JP7011831B2 - スイッチング回路装置及び降圧型dc-dcコンバータ - Google Patents
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Description
図1において、本発明を実施した降圧型DC―DCコンバータ(以下コンバータと称する)10は、スイッチング回路部11、駆動信号発生部12、レベルシフタ13、平滑回路14を備えている。このコンバータ10は、高電圧源(図示省略)からの変換元の電圧源である入力電圧Vin(例えば3.3V)を出力電圧Vout(例えば1.2V)に降圧して負荷15に供給する。また、スイッチング回路部11は、駆動電源(図示省略)からの駆動電圧Vhrの供給を受けて作動する。駆動電圧Vhrは、例えば1.65Vである。高電圧源及び駆動電源の低電位端は、グランドされて、装置全体の基準電位にされている。
第2実施形態は、HSW回路内の直列に接続された第1及び第2のハイサイドスイッチング素子をマルチピラー型の縦型BC-MOSFETを用いて構成したものである。なお、第1及び第2のハイサイドスイッチング素子をマルチピラー型の縦型BC-MOSFETを用いて構成した他は、コンバータの回路構成を含め第1の実施形態と同じであり、実質的に同じものには同じ符号を付して、その詳細な説明を省略する。
11 スイッチング回路部
14 平滑回路
25 ハイサイド駆動回路
25a ブートストラップ回路
26 ローサイド駆動回路
38、38A シリコン基板
50 素子ユニット
Ar1、Ar2 トランジスタアレイ
Cb ブートストラップコンデンサ
M1、M2 ハイサイドスイッチング素子
M1a、M2a トランジスタ
M3、M4 ローサイドスイッチング素子
M5,M6 スイッチング素子
Claims (8)
- 出力端と高電圧源の高電位端との間に直列に接続された前記高電位端側の第1のハイサイドスイッチング素子及び前記出力端側の第2のハイサイドスイッチング素子を有し、前記第1及び前記第2のハイサイドスイッチング素子がn型MOSFETからなるハイサイドスイッチング素子回路と、
前記出力端と基準電位端との間に直列に接続された第1及び第2のローサイドスイッチング素子を有し、前記第1及び前記第2のローサイドスイッチング素子がn型MOSFETからなるローサイドスイッチング素子回路と、
前記第2のハイサイドスイッチング素子をオン・オフするハイサイド駆動回路と、
前記第1及び前記第2のローサイドスイッチング素子をオン・オフするローサイド駆動回路と、
前記ハイサイド駆動回路に設けられ、前記第1及び前記第2のローサイドスイッチング素子がオンしている間に、駆動電源に接続されて充電されるブートストラップコンデンサを含み、前記第1及び前記第2のローサイドスイッチング素子がオフしている間に、前記出力端の電圧を加えた前記ブートストラップコンデンサの端子間電圧を供給するブートストラップ回路と
を備え、
前記ブートストラップコンデンサは、一端が前記ハイサイドスイッチング素子回路に対しては前記第1のハイサイドスイッチング素子のゲート端子にのみ接続され、他端が前記出力端に接続され、前記第1及び前記第2のローサイドスイッチング素子がオフしている間に、前記出力端の電圧を加えた前記ブートストラップコンデンサの端子間電圧を前記第1のハイサイドスイッチング素子のゲートに印加する
ことを特徴とするスイッチング回路装置。 - 出力端と高電圧源の高電位端との間に接続されたハイサイドスイッチング素子を有し、前記ハイサイドスイッチング素子がn型MOSFETからなるハイサイドスイッチング素子回路と、
前記出力端と基準電位端との間に接続されたローサイドスイッチング素子を有し、前記ローサイドスイッチング素子がn型MOSFETからなるローサイドスイッチング素子回路と、
前記ハイサイドスイッチング素子をオン・オフするハイサイド駆動回路と、
前記ローサイドスイッチング素子をオン・オフするローサイド駆動回路と、
前記ハイサイド駆動回路に設けられ、前記ローサイドスイッチング素子がオンしている間に、駆動電源に接続されて充電されるブートストラップコンデンサを含み、前記ローサイドスイッチング素子がオフしている間に、前記ブートストラップコンデンサの端子間電圧に前記出力端の電圧を加えた前記ハイサイドスイッチング素子のゲート電圧となる電圧を供給するブートストラップ回路と
を備え、
前記ハイサイドスイッチング素子は、中央部にチャネルとなるp型半導体領域が、一端にn型のドレイン領域が、他端にn型のソース領域がそれぞれ設けられた半導体柱と、前記半導体柱の中央部の周囲に設けられたゲート電極と、前記ゲート電極と前記半導体柱との間に設けられたゲート絶縁膜とを有する構造であることを特徴とするスイッチング回路装置。 - 出力端と高電圧源の高電位端との間に直列に接続された第1及び第2のハイサイドスイッチング素子を有し、前記第1及び前記第2のハイサイドスイッチング素子がn型MOSFETからなるハイサイドスイッチング素子回路と、
前記出力端と基準電位端との間に直列に接続された第1及び第2のローサイドスイッチング素子を有し、前記第1及び前記第2のローサイドスイッチング素子がn型MOSFETからなるローサイドスイッチング素子回路と、
前記第1及び前記第2のハイサイドスイッチング素子をオン・オフするハイサイド駆動回路と、
前記第1及び前記第2のローサイドスイッチング素子をオン・オフするローサイド駆動回路と、
前記ハイサイド駆動回路に設けられ、前記第1及び前記第2のローサイドスイッチング素子がオンしている間に、駆動電源に接続されて充電されるブートストラップコンデンサを含み、前記第1及び前記第2のローサイドスイッチング素子がオフしている間に、前記ブートストラップコンデンサの端子間電圧に前記出力端の電圧を加えた前記第1及び前記第2のハイサイドスイッチング素子のゲート電圧となる電圧を供給するブートストラップ回路と
を備え、
前記第1及び前記第2のハイサイドスイッチング素子は、中央部にチャネルとなるp型半導体領域が、一端にn型のドレイン領域が、他端にn型のソース領域がそれぞれ設けられた半導体柱と、前記半導体柱の中央部の周囲に設けられたゲート電極と、前記ゲート電極と前記半導体柱との間に設けられたゲート絶縁膜とを有する構造であることを特徴とするスイッチング回路装置。 - 出力端と高電圧源の高電位端との間に直列に接続された第1及び第2のハイサイドスイッチング素子を有し、前記第1及び前記第2のハイサイドスイッチング素子がn型MOSFETからなるハイサイドスイッチング素子回路と、
前記出力端と基準電位端との間に直列に接続された第1及び第2のローサイドスイッチング素子を有し、前記第1及び前記第2のローサイドスイッチング素子がn型MOSFETからなるローサイドスイッチング素子回路と、
前記第1及び前記第2のハイサイドスイッチング素子をオン・オフするハイサイド駆動回路と、
前記第1及び前記第2のローサイドスイッチング素子をオン・オフするローサイド駆動回路と、
前記ハイサイド駆動回路に設けられ、前記第1及び前記第2のローサイドスイッチング素子がオンしている間に、駆動電源に接続されて充電されるブートストラップコンデンサを含み、前記第1及び前記第2のローサイドスイッチング素子がオフしている間に、前記ブートストラップコンデンサの端子間電圧に前記出力端の電圧を加えた前記第1及び前記第2のハイサイドスイッチング素子のゲート電圧となる電圧を供給するブートストラップ回路と
を備え、
前記ハイサイドスイッチング素子回路は、前記高電圧源の高電位端に前記第1のハイサイドスイッチング素子のドレイン端子が接続され、前記第1のハイサイドスイッチング素子のソース端子と前記第2のハイサイドスイッチング素子のドレイン端子とが接続され、前記第2のハイサイドスイッチング素子のソース端子が前記出力端に接続されるとともにゲート端子が前記駆動電源の高電位端に接続され、
前記ブートストラップ回路は、前記ブートストラップコンデンサとともに、前記第1及び前記第2のローサイドスイッチング素子のオンによってオンするスイッチング回路を有し、前記ブートストラップコンデンサの一端が前記第1のハイサイドスイッチング素子のゲート端子に接続されるとともに他端が前記出力端に接続され、前記スイッチング回路が前記ブートストラップコンデンサの一端と前記第1のハイサイドスイッチング素子のゲート端子との接続点と前記駆動電源の高電位端との間に接続され、
前記ハイサイド駆動回路は、前記出力端を基準電位として前記ブートストラップコンデンサの端子間電圧から生成されるゲート電圧を前記第2のハイサイドスイッチング素子に印加して前記第2のハイサイドスイッチング素子をオンし、前記第2のハイサイドスイッチング素子のオンにより前記第1のハイサイドスイッチング素子をオンすることを特徴とするスイッチング回路装置。 - 前記スイッチング回路は、前記第1及び前記第2のローサイドスイッチング素子のオンによってオンするスイッチング素子を含む直列に接続された複数のスイッチング素子を有し、一の前記スイッチング素子のオンにより、他の前記スイッチング素子がオンすることを特徴とする請求項4に記載のスイッチング回路装置。
- 出力端と高電圧源の高電位端との間に直列に接続された第1及び第2のハイサイドスイッチング素子を有し、前記第1及び前記第2のハイサイドスイッチング素子がn型MOSFETからなるハイサイドスイッチング素子回路と、
前記出力端と基準電位端との間に直列に接続された第1及び第2のローサイドスイッチング素子を有し、前記第1及び前記第2のローサイドスイッチング素子がn型MOSFETからなるローサイドスイッチング素子回路と、
前記第1及び前記第2のハイサイドスイッチング素子をオン・オフするハイサイド駆動回路と、
前記第1及び前記第2のローサイドスイッチング素子をオン・オフするローサイド駆動回路と、
前記ハイサイド駆動回路に設けられ、前記第1及び前記第2のローサイドスイッチング素子がオンしている間に、駆動電源に接続されて充電されるブートストラップコンデンサを含み、前記第1及び前記第2のローサイドスイッチング素子がオフしている間に、前記ブートストラップコンデンサの端子間電圧に前記出力端の電圧を加えた前記第1及び前記第2のハイサイドスイッチング素子のゲート電圧となる電圧を供給するブートストラップ回路と
を備え、
前記ハイサイドスイッチング素子回路は、
一方の面に不純物拡散層が形成された基板と、
中央部にチャネルとなるp型半導体領域が、一端にn型のドレイン領域が、他端にn型のソース領域がそれぞれ設けられるとともに前記ソース領域が前記不純物拡散層上に接続されて、第1の方向にライン状に並べられた複数の第1の半導体柱と、各々の前記第1の半導体柱の中央部を囲む第1のアレイゲート電極と、各前記第1の半導体柱と前記第1のアレイゲート電極との間にそれぞれ設けられたゲート絶縁膜とを有し、前記第1のハイサイドスイッチング素子となる第1のトランジスタアレイと、
中央部にチャネルとなるp型半導体領域が、一端にn型のソース領域が、他端にn型のドレイン領域がそれぞれ設けられるとともに前記ドレイン領域が前記不純物拡散層上に接続されて、前記第1の方向にライン状に並べられた複数の第2の半導体柱と、各々の前記第2の半導体柱の中央部を囲む第2のアレイゲート電極と、各前記第2の半導体柱と前記第2のアレイゲート電極との間にそれぞれ設けられたゲート絶縁膜とを有し、前記第2のハイサイドスイッチング素子となる第2のトランジスタアレイと、
前記第1の半導体柱の各一端を相互に電気的に接続するドレイン接続部と、
前記第2の半導体柱の各一端を相互に電気的に接続するソース接続部と
を有する
ことを特徴とするスイッチング回路装置。 - 前記第1のトランジスタアレイと前記第2のトランジスタアレイとがそれぞれ複数設けられ、前記第1の方向と直交する第2の方向に前記第1のトランジスタアレイと前記第2のトランジスタアレイとが交互に配され、
前記ドレイン接続部は、前記第1のトランジスタアレイごとに設けられ、
前記ソース接続部は、前記第2のトランジスタアレイごとに設けられ、
前記第1のアレイゲート電極同士を電気的に接続する第1のゲート接続部と、
前記第2のアレイゲート電極同士を電気的に接続する第2のゲート接続部と、
前記ドレイン接続部同士を電気的に接続するドレイン相互接続部と、
前記ソース接続部同士を電気的に接続するソース相互接続部と
を有することを特徴とする請求項6に記載のスイッチング回路装置。 - 請求項1ないし7のいずれか1項に記載のスイッチング回路装置と、
前記出力端に接続されたチョークコイルとコンデンサを有する平滑部と
を備えることを特徴とする降圧型DC-DCコンバータ。
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