施形態の図である。 保護回路を有する図３Ａのパワースイッチの図である。 調整可能なスルーレートを持つ図３Ａのパワースイッチの一実施形態の図である。 パワースイッチにおける伝導雑音放射または放射ノイズを低減する方法のフロー図である。

Claims (3)

1. 誘導性フライバックスルーレート変更を行う装置であって、
   ゲートと、ソースと、ドレインとを含むトランジスタと、
   前記ドレインに接続される誘導性負荷と、
   前記ゲートに接続される複数の電流源であって、前記トランジスタをオンに切り替えるように構成された第１電流源と、前記トランジスタをオフに切り替えるように構成された第２電流源と、前記第１電流源に並列接続される第３電流源と、前記第２電流源に並列接続される第４電流源とを含む前記複数の電流源と、
   前記ゲートと前記ドレインとの間に接続されるクランプであって、電流が前記クランプを流れると、前記クランプの電圧が増加するように構成可能な第１抵抗素子と、該第１抵抗素子に直列接続される第１ツェナーダイオードと、前記第１抵抗素子に並列接続される第２ツェナーダイオードを含む、前記クランプと、
   前記第３電流源のオン／オフを切り換えるように前記第３電流源に接続された第１スイッチと、
   前記第４電流源のオン／オフを切り換えるように前記第４電流源に接続された第２スイッチと、
   を備え、前記トランジスタをオフに切り替えたときのドレイン電圧の急激な遷移を緩和するように前記トランジスタのゲートに供給される入力電流の大きさを前記第１及び第２スイッチによって調整可能とした装置。
2. 誘導性フライバックスルーレート変更を行う装置であって、
   ゲートと、ソースと、そしてドレインとを含むトランジスタと、
   前記ソースに接続される誘導性負荷と、
   前記ゲートに接続される複数の電流源であって、前記トランジスタをオンに切り替えるように構成された第１電流源と、前記トランジスタをオフに切り替えるように構成された第２電流源と、前記第１電流源に並列接続される第３電流源と、前記第２電流源に並列接続される第４電流源とを含む前記複数の電流源と、
   前記ゲートとグランドとの間に接続されるクランプであって、電流が前記クランプを流れると、前記クランプの電圧が増加するように構成可能な第１抵抗素子と、該第１抵抗素子に直列接続される第１ツェナーダイオードと、前記第１抵抗素子に並列接続される第２ツェナーダイオードを含む、前記クランプと、
   前記第３電流源のオン／オフを切り換えるように前記第３電流源に接続された第１スイッチと、
   前記第４電流源のオン／オフを切り換えるように前記第４電流源に接続された第２スイッチと、
   を備え、前記トランジスタをオフに切り替えたときのソース電圧の急激な遷移を緩和するように前記トランジスタのゲートに供給される入力電流の大きさを前記第１及び第２スイッチによって調整可能とした装置。
3. 誘導性フライバック中の過渡電圧を低減する方法であって、
   パワートランジスタの所望のスルーレートを確認することであって、前記パワートランジスタは、
   トランジスタと、
   入力電流を前記トランジスタと、誘導性負荷と、前記トランジスタに接続されるクランプに供給するための複数の電流源と
   を備え、前記クランプは、少なくとも一つの抵抗素子に直列接続される少なくとも一つの第１ツェナーダイオードと、少なくとも一つの抵抗素子に並列接続される少なくとも一つの第２ツェナーダイオードとを含む、前記スルーレートを確認すること、
   前記所望のスルーレートを実現するために前記クランプの電圧を調整するとともに前記複数の電流源のオン／オフを制御して前記入力電流の大きさを調整すること
   を備える方法。

Images