KR20200126397A - 에너지 회수를 갖는 pin 다이오드 드라이버 - Google Patents

에너지 회수를 갖는 pin 다이오드 드라이버 Download PDF

Info

Publication number
KR20200126397A
KR20200126397A KR1020207027439A KR20207027439A KR20200126397A KR 20200126397 A KR20200126397 A KR 20200126397A KR 1020207027439 A KR1020207027439 A KR 1020207027439A KR 20207027439 A KR20207027439 A KR 20207027439A KR 20200126397 A KR20200126397 A KR 20200126397A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
pin diode
switch
reverse
bias supply
inductor
Prior art date
Application number
KR1020207027439A
Other languages
English (en)
Inventor
질 기디언 요하네스 야코부스 밴
Original Assignee
에이이에스 글로벌 홀딩스 피티이 리미티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 에이이에스 글로벌 홀딩스 피티이 리미티드 filed Critical 에이이에스 글로벌 홀딩스 피티이 리미티드
Publication of KR20200126397A publication Critical patent/KR20200126397A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/74—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of diodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/86—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable only by variation of the electric current supplied, or only the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched
    • H01L29/861—Diodes
    • H01L29/868—PIN diodes
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/56—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices
    • H03K17/567—Circuits characterised by the use of more than one type of semiconductor device, e.g. BIMOS, composite devices such as IGBT
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K2217/00—Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00
    • H03K2217/0036—Means reducing energy consumption

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)

Abstract

PIN 다이오드에 대한 제어기는 제 1 스위치에 의해 인덕터와 직렬로 순방향 바이어스 공급부에 커플링되고 제 2 스위치에 의해 인덕터와 직렬로 역방향 바이어스 공급부와 커플링된다. PIN 다이오드를 역방향 바이어싱할 때, 에너지는 역방향 바이어스 공급부를 순간적으로 연결해제함으로써, PIN 다이오드, 및 가능하게는 PIN 다이오드와 커플링된 리액턴스 엘리먼트 (예를 들어, 커패시터) 와 같은 다른 컴포넌트들로부터 회수된다. PIN 다이오드를 순방향 바이어싱할 때, 에너지는 순방향 바이어스 공급부를 순간적으로 연결해제함으로써, PIN 다이오드, 및 가능하게는 다른 컴포넌트들로부터 회수된다.

Description

에너지 회수를 갖는 PIN 다이오드 드라이버
관련 출원에 대한 상호 참조
본 특허 협력 조약 (PCT) 출원은 "Pin Diode Driver with Energy Recovery" 를 발명의 명칭으로 하여 2018년 3월 5일자로 출원된 미국 특허출원 제62/638,730호와 관련되고 그로부터 우선권을 주장하며, 그 전체 내용은 모든 목적들을 위해 본 명세서에 참조로 통합된다.
기술 분야
본 발명의 실시형태들은 일반적으로 PIN 다이오드 드라이버 회로들에 관한 것이다.
PIN 다이오드들은 많은 상이한 애플리케이션들에서 사용된다. 하나의 특정 예에서, PIN 다이오드들은 부하의 임피던스를, 고전력 무선 주파수 발생기가 전력을 전달할 수 있는 임피던스에 매칭시키기 위한 매칭 네트워크들에서 사용될 수도 있다. 특정 사용에 관계없이, PIN 다이오드들의 고속 스위칭은 각각의 스위치 사이클마다 고전력 소비를 수반할 수도 있고, 이는 다수의 PIN 다이오드들을 사용하는 디바이스들에서 악화된다. 이들 관찰들을 고려하여, 다른 것들 중에서도, 본 개시의 양태들이 상정되었다.
본 발명의 실시형태들은 일반적으로, 무선 주파수 (RF) 스위칭 회로들을 위한, 그리고 특히 고속, 고 반복률, 고전력 애플리케이션들을 위한 PIN 다이오드 드라이버 회로를 위한 시스템들 및 방법들에 관한 것이다. 하나의 예에서, 실시형태는 PIN 다이오드를 구동하기 위한 방법을 수반한다. 제 1 스위치를 사용하여 순방향 바이어스 공급부와 PIN 다이오드 사이에 그리고 제 2 스위치를 사용하여 역방향 바이어스 공급부와 PIN 다이오드 사이에 스위칭가능하게 연결가능한 인덕터 디바이스를 포함하는 회로에서, 방법은, 인덕터 디바이스 및 PIN 다이오드로부터 순방향 바이어스 공급부를 연결해제하기 위해 제 1 스위치를 개방하는 단계, 및 제 1 스위치의 개방 후, PIN 다이오드의 역방향 바이어싱을 개시하도록 인덕터 디바이스 및 PIN 다이오드에 역방향 바이어스 공급부를 연결하기 위해 제 2 스위치를 폐쇄하는 단계를 수반한다. PIN 다이오드의 역방향 바이어싱 동안 그리고 역방향 전류의 존재 시, 방법은 순방향 바이어스 공급부로 에너지를 회수하기 위해 제 2 스위치를 개방하는 단계를 수반한다. 순방향 바이어스 공급부로 에너지를 회수하기 위해 제 2 스위치를 개방하는 단계는, 인덕터 디바이스가 순방향 바이어스 상태로부터 역방향 바이어스 상태로의 PIN 다이오드의 트랜지션에 충분한 에너지를 저장하기에 충분한 시간 주기 후에 발생할 수도 있다. 방법은 PIN 다이오드의 역방향 바이어스를 완료하도록 인덕터 디바이스에 역방향 바이어스 공급부를 재연결하기 위해 제 2 스위치를 폐쇄하는 단계를 더 수반할 수도 있다.
다른 예에서, 실시형태는 PIN 다이오드를 구동하기 위한 방법을 수반한다. 스위칭가능하게 제 1 스위치를 사용하여 PIN 다이오드와 순방향 바이어스 공급부 사이에 연결가능하고 그리고 제 2 스위치를 사용하여 PIN 다이오드와 역방향 바이어스 공급부 사이에 연결가능한 인덕터 디바이스를 포함하는 회로에서, 방법은 PIN 다이오드로부터 역방향 바이어스 공급부를 연결해제하기 위해 제 2 스위치를 개방하는 단계를 포함한다. 제 2 스위치를 개방한 후, 인덕터 디바이스 및 PIN 다이오드에 순방향 바이어스 공급부를 연결하기 위해 제 1 스위치를 폐쇄한다. 방법은 PIN 다이오드의 순방향 바이어스 동안, 역방향 바이어스 공급부로의 에너지 회수를 제공하기 위해 제 1 스위치를 개방하는 단계를 더 수반한다. 역방향 바이어스 공급부로의 에너지 회수를 제공하기 위해 제 1 스위치를 개방하는 단계는, 인덕터 디바이스가 역방향 바이어스 상태로부터 순방향 바이어스 상태로의 PIN 다이오드의 트랜지션에 충분한 에너지를 저장하기에 충분한 시간 주기 후에 발생할 수도 있다. 방법은, 인덕터를 통한 전류가 약 0 이거나 또는 순방향 바이어스 전류에 있을 때 인덕터 디바이스 및 PIN 다이오드에 순방향 바이어스 공급부를 재연결하기 위해 제 1 스위치를 폐쇄하는 단계를 더 수반할 수도 있다. 방법들은 제어기에 의해 구현될 수도 있다.
하나의 예에서, 장치는 제 1 반도체 스위치 디바이스 및 제 2 반도체 스위치 디바이스와 커플링된 제어기를 포함하고, 여기서 제 1 반도체 스위치 디바이스는 순방향 바이어스 공급부를 PIN 다이오드와 직렬의 인덕터 디바이스와 연결하는 것이고 제 2 반도체 디바이스는 역방향 바이어스 공급부를 PIN 다이오드와 직렬의 인덕터 디바이스와 연결하는 것이다. 제어기는, PIN 다이오드를 역방향 바이어싱할 때, 제 1 반도체 스위치 디바이스를 개방한 후, PIN 다이오드의 역방향 바이어싱을 개시하도록 인덕터 디바이스 및 PIN 다이오드에 역방향 바이어스 공급부를 연결하기 위해 제 2 반도체 스위치 디바이스를 폐쇄하기 위한 명령들을 포함한다. PIN 다이오드의 역방향 바이어싱 동안 그리고 역방향 전류의 존재 시, 제어기는 순방향 바이어스 공급부로 에너지를 회수하기 위해 제 2 반도체 스위치 디바이스를 개방한다.
PIN 다이오드를 순방향 바이어싱할 때, 제어기는, 인덕터 디바이스 및 PIN 다이오드로부터 역방향 바이어스 공급부를 연결해제하기 위해 제 2 반도체 스위치 디바이스를 개방하고, 그리고 제 2 반도체 스위치 디바이스를 개방한 후, 인덕터 디바이스 및 PIN 다이오드에 순방향 바이어스 공급부를 연결하기 위해 제 1 반도체 스위치 디바이스를 폐쇄하기 위한 명령들을 포함한다. PIN 다이오드의 순방향 바이어싱 동안, 제어기는 역방향 바이어스 공급부로의 에너지 회수를 제공하기 위해 제 1 스위치를 개방한다.
본 개시의 이들 및 다른 양태들이 이하에 설명된다.
도 1a 및 도 1b 는 2 개의 종래의 듀얼 공급부 PIN 다이오드 드라이버 회로들을 예시한다.
도 2a 및 도 2b 는 PIN 다이오드 등가 회로들을 예시한다.
도 3 은 솔리드 스테이트 매칭 애플리케이션에서 저장된 전하로부터 에너지를 회수하기 위해 하프 브리지와 PIN 다이오드 사이에 직렬로 대형 인덕터를 포함하는 PIN 다이오드 드라이버 회로를 예시한다.
도 4 는 솔리드 스테이트 매칭 애플리케이션에서 저장된 전하로부터 에너지를 회수하도록 동작되는 스위치들을 갖는 도 3 의 회로의 성능 파형들을 예시한다.
도 5 는 솔리드 스테이트 매칭 애플리케이션에서 저장된 전하로부터 에너지를 회수하는 방식으로 PIN 다이오드를 턴 오프하기 위해 도 3 의 회로의 스위치들을 제어하기 위한 방법이다.
도 6 은 솔리드 스테이트 매칭 애플리케이션에서 저장된 전하로부터 에너지를 회수하는 방식으로 동작되는 스위치들을 갖는 도 3 의 회로에 대한 턴 온 파형들을 예시한다.
도 7 은 솔리드 스테이트 매칭 애플리케이션에서 저장된 전하로부터 에너지를 회수하는 방식으로 PIN 다이오드를 턴 온하기 위해 도 3 의 회로의 스위치들을 제어하기 위한 방법이다.
도 8 은 솔리드 스테이트 매칭 애플리케이션에서 저장된 전하로부터 에너지를 회수하는 방식으로 동작되는 스위치들을 갖는 도 3 의 회로에 대한 턴 오프 파형들을 예시한다.
도 9 는 본 개시의 실시형태들을 구현하는데 있어서 사용될 수도 있는 컴퓨팅 시스템의 일 예를 예시하는 다이어그램이다.
PIN 다이오드는 고농도로 도핑된 (heavily doped) p 타입 반도체 영역 (P) 과 고농도로 도핑된 n 타입 반도체 영역 (N) 사이에 샌드위치된 비도핑된 (un-doped) 또는 저농도로 도핑된 (lightly doped) 진성 (I) 반도체 영역을 갖는 전기 다이오드 디바이스이고; 따라서, "PIN 다이오드" 라고 표시한다. 일반적으로, PIN 다이오드들은 저주파수 입력 신호들에서는 종래의 다이오드 거동을 따르지만, 더 높은 주파수의 입력 신호들에서는 순방향 바이어싱된 또는 온 상태에서 저항기로서 그리고 역방향 바이어싱된 또는 오프 상태에서 소형 커패시터로서 동작한다. 이와 같이, PIN 다이오드들은 감쇠기들, 고속 스위치들, 무선 주파수 (RF) 애플리케이션들, 및 고절연 및 저손실이 요망되는 고전압 전자 애플리케이션들에서 종종 활용된다. 하나의 특정 구현에서, PIN 다이오드들은 플라즈마 부하의 변화하는 부하 임피던스를, 고전력 RF 발생기가 전력을 효율적으로 전달할 수 있는 원하는 임피던스 (예를 들어, 50 ohm) 에 매칭시키도록 구성된 임피던스 매칭 네트워크에서 사용된다. 그러한 구현에서, PIN 다이오드들은, 임피던스 매칭 네트워크의 리액티브 컴포넌트들, 통상적으로는 커패시터들을 연결 또는 연결해제하여, 리액티브 엘리먼트들을 네트워크의 인앤아웃 (in and out) 으로 스위칭함으로써 매칭 네트워크의 특성들을 빠르게 변경하는 역할을 한다.
스위칭 회로에서의 PIN 다이오드들은 통상적으로 제어된 순방향 바이어스 전류 및 역방향 바이어스 전압을 제공하는 수반되는 PIN 다이오드 드라이버 회로 또는 스위치 드라이버를 갖는다. 예를 들어, 도 1a 및 도 1b 는 2 개의 종래의 듀얼 공급부 PIN 다이오드 드라이버 회로들 (100, 101) 을 예시한다. 각각의 회로는 각각의 PIN 타입 다이오드 (150, 151) 를 포함하며, 이는 결국 예를 들어 일부 타입의 RF 회로부에 연결될 수도 있다. 도 1a 에서, 전력 공급부들은 PIN 다이오드의 캐소드에 레퍼런싱되고 저전압 순방향 바이어스 전류 공급부 (105) 는 상부 스위치 (115) 에 포지티브 전압을 제공하고 고전압 역방향 바이어스 전압 공급부 (110) 는 하부 스위치 (120) 에 네거티브 전압을 제공한다. 그에 반해서, 도 1b 에서, 전력 공급부들은 PIN 다이오드의 애노드에 레퍼런싱되고 저전압 순방향 바이어스 전류 공급부 (106) 는 하부 스위치 (121) 에 네거티브 전압을 제공하고 고전압 역방향 바이어스 전압 공급부 (111) 는 상부 스위치 (116) 에 포지티브 전압을 제공한다. 각각의 PIN 다이오드 (150, 151) 는 2 개의 전력 공급부들 (회로 (100) 의 경우 105 및 110, 그리고 회로 (101) 의 경우 106 및 111) 에 의해 구동된다. 전력 공급부들 (105, 110, 106, 및 111) 은 각각의 PIN 다이오드들에 순방향 바이어스 전류 및 역방향 바이어스 전압을 제공한다. 예를 들어, 회로 (100) 에서, 저전압 순방향 바이어스 전류 공급부 (105) 는 스위치 (115) 에 연결된다. 스위치 (115) 가 폐쇄될 때 (그리고 스위치 (120) 가 개방됨), 순방향 바이어스 전류 공급부 (105) 는 PIN 다이오드 (150) 에 순방향 바이어스 전류를 제공한다. 회로 (100) 는 또한 스위치 (120) 와 연결된 고전압 역방향 바이어스 전압 공급부 (110) 를 포함한다. 스위치 (120) 가 폐쇄될 때 (그리고 스위치 (115) 가 개방됨), 역방향 바이어스 전압 공급부 (110) 는 PIN 다이오드 (150) 의 양단에 역방향 바이어스 전압을 제공한다.
유사하게, 회로 (101) 에서, 고전압 역방향 바이어스 전압 공급부 (111) 는 스위치 (116) 에 연결되어, 스위치 (116) 가 폐쇄될 때 PIN 다이오드 (151) 의 양단에 역방향 바이어스 전압을 제공하고, 저전압 순방향 바이어스 전류 공급부 (106) 는 스위치 (121) 가 폐쇄될 때 PIN 다이오드 (151) 에 순방향 바이어스 전류를 제공한다. 회로들 (100, 101) 에서의 RF 차단 디바이스들 (145, 146) 은 회로 (100) 에서 스위치들 (115 및 120) 그리고 회로 (101) 에서 스위치들 (116 및 121) 에 의해 형성된 하프 브리지들과 PIN 다이오드들 (150 및 151) 사이에 직렬로 인덕터들을 포함할 수도 있지만, 보다 일반적으로는 하프 브리지들과 PIN 다이오드들 사이의 저주파수들에서의 직류 (DC) 를 통과시키지만, RF 회로부에 의해 PIN 다이오드들 (150, 151) 에 인가된 RF 주파수를 억제하는 임의의 회로일 수도 있다. 포지션 (145, 146) 에 있을 수도 있는 회로들의 타입의 예들은 RF 초크, 병렬 공진 LC 탱크 또는 탱크들, (RF 주파수에서의) 쿼터 파장 송신 라인 등을 포함한다. 스위치들 (115, 120, 116, 및 121) 을 션트하는 다이오드들은 반도체 스위치들 (예를 들어, 바이폴라 정션 트랜지스터, MOSFET들) 에 존재하거나 또는 GaN HEMT들 같은 디바이스들의 다이오드-유사 역 거동을 나타내는 진성 바디 (intrinsic body) 다이오드들 또는 개별 (discrete) 다이오드들일 수 있다.
일 예로서 회로 (100) 를 참조하여, PIN 다이오드 회로의 동작이 이제 설명된다. PIN 다이오드 (150) 를 순방향 바이어싱하기 위해, 스위치 (115) 는 폐쇄되고 스위치 (120) 는 개방된다. 저전압 전류 공급부 (105) 는 PIN 다이오드 (150) 에 순방향 바이어스 전류를 제공한다. PIN 다이오드가 순방향 바이어싱될 때, 다이오드 (150) 의 N 영역 재료로부터의 전자들 및 P 영역 재료로부터의 정공들이 샌드위치된 I 영역 재료 내로 주입된다. 다이오드 (150) 에서의 전하들은 순간적으로 재결합할 수 없기 때문에, 순전하 (net charge) 가 I 영역에 저장된다. 순방향 바이어스 전류가 제거될 때, I 영역에서의 전하들은 캐리어 수명으로 알려진 시간 상수와 재결합한다. 다이오드는 따라서 다이오드의 특성들에 의해 결정되는 임계치보다 높은 RF 주파수들에서의 유효 "온" 저항 값을 갖는 저항기로서의 역할을 한다. 등가 순방향 바이어싱된 회로 (202) 가 도 2a 에 예시된다. 10 MHz 에서 동작하도록 설계된 고전력 PIN 다이오드의 경우, 회로 (202) 의 엘리먼트들에 대한 통상적인 값들은 인덕터에 대해 1 nH 그리고 저항기에 대해 0.1 Ω 일 수도 있다.
PIN 다이오드 (150) 를 역방향 바이어싱하기 위해, 스위치 (115) 는 개방되고 스위치 (120) 는 폐쇄되어 고전압 역방향 바이어스 전압 공급부 (110) 로부터 PIN 다이오드에 역방향 바이어스 전압을 제공한다. 역방향 바이어싱된 상태에서, PIN 다이오드 (150) 는 작은 커패시턴스에 의해 션트되는 대형 저항기의 등가 회로 (도 2b 의 204) 를 갖는다. 10 MHz 에서 동작하도록 설계된 고전력 PIN 다이오드의 경우, 회로 (204) 의 엘리먼트들에 대한 통상적인 값들은 인덕터에 대해 1 nH, 커패시터에 대해 3 pF 그리고 저항기에 대해 1 MΩ 일 수도 있다. PIN 다이오드 (150) 및 회로 (100) 의 양태들을 변화시킴으로써, 다양한 순방향 바이어스 저항 및 역방향 바이어스 커패시턴스가 다양한 맥락들에서 특정 애플리케이션을 위해 달성될 수도 있다.
PIN 다이오드 드라이버 회로들 (100, 101) 의 종래의 동작 및 구성에 있어서의 잠재적인 성능 문제는, 그러한 PIN 다이오드 드라이버들이 고속, 고 반복률 및/또는 고전력 애플리케이션들에서 사용될 때 대량의 전력을 소비할 수도 있다는 것이다. 예시의 목적들을 위해, PIN 다이오드 (150) 는 주파수들의 범위가 3 내지 30 MHz 인 고전력 애플리케이션에서 사용된다. 그러한 예들에서, PIN 다이오드 (150) 는 순방향 바이어스 전류 공급부 (105) 로부터의 1 A 로 순방향 바이어싱되고 역방향 바이어스 전압 공급부 (110) 로부터의 -1500 V 로 역방향 바이어싱될 수도 있다. 종래의 PIN 다이오드 드라이버들은 회로에 공급되고 순방향 바이어스 공급부 및 역방향 바이어스 공급부로부터 커패시터들에 저장된 에너지를 회수하도록 구성되지 않는다. 많은 PIN 다이오드들이 많은 각각의 커패시터들 (도 1a 및 도 1b 에는, 예들로서, 하나의 커패시터 (126) 및 커패시터 (128) 가 점선으로 도시된다) 에 연결되고 그들을 회로의 인앤아웃으로 스위칭하는데 사용되는 솔리드 스테이트 임피던스 매칭 네트워크들 (SSM) 에서, 상당한 에너지가 회로의 커패시터들에 저장될 수도 있다. 예를 들어, 회로의 인앤아웃으로 200 pF 커패시터를 스위칭하는데 사용되는 PIN 다이오드를 가진 회로를 가정한다. 1500 V 에서 그러한 커패시터에 저장된 에너지는 약 225 μJ 이다. 여러 개의 그러한 PIN 다이오드 드라이버 커패시티브 회로들 (예를 들어, 30 개 이상) 을 포함할 수도 있는 통상의 SSM 에서, 종래의 PIN 드라이버 회로는 모든 스위치들이 10 kHz 레이트로 변경될 때 33 W 를 초과하여 낭비할 수도 있다. 설상가상으로, 종래의 PIN 다이오드 스위치 드라이버는, 통상적인 경우에 1500 V 에서 0.5 A × 12 μs = 6 μC 일 수도 있는, 순방향 전류 곱하기 캐리어 수명과 동일한 전하를 회수할 수도 있다. 순방향 바이어싱된 (온) 상태로부터 역방향 바이어싱된 (오프) 상태로 빠르게 (예를 들어, 캐리어 수명보다 짧은 시간 주기 내에) 스위칭하기 위해, 다이오드로부터 제거되어야 하는 전하는 순방향 전류와 캐리어 수명의 곱이 되는 경향이 있다. 바로 위에 언급된 예에서, 6 μC 의 전하는 순방향 바이어싱된 상태로부터 역방향 바이어싱된 상태로 스위칭하기 위해 제거되게 된다. 그 결과는 온 상태로부터 오프 상태로 다이오드를 회복하기 위해 9 mJ 의 에너지가 필요할 수도 있다는 것이다. 30 개의 그러한 스위치들이 SSM 네트워크에서 10 kHz 레이트로 동작하면, 오직 온 상태로부터 오프 상태로의 다이오드 회복을 위해서만 1350 W 의 전력이 소비된다. PIN 다이오드에서의 저장된 전하의 일부가 재결합되고 따라서 소비되는 전력을 감소시키기 위해 고전압 역방향 바이어스 전력 공급부에 연결하기 전에 대기하는 것이 가능하지만, 이 접근법에는 스위칭 속도와의 트레이드 오프가 존재한다.
일반적으로 그리고 또한 SSM 네트워크들에서 사용될 때 종래의 PIN 다이오드 드라이버 회로들의 이들 성능 문제들을 해결하기 위해, 수정된 PIN 다이오드 드라이버 순방향 및 역방향 바이어스 시퀀스, 및 적용가능한 경우, 상대적으로 대형 인덕터를 가진 회로가 본 명세서에서 개시되며, 이는 RF 회로의 커패시터들에 저장된 에너지를 회수하고 PIN 다이오드를 온 상태로부터 오프 상태로 회복하기 위해 소비되는 전력을 최소화한다. (순방향 투 역방향 바이어스 트랜지션을 위한) 하나의 특정 예에서, 수정된 시퀀스는, 순방향 바이어스 공급부에 연결된 스위치를 션트하는 다이오드를 통해 전류가 흐르게 하도록, PIN 다이오드의 온 투 오프 트랜지션을 완료할 정도의 에너지만 인덕터에 저장하기 위해, 순방향 바이어스가 연결해제된 후, 짧은 기간 동안만 역방향 바이어스 공급부에 대한 스위치를 턴 온하는 것, 그리고 그 후, 인덕터 전류가 0 으로 떨어질 때 고전압 전력 공급부에 대한 스위치를 최종적으로 턴 온하는 것을 수반한다. 이 시퀀스는, 에너지를 낭비하기 보다는, PIN 다이오드 (뿐만 아니라 SSM 애플리케이션들에서 PIN 다이오드에 부착된 임의의 커패시터들) 에 저장된 에너지를 회수하고 그것을 순방향 바이어스 전력 공급부에 리턴한다. 일부 예들에서, 수정된 PIN 다이오드 드라이버 회로는 하프 브리지 회로 (예를 들어, 스위치들 (115 및 120)) 와 PIN 다이오드 (예를 들어, 150) 사이에 직렬로 상대적으로 대형 인덕터 (예를 들어, RF 차단에 사용되는 2 μH 의 통상의 인덕터와 비교하여 200 μH) 를 포함할 수도 있다. RF 차단을 위한 인덕터를 선정할 때, 인덕터 값은 대략 인덕터가 RF 주파수보다 낮거나 RF 주파수에서 자가 공진 상태에 있도록 선정된다. 인덕터의 자가 공진 주파수가 RF 주파수보다 훨씬 낮도록 더 높은 값의 인덕터를 선정하는 것은, RF 를 차단하는 관점에서 역효과를 낳는다. 이 회로에서의 대형 인덕터 (340) 의 자가 공진 주파수는 보통 RF 주파수보다 훨씬 낮고 오직 회로의 스위칭 성능을 달성하는 기능을 한다. 인덕터는, 상대적으로 대형이든 아니든, 순방향 바이어스 공급부가 연결될 때 순방향 바이어스 공급부와 PIN 다이오드 사이에 직렬로 있고, 역방향 바이어스 공급부가 연결될 때 역방향 바이어스 공급부와 PIN 다이오드 사이에 직렬로 있다.
도 3 은 솔리드 스테이트 매칭 애플리케이션에서 저장된 전하로부터 에너지를 회수하기 위해 하프 브리지와 PIN 다이오드 사이에 직렬로 대형 인덕터 (340) 를 포함하는 PIN 다이오드 드라이버 회로를 예시한다. 도 3 의 회로는 도 1a 에 대한 구현에서와 같이, 에너지를 회수하기 위해 PIN 다이오드 바이어스 트랜지션들을 시퀀싱하는 회로 성능을 평가하기 위한 회로 다이어그램을 예시하고, 예시된 예에는 SSM 애플리케이션에서 저장된 전하로부터 에너지를 회수하기 위해 스위치들 (315 및 320) 에 의해 형성된 하프 브리지와 PIN 다이오드 (350) 사이에 직렬로 상대적으로 대형 인덕터 (340) (300 μH) 를 더 추가한다. 도 3 의 회로는 도 1a 및 도 1b 의 회로들, 및 유사한 그러한 회로들에 상황에 따라 상대적으로 대형 인덕터를 사용하여 또는 사용하지 않고, 기법들을 적용하는 이익을 또한 예시하는데 사용될 수 있다. 도 4 는 솔리드 스테이트 매칭 애플리케이션에서 저장된 전하들로부터 에너지를 회수하도록 동작되는 스위치들을 갖는 도 3 의 회로의 성능 파형들을 도시한다. 고유 바이어스 시퀀싱 및 하프 브리지 회로와 PIN 다이오드 사이의 직렬의 대형 인덕터의 사용은 고속, 고 반복률, 및/또는 고전력 RF 애플리케이션들을 위한 SSM 애플리케이션의 커패시터들에 저장된 일부 에너지를 드라이버 회로가 회수하는 것을 허용한다.
성능 파형들 (400) 은 PIN 다이오드에 고 역방향 바이어스 전압을 제공하기 위한 스위치 및 PIN 다이오드에 대한 순방향 바이어스 공급부 (예를 들어, 전류 공급부) 의 고유 시퀀싱에 기초한 드라이버 회로 성능을 예시한다. 예를 들어, 도 3 을 참조하면, 제어기 (302) (또는, 도 1a 의 제어기 (102) 또는 도 1b 의 제어기 (103)) 또는 다른 회로는 PIN 다이오드를 턴 오프하기 위해 스위치 (315) 및 스위치 (320) 를 제어하고 PIN 다이오드 자체 뿐만 아니라 SSM 애플리케이션에 있다면 PIN 다이오드에 연결된 커패시터 (360) 의 저장된 전하로부터 에너지를 회수하기 위해 대형 인덕터 (340) 를 활용할 수도 있다.
도 5 는 도 3 의 회로의 순방향 투 역방향 바이어스 트랜지션으로부터 에너지를 회수하기 위해 PIN 다이오드 드라이버 회로의 스위치들을 제어하는 방법의 하나의 예를 예시한다. 이와 같이, 방법 (500) 의 동작들은 PIN 다이오드를 순방향 바이어싱 및 역방향 바이어싱하기 위해 스위치 디바이스들 (315 및 320) 의 제어기 (302) 에 의해 수행될 수도 있다. 논의의 목적들을 위해, 방법은 순방향 바이어스 공급부가 PIN 다이오드에 연결되는 상태로부터 시작한다. 동작 502 에서 시작하여, 제어기는 제 1 스위치 (예를 들어, 315) (이는 다양한 가능한 형태들의 트랜지스터 디바이스들과 같은 제 1 반도체 스위치 디바이스로 지칭될 수도 있음) 를 개방하여 인덕터 및 PIN 다이오드 (350) 로부터 순방향 바이어스 공급부 (예를 들어, 저전압 전류 공급부 (305)) 를 연결해제한다. 방법은, 동작 504 에서, 그 후, 유사하게 제 2 반도체 스위치 디바이스로 지칭될 수도 있는 제 2 스위치 (320) 를 순간적으로 턴 온하여, 고전압 공급부를 연결해제하기 전에는 인덕터 (340) 및 PIN 다이오드 (350) 에 고전압 역방향 바이어스 공급부 (310) 를 순간적으로 연결한다.
도 3 및 도 6a 내지 도 6d 의 파형들을 참조하면, 제 1 스위치 (315) (상부 스위치) 는 개방될 수도 있고, 이는 인덕터 (340) 및 PIN 다이오드 (350) 로부터 저전압 전류 공급부 (305) 를 연결해제한다. 제 1 스위치 (315) 가 개방하는 것을 허용할 정도로 큰 지연 (604) 후에, 제 2 스위치 (320) (하부 스위치) 는 순간적으로 폐쇄되어 고전압 공급부 (310) 를 인덕터 (340) 를 통해 PIN 다이오드 (350) 에 연결한다. 지연 (604) 은 일반적으로, 인덕터 (340) 를 통한 전류가 스위치들 (315 및 320) 의 접합부에서의 큰 네거티브 전압 스윙의 결과로서 역전될 정도로 길다. 하나의 예에서 -1500 V 일 수도 있는 역방향 바이어스 전압은, 커패시터 (360) 및 PIN 다이오드 (350) 로부터 인덕터를 통한 선행 바이어스 전류 흐름을 (지연 (604) 동안 아직 역전되지 않았다면) 역전시킨다. 일부 경우들에서, 역방향 바이어스 공급부를 연결하는 것은 주기 (604) 에서 전류가 역전되면 역방향 전류의 크기를 증가시키며, 이는 지연 (604) 의 길이 및 컴포넌트 값들의 선정에 따라 발생할 수 있다. 인덕터 (340) 와 같은 인덕티브 디바이스의 특성들로 인해, 608 에서 스위치 (320) 가 후속하여 개방될 때 역방향 전류가 유지된다. 따라서, 역방향 바이어스 전압이 연결해제될 때, 역방향 전류는 다이오드 (325) 를 통해 순방향 바이어스 공급부 (305) 로 흐르고 에너지가 저전압 공급부로 회수된다.
더 상세히, 도 3 을 참조하면, 스위치 (320) (하부 스위치) 가 턴 오프 또는 개방될 때 (608), 역방향 전류 (610) 는 스위치 (315) (상부 스위치) 와 병렬인 다이오드 (325) (상부 다이오드) 를 통해 흐른다 (동작 508). 언급된 바와 같이, 다이오드 (325) (상부 다이오드) 는 스위치 (315) 의 디바이스 (예를 들어, MOSFET) 의 진성 다이오드일 수도 있거나, 또는 개별 다이오드일 수도 있다. 역방향 전류 흐름의 시간 동안, 에너지가 저전압 전력 공급부 (예를 들어, 305) 로 회수된다. 일부 인스턴스들에서, 스위치 (315) 는 수정된 PIN 다이오드 드라이버 회로의 에너지 회수 효율을 개선시키기 위해 이 주기 동안 폐쇄될 수도 있다. 실제로, 역방향 (에너지 회수) 전류 (610) 는 공급부 (305) 에서 에너지를 회수하기 위해 제 1 반도체 스위치를 통한 병렬 경로를 통해 그리고 다이오드를 통해 흐를 수도 있다. 동작 510 에서, 스위치 (320) 는 인덕터 전류 (610) 가 흐름을 멈출 때 다시 턴 온된다 (612). PIN 다이오드를 동작시키는데 있어서의 사용을 위해 인덕터 전류 크기를 증가시키기 위한 (지연 604 내지 608 직후로부터) 320 이 온이었던 시간 주기가 충분했다면, 인덕터에 의해 제공된 PIN 다이오드에 대한 평균 전압 (즉, 중첩된 RF 전압이 평균화된 전압) 은 스위치 (320) 가 다시 턴 온될 때 고전압 전력 공급부의 전압에 가까울 것이다. 이러한 방식으로, 드라이버 회로에서의 스위치들의 동작은 PIN 다이오드에서 (그리고 SSM 애플리케이션들에서 PIN 다이오드에 부착된 커패시터들 (360) 에서) 저장된 전하로부터 에너지를 동시에 회수하면서 PIN 다이오드를 구동하는 것을 허용한다.
도 6c 를 참조하면, 602 (도 6d) 에서 순방향 바이어스가 제거되었더라도 PIN 다이오드 전압 (616) 이 대략 +0.7 V 로 유지되는 상대적으로 긴 시간 주기 (2 μs 내지 6 μs) 가 있다. 이 시간 주기 동안, 순방향 바이어스 동안 누적된 전하 (이는 순방향 전류 곱하기 캐리어 수명과 동일한 것으로 간주될 수 있으며, 이 회로에서는 0.5 A × 12 μC = 6 μC 이다) 는 PIN 다이오드로부터 제거된다. (지속기간 (606) 동안 608 에서 턴 오프하지 않고) 스위치 (320) 를 온으로 유지함으로써 이 전하가 제거되었다면, 6 μC × 1500 V = 9 mJ 의 에너지가 소비될 것이다; 그 대신, 대략 6 μC × 6 V = 36 μJ 의 에너지는 전류 흐름이 역전될 때 6 V 에서의 저전압 공급부 (305) 클램프들을 가정하면 이 시간 주기 동안 회수된다. PIN 다이오드의 이러한 온 투 오프 트랜지션 동안 회수된 순 에너지는 일반적으로, 고전압 공급부가 인덕터 전류를 증가시키기 위해 대량의 에너지를 공급하기 때문에 네거티브이다. 역방향 바이어스 공급부 (310) 로부터 취해진 전력은 도 6a 에 도시된다. 역방향 바이어스 공급부 (310) 로부터 취해진 전력은 역방향 바이어스 공급부가 연결 (605) 되는 짧은 주기 동안 증가하지만 스위치 (230) 가 개방 (608) 되어 역방향 바이어스 공급부를 연결해제할 때 0 으로 떨어짐에 주목한다. 도 6a 의 파형들의 적분 (integral) 들은 PIN 다이오드를 역방향 바이어싱하는 프로세서에서 공급부들 (305 및 310) 로부터 취해진 에너지들이다. 저전압 순방향 바이어스 공급부 (305) 로부터 취해진 에너지는 에너지가 순방향 바이어스 공급부로 회수됨을 표시하여 네거티브임에 주의한다. 고전압 역방향 바이어스 공급부로부터 취해진 에너지는 포지티브이고 순방향 바이어스 공급부로 회수된 에너지보다 높지만, 이 차이의 대부분은 커패시터들에 저장되고 다이오드 상태가 다시 오프 상태로부터 온 상태로 변경될 때 이 에너지의 대부분은 역방향 바이어스 공급부로 회수된다.
도 7 은 에너지 회수를 제공하는 방식으로 역방향 바이어스로부터 순방향 바이어스로 PIN 다이오드를 스위칭하기 위해 PIN 다이오드 드라이버 회로의 스위치들의 제어를 위한 방법 (700) 을 예시한다. 도 8 은 결과의 파형들을 도시한다. 도 3 을 참조하면, 초기 상태에서, PIN 다이오드 (350) 는 스위치 (315) 가 개방되고 스위치 (320) 가 폐쇄되고 고전압 역방향 바이어스 공급부 (310) 가 연결된 상태에서 역방향 바이어싱되고; 동작 702 에서 시작하여, 제어기는 스위치 (320) 를 개방한다 (800 (도 8d) 참조). 스위치 (320) 를 턴 오프하는 것을 허용하기에 충분한 지연 (802) 후, 스위치 (315) 는 폐쇄되어 (816) 인덕터 (340) 를 통해 PIN 다이오드에 순방향 바이어스 공급부 (305) 를 연결한다 (동작 704). 인덕터에 순방향 바이어스 공급부를 연결하는 것은 순방향 전류 (814) 를 개시하고 그리고 인덕터에 에너지를 저장하고 PIN 다이오드를 순방향 바이어싱하는 것을 개시하기 시작한다. PIN 다이오드의 오프 투 온 트랜지션을 완료할 정도의 에너지를 인덕터에 저장하기에 충분한 시간 주기 후, 제어기는 스위치 (315) 를 개방한다 (806).
스위치 (315) 가 개방될 때, 순방향 바이어스 전류는, 인덕터 (340) 에 의해, 감소하는 레벨에 있더라도 (도 8c (818) 참조), 유지되고, 전류가 스위치 (320) 와 병렬인 다이오드 (330) 를 통해 흐른다 (동작 708). 다이오드 (330) 는 디바이스의 진성 다이오드일 수도 있거나, 또는 개별 다이오드일 수도 있다. 동작 708 의 시간 동안, 에너지는 고전압 전력 공급부 (310) 로 회수된다. 일부 인스턴스들에서, 스위치 (320) 는 이 주기 동안 턴 온될 수도 있지만, 다이오드 강하가 일반적으로 고전압 공급부 전압에 비해 작기 때문에 그럴 필요는 없을 것으로 예상된다. 동작 710 에서, 스위치 (315) 는 인덕터 (340) 전류가 임계치보다 낮게 강하하거나 또는 흐름을 멈출 때 (810) 또는 전류가 원하는 순방향 바이어스 전류와 동일할 때 폐쇄된다 (808). PIN 다이오드를 동작시키는데 있어서의 사용을 위해 인덕터 (340) 전류를 증가시키기 위해 스위치 (315) 가 폐쇄되었던 시간 주기가 충분했다면, PIN 다이오드 전압 (355) (812) 은 스위치 (315) 가 다시 턴 온될 때 (808) PIN 다이오드의 순방향 전압에 가까울 것이다. 이러한 방식으로, 드라이버 회로에서의 스위치들의 동작은 PIN 다이오드 (그리고 애플리케이션에서, 예를 들어, SSM 애플리케이션에서 PIN 다이오드에 연결된 다른 커패시터들) 에서 저장된 전하로부터 에너지를 동시에 회수하면서 PIN 다이오드를 구동하는 것을 허용한다.
도 8a 는 PIN 다이오드 (350) 의 오프 투 온 상태 트랜지션 동안 (예를 들어, -1500 V) 역방향 바이어스 공급부 (310) 로부터 취해진 전력을 도시한다. 이 파형의 적분은 역방향 바이어스 공급부 (310) 로부터 취해진 에너지이다. 이 에너지는 네거티브이고 PIN 다이오드가 온 상태로부터 오프 상태로 이전에 트랜지션했을 때 저장된 에너지의 회수를 나타낸다. 도 8a 는 또한 오프 상태로부터 온 상태로의 PIN 다이오드의 트랜지션 동안 순방향 바이어스 전력 공급부로부터 취해진 전력을 도시한다. 이 파형의 적분은 이 트랜지션 동안 전력 공급부로부터 취해진 에너지이다. 이 에너지는 포지티브이고 온 상태로부터 오프 상태로의 후속 트랜지션에서 회수된다.
도 8 은 솔리드 스테이트 매칭 애플리케이션에서 저장된 전하로부터 에너지를 회수하도록 동작되는 스위치들을 갖는 도 3 의 회로에 대한 턴 온 파형들을 예시한다. 시뮬레이션에서 사용된 PIN 다이오드 모델은 오프 상태 커패시턴스가 2.9 pF 이고 캐리어 수명이 12 μs 인 다이오드를 시뮬레이션한다. 0.5 A 에서, 6 μC 의 전하가 따라서 PIN 다이오드에 저장된다. 이 모델에서 0.5 A 에서의 PIN 다이오드 전압 강하는 0.75 V 이어서, 온 상태에서, PIN 다이오드는 0.75 V × 6 μC = 4.5 μJ 을 저장한다 (온 상태에서 회로에서의 다른 커패시터들은 아주 적은 양의 에너지를 저장한다). 추가로, 대형 인덕터가 300 μH 로 설정되는 경우 그리고 RF 차단 디바이스에 추가적인 30 μH 가 있는 경우, 추가적인 0.5(300+30)10-60.52
Figure pct00001
41 μJ 이 온 상태에서 인덕터들에 저장된다. 오프 상태에서, 회로 (300) 에서의 다이오드 및 커패시터들은 0.5(2.9+180+56)10-1215002
Figure pct00002
269 μJ 을 저장한다 (시뮬레이션들에서의 커패시터 (360) 는 180 pF 로 설정되었고 RF 차단 디바이스 (345) 는 그라운드에 대한 56 pF 커패시터를 포함한다). 따라서, 회로 (300) 에서의 저장된 에너지는 PIN 다이오드의 온 상태로부터 오프 상태로 갈 때 대략 (269-(4.5+41)) μJ
Figure pct00003
224 μJ 만큼 증가한다 (이들 스테이트먼트들은 RF 사이클의 지속기간에 걸친 평균들, 또는 RF 소스 (365) 진폭이 무시해도 될 정도임을 가정한다).
회로에 RF 가 인가되지 않은 경우, 시뮬레이션들은 292 μJ 이 PIN 다이오드를 턴 오프하는데 사용되고 (224 μJ 의 130%) 턴 온 동안 252 μJ (224 μJ 의 113%) 이 회수됨을 도시한다. 따라서 공급된 292 μJ 의 86% 는 RF 가 인가되지 않으면 회수된다. 모든 에너지를 회수하지 못하는 것은 모델링된 컴포넌트들 뿐만 아니라 회로에 삽입된 의도적인 감쇠 저항기의 비이상적인 본질 때문이다. 결함들에도 불구하고, 본 명세서에서 설명된 드라이버 회로의 동작 및 제어기는 40 μJ 만을 소비한다. 따라서, 10 kHz 에서 동작하는 30 개의 그러한 스위치들은 6 W 만을 소비할 것이다 (양자의 트랜지션들은 5 kHz 레이트로 발생한다).
스위치 타이밍에 상대적인 RF 의 위상과 관계없이 1400 V RF 진폭 (1400 V 진폭으로 설정된 회로 (300) 에서의 RF 소스 (365)) 으로, 386 μJ (224 μJ 의 172%) 이 PIN 다이오드를 턴 오프하기 위해 공급되고 293 μJ (224 μJ 의 130%) 이 PIN 다이오드를 턴 온할 때 회수된다. 따라서 공급된 386 μJ 의 76% 가 회수된다. RF 가 인가되는 경우, 이 회로는 93 μJ 만을 소비한다. 따라서 10 kHz 에서 동작하는 30 개의 그러한 스위치들은 14 W 만을 소비할 것이며, 통상의 PIN 다이오드 드라이버 회로를 활용하는 통상의 SSM 애플리케이션의 경우의 1350 W 소비에 비해 크게 개선된다.
이전 단락들에서 설명된 시뮬레이션 결과들은 PIN 다이오드 전압이 대략 0.7 V 의 공칭 온 전압에 유지되어 있는 동안 PIN 다이오드로부터 모든 전하를 추출하는 것을 가능하게 하는 단순 PIN 다이오드 모델을 가정한다. 다이오드에서의 전하 분포를 더 철저히 모델링하는 더 복잡한 PIN 다이오드 모델들을 사용하면, 많은 경우들에 있어서 이것은 가능하지 않음이 분명하다. 더 복잡한 모델들은 전하가 I 영역의 중심에 남아 있는 동안 전하가 I 영역의 에지들로부터 완전히 추출될 수도 있음을 보여준다. 전하가 완전히 추출되는 영역은 공간 전하 영역을 셋업하여 모든 전하들이 추출되기 전에 다이오드 역방향 전압의 증가를 야기한다. 이 거동은 회로의 성능을 낮추지만, 표준 PIN 다이오드 드라이브들과 비교하여, 여기에 설명된 수정된 PIN 다이오드 드라이버는 여전히 상당히 더 우수한 결과들을 달성한다. 예를 들어, 통상의 예에서, 고전압 역방향 바이어스 공급부를 턴 온하기 전에 순방향 바이어스 전류를 턴 오프한 후 200 ns 를 대기하는 것은 7.3 mJ 을 필요로 할 수도 있고, 고전압 역방향 바이어스 공급부를 턴 온하기 전에 순방향 바이어스 전류를 턴 오프한 후 10 μs 를 대기하는 것은 4.8 mJ 을 필요로 할 수도 있고, 10 μs 를 대기하는 것에 더하여 대형 (300 mH) 인덕터를 추가하는 것은 4.4 mJ 을 필요로 할 수도 있고, 그리고 여기에 설명된 스위칭 시퀀스를 추가하는 것은 1.3 mJ 을 필요로 할 수도 있다. 이 결과는 93 μJ 이 필요하다는 것을 예측하는 단순 PIN 다이오드 모델을 사용하여 예측한 이전 결과와 비교될 수 있다. 따라서, 더 정확한 모델은 단순 모델보다 거의 14 배 더 많은 전력이 필요하다는 것을 예측하지만, 여전히 종래의 PIN 다이오드 드라이버에 비해 3.7 배 (fold) 이상의 전력 절약을 예측한다.
도 9 는 예를 들어 제어기를 구현하는데 있어서 사용될 수도 있는 컴퓨팅 디바이스 또는 컴퓨터 시스템 (900) 의 일 예를 예시하는 블록 다이어그램이다. 제어기는 또한, RF 전력 공급부, 또는 다른 형태의 공급부와 통합되거나, 임피던스 매칭 네트워크에 통합되거나, 또는 다르게는 다양한 가능한 형태들로 제공될 수도 있다. 도 9 의 예를 참조하면, 컴퓨팅 시스템 (900) 은 상기 논의된 드라이버 회로들에 대한 스위칭 디바이스들 중 임의의 것에 임의의 제어 신호를 제공하기 위한 제어 디바이스일 수도 있다. 컴퓨터 시스템 (시스템) 은 하나 이상의 프로세서들 (902-906) 을 포함한다. 프로세서들 (902-906) 은 하나 이상의 내부 레벨들의 캐시 (도시 안됨), 및 프로세서 버스 (912) 와의 상호작용을 지시하기 위한 버스 제어기 또는 버스 인터페이스 유닛을 포함할 수도 있다. 호스트 버스 또는 프론트 사이드 버스로서도 또한 알려진 프로세서 버스 (912) 는 프로세서들 (902-906) 을 시스템 인터페이스 (914) 와 커플링시키는데 사용될 수도 있다. 시스템 인터페이스 (914) 는 시스템 (900) 의 다른 컴포넌트들을 프로세서 버스 (912) 와 인터페이싱하기 위해 프로세서 버스 (912) 에 연결될 수도 있다. 예를 들어, 시스템 인터페이스 (914) 는 메인 메모리 (916) 를 프로세서 버스 (912) 와 인터페이싱하기 위한 메모리 제어기 (918) 를 포함할 수도 있다. 메인 메모리 (916) 는 통상적으로, 하나 이상의 메모리 카드들 및 제어 회로 (도시 안됨) 를 포함한다. 시스템 인터페이스 (914) 는 또한, 하나 이상의 I/O 브리지들 또는 I/O 디바이스들을 프로세서 버스 (912) 와 인터페이싱하기 위해 입력/출력 (I/O) 인터페이스 (920) 를 포함할 수도 있다. 하나 이상의 I/O 제어기들 및/또는 I/O 디바이스들은, 예시된 바와 같이, I/O 제어기 (928) 및 I/O 디바이스 (930) 와 같이, I/O 버스 (926) 와 연결될 수도 있다. 시스템 인터페이스 (914) 는 프로세서 버스 (912) 및/또는 I/O 버스 (926) 와 상호작용하기 위해 버스 제어기 (922) 를 더 포함할 수도 있다.
I/O 디바이스 (930) 는 또한, 정보 및/또는 커맨드 선택들을 프로세서들 (902-906) 에 통신하기 위한 영숫자 및 다른 키들을 포함한 영숫자 입력 디바이스와 같은 입력 디바이스 (도시 안됨) 를 포함할 수도 있다. 다른 타입의 사용자 입력 디바이스는, 방향 정보 및 커맨드 선택들을 프로세서들 (902-906) 에 통신하고 그리고 디스플레이 디바이스 상의 커서 움직임을 제어하기 위한 마우스, 트랙볼, 또는 커서 방향 키들과 같은 커서 제어부를 포함한다.
시스템 (900) 은 메인 메모리 (916) 로 지칭되는 동적 저장 디바이스, 또는 프로세서들 (902-906) 에 의해 실행될 정보 및 명령들을 저장하기 위해 프로세서 버스 (912) 에 커플링된 랜덤 액세스 메모리 (RAM) 또는 다른 컴퓨터 판독가능 디바이스들을 포함할 수도 있다. 메인 메모리 (916) 는 또한, 프로세서들 (902-906) 에 의한 명령들의 실행 동안 임시 변수들 또는 다른 중간 정보를 저장하기 위해 사용될 수도 있다. 시스템 (900) 은, 프로세서들 (902-906) 에 대한 정적 정보 및 명령들을 저장하기 위해 프로세서 버스 (912) 에 커플링된 판독 전용 메모리 (ROM) 및/또는 다른 정적 저장 디바이스를 포함할 수도 있다. 도 9 에 제시된 시스템은 본 개시의 양태들에 따라 채용하거나 또는 구성될 수도 있는 컴퓨터 시스템의 하나의 가능한 예일 뿐이다.
하나의 실시형태에 따르면, 상기 기법들은, 프로세서 (904) 가 메인 메모리 (916) 에 포함된 하나 이상의 명령들의 하나 이상의 시퀀스들을 실행하는 것에 응답하여 컴퓨터 시스템 (900) 에 의해 수행될 수도 있다. 이들 명령들은 저장 디바이스와 같은 다른 머신 판독가능 매체로부터 메인 메모리 (916) 로 판독될 수도 있다. 메인 메모리 (916) 에 포함된 명령들의 시퀀스들의 실행은 프로세서들 (902-906) 로 하여금 본 명세서에서 설명된 프로세스 단계들을 수행하게 할 수도 있다. 대안적인 실시형태들에 있어서, 회로부가 소프트웨어 명령들 대신에 또는 그와 결합하여 사용될 수도 있다. 따라서, 본 개시의 실시형태들은 하드웨어 및 소프트웨어 컴포넌트들 양자 모두를 포함할 수도 있다.
머신 판독가능 매체는 머신 (예를 들어, 컴퓨터) 에 의해 판독가능한 형태 (예를 들어, 소프트웨어, 프로세싱 애플리케이션) 로 정보를 송신하거나 또는 저장하기 위한 임의의 메커니즘을 포함한다. 그러한 매체들은 비휘발성 매체들 및 휘발성 매체들의 형태를 취할 수도 있지만, 이에 한정되지 않는다. 비휘발성 매체들은 광학 또는 자기 디스크들을 포함한다. 휘발성 매체들은 동적 메모리, 이를 테면, 메인 메모리 (916) 를 포함한다. 공통 형태들의 머신 판독가능 매체는 자기 저장 매체; 광학 저장 매체 (예를 들어, CD-ROM); 광자기 저장 매체; 판독 전용 메모리 (ROM); 랜덤 액세스 메모리 (RAM); 소거가능한 프로그래밍가능 메모리 (예를 들어, EPROM 및 EEPROM); 플래시 메모리; 또는 전자 명령들을 저장하기에 적합한 다른 타입들의 매체를 포함할 수도 있지만 이에 한정되지 않는다.
본 개시의 실시형태들은 본 명세서에서 설명되는 다양한 단계들을 포함한다. 단계들은 하드웨어 컴포넌트들에 의해 수행될 수도 있거나 또는 머신 실행가능 명령들로 구현될 수도 있으며, 이 머신 실행가능 명령들은 그 명령들로 프로그래밍된 범용 또는 특수 목적 프로세서로 하여금 그 단계들을 수행하게 하는데 사용될 수도 있다. 대안적으로, 단계들은 하드웨어, 소프트웨어 및/또는 펌웨어의 조합에 의해 수행될 수도 있다.
상기의 설명은 본 개시의 기법들을 구현하는 예시적인 시스템들, 방법들, 기법들, 명령 시퀀스들, 및/또는 컴퓨터 프로그램 제품들을 포함한다. 그러나, 설명된 개시는 이들 특정 상세들 없이도 실시될 수도 있음이 이해된다. 본 개시에 있어서, 개시된 방법들은 디바이스에 의해 판독가능한 소프트웨어 또는 명령들의 세트들로서 구현될 수도 있다. 추가로, 개시된 방법들에 있어서의 단계들의 특정 순서 또는 계위는 예시적인 접근법들의 인스턴스들임이 이해된다. 설계 선호도들에 기초하여, 방법에 있어서의 단계들의 특정 순서 또는 계위는 개시된 주제 내에 여전히 있으면서 재배열될 수도 있음이 이해된다. 첨부한 방법 청구항들은 다양한 단계들의 엘리먼트들을 샘플 순서로 제시하며, 반드시 제시된 특정 순서 또는 계위로 한정되도록 의도될 필요는 없다.
본 개시 및 다수의 그 수반되는 이점들이 전술한 설명에 의해 이해되어야 하는 것으로 사료되며, 개시된 주제로부터의 일탈 없이 또는 모든 그 본질적인 이점들을 희생하는 일 없이 컴포넌트들의 형태, 구성, 및 배열에서 다양한 변경들이 행해질 수도 있음이 명백해야 한다. 설명된 형태는 단지 설명적일 뿐이며, 다음의 청구항들의 의도는 그러한 변경들을 포괄하고 포함하는 것이다.
본 개시가 다양한 실시형태들을 참조하여 설명되었지만, 이들 실시형태들은 예시적이며 본 개시의 범위는 이들로 한정되지 않음이 이해될 것이다. 다수의 변형들, 수정들, 추가들, 및 개선들이 가능하다. 더 일반적으로, 본 개시에 따른 실시형태들은 특정 구현들의 맥락에서 설명되었다. 기능성은 본 개시의 다양한 실시형태들에서 상이하게 블록들로 분리되거나 또는 결합될 수도 있거나 또는 상이한 용어로 설명될 수도 있다. 이들 및 다른 변형들, 수정들, 추가들, 및 개선들은 뒤이어지는 청구항들에서 정의된 바와 같은 본 개시의 범위 내에 속할 수도 있다.

Claims (17)

  1. PIN 다이오드를 구동하기 위한 방법으로서,
    제 1 스위치를 사용하여 순방향 바이어스 공급부와 PIN 다이오드 사이에 그리고 제 2 스위치를 사용하여 역방향 바이어스 공급부와 상기 PIN 다이오드 사이에 스위칭가능하게 연결가능한 인덕터 디바이스를 포함하는 회로에서;
    상기 인덕터 디바이스 및 상기 PIN 다이오드로부터 상기 순방향 바이어스 공급부를 연결해제하기 위해 상기 제 1 스위치를 개방하는 단계;
    상기 제 1 스위치의 개방 후, 상기 PIN 다이오드의 역방향 바이어싱을 개시하도록 상기 인덕터 디바이스 및 상기 PIN 다이오드에 상기 역방향 바이어스 공급부를 연결하기 위해 상기 제 2 스위치를 폐쇄하는 단계; 및
    상기 PIN 다이오드의 역방향 바이어싱 동안 그리고 역방향 전류의 존재 시, 상기 순방향 바이어스 공급부로 에너지를 회수하기 위해 상기 제 2 스위치를 개방하는 단계를 포함하는, PIN 다이오드를 구동하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 순방향 바이어스 공급부로 에너지를 회수하기 위해 상기 제 2 스위치를 개방하는 단계는, 상기 인덕터 디바이스가 순방향 바이어스 상태로부터 역방향 바이어스 상태로의 상기 PIN 다이오드의 트랜지션에 충분한 에너지를 저장하기에 충분한 시간 주기 후에 발생하는, PIN 다이오드를 구동하기 위한 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 PIN 다이오드의 역방향 바이어싱을 완료하도록 상기 인덕터 디바이스에 상기 역방향 바이어스 공급부를 재연결하기 위해 상기 제 2 스위치를 폐쇄하는 단계를 더 포함하는, PIN 다이오드를 구동하기 위한 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    회수되는 상기 에너지는 상기 PIN 다이오드의 저장된 전하로부터 온 것인, PIN 다이오드를 구동하기 위한 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 회로는 매칭 네트워크의 일부로서 상기 PIN 다이오드와 동작가능하게 커플링된 커패시터를 더 포함하고, 상기 PIN 다이오드는 순방향 바이어싱될 때 상기 매칭 네트워크에서 상기 커패시터를 연결하고 역방향 바이어싱될 때 상기 매칭 네트워크로부터 상기 커패시터를 연결해제하고, 회수된 상기 에너지는 또한, 상기 커패시터의 저장된 전하인, PIN 다이오드를 구동하기 위한 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 회로는 상기 제 1 스위치와 병렬로 다이오드를 포함하고, 상기 역방향 전류는 상기 다이오드를 통해 상기 순방향 바이어스 공급부로 흐르는, PIN 다이오드를 구동하기 위한 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 다이오드는 상기 제 1 스위치의 바디 다이오드인, PIN 다이오드를 구동하기 위한 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 순방향 바이어스 공급부에 상기 역방향 전류에 대한 추가적인 경로를 제공하기 위해 상기 제 1 스위치를 폐쇄하는 단계를 더 포함하는, PIN 다이오드를 구동하기 위한 방법.
  9. PIN 다이오드를 구동하기 위한 방법으로서,
    스위칭가능하게, 제 1 스위치를 사용하여 PIN 다이오드와 순방향 바이어스 공급부 사이에 연결가능하고 그리고 제 2 스위치를 사용하여 상기 PIN 다이오드와 역방향 바이어스 공급부 사이에 연결가능한 인덕터 디바이스를 포함하는 회로에서;
    상기 PIN 다이오드로부터 상기 역방향 바이어스 공급부를 연결해제하기 위해 상기 제 2 스위치를 개방하는 단계;
    상기 제 2 스위치를 개방한 후, 상기 인덕터 디바이스 및 상기 PIN 다이오드에 상기 순방향 바이어스 공급부를 연결하기 위해 상기 제 1 스위치를 폐쇄하는 단계; 및
    상기 PIN 다이오드의 순방향 바이어싱 동안, 상기 역방향 바이어스 공급부로의 에너지 회수를 제공하기 위해 상기 제 1 스위치를 개방하는 단계를 포함하는, PIN 다이오드를 구동하기 위한 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 역방향 바이어스 공급부로의 에너지 회수를 제공하기 위해 상기 제 1 스위치를 개방하는 단계는, 상기 인덕터 디바이스가 역방향 바이어스 상태로부터 순방향 바이어스 상태로의 상기 PIN 다이오드의 트랜지션에 충분한 에너지를 저장하기에 충분한 시간 주기 후에 발생하는, PIN 다이오드를 구동하기 위한 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 인덕터를 통한 전류가 약 0 이거나 또는 순방향 바이어스 전류에 있을 때 상기 인덕터 디바이스 및 상기 PIN 다이오드에 상기 순방향 바이어스 공급부를 재연결하기 위해 상기 제 1 스위치를 폐쇄하는 단계를 더 포함하는, PIN 다이오드를 구동하기 위한 방법.
  12. 장치로서,
    제 1 반도체 스위치 디바이스 및 제 2 반도체 스위치 디바이스와 커플링된 제어기로서, 상기 제 1 반도체 스위치 디바이스는 순방향 바이어스 공급부를 PIN 다이오드와 직렬의 인덕터 디바이스와 연결하는 것이고, 상기 제 2 반도체 디바이스는 역방향 바이어스 공급부를 상기 PIN 다이오드와 직렬의 상기 인덕터 디바이스와 연결하는 것인, 상기 제어기를 포함하고, 상기 제어기는,
    상기 PIN 다이오드를 역방향 바이어싱할 때, 상기 제 1 반도체 스위치 디바이스를 개방한 후, 상기 PIN 다이오드의 역방향 바이어싱을 개시하도록 상기 인덕터 디바이스 및 상기 PIN 다이오드에 상기 역방향 바이어스 공급부를 연결하기 위해 상기 제 2 반도체 스위치 디바이스를 폐쇄하고; 그리고
    상기 PIN 다이오드의 역방향 바이어싱 동안 그리고 역방향 전류의 존재 시, 상기 순방향 바이어스 공급부로 에너지를 회수하기 위해 상기 제 2 반도체 스위치 디바이스를 개방하기 위한 명령들을 포함하는, 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 순방향 바이어스 공급부로 에너지를 회수하기 위해 상기 제 2 반도체 스위치 디바이스를 개방하는 것은, 상기 인덕터 디바이스가 순방향 바이어스 상태로부터 역방향 바이어스 상태로의 상기 PIN 다이오드의 트랜지션에 충분한 에너지를 저장하기에 충분한 시간 주기 후에 발생하는, 장치.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 PIN 다이오드의 역방향 바이어싱을 완료하도록 상기 인덕터 디바이스에 상기 역방향 바이어스 공급부를 재연결하기 위해 상기 제 2 반도체 스위치 디바이스를 폐쇄하는 것을 더 포함하는, 장치.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 PIN 다이오드를 순방향 바이어싱할 때, 상기 제어기는,
    상기 인덕터 디바이스 및 상기 PIN 다이오드로부터 상기 역방향 바이어스 공급부를 연결해제하기 위해 상기 제 2 반도체 스위치 디바이스를 개방하고;
    상기 제 2 반도체 스위치 디바이스를 개방한 후, 상기 인덕터 디바이스 및 상기 PIN 다이오드에 상기 순방향 바이어스 공급부를 연결하기 위해 상기 제 1 반도체 스위치 디바이스를 폐쇄하고; 그리고
    상기 PIN 다이오드의 순방향 바이어싱 동안, 상기 역방향 바이어스 공급부로의 에너지 회수를 제공하기 위해 상기 제 1 스위치를 개방하기 위한 명령들을 포함하는, 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 역방향 바이어스 공급부로의 에너지 회수를 제공하기 위해 상기 제 1 스위치를 개방하는 것은 상기 인덕터 디바이스가 역방향 바이어스 상태로부터 순방향 바이어스 상태로의 상기 PIN 다이오드의 트랜지션에 충분한 에너지를 저장하기에 충분한 시간 주기 후에 발생하는, 장치.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 PIN 다이오드의 순방향 바이어싱 동안, 상기 인덕터를 통한 전류가 약 0 이거나 또는 순방향 바이어스 전류에 있을 때 상기 인덕터 디바이스 및 상기 PIN 다이오드에 상기 순방향 바이어스 공급부를 재연결하기 위해 상기 제 1 반도체 스위치 디바이스를 폐쇄하기 위한 명령들을 더 포함하는, 장치.
KR1020207027439A 2018-03-05 2019-03-05 에너지 회수를 갖는 pin 다이오드 드라이버 KR20200126397A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201862638730P 2018-03-05 2018-03-05
US62/638,730 2018-03-05
PCT/US2019/020800 WO2019173372A1 (en) 2018-03-05 2019-03-05 Pin diode driver with energy recovery

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20200126397A true KR20200126397A (ko) 2020-11-06

Family

ID=65818639

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020207027439A KR20200126397A (ko) 2018-03-05 2019-03-05 에너지 회수를 갖는 pin 다이오드 드라이버

Country Status (7)

Country Link
US (2) US10742212B2 (ko)
EP (1) EP3763041A1 (ko)
JP (1) JP2021515500A (ko)
KR (1) KR20200126397A (ko)
CN (1) CN112136274A (ko)
TW (1) TW201946387A (ko)
WO (1) WO2019173372A1 (ko)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3763041A1 (en) * 2018-03-05 2021-01-13 AES Global Holdings, Pte. Ltd. Pin diode driver with energy recovery
US11711022B2 (en) * 2021-04-13 2023-07-25 Advanced Energy Industries, Inc. Series stack switch circuit with voltage clamping and power recovery
US11705822B2 (en) * 2021-04-13 2023-07-18 Advanced Energy Industries, Inc. Voltage clamp and current clamp systems with power recovery
US20230140703A1 (en) * 2021-11-01 2023-05-04 Advanced Energy Industries, Inc. Two stage pin diode driver with energy recovery

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4196381A (en) * 1977-08-11 1980-04-01 Communications Satellite Corporation Low-power voltage and current diode driver
US4486722A (en) * 1982-02-18 1984-12-04 Rockwell International Corporation Pin diode switched impedance matching network having diode driver circuits transparent to RF potential
JP2001337640A (ja) * 2000-03-22 2001-12-07 Nec Corp 容量性負荷の駆動回路及び駆動方法
JP2006049341A (ja) * 2004-07-30 2006-02-16 Renesas Technology Corp 半導体装置およびその製造方法
CN104685612A (zh) * 2012-08-28 2015-06-03 先进能源工业公司 三端子pin二极管
JP6211822B2 (ja) * 2012-09-28 2017-10-11 旭化成エレクトロニクス株式会社 電力供給回路
EP3763041A1 (en) * 2018-03-05 2021-01-13 AES Global Holdings, Pte. Ltd. Pin diode driver with energy recovery

Also Published As

Publication number Publication date
US10742212B2 (en) 2020-08-11
EP3763041A1 (en) 2021-01-13
TW201946387A (zh) 2019-12-01
US20190273496A1 (en) 2019-09-05
CN112136274A (zh) 2020-12-25
WO2019173372A1 (en) 2019-09-12
US20210135671A1 (en) 2021-05-06
JP2021515500A (ja) 2021-06-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10742212B2 (en) Pin diode driver with energy recovery
TWI359554B (en) Method of converting a first dc voltage to a secon
CN111819728B (zh) 低功率pin二极管驱动器
CN110266184A (zh) 零电压切换的混合开关电容器转换器
DE102013217173A1 (de) Schaltungsanordnung umfassend eine Halbbrücke und Schaltungsanordnung zum Ansteuern eines High-Side-Schalters
CN108370626B (zh) 二极管光源驱动器
CN104348341A (zh) 用于开关功率阶段的防振铃技术
US9948289B2 (en) System and method for a gate driver
WO1994006145A1 (en) Inductive load dump circuit
DE202017106662U1 (de) Schaltung mit einem Gatetreiber
CN106059552A (zh) 基于mosfet开关动态特性的驱动电路
DE102015121996A1 (de) Gatetreiber-veranlasstes Nullspannungsschalter-Einschalten
CN105991052B (zh) 具有减小的反向恢复时间的整流器电路
US20220407406A1 (en) High speed driver for high frequency dcdc converter
CN103944383B (zh) 一种Boost变换器
CN107787556B (zh) 用于控制晶体管的电路装置
US9654003B1 (en) Methods and apparatus for resonant energy minimization in zero voltage transition power converters
US9092024B2 (en) Motor speed enhancement
US7236340B2 (en) Gate control circuit for prevention of turn-off avalanche of power MOSFETs
US9775251B2 (en) DC/DC converter control circuit including a plurality of series-connected transistors and a capacitive element coupling nodes of the plurality of series connected transistors
CN116961397A (zh) 用于开关式转换器的zvs辅助缓冲器
JPWO2019013054A1 (ja) 高速スイッチング可能なゲート駆動回路
JP2018201187A (ja) パルス電流印加回路およびその制御方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
WITB Written withdrawal of application