特許第6607927号(P6607927)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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特許6607927高側ゲートドライバのための電力供給電圧の制御
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6607927
(24)【登録日】2019年11月1日
(45)【発行日】2019年11月20日
(54)【発明の名称】高側ゲートドライバのための電力供給電圧の制御
(51)【国際特許分類】
   H02M 1/08 20060101AFI20191111BHJP
   H02M 3/07 20060101ALI20191111BHJP
   H03K 17/687 20060101ALI20191111BHJP
   H03K 17/06 20060101ALI20191111BHJP
【FI】
   H02M1/08 C
   H02M3/07
   H03K17/687 A
   H03K17/06 063
【請求項の数】17
【全頁数】28
(21)【出願番号】特願2017-513724(P2017-513724)
(86)(22)【出願日】2015年9月10日
(65)【公表番号】特表2017-529046(P2017-529046A)
(43)【公表日】2017年9月28日
(86)【国際出願番号】US2015049487
(87)【国際公開番号】WO2016040679
(87)【国際公開日】20160317
【審査請求日】2018年8月28日
(31)【優先権主張番号】14/849,562
(32)【優先日】2015年9月9日
(33)【優先権主張国】US
(31)【優先権主張番号】62/048,409
(32)【優先日】2014年9月10日
(33)【優先権主張国】US
(73)【特許権者】
【識別番号】390020248
【氏名又は名称】日本テキサス・インスツルメンツ合同会社
(73)【特許権者】
【識別番号】507107291
【氏名又は名称】テキサス インスツルメンツ インコーポレイテッド
(74)【上記1名の代理人】
【識別番号】100098497
【弁理士】
【氏名又は名称】片寄 恭三
(72)【発明者】
【氏名】インダミニ ダブリュー ランムツ
【審査官】 遠藤 尊志
(56)【参考文献】
【文献】 特開2013−051773(JP,A)
【文献】 特開2012−157142(JP,A)
【文献】 米国特許出願公開第2012/0187934(US,A1)
【文献】 特開2010−045943(JP,A)
【文献】 特開2013−055813(JP,A)
【文献】 米国特許出願公開第2014/0217959(US,A1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H02M 1/00− 1/44
H02M 3/00− 3/44
H03K 17/00−17/70
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
集積回路であって、
入力電圧リードと、
高側ゲート駆動出力リードと、
キャパシタの第1の電極に結合される第1のチャージポンプキャパシタリードと、
前記キャパシタの第2の電極に結合される第2のチャージポンプキャパシタリードと、
基準電圧リードと、
入力と、前記第2のチャージポンプキャパシタリードに結合される出力とを有するチャージポンプ回路要素と、
制御入力と、前記チャージポンプ回路要素の出力に結合される電力入力と、前記高側ゲート駆動出力リードに結合される出力とを有するゲートドライバと、
制御入力と、前記基準電圧リードに結合される第1の端子と、前記入力電圧リードに結合される第2の端子と、前記第1のチャージポンプキャパシタリードに結合される第3の端子とを有するスイッチング回路であって、前記第3の端子を前記第2の端子に結合するように、又は前記第3の端子を前記第1の端子に結合するように構成される、前記スイッチング回路と、
前記入力電圧リードに結合される入力と、前記スイッチング回路の前記制御入力に結合される出力とを有する過電圧検出回路と、
を含む、集積回路。
【請求項2】
請求項1に記載の集積回路であって、
前記チャージポンプ回路要素の前記入力が、前記入力電圧リードと前記スイッチング回路の前記第2の端子とに結合される、集積回路。
【請求項3】
請求項1に記載の集積回路であって、
前記第1のチャージポンプキャパシタリードと第2のチャージポンプキャパシタリードとの間に結合されるチャージポンプキャパシタを更に含む、集積回路。
【請求項4】
請求項1に記載の集積回路であって、
前記ゲートドライバが高側ゲートドライバであり、
前記集積回路が低側ゲートドライバを更に含む、集積回路。
【請求項5】
請求項4に記載の集積回路であって、
前記高側ゲートドライバの前記制御入力に結合される第1の出力と、前記低側ゲートドライバの制御入力に結合される第2の出力とを有する制御回路を更に含む、集積回路。
【請求項6】
請求項1に記載の集積回路であって、
前記チャージポンプ回路要素が、前記チャージポンプ回路要素の入力と出力との間に直列に接続される少なくとも2つのダイオードを含む、集積回路。
【請求項7】
請求項1に記載の集積回路であって、
前記スイッチング回路が、
前記入力電圧リードに結合される第1の電流導通電極と、前記第1のチャージポンプキャパシタリードに結合される第2の電流導通電極と、前記スイッチング回路の前記制御入力に結合される制御電極とを有する第1のトランジスタと、
前記基準電圧リードに結合される第1の電流導通電極と、前記第1のチャージポンプキャパシタリードに結合される第2の電流導通電極と、前記スイッチング回路の前記制御入力に結合される制御電極とを有する第2のトランジスタと、
を含む、集積回路。
【請求項8】
請求項7に記載の集積回路であって、
前記スイッチング回路が、前記第2のトランジスタの第2の電流導通電極と前記第1のチャージポンプキャパシタリードとの間に結合される抵抗器を更に含む、集積回路。
【請求項9】
請求項1に記載の集積回路であって、
前記スイッチング回路が、前記第1のチャージポンプキャパシタリードを前記入力電圧リードに結合する第1の状態において動作し、前記第1のチャージポンプキャパシタリードを前記基準電圧リードに結合する第2の状態において動作するように構成可能である、集積回路。
【請求項10】
請求項9に記載の集積回路であって、
前記スイッチング回路が、前記過電圧検出回路の前記出力に基づいて前記第1又は第2の状態において選択的に動作するように構成される、集積回路。
【請求項11】
請求項1に記載の集積回路であって、
前記スイッチング回路が、前記入力電圧リードに対して過電圧条件が検出されるか否かに基づいて、前記第1のチャージポンプキャパシタリードを前記入力電圧リード又は前記基準電圧リードに選択的に結合するように構成される、集積回路。
【請求項12】
請求項1に記載の集積回路であって、
前記スイッチング回路が、前記入力電圧リード上の過電圧条件を検出することに応答して、前記第1のチャージポンプキャパシタリードを前記入力電圧リードから結合解除するように構成される、集積回路。
【請求項13】
請求項12に記載の集積回路であって、
前記スイッチング回路が、前記入力電圧リード上の過電圧条件の検出に応答して、前記第1のチャージポンプキャパシタリードを前記基準電圧リードに結合するように更に構成される、集積回路。
【請求項14】
請求項に記載の集積回路であって、
前記チャージポンプ回路要素が、前記チャージポンプキャパシタを横切る電圧が閾値電圧に等しくなるまで前記チャージポンプキャパシタを充電するように構成され、
前記基準電圧リードが、前記過電圧条件の間に前記入力電圧リードによって搬送される電圧と前記閾値電圧との差より小さいか又は等しい基準電圧を受け取るように構成される、集積回路。
【請求項15】
請求項14に記載の集積回路であって、
前記基準電圧が、前記入力電圧リードによって搬送される電圧と前記閾値電圧との前記差に等しい、集積回路。
【請求項16】
集積回路であって、
入力電圧リードと、
高側ゲート駆動出力リードと、
ゲートドライバ高電圧電力コンダクタと、
前記入力電圧リードに結合される入力と、前記ゲートドライバ高電圧電力コンダクタに結合される出力とを有するチャージポンプ回路要素であって、前記入力電圧リードと前記ゲートドライバ高電圧電力コンダクタとの間に結合されるキャパシタを充電するように構成される、前記チャージポンプ回路と、
制御入力と、前記ゲートドライバ高電圧電力コンダクタに結合される電力入力と、前記高側ゲート駆動出力リードに結合される出力とを有するゲートドライバと、
前記ゲートドライバ高電圧電力コンダクタ前記入力電圧リードの間に結合されるスイッチと、
前記入力電圧リード上の過電圧条件を検出することに応答して前記スイッチを閉にするように構成される制御回路と、
を含む、集積回路。
【請求項17】
集積回路であって、
入力電圧リードと、
高側ゲート駆動出力リードと、
ゲートドライバ高電圧電力コンダクタと、
前記入力電圧リードに結合される入力と、前記ゲートドライバ高電圧電力コンダクタに結合される出力とを有するチャージポンプ回路要素と、
制御入力と、前記ゲートドライバ高電圧電力コンダクタに結合される電力入力と、前記高側ゲート駆動出力リードに結合される出力とを有するゲートドライバと、
前記入力電圧リード上の過電圧条件を検出することに応答して前記入力電圧リードと前記ゲートドライバ高電圧電力コンダクタとの間に結合されるチャージポンプキャパシタを放電するように構成される制御回路と、
を含む、集積回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本願は電気回路に関し、特に電力コンバータに関する。
【背景技術】
【0002】
自動車でのロードダンプとは、バッテリが充電されている間に車両のバッテリがオルタネータから切断されることを指す。このような切断は、自動車電子機器のための電力変換回路において高電圧を発生させ得、電力変換回路の構成要素に損傷を与え得る。
【発明の概要】
【0003】
説明される例において、集積回路が、入力電圧リード、高側ゲート駆動出力リード、第1のチャージポンプキャパシタリード、第2のチャージポンプキャパシタリード、及び基準電圧リードを含む。集積回路は更に、入力と、第2のチャージポンプキャパシタリードに結合される出力とを有するチャージポンプ回路要素を含む。集積回路は更に、制御入力、チャージポンプ回路要素の出力に結合される電力入力、及び高側ゲート駆動出力リードに結合される出力を有するゲートドライバを含む。集積回路は更に、制御入力と、基準電圧リードに結合される第1の端子と、入力電圧リードに結合される第2の端子と、第1のチャージポンプキャパシタリードに結合される第3の端子とを有するスイッチング回路を含む。集積回路は更に、入力電圧リードに結合される入力と、スイッチング回路の制御入力に結合される出力とを有する過電圧検出回路を含む。
【0004】
他の説明される例において、或る方法が、入力電圧リードに対して過電圧条件が検出されるか否かに基づいて、チャージポンプキャパシタリードを入力電圧リードか又は基準電圧リードに選択的に結合することを含む。入力電圧リードはゲートドライバの電力供給入力に結合される。
【0005】
更なる説明される例において、車載システムが1つ又は複数の車載電子構成要素を含む。車載システムは更に、車載バッテリを含む。車載システムは更に、バッテリに結合されるオルタネータを含む。車載システムは更に、オルタネータに結合される電力供給レールを含む。車載システムは更に、電力供給レールと車載電子構成要素との間に結合される電力コンバータを含む。電力コンバータはパストランジスタを含む。電力コンバータは更に、パストランジスタに結合されるゲートドライバを含む。電力コンバータは更に、ゲートドライバの電力入力に結合される第1の端子を有するキャパシタを含む。電力コンバータは更に、電力供給レール上の過電圧条件を検出することに応答して、キャパシタの第2の端子を電力供給レールから結合解除するように、及び、電力供給レール上の過電圧条件を検出することに応答して、キャパシタの第2の端子を基準電圧リードに結合するように構成される回路要素を含む。
【0006】
更に説明される例において、集積回路が、入力電圧リード、高側ゲート駆動出力リード、及び低側ゲート駆動出力リードを含む。集積回路は更に、入力と、高側ゲート駆動出力リードに結合される出力とを有する高側ゲートドライバを含む。集積回路は更に、入力と、低側ゲート駆動出力リードに結合される出力とを有する低側ゲートドライバを含む。集積回路は更に、入力と、高側ゲートドライバの入力に結合される第1の出力と、低側ゲートドライバの入力に結合される第2の出力とを有する制御回路を含む。集積回路は更に、入力電圧リードに結合される入力と、制御回路の入力に結合される出力とを有する過電圧検出回路を含む。制御回路は、入力電圧リードによって搬送される電圧に対して過電圧条件を検出することに応答して高側スイッチングトランジスタをオフにさせる第1の制御信号を第1の出力を介して出力するように、及び入力電圧リードによって搬送される電圧に対して過電圧条件を検出することに応答して低側スイッチングトランジスタをオフにさせる第2の制御信号を第2の出力を介して出力するように構成される。
【0007】
更なる説明される例において、或る方法が、高側スイッチングトランジスタ及び低側スイッチングトランジスタを含むスイッチモード電力コンバータの入力電圧リード上の過電圧条件を検出することを含む。この方法は更に、過電圧条件を検出することに応答して、高側スイッチングトランジスタ、及び低側スイッチングトランジスタをオフにすることを含む。
【図面の簡単な説明】
【0008】
図1】本開示に従った、例示の電力コンバータ制御回路を含む例示の電力コンバータのブロック図である。
【0009】
図2図1の電力コンバータにおいて用いられ得る電力コンバータ制御回路を含む例示の集積回路のブロック図である。
【0010】
図3】本開示に従った、更なる詳細を備える図1の例示の電力コンバータのブロック図である。
【0011】
図4図3の電力コンバータにおいて用いられ得る電力コンバータ制御回路を含む例示の集積回路のブロック図である。
【0012】
図5】本開示に従った、例示の電力コンバータ制御回路を含む別の例示の電力コンバータのブロック図である。
【0013】
図6図5の電力コンバータにおいて用いられ得る電力コンバータ制御回路を含む例示の集積回路のブロック図である。
【0014】
図7】本開示の技術に従って設計された電力コンバータを含み得る例示の自動車のブロック図である。
【0015】
図8】本開示に従った、高側ゲートドライバの電力供給電圧を制御するための例示の技術のフローチャートである。
【0016】
図9】本開示に従った、高側ゲートドライバの電力供給電圧を制御するための例示の技術のフローチャートである。
【0017】
図10】本開示に従った、例示の電力コンバータ制御回路を含む別の例示の電力コンバータのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0018】
本開示は、電力コンバータにおいて用いられる高側ゲートドライバに対する電力供給電圧を制御するための技術を説明する。この制御技術は、電力コンバータの入力電圧リード上に発生する過電圧条件に応答して、電力コンバータ制御回路要素の構成および/または動作を変更し得、高側ゲートドライバに供給される電圧のレベルを、そうでなければ通常の動作条件の間に供給されるべき電圧レベルに対して低下させる。このように、高側ゲートドライバに供給される電圧は、電力コンバータにおいて過電圧条件がある場合においても、ゲートドライバ又は他の回路要素に損傷を与えることのないレベルに制限され得る。
【0019】
過電圧条件の間に高側ゲートドライバに供給される電圧のレベルを低減することは、電力コンバータを実装する、構成要素及び/又は半導体製造プロセスに対して必要とされる電圧順守要件を緩和し得る。これによって、そうでなければ未修整のゲートドライバ電圧を用いる場合に可能となり得ない相対的に高い入力電圧に対して電力コンバータを実装するために、既存の構成要素及びプロセスを用いることが可能になり得る。このように、特殊で、順守電圧が非常に高い構成要素及び/又はプロセスを必要とすることなく、相対的に高い入力電圧をサポートする電力コンバータが得られ得る。
【0020】
また、構成要素及びプロセスに対する電圧順守要件を緩和することは、電力コンバータを実装するために、より安価で及び/又はエリア効率の高い構成要素及び/又はプロセスを用いることを可能にし得る。このように、電力コンバータのコスト及びサイズが低減され得る。
【0021】
幾つかの例において、電力コンバータ制御回路が、電力コンバータの入力電圧とゲートドライバ電力供給との間に結合されるキャパシタを用いるチャージポンプ回路を含み得る。チャージポンプ回路は、入力電圧の上に電圧を重ねるために、チャージポンプキャパシタを用い得る。このような例において、本開示の技術は、電力コンバータの入力電圧リード上に発生する過電圧条件に応答して、チャージポンプキャパシタの端子を、入力電圧リードから結合解除し得、キャパシタの端子を基準電圧リードに結合し得る。基準電圧リードは、過電圧条件の間入力電圧リードによって搬送される電圧と、そこまでチャージポンプキャパシタを充電するようにチャージポンプが構成される最大電圧との間の差より小さいか又は等しい基準電圧を搬送し得る。
【0022】
このように、入力電圧リードからキャパシタを選択的に結合解除し、キャパシタを基準電圧に結合することは、チャージポンプが、高側ゲートドライバの電力供給レールを、過電圧条件の間入力電圧リードによって搬送される電圧よりもさらに高い電圧まで上昇させることを防止する。このように、高側ゲートドライバに供給される電圧は、電力コンバータの入力電圧リード上に過電圧条件がある場合においても、ゲートドライバ又は他の回路要素に損傷を与えることのないレベルに制限され得る。
【0023】
更なる例において、電力コンバータ制御回路が、高側ゲートドライバ回路の低及び高電圧電力レール間に結合されるキャパシタ、及びゲートドライバ回路の高電圧電力レールと電圧源との間に結合されるダイオードを含み得る。ダイオード及びキャパシタは、電力コンバータの出力電圧が上昇しているとき、高側ゲートドライバを横切る電圧を維持するように共に動作し得る。そのような例において、本開示の技術は、電力コンバータの入力電圧リード上で発生する過電圧条件に応答して、高側及び低側電力コンバータスイッチの両方をオフにし得る。
【0024】
高側及び低側電力コンバータスイッチをオフにすることは、ダイオード及びキャパシタが、高側ゲートドライバの電力供給レールを、過電圧条件の間入力電圧リードによって搬送される電圧より更に高い電圧まで上昇させることを防止する。このように、高側ゲートドライバに供給される電圧は、電力コンバータの入力電圧リード上に過電圧条件がある場合においても、ゲートドライバ又は他の回路要素に損傷を与えないレベルに制限され得る。
【0025】
自動車でのロードダンプとは、バッテリが充電されている間に、車両のバッテリがオルタネータから切断されることを指す。このような切断は、電力変換回路の入力電圧リードにおいて高電圧を発生させ、それが、高側ゲートドライバの電力供給レールを更に高い電圧まで上昇させ得る。これは、ゲートドライバ又は電力コンバータ集積回路上のその他の構成要素に損傷を与え得る。
【0026】
本開示の技術は、高側ゲートドライバに供給される電圧のレベルを、それが最大の特定された自動車ロードダンプ電圧より小さく又は等しくなるように低減して、電力コンバータ制御回路要素の構成及び/又は動作を変更させ得る。このように、高側ゲートドライバに供給される電圧は、自動車ロードダンプに起因する過電圧条件がある場合においても、ゲートドライバ又は他の回路要素に損傷を起こさないレベルに制限され得る。
【0027】
図1は、本開示に従った、例示の電力コンバータ制御回路を含む例示の電力コンバータ10のブロック図である。電力コンバータ10は、高側スイッチングトランジスタ12、低側スイッチングトランジスタ14、低側ゲートドライバ16、トランジスタ18、20、コントローラ22、チャージポンプ回路24、過電圧検出器26、スイッチ28、30、チャージポンプキャパシタ32、インダクタ36、リード38、40、42、44、及び導体46、48、50、52、54、56、58、60、62、64、66を含む。
【0028】
高側スイッチングトランジスタ12のソース電極が、導体54を介して低側スイッチングトランジスタ14のドレイン電極に結合される。高側スイッチングトランジスタ12のドレイン電極が入力電圧リード42に結合される。低側スイッチングトランジスタ14のソース電極がグラウンドレール68に結合される。スイッチングトランジスタ12、14が、トーテムポール構成に配置されていると言われ得、ハーフブリッジ回路を形成し得る。ハーフブリッジ回路では、入力電圧リード42は入力電圧端子を形成し、低側スイッチングトランジスタ14のソースはグラウンド帰路端子を形成し、導体54が出力電圧端子を形成する。入力電圧リード42は、例えば、車載バッテリ及び/又は車載オルタネータ等の入力電圧源に結合されるように構成される。
【0029】
図1の例において、導体54によって形成された出力電圧端子がインダクタ36を介して出力リード44に結合され、出力リード44が電力コンバータ10のための出力端子を形成し得る。出力リード44は、1つ又は複数の車載電子構成要素等の1つ又は複数の電子負荷構成要素に結合されるように構成される。幾つかの例において、導体54によって形成された出力電圧端子は電気モータに結合され得、インダクタ36は電気モータの内部インダクタンスを表す。
【0030】
スイッチングトランジスタ12、14の各々のゲート電極は、それぞれのゲートドライバ回路に結合される。具体的には、高側スイッチングトランジスタ12のゲート電極が、導体52を介して、トランジスタ18、20によって形成される高側ゲートドライバの出力に結合される。低側スイッチングトランジスタ14のゲート電極が、導体58を介して低側ゲートドライバ16の出力に結合される。
【0031】
スイッチングトランジスタ12、14の各々のバックゲート電極が、導体を介して、それぞれのソース電極に結合される。スイッチングトランジスタ12、14の各々に含まれる内部ダイオードが、スイッチングトランジスタ12、14のそれぞれのバックゲートとドレイン電極の間に結合される。ここで、アノードはそれぞれのバックゲート電極に結合され、カソードはそれぞれのドレイン電極に結合される。
【0032】
トランジスタ18のドレイン電極が、導体52を介してトランジスタ20のドレイン電極に結合される。トランジスタ20のソース端子が、導体54を介して、スイッチングトランジスタ12、14によって形成されたハーフブリッジ回路の電圧出力に結合される。トランジスタ18のソース電極が、導体46を介して、チャージポンプキャパシタ32に及びチャージポンプ回路24の出力に結合される。トランジスタ18、20は、幾つかの例においてインバータであり得る、高側ゲートドライバを集合的に形成し得る。
【0033】
トランジスタ18、20によって形成された高側ゲートドライバは、高電圧電力入力を含み、高電圧電力入力は、トランジスタ18のソースによって形成され、導体46(本明細書において、高側ゲートドライバ高電圧電力レールと称される)に結合される。高側ゲートドライバは更に低電圧電力入力を含み、低電圧電力入力は、トランジスタ20のソースによって形成され、ハーフブリッジ回路(本明細書において高側ゲートドライバ低電圧電力レールと称される)の電圧出力に結合される。
【0034】
トランジスタ18、20のゲート電極は、それぞれ、導体60、62を介して、コントローラ22の各出力に結合される。導体60、62の各々が、高側ゲートドライバへの入力を形成し得、集合的に高側ゲートドライバに対する制御入力と称され得る。トランジスタ18、20の各々のバックゲート電極は、導体を介してそれぞれのソース電極に結合される。
【0035】
低側ゲートドライバ16の入力が、導体56を介してコントローラ22の別の出力に結合される。幾つかの例において、低側ゲートドライバ16はインバータであり得る。
【0036】
チャージポンプ回路24の制御入力が、チャージポンプ制御リード40に結合される。チャージポンプ回路24の電圧入力が入力電圧リード42に結合される。チャージポンプ回路24の出力が、導体46を介して、チャージポンプキャパシタ32の第1の端子に、及び高側ゲートドライバの高電圧電力供給入力に結合される。
【0037】
スイッチ28が、チャージポンプキャパシタ32の第2の端子と入力電圧リード42との間に結合される。スイッチ30が、チャージポンプキャパシタ32の第2の端子と基準電圧リード38との間に結合される。具体的には、スイッチ28の第1の端子が、導体48を介してチャージポンプキャパシタ32の第2の端子に結合され、スイッチ28の第2の端子が入力電圧リード42に結合される。スイッチ30の第1の端子が、導体48を介してチャージポンプキャパシタ32の第2の端子に結合され、スイッチ28の第2の端子が基準電圧リード38に結合される。スイッチ28、30の第1の端子が、導体48を介して互いに結合される。スイッチ28、30の制御端子が、それぞれ、導体64、66を介してコントローラ22の各出力に結合される。
【0038】
過電圧検出器26が、入力電圧リード42(図示されない)に結合される入力、及び導体50を介してコントローラ22に結合される出力を含む。図1における構成要素の1つ又は複数が、共通の集積回路上で実装され得る。
【0039】
図1の例において、スイッチングトランジスタ12、14は、両方ともn型金属酸化物半導体(NMOS)電力トランジスタである。他の例において、スイッチングトランジスタ12、14の各々が、同じか又は異なる導電型(例えば、p型又はn型)を有する異なるタイプのトランジスタ(例えば、絶縁ゲートバイポーラ接合トランジスタ(IBJT))であり得る。スイッチングトランジスタ12、14は、互いに対して同じタイプ又は極性のトランジスタである必要はない。
【0040】
トランジスタ18はPMOSトランジスタであり、トランジスタ20はNMOSトランジスタである。幾つかの例において、トランジスタ18、20は相対的に低電圧のトランジスタ(即ち、非電力トランジスタ)であり得る。インバータ及び/又は高側ゲートドライバを実装するように構成される他のトランジスタ構成も用いられ得る。
【0041】
コントローラ22及び過電圧検出器26は、例えば、マイクロコントローラを含むアナログ又はデジタル回路要素の任意の組み合わせを備えて実装され得る。チャージポンプ回路24は、幾つかの例において、1つ又は複数のダイオードを備えて実装され得る。
【0042】
基準電圧リード38は基準電圧源に結合されるように構成される。チャージポンプ制御リード40は、チャージポンプコントローラの出力に結合されるように構成される。
【0043】
電力コンバータ10は、通常の動作モード及び過電圧保護の動作モードにおいて動作するように構成可能であり得る。通常の動作モードの間、コントローラ22は、スイッチ28が閉であり、スイッチ30が開であるように、導体64、66を介してスイッチ28、30を制御する。これによって、チャージポンプキャパシタ32の下側の端子が、入力電圧リード42に結合され、基準電圧リード38から切断される。
【0044】
通常の動作モードの間、チャージポンプ回路24は、入力電圧リード42によって搬送される入力電圧に基づいて、及びチャージポンプ制御リード40によって搬送されるチャージポンプ制御信号に基づいて、チャージポンプキャパシタ32を充電する。チャージポンプ回路24は、チャージポンプキャパシタ32を横切る電圧が目標電圧に等しくなるまで、チャージポンプキャパシタ32を充電し得る。幾つかの例において、目標電圧は、高側スイッチングトランジスタ12に対するゲート・ツー・ソースターンオン閾値電圧より大きいか又は等しくなり得る。
【0045】
通常の動作モードの間、コントローラ22は、制御信号(例えば、パルス幅変調(PWM)制御信号)を、トランジスタ18、20によって形成された高側ゲートドライバに、及び低側ゲートドライバ16に提供する。図1の例において、コントローラ22は、高側制御信号を導体60を介してトランジスタ18に、及び導体62を介してトランジスタ20に提供し得る。トランジスタ18、20によって形成された高側ゲートドライバは、コントローラ22によって提供される高側制御信号に基づいて高側スイッチングトランジスタ12をオン、オフにするために十分な電圧及び電流を生成し得る。コントローラ22は、導体56を介して低側制御信号を低側ゲートドライバ16に提供し得る。低側ゲートドライバ16は、コントローラ22によって提供される低側制御信号に基づいて低側スイッチングトランジスタ14をオン、オフにするために十分な電圧及び電流を生成し得る。
【0046】
トランジスタ18、20は、浮動グラウンド電力供給(即ち、導体54)を備えるインバータとして作用し得る。例えば、導体60、62上で高ロジックレベル電圧を受け取ることに応答して、トランジスタ20はオンになり得、トランジスタ18はオフになり得る。これによって、導体52が導体54に結合され、それにより、高側スイッチングトランジスタ12がオフになる。導体60、62上で低ロジックレベル電圧を受け取ることに応答して、トランジスタ20はオンになり得、トランジスタ18がオフになり得る。これによって、導体52が高側ゲートドライバの高電圧電力レールに結合され得、それにより、高側スイッチングトランジスタ12がオンになる。
【0047】
コントローラ22は、電力コンバータ10の意図された用途のために適切な制御信号を生成し得る。例えば、電力コンバータ10は、スイッチングトランジスタ12、14、インダクタ36、及び、出力リード44とグラウンドとの間に結合される付加的なキャパシタ(図示されない)を、同期バックコンバータとして作用させる制御信号(例えば、PWM制御信号)を生成し得る。そのような例において、電力コンバータ10は、目標電圧レベルに対する出力電圧レベルを表すフィードバック信号に基づいて制御信号を生成し得る。別の例として、電力コンバータ10は、多相電気モータの単一位相を駆動するように構成される制御信号(例えば、PWM制御信号)を生成し得る。他のタイプの制御信号及び用途も可能である。
【0048】
通常の動作モードの間、過電圧検出器26が、入力電圧リード42によって搬送される電圧レベルを監視し得、入力電圧リード42上に過電圧条件が発生しているか否かを判定し得る。幾つかの例において、過電圧検出器26は、入力電圧リード42によって搬送される電圧が閾値電圧より大きいことを検出することに応答して、過電圧条件が発生していると判定し得る。
【0049】
幾つかの例において、閾値電圧は、電力コンバータ10における1つ又は複数の構成要素に対する最大順守電圧より小さく又は等しくし得る。更なる例において、閾値電圧は、入力電圧リード42に対して特定されるピーク過電圧から、そこまでチャージポンプキャパシタ32を充電するようにチャージポンプ回路24が構成される最大電圧をマイナスしたものより小さくし得る。幾つかの例において、ピーク過電圧は、特定された自動車ロードダンプ電圧レベルに対応し得る。過電圧検出器26は、入力電圧リード42上に過電圧条件が発生しているか否かを表す信号を生成し得、その信号を導体50を介してコントローラ22に提供し得る。
【0050】
過電圧条件を検出することに応答して、電力コンバータ10は、通常の動作モードから過電圧保護の動作モードへ移行し得る。通常モードから過電圧保護モードに移行するために、コントローラ22は、スイッチ28を開にし、スイッチ30を閉にして、チャージポンプキャパシタ32の下側端子を入力電圧リード42から結合解除し、チャージポンプキャパシタ32の下側端子を基準電圧リード38に結合し得る。
【0051】
過電圧保護モードの間、コントローラ22は、幾つかの例において、トランジスタ18、20によって形成される高側ゲートドライバ、及び低側ゲートドライバ16への制御信号の搬送をディスエーブルし得る。更なる例において、コントローラ22は、トランジスタ18、20によって形成される高側ゲートドライバ、及び低側ゲートドライバ16への制御信号の搬送を継続し得る。
【0052】
過電圧検出器26は、過電圧保護モードの間、入力電圧リード42によって搬送される電圧レベルの監視を継続し得、過電圧条件が終了するときを判定し得る。幾つかの例において、過電圧検出器26は、入力電圧リード42によって搬送される電圧が閾値電圧より小さいことを検出することに応答して、電圧条件が終了したと判定し得る。
【0053】
過電圧条件が終了したことを検出することに応答して、電力コンバータ10は、過電圧保護の動作モードから通常の動作モードに戻り得る。過電圧保護の動作モードから通常の動作モードに戻るため、コントローラ22は、スイッチ30を開にし、スイッチ28を閉にして、チャージポンプキャパシタ32の下側端子を基準電圧リード38から結合解除し、チャージポンプキャパシタ32の下側端子を入力電圧リード42に結合し得る。
【0054】
基準電圧リード38は、過電圧条件の間入力電圧リード42によって搬送される電圧と、そこまでチャージポンプキャパシタ32を充電するようにチャージポンプキャパシタ32が構成される最大電圧との差より小さいか又は等しい基準電圧を搬送し得る。幾つかの例において、基準電圧は、過電圧条件の間入力電圧リード42によって搬送される電圧と、そこまでチャージポンプキャパシタ32を充電するようにチャージポンプ回路24が構成される最大電圧との差より小さく又は等しくし得る。幾つかの例において、過電圧条件の間、入力電圧リード42によって搬送される電圧は、過電圧条件の間入力電圧リード42によって搬送される電圧の推定であり得る。例えば、電圧は、特定された最大の自動車ロードダンプ電圧に対応し得る。
【0055】
このようにして、チャージポンプキャパシタ32の端子を入力電圧リード42から選択的に結合解除し、チャージポンプキャパシタ32の端子を基準電圧に結合することは、チャージポンプ回路24が、高側ゲートドライバの電力供給レールを、過電圧条件の間入力電圧リード42によって搬送される電圧より更に大きい電圧まで上昇させることを防止する。このように、高側ゲートドライバに供給される電圧は、電力コンバータ10の入力電圧リード42上に過電圧条件がある場合においても、ゲートドライバ又は他の回路要素に損傷を与えないレベルに制限され得る。
【0056】
過電圧条件の間高側ゲートドライバに供給される電圧のレベルを低減することは、電力コンバータ10を実装する構成要素及び/又は半導体プロセスに必要とされる電圧順守要件を緩和し得る。これによって、そうでなければ未修正のゲートドライバ電圧を用いては可能ではないであろう相対的に高い入力電圧に対して電力コンバータを実装するために、既存の構成要素及びプロセスを用いることが可能になり得る。このように、特殊な、順守電圧が非常に高い構成要素及び/又はプロセスを必要とせずに、相対的に高い入力電圧をサポートする電力コンバータが取得され得る。
【0057】
また、構成要素及びプロセスに対する電圧順守要件を緩和することによって、一層安価で且つ一層面積効率の高い構成要素及び/又はプロセスが電力コンバータを実装するために用いられ得る。このように、電力コンバータ10のコスト及びサイズが低減され得る。
【0058】
図2は、図1の電力コンバータ10において用いられ得る電力コンバータ制御回路を含む例示の集積回路70のブロック図である。集積回路70は、低側ゲートドライバ16、トランジスタ18、20、コントローラ22、チャージポンプ回路24、チャージポンプコントローラ72、過電圧検出器26、スイッチ28、30、リード38、42、74、76、78、80、82、及び導体46、48、50、52、54、56、58、60、62、64、66、84を含む。
【0059】
集積回路70は、(a)スイッチングトランジスタ12、14、チャージポンプキャパシタ32、及びインダクタ36が、集積回路70に含まれないオフチップ構成要素であること、(b)オフチップ構成要素を収容するために、高側ゲート駆動リード74、低側ゲート駆動リード76、及びチャージポンプキャパシタリード80、82が含まれること、及び(c)チャージポンプ回路24を制御するためにチャージポンプコントローラ72が含まれることを除くと、図1の電力コンバータ10に類似している。図1図2の間で同一又は類似の構成要素には同じ参照番号が付されている。
【0060】
トランジスタ18のドレイン電極が、導体52を介してトランジスタ20のドレイン電極に結合される。トランジスタ18、20が高側ゲートドライバを形成し得る。トランジスタ18、20のドレインがゲートドライバの出力を形成し得、それは導体52を介して高側ゲート駆動リード74に結合される。導体58は、高側スイッチングデバイス(例えば、高側NMOS電力トランジスタ)のゲート電極に結合されるように構成される。
【0061】
トランジスタ18、20のゲート電極の各々は、高側ゲートドライバへの入力を形成し得、集合的に高側ゲートドライバの制御入力と称され得る。トランジスタ18、20のゲート電極は、それぞれ、導体60、62を介してコントローラ22のそれぞれの出力に結合される。トランジスタ18、20の各々のバックゲート電極は、導体を介してそれぞれの各ソース電極に結合される。
【0062】
トランジスタ18、20によって形成される高側ゲートドライバは高電圧電力入力を含み、高電圧電力入力は、トランジスタ18のソースによって形成され、導体46(本明細書において高側ゲートドライバ高電圧電力レールと称される)を介してチャージポンプキャパシタリード82に結合される。トランジスタ18、20によって形成される高側ゲートドライバは更に低電圧電力入力を含み、低電圧電力入力は、トランジスタ20のソースによって形成され、導体54(本明細書において高側ゲートドライバ低電圧電力レールと称される)を介して出力電圧リード78に結合される。出力電圧リード78は、2つの電力トランジスタによって形成されるハーフブリッジ回路の出力電圧ノードに結合されるように構成される。
【0063】
低側ゲートドライバ16の入力が、導体56を介してコントローラ22の別の出力に結合される。低側ゲートドライバ16の出力は導体58を介して低側ゲート駆動リード76に結合される。低側ゲート駆動リード76は、低側スイッチングデバイス(例えば、低側NMOS電力トランジスタ)のゲート電極に結合されるように構成される。
【0064】
入力電圧リード42は、例えば、車載バッテリ及び/又は車載オルタネータ等の入力電圧源に結合されるように構成される。出力電圧リード78は、1つ又は複数の車載電子構成要素及び/又は電気モータ等の、1つ又は複数の電子負荷構成要素に結合されるように構成される。
【0065】
チャージポンプ回路24の電圧入力が、入力電圧リード42に結合される。チャージポンプ回路24の出力が、導体46を介して、チャージポンプキャパシタリード82に、及び高側ゲートドライバの高電圧電力供給入力に結合される。チャージポンプコントローラ72の出力が、導体84を介してチャージポンプ回路24の制御入力に結合される。
【0066】
スイッチ28がチャージポンプキャパシタリード80と入力電圧リード42との間に結合される。スイッチ30がチャージポンプキャパシタリード80と基準電圧リード38との間に結合される。具体的には、スイッチ28の第1の端子が導体48を介してチャージポンプキャパシタリード80に結合され、スイッチ28の第2の端子が入力電圧リード42に結合される。スイッチ30の第1の端子が導体48を介してチャージポンプキャパシタリード80に結合され、スイッチ28の第2の端子が基準電圧リード38に結合される。スイッチ28、30の第1の端子は、導体48を介して互いに結合される。スイッチ28、30の制御端子が、それぞれ、導体64、66を介してコントローラ22のそれぞれの出力に結合される。
【0067】
チャージポンプキャパシタリード80、82の各々は、外部チャージポンプキャパシタのそれぞれの端子に結合されるように構成される。過電圧検出器26は、入力電圧リード42(図示されない)に結合される入力、及び導体50を介してコントローラ22に結合される出力を含む。
【0068】
チャージポンプコントローラ72は、チャージポンプ制御信号を生成し得、導体84を介してチャージポンプ制御信号をチャージポンプ回路24に提供し得る。幾つかの例において、チャージポンプコントローラ72は、チャージポンプキャパシタリード80、82の間の電圧を検出し得、チャージポンプキャパシタリード80、82の間の電圧(即ち、キャパシタを横切る電圧)が閾値電圧に等しくなるまで、チャージポンプに、チャージポンプキャパシタリード80、82の間に結合されるチャージポンプキャパシタを充電させ得る。幾つかの例において、閾値電圧は、高側スイッチングトランジスタ12に対するゲート・ツー・ソースターンオン閾値電圧より大きいか又は等しい電圧であり得る。
【0069】
適切な外部構成要素が集積回路70に結合されると、その結果のシステムは、図1の電力コンバータ10に関連してすでに説明されたものと同様に動作し得る。
【0070】
図3は、本開示に従った更なる詳細を備える、図1の例示の電力コンバータ10のブロック図である。図3の電力コンバータ10は、(a)例示のチャージポンプ回路24に関連する更なる詳細が示されること、(b)図1におけるスイッチ28、30を実装するために、例示のスイッチング回路に関する更なる詳細が示されること、及び(c)ツェナーダイオード34が高側スイッチングトランジスタ12のゲート電極とソース電極との間に結合されることを除くと、図1の電力コンバータ10に類似している。図1図3との間で同じ又は類似の構成要素には同じ参照番号が付される。
【0071】
図3に示されるように、ツェナーダイオード34のカソードが、導体52を介して高側スイッチングトランジスタ12のゲート電極に結合され、ツェナーダイオード34のアノードが、導体54を介して高側スイッチングトランジスタ12のソース電極に結合される。ツェナーダイオード34は更に、トランジスタ20のドレイン電極とソース電極との間に結合される。具体的には、ツェナーダイオード34のカソードが、導体52を介してトランジスタ20のドレイン電極に結合され、ツェナーダイオード34のアノードが、導体54を介してトランジスタ20のソース電極に結合される。ツェナーダイオード34は、高側スイッチングトランジスタ12のゲート・ツー・ソース電圧が降伏電圧を超えることを防止する。幾つかの例において、ツェナーダイオード34は、電力コンバータ10から省かれ得る。
【0072】
図3に示されるように、チャージポンプ回路24は、ダイオード86、88、キャパシタ90、及びインバータ92を含む。ダイオード86のアノードが入力電圧リード42に結合される。ダイオード86のカソードが、ダイオード88のアノード、及びキャパシタ90の第1の端子に結合される。ダイオード88のカソードが、チャージポンプキャパシタ32の第1の端子に、及び導体46を介して高側ゲートドライバ高電圧電力レールに結合される。インバータ92の入力がチャージポンプ制御リード40に結合される。インバータ92の出力がキャパシタ90の第2の端子に結合される。
【0073】
動作の間、チャージポンプ回路24は、チャージポンプ制御リード40によって搬送されるチャージポンプ制御信号に基づいて、内部充電フェーズと電荷移動フェーズとの間で切り替わり得る。チャージポンプ回路24は、チャージポンプ制御信号が高ロジックレベル電圧に等しくなることに応答して、内部充電フェーズにおいて動作し得る。内部充電フェーズの間、インバータ92は、低ロジックレベル電圧を生成するようにチャージポンプ制御信号を反転させ、低ロジックレベル電圧をキャパシタ90の第2の端子に印加する。低ロジックレベル電圧は、入力電圧リード42によって搬送される電圧より低くし得、それにより、ダイオード86を順方向にバイアスさせ、キャパシタ90を充電させる。ダイオード88は、逆方向にバイアスされる。
【0074】
チャージポンプ回路24は、チャージポンプ制御信号の低ロジックレベル電圧への移動に応答して、電荷移動フェーズにおいて動作し得る。電荷移動フェーズの間、インバータ92は、高ロジックレベル電圧を生成するようにチャージポンプ制御信号を反転させ、高ロジックレベル電圧をキャパシタ90の第2の端子に印加する。キャパシタ90上に蓄積された電荷と組み合わされた高ロジックレベル電圧によって、ダイオード88が順方向にバイアスされ得、それにより、電荷をキャパシタ90からチャージポンプキャパシタ32に移動させる。ダイオード86は、逆方向にバイアスされ得る。チャージポンプ回路24は、チャージポンプ制御信号が高ロジックレベル電圧に戻るまで、電荷の移動を継続する。幾つかの例において、チャージポンプコントローラは、チャージポンプキャパシタ32を横切る電圧が閾値電圧(例えば、高側スイッチングトランジスタ12のゲート・ツー・ソースターンオン閾値電圧より大きいか又は等しい)に到達したことを検出することに応答して、チャージポンプ制御信号を高ロジックレベル電圧まで戻し得る。
【0075】
図3に更に示されるように、トランジスタ94、96は、それぞれ、図1に示されたスイッチ28、30を実装し得る。トランジスタ94、96の各々はNMOSトランジスタであるが、他の導電性を有する他のタイプのトランジスタも用いられ得る。トランジスタ94のドレイン電極が入力電圧リード42に結合される。トランジスタ94のソース電極が、導体48を介してチャージポンプキャパシタ32の第2の端子に結合される。トランジスタ96のソース電極が基準電圧リード38に結合される。トランジスタ96のドレイン電極が、レジスタ100及び導体48を介してチャージポンプキャパシタ32の第2の端子に結合される。レジスタ100は、チャージポンプキャパシタ32の第2の端子とトランジスタ96のドレイン電極との間に結合される。トランジスタ94、96のゲート電極が、それぞれ、導体64、66を介してコントローラ22のそれぞれの出力に結合される。
【0076】
通常の動作モードへの移行の際、コントローラ22は、トランジスタ94をオンにし、トランジスタ96をオフにするように、導体64、66を介して制御信号をアサートし得る。例えば、コントローラ22が、導体64を介して高電圧レベルを、及び導体66を介して低電圧レベルを出力し得る。通常の動作モードの間、トランジスタ94は、チャージポンプキャパシタ32の下側端子を入力電圧リード42に結合し得る。
【0077】
過電圧保護の動作モードへの移行の際、コントローラ22は、トランジスタ94をオフにし、トランジスタ96をオンにするように、導体64、66を介して制御信号をアサートし得る。例えば、コントローラ22は、導体64を介して低電圧レベルを、及び導体66を介して高電圧レベルを出力し得る。過電圧保護の動作モードの間、トランジスタ96は、チャージポンプキャパシタ32の下側端子を基準電圧リード38に結合し得る。レジスタ100は、チャージポンプキャパシタ32の下側端子と基準電圧リード38との間の電流を制限し得る。
【0078】
図4は、図3の電力コンバータ10において用いられ得る電力コンバータ制御回路を含む例示の集積回路110のブロック図である。図4の集積回路110は、(a)スイッチングトランジスタ12、14、チャージポンプキャパシタ32、インダクタ36、及びキャパシタ90が、集積回路110に含まれないオフチップ構成要素であること、(b)オフチップ構成要素を収容するために、高側ゲート駆動リード74、低側ゲート駆動リード76、チャージポンプキャパシタリード80、82、及び内部チャージポンプキャパシタリード112、114が含まれること、及び(c)チャージポンプ回路24を制御するためにチャージポンプコントローラ72が含まれることを除くと、図3の電力コンバータ10に類似している。図2図3、及び図4の間で同じ又は類似の構成要素には、同一の番号が付される。
【0079】
チャージポンプコントローラ72の出力が、導体84を介してインバータ92の入力に結合される。インバータ92の出力が内部チャージポンプキャパシタリード112に結合される。ダイオード86のアノードが入力電圧リード42に結合される。ダイオード86のカソードが、ダイオード88のアノードに、及び内部チャージポンプキャパシタリード114に結合される。ダイオード88のカソードが、導体46を介して、チャージポンプキャパシタリード82に、及び高側ゲートドライバ高電圧電力供給入力に結合される。
【0080】
トランジスタ94のドレイン電極が入力電圧リード42に結合される。トランジスタ94のソース電極が、導体48を介してチャージポンプキャパシタリード80に結合される。トランジスタ96のソース電極が基準電圧リード38に結合される。トランジスタ96のドレイン電極が、レジスタ100及び導体48を介してチャージポンプキャパシタリード80に結合される。レジスタ100が、チャージポンプキャパシタ32の第2の端子とトランジスタ96のドレイン電極との間に結合される。トランジスタ94、96のゲート電極が、それぞれ、導体64、66を介してコントローラ22のそれぞれの出力に結合される。
【0081】
チャージポンプキャパシタリード80、82の各々は、外部チャージポンプキャパシタのそれぞれの端子に結合されるように構成される。内部チャージポンプキャパシタリード112、114の各々は、チャージポンプ回路24のための内部チャージポンプキャパシタとして機能するオフチップキャパシタのそれぞれの端子に接続されるように構成される。
【0082】
適切な外部構成要素が集積回路110に接続されるとき、その結果のシステムは、図3の電力コンバータ10に関して既に上述されたものと同様に動作し得る。
【0083】
図5は、本開示に従った例示の電力コンバータ制御回路を含む別の例示の電力コンバータ120のブロック図である。電力コンバータ120は、スイッチングトランジスタ122、124、低側ゲートドライバ126、トランジスタ128、130、キャパシタ132、コントローラ134、高側コントローラ136、過電圧検出器138、電圧源140、ダイオード142、インダクタ144、バッテリ146、グラウンドレール148、及び導体150、152、154、156、158、160、162、164、166、168を含む。
【0084】
高側スイッチングトランジスタ122のソース電極が、電力コンバータ120のための出力電圧リードを形成し得る導体152を介して、低側スイッチングトランジスタ124のドレイン電極に結合される。高側スイッチングトランジスタ122のドレイン電極が、電力コンバータ120のための入力電圧リードを形成し得る導体150に結合される。低側スイッチングトランジスタ124のソース電極がグラウンドレール148に結合される。スイッチングトランジスタ122、124は、トーテムポール構成に配置されると言われ得、ハーフブリッジ回路を形成し得る。ハーフブリッジ回路では、導体150が入力電圧端子を形成し、低側スイッチングトランジスタ124のソースがグラウンド帰路端子を形成し、導体152が出力電圧端子を形成する。高側スイッチングトランジスタ122のドレイン電極は、例えば、バッテリ146によって代表される車載バッテリ及び/又は車載オルタネータ等の、入力電圧源に結合される。インダクタ144は、高側スイッチングトランジスタ122のドレイン電極と、バッテリ146の正の端子との間に結合される。バッテリ146の負の端子がグラウンドレール148に結合される。導体152によって形成される出力電圧端子は、例えば、1つ又は複数の車載電子構成要素及び/又は電気モータ等の、1つ又は複数の電子負荷構成要素に結合されるように構成される。
【0085】
スイッチングトランジスタ122、124の各々のゲート電極は、それぞれのゲートドライバ回路に結合される。具体的には、高側スイッチングトランジスタ122のゲート電極が、トランジスタ128、130によって形成される高側ゲートドライバの出力に導体166を介して結合される。低側スイッチングトランジスタ124のゲート電極が、導体168を介して低側ゲートドライバ126の出力に結合される。
【0086】
スイッチングトランジスタ122、124の各々のバックゲート電極が、導体を介して、それらのそれぞれのソース電極に結合される。スイッチングトランジスタ122、124の各々に含まれる内部ダイオードが、スイッチングトランジスタ122、124のそれぞれのバックゲート電極とドレイン電極との間に結合され、そこでは、アノードはそれぞれのバックゲート電極に結合され、カソードはそれぞれのドレイン電極に結合される。
【0087】
トランジスタ128のドレイン電極が、導体166を介してトランジスタ130のドレイン電極に結合される。トランジスタ130のソース端子が、スイッチングトランジスタ122、124によって形成されたハーフブリッジ回路の電圧出力に導体152を介して結合される。トランジスタ128のソース電極が、キャパシタ132の第1の端子、及びダイオード142のカソードに結合される。トランジスタ128、130は、幾つかの例においてインバータであり得る高側ゲートドライバを集合的に形成し得る。
【0088】
トランジスタ128、130によって形成される高側ゲートドライバは、高電圧電力入力を含み、高電圧電力入力は、トランジスタ128のソースによって形成され、導体154(本明細書において高側ゲートドライバ高電圧電力レールと称される)に結合される。高側ゲートドライバは低電圧電力入力を更に含み、低電圧電力入力は、トランジスタ130のソースによって形成され、ハーフブリッジ回路(本明細書中において高側ゲートドライバ低電圧電力レールと称される)の電圧出力に結合される。キャパシタ132は、それぞれ、導体154及び152を介して高側ゲートドライバの高及び低電圧電力レール間に結合される。
【0089】
トランジスタ128、130のゲート電極は、それぞれ、導体162、164を介して高側コントローラ136のそれぞれの出力に結合される。導体162、164の各々が、高側ゲートドライバへの入力を形成し得、集合的に高側ゲートドライバのための制御入力と称され得る。
【0090】
高側コントローラ136の入力が、導体158を介してコントローラ134の出力に結合される。低側ゲートドライバ126の入力が、導体160を介してコントローラ134の別の出力に結合される。幾つかの例において、低側ゲートドライバ126はインバータであり得る。
【0091】
コントローラ134の電力供給入力が、導体154を介して、キャパシタ132の第1の端子及びダイオード142のカソードに結合される。コントローラ134のグラウンド帰路がグラウンドレール148に結合される。高側コントローラ136の高電圧電力供給入力が、導体154を介して、キャパシタ132の第1の端子及びダイオード142のカソードに結合される。高側コントローラ136の低電圧電力供給入力が、導体152を介してハーフブリッジ回路の出力端子に結合される。
【0092】
電圧源140の第1の端子がグラウンドレール148に結合される。電圧源140の第2の端子が、ダイオード142のアノードに結合される。ダイオード142のカソードが、導体154を介して、コントローラ134の電力供給入力、高側コントローラ136の高電圧電力供給入力、トランジスタ128、130によって形成された高側ゲートドライバの高電圧電力供給入力に、及び、キャパシタ132の第1の端子に結合される。
【0093】
過電圧検出器138は、導体150(図示されない)に結合される入力、及び導体156を介してコントローラ134に結合される出力を含む。図5における1つ又は複数の構成要素が、共通の集積回路に実装され得る。
【0094】
図5の例において、スイッチングトランジスタ122、124は両方ともn型金属酸化物半導体(NMOS)電力トランジスタである。他の例において、スイッチングトランジスタ122、124の各々が、MOS電力トランジスタ、或るいは、同一又は異なる型の導電性(例えば、p型又はn型)を有する異なるタイプのトランジスタ(例えば、絶縁ゲートバイポーラ接合トランジスタ(IBJT))であり得る。スイッチングトランジスタ122、124は、互いに対して同じタイプ又は極性のトランジスタである必要はない。
【0095】
トランジスタ128はPMOSトランジスタであり、トランジスタ130はNMOSトランジスタである。幾つかの例において、トランジスタ128、130は、相対的に低い電圧トランジスタ(即ち、非電力トランジスタ)であり得る。インバータ及び/又は高側ゲートドライバを実装するように構成される他のトランジスタ構成も用いられ得る。
【0096】
コントローラ134、高側コントローラ136、及び過電圧検出器138は、例えば、1つ又は複数のマイクロコントローラを含む、アナログ又はデジタル回路要素の任意の組み合わせを用いて実装され得る。
【0097】
電力コンバータ120は、通常の動作モード、及び過電圧保護の動作モードにおいて動作するように構成され得る。通常の動作モードの間、電力コンバータ120は、同期バックコンバータ制御技術及び/又はモータ制御技術に従って、スイッチングトランジスタ122、124を二者択一的にオン、オフするように制御信号を提供し得る。
【0098】
例えば、コントローラ134は、制御信号(例えば、パルス幅変調(PWM)制御信号)を、トランジスタ128、130によって形成される高側ゲートドライバに(高側コントローラ136を介して)、及び低側ゲートドライバ126に提供し得る。図5の例において、コントローラ134は、高側制御信号を高側コントローラ136に提供し得る。高側コントローラ136は、高側制御信号を、導体162を介してトランジスタ128に、及び導体164を介してトランジスタ130に提供し得る。過電圧検出器138によって形成される高側ゲートドライバは、コントローラ134によって提供される高側制御信号に基づいて高側スイッチングトランジスタ122をオン、オフするために十分な電圧及び電流を生成し得る。コントローラ134は、導体160を介して低側制御信号を低側ゲートドライバ126に提供し得る。低側ゲートドライバ126は、コントローラ134によって提供された低側制御信号に基づいて、低側スイッチングトランジスタ124をオン、オフするために十分な電圧及び電流を生成し得る。
【0099】
トランジスタ128、130は、浮動グラウンド電力供給(即ち、導体152)を備えるインバータとして作用し得る。例えば、導体162、164上で高ロジックレベル電圧を受信することに応答して、トランジスタ130がオンになり得、トランジスタ128がオフになり得る。これによって、導体166が導体152に結合され得、それにより、高側スイッチングトランジスタ122がオフになる。導体162、164上で低ロジックレベル電圧を受け取ることに応答して、トランジスタ130がオフになり得、トランジスタ128がオンになり得る。これによって、導体166が高側ゲートドライバ高電圧電力レールに結合され得、それにより、高側スイッチングトランジスタ122がオンになる。
【0100】
コントローラ134は、電力コンバータ120の意図された用途のために適切な制御信号を生成し得る。例えば、電力コンバータ120は、スイッチングトランジスタ122、124、付加的なインダクタ、及び付加的なキャパシタを同期バックコンバータとして作用させる制御信号(例えば、PWM制御信号)を生成し得る。そのような例において、電力コンバータ120は、目標電圧レベルに対する出力電圧レベルを表すフィードバック信号に基づいて制御信号を生成し得る。別の例として、電力コンバータ120は、多相電気モータの単一位相を駆動するように構成される制御信号(例えば、PWM制御信号)を生成し得る。他のタイプの制御信号及びアプリケーションも同様に可能である。
【0101】
電圧源140は、電圧源140の端子を横切る固定電圧を提供し得る。幾つかの例において、固定電圧は、高側スイッチングトランジスタ122に対するゲート・ツー・ソースターンオン閾値電圧より大きいか又は等しくし得る。通常の動作モードの間、低側スイッチングトランジスタ124がオンにされ、高側スイッチングトランジスタ122がオフにされると、ダイオード142が順方向にバイアスされ得、それにより、電圧源140が、ダイオード142、キャパシタ132、及び低側スイッチングトランジスタ124によって形成される電流ループを介して、キャパシタ132を充電させる。幾つかの例において、キャパシタ132を横切る電圧が、電圧源140を横切る電圧にほぼ等しい電圧に到達する場合、ダイオード142はオフになり得、それによってキャパシタ132の充電を終了させる。低側スイッチングトランジスタ124がオフになり、高側スイッチングトランジスタ122がオンになると、ダイオード142は逆方向にバイアスされ得る。その結果、導体152での出力電圧が上昇すると、キャパシタ132に蓄積された電荷が、高側ゲートドライバ高電圧電力レール上の電圧を、出力電圧より大きい電圧まで上昇させる。これにより、トランジスタ128、130によって形成される高側ゲートドライバが、高側スイッチングトランジスタ122をオンにするために十分なゲート電圧を提供することが可能となり得る。
【0102】
通常の動作モードの間、過電圧検出器138は、入力電圧リード(例えば、導体150)によって搬送される電圧レベルを監視し得、入力電圧リード上に過電圧条件が発生しているか否かを判定し得る。幾つかの例において、過電圧検出器138は、入力電圧リードによって搬送される電圧が閾値電圧より大きいことを検出することに応答して過電圧条件が発生していることを判定し得る。閾値電圧は、幾つかの場合において、電力コンバータ120における1つ又は複数の構成要素に対する最大順守電圧より小さく又は等しくし得る。
【0103】
幾つかの例において、閾値電圧は、電力コンバータ120における1つ又は複数の構成要素に対する最大順守電圧より小さく又は等しくし得る。更なる例において、閾値電圧は、入力電圧リード(例えば、導体150)に対して特定されるピーク過電圧から、そこまでキャパシタ132が充電される最大電圧をマイナスしたものより小さくし得る。付加的な例において、閾値電圧は、入力電圧リード(例えば、導体150)のために特定されたピーク過電圧から、電圧源140を横切る電圧をマイナスしたものより小さくし得る。幾つかの例において、ピーク過電圧は、特定された自動車ロードダンプ電圧レベルに対応し得る。過電圧検出器138は、入力電圧リード上に過電圧条件が発生しているか否かを表す信号を生成し得、その信号を導体156を介してコントローラ134に提供し得る。
【0104】
過電圧条件を検出することに応答して、電力コンバータ120は、通常の動作モードから過電圧保護の動作モードに移行し得る。過電圧保護モードの間、コントローラ134は、幾つかの例において、スイッチングトランジスタ122、124両方をオフにし得る。導体152(図示されない)に結合される外部インダクタが、スイッチングトランジスタ122、124の両方がオフにされた後の或る期間の間、電流を引き出し続け得、それが、スイッチングトランジスタ124における内部ダイオードを順方向バイアスし得る。それにより、導体152をグラウンドに引っ張り、高側ゲートドライバの高電圧電力レールが入力電圧リードによって搬送される電圧より高い電圧まで上昇することを防止する。他の例において、コントローラ134は、高側スイッチングトランジスタ122をオフにし、低側スイッチングトランジスタ124をオンにし得る。
【0105】
幾つかの例において、スイッチングトランジスタ124は、グラウンドレール148に結合されるアノードと、導体152によって形成される出力電圧リードに結合されるカソードとを備えるダイオードによって置き換えられ得る。そのような例において、過電圧条件を検出することに応答して、コントローラ134及び/又はコントローラ136は、スイッチングトランジスタ122をオフにし得る。
【0106】
過電圧検出器138は、過電圧保護モードの間、入力電圧リードによって搬送される電圧レベルを監視することを継続し得、過電圧条件が終了したときを判定し得る。幾つかの例において、過電圧検出器138は、入力電圧リードによって搬送される電圧が閾値電圧より小さいことを検出することに応答して、過電圧条件が終了したことを判定し得る。過電圧条件が終了したことを検出することに応答して、電力コンバータ120は、1つ又は複数の上述のような制御技術に従って、スイッチングトランジスタ122、124の二者択一的なオン及びオフを再開し得る。
【0107】
高側及び低側電力コンバータスイッチ122、124をオフにすることは、ダイオード142及びキャパシタ132が、高側ゲートドライバの電力供給レールを、過電圧条件の間入力電圧リードによって搬送される電圧よりも更に高い電圧まで上昇させることを防止し得る。このように、高側ゲートドライバに供給される電圧は、電力コンバータ120の入力電圧リード上に過電圧条件が存在する場合においても、ゲートドライバ又は他の回路要素に損傷を与えないレベルに限定され得る。
【0108】
過電圧条件の間、高側ゲートドライバに供給される電圧のレベルを低減することは、電力コンバータ120を実装する構成要素及び/又は半導体製造プロセスのために必要とされる電圧順守要件を緩和し得る。これによって、そうでなければ、未修正のゲートドライバ電圧を用いては可能でないであろう相対的に高い入力電圧に対して電力コンバータを実装するために、既存の構成要素及びプロセスを用いることが可能になり得る。このように、相対的に高い入力電圧をサポートする電力コンバータが、特殊な、非常に高い順守電圧構成要素及び/又はプロセスを必要とすることなく取得され得る。
【0109】
また、構成要素及びプロセスに対する電圧順守要件を緩和することによって、より安価な及び/又はよりエリア効率の高い構成要素及び/又はプロセスを、電力コンバータを実装するために用いることが可能になる。このように、電力コンバータ120のコスト及びサイズが低減され得る。
【0110】
図6は、図5の電力コンバータにおいて用いられ得る電力コンバータ制御回路を含む例示の集積回路170のブロック図である。集積回路170は、低側ゲートドライバ126、トランジスタ128、130、コントローラ134、高側コントローラ136、過電圧検出器138、電圧源140、導体152、154、156、158、160、162、164、166、168、及びリード172、174、176、178、180、182を含む。
【0111】
図6の集積回路170は、(a)スイッチングトランジスタ122、124、キャパシタ132、ダイオード142、インダクタ144、及びバッテリ146が、集積回路170に含まれないオフチップ構成要素であること、及び(b)オフチップ構成要素を収容するためにリード172、174、176、178、180、182が含まれることを除くと、図5の電力コンバータ120と類似している。図5図6との間で同一又は類似の構成要素には、同一の参照番号が付される。
【0112】
トランジスタ128のソース電極が、導体154を介して電力レールリード172に結合される。トランジスタ130のソース電極が、導体152を介して出力電圧リード176に結合される。高側コントローラ136の高電圧電力供給入力が、導体154を介して電力レールリード172に結合される。コントローラ134の電力供給入力が、コントローラ134を介して電力レールリード172に結合される。電圧源140のグラウンド帰路端子がグラウンドリード180に結合される。コントローラ134のグラウンド帰路端子がグラウンドリード180に結合される。低側ゲートドライバ126の出力端子が、導体168を介して低側ゲート駆動リード178に結合される。トランジスタ128、130によって形成される高側ゲートドライバの出力が、導体166を介して高側ゲート駆動リード174に結合される。
【0113】
リード172、176は、キャパシタのそれぞれの端子に結合されるように構成される。リード172、182は、ダイオードのそれぞれの端子に結合されるように構成される。具体的には、ダイオードリード182は、ダイオードのアノードに結合されるように構成され、電力レールリード172は、ダイオードのカソードに結合されるように構成される。
【0114】
適切な外部構成要素が集積回路170に接続されると、その結果のシステムは、図5の電力コンバータ120に関して既に上記で説明されたものと同様に動作し得る。
【0115】
図7は、本開示の技術に従って設計された電力コンバータを含み得る、例示の自動車200のブロック図である。自動車200は、車載電子システム202を含む。車載電子システム202は、オルタネータ204、車載バッテリ206、電力コンバータ208、及び車載電子機器210、及びリード212、214、216を含む。
【0116】
オルタネータ204、車載バッテリ206、及び電力コンバータ208は、各々、入力電圧リード212及びグラウンド帰路リード214を介して互いに並列に結合される。車載電子機器210の電力入力が、出力電圧リード216を介して、電力コンバータ208の電力出力(例えば、電圧出力)に結合される。電力コンバータ208は、図1図6に関して本開示において説明される電力コンバータのうち任意のもの、及び本開示において説明される技術を用いる任意の他の電力コンバータを含み得る。
【0117】
車載電子機器210は、自動車における用途に適切な、任意の組み合わせ電子機器を含み得る。例えば、車載電子機器210は、車載インフォテインメントクラスタの構成要素、音声認識構成要素、ヘッドアップディスプレイプロジェクション構成要素、オーディオ構成要素、マルチメディア構成要素、無線構成要素、カメラ構成要素、アクセサリー構成要素、ヒーター構成要素、空調構成要素、電気モータ、照明システム、セキュリティシステム、バッテリ充電システム、安全システム、エアバッグシステム等を含み得る。
【0118】
図8は、本開示に従った高側ゲートドライバの電力供給電圧を制御するための例示の技術のフローチャートである。図8の技術は、本開示の図1図4に関して説明された電力コンバータのうちの任意のものと共に用いられ得る。
【0119】
電力コンバータ10が電力変換動作を開始する(300)。電力コンバータ10は、入力電圧リード42上で過電圧条件が発生しているか否かを判定する(302)。過電圧条件が発生しているとの判定に応答して、コントローラ22が、チャージポンプキャパシタ32の下側端子を入力電圧リード42から結合解除し(304)、チャージポンプキャパシタ32の下側端子を基準電圧リード38に結合する(306)。幾つかの例(例えば、チャージポンプキャパシタ32がオフチップキャパシタである場合)において、コントローラ22は、チャージポンプキャパシタリード80を入力電圧リード42から結合解除し(304)、チャージポンプキャパシタリード80を基準電圧リード38に結合し得る(306)。
【0120】
過電圧条件が発生していないこと又は過電圧条件が終了していることを判定することに応答して、コントローラ22は、チャージポンプキャパシタ32の下側端子を基準電圧リード38から結合解除し(308)、チャージポンプキャパシタ32の下側端子を入力電圧リード42に結合する(310)。幾つかの例(例えば、チャージポンプキャパシタ32がオフチップキャパシタである場合)において、コントローラ22は、チャージポンプキャパシタリード80を基準電圧リード38から結合解除し(308)、チャージポンプキャパシタリード80を入力電圧リード42に結合し得る(310)。
【0121】
図9は、本開示に従った高側ゲートドライバの電力供給電圧を制御するための別の例示の技術のフローチャートである。図8の技術は、本開示の図5及び図6に関して説明された電力コンバータのうち任意のものと共に用いられ得る。
【0122】
電力コンバータ120が電力変換動作を開始する(320)。電力コンバータ120は、入力電圧リード42上に過電圧条件が発生しているか否かを判定する(322)。過電圧条件が発生していることを判定することに応答して、コントローラ134は、スイッチングトランジスタ122、124両方をオフにする(324)。他の例において、コントローラ134は、高側スイッチングトランジスタ122をオンにし、低側スイッチングトランジスタ124をオフにし得る。過電圧条件が発生していないこと又は過電圧条件が終了したことを判定することに応答して、コントローラ134は、制御技術に従って、スイッチングトランジスタ122、124を二者択一的に切り替え得る(例えば、スイッチングトランジスタ122、124を二者択一的にオン及びオフにする)(326)。
【0123】
図10は、本開示に従った例示の電力コンバータ制御回路を含む別の例示の電力コンバータ400のブロック図である。図3の電力コンバータ400は、(a)スイッチ28、30、基準電圧リード38、及び導体64、68が省かれること、(b)チャージポンプキャパシタ32が導体46と入力電圧リード42との間に結合されること、(c)付加的なスイッチ402が導体46と入力電圧リード42との間に結合されること、及び(d)制御リード404がコントローラ22とスイッチ402との間に結合されることを除くと、図1の電力コンバータ10に類似している。図1図10との間で同一又は類似の構成要素には同じ参照番号が付される。
【0124】
本開示において説明された他の電力コンバータと同様に、電力コンバータ400は、通常モード及び過電圧保護モードにおいて動作し得る。通常の動作モードの間、コントローラ22はスイッチ402を開き得る。これによって、図1における電力コンバータ10のための通常の動作モードに関して上述されたものに類似する様式で、チャージポンプ回路40がチャージポンプキャパシタ32を充電することが可能になり得る。
【0125】
入力電圧リード42によって搬送される電圧に対する過電圧条件を検出することに応答して、電力コンバータ400は過電圧保護モードに移行し得る。この移行を実施するため、コントローラ22はスイッチ402を閉にし得、それによってチャージポンプキャパシタ32を放電する。チャージポンプキャパシタ32を放電することは、トランジスタ18、20によって形成されたゲートドライバの高電圧電力レールが、過電圧条件の間入力電圧リード42によって搬送される入力電圧のレベルを超えることを防止し得る。このように、電力コンバータ400は、過電圧条件を検出することに応答して、チャージポンプキャパシタ32を選択的に放電し得る。
【0126】
入力電圧リード42によって搬送される電圧に対する過電圧条件が終了したことを検出することに応答して、電力コンバータ400は、通常の動作モードに移行し得る。この移行を実施するため、コントローラ22は、スイッチ402を開にし得、それによって、チャージポンプ回路24にチャージポンプキャパシタ32を充電させる。
【0127】
幾つかの例において、コントローラ22は、入力電圧リード42によって搬送される電圧に対して過電圧条件が検出されているか否かに基づいて、スイッチ402を選択的に開及び閉にし得る。例えば、コントローラ22は、過電圧条件を検出することに応答して、スイッチ402を閉にし得、過電圧条件を検出しないことに応答して及び/又は過電圧条件が終了したことを検出することに応答して、スイッチ402を開にし得る。
【0128】
図2に示されるように、集積回路70が、電力コンバータ120、高側ゲート駆動リード74、チャージポンプキャパシタリード80、チャージポンプキャパシタリード82、及び基準電圧リード38を含む。集積回路70は更に、チャージポンプ回路要素(例えば、チャージポンプ回路24)、ゲートドライバ(例えば、トランジスタ18、20)、スイッチング回路(例えば、スイッチ28、30)、及び過電圧検出器26を含む。チャージポンプ回路要素は、入力(例えば、入力電圧リード42)、及びチャージポンプキャパシタリード82に結合される出力を有する。ゲートドライバは、制御入力(例えば、導体60、62)、チャージポンプ回路要素の出力に結合される電力入力(例えば、トランジスタ18のソース)、及び高側ゲート駆動リード74に結合される出力を有する。スイッチング回路は、制御入力(即ち、導体64、66)、基準電圧リード38に結合される第1の端子(例えば、スイッチ30の下側端子)、入力電圧リード42に結合される第2の端子(例えば、スイッチ28の下側端子)、及びチャージポンプキャパシタリード80に結合される第3の端子を有する。過電圧検出器26は、入力電圧リード42に結合される入力、及びスイッチング回路の制御入力に結合される(例えば、コントローラ22を介して導体64、66に結合される)出力を有する。
【0129】
幾つかの例において、チャージポンプ回路要素の入力は、入力電圧リード42に、及びスイッチング回路の第2の端子(例えば、スイッチ28の下側端子)に結合される。更なる例において、チャージポンプキャパシタリード80、82の間にチャージポンプキャパシタが結合される。
【0130】
付加的な例において、ゲートドライバは高側ゲートドライバ(例えば、トランジスタ18、20)であり、集積回路は更に低側ゲートドライバ16を含む。そのような例において、集積回路は更に、高側ゲートドライバの制御入力に結合される第1の出力(例えば、導体60、62)と、低側ゲートドライバ16の制御入力に結合される第2の出力(例えば、導体56)とを有する制御回路(例えば、コントローラ22)を含み得る。
【0131】
幾つかの例において、図4に示されるように、チャージポンプは、チャージポンプ回路要素の入力(例えば、入力電圧リード42)と出力(例えば、導体46)との間に並列に接続される少なくとも2つのダイオード86、88を含む。
【0132】
更なる例において、図4に示されるように、スイッチング回路は、入力電圧リード42に結合される第1の電流導通電極と、チャージポンプキャパシタリード80に結合される第2の電流導通電極と、スイッチング回路の制御入力(例えば、導体64)に結合される制御電極とを有するトランジスタ94を含む。そのような例において、スイッチング回路は更に、基準電圧リード38に結合される第1の電流導通電極と、チャージポンプキャパシタリード80に結合される第2の電流導通電極と、スイッチング回路の制御入力(例えば、導体66)に結合される制御電極とを有するトランジスタ96を含む。そのような例において、スイッチング回路は更に、幾つかの例において、トランジスタ96の第2の電流導通電極とチャージポンプキャパシタリード80との間に結合されるレジスタ100を含み得る。
【0133】
幾つかの例において、スイッチング回路は、チャージポンプキャパシタリード80を入力電圧リード42に結合する第1の状態において動作するように、及びチャージポンプキャパシタリード80を基準電圧リード38に結合する第2の状態において動作するように構成可能である。そのような例において、スイッチング回路は、幾つかの例において、過電圧検出器26の出力に基づいて第1の状態か又は第2の状態において選択的に動作するように構成され得る。更なる例において、スイッチング回路は、基準電圧リード38に対して過電圧条件が検出されるか否かに基づいて、チャージポンプキャパシタリード80を入力電圧リード42か又は基準電圧リード38に選択的に結合するように構成される。
【0134】
幾つかの例において、スイッチング回路は、入力電圧リード42上の過電圧条件を検出することに応答して、チャージポンプキャパシタリード80を入力電圧リード42から結合解除するように構成される。そのような例において、スイッチング回路は更に、幾つかの例において、入力電圧リード42上の過電圧条件を検出することに応答して、チャージポンプキャパシタリード80を基準電圧リード38に結合するように構成され得る。
【0135】
幾つかの例において、チャージポンプ回路要素は、キャパシタを横切る電圧が閾値電圧に等しくなるまで、チャージポンプキャパシタを充電するように構成される。そのような例において、基準電圧リード38は、過電圧条件の間に入力電圧リード42によって搬送される電圧と閾値電圧との差より小さいか又は等しい基準電圧を受け取るように構成され得る。幾つかの例において、基準電圧リード38は、入力電圧リード42によって搬送される電圧と閾値電圧との差に等しくし得る。
【0136】
図2図4、及び図8に示されるように、電力コンバータ10は、基準電圧リード38に対して過電圧条件が検出されるか否かに基づいて、チャージポンプキャパシタリード80を、入力電圧リード42か又は基準電圧リード38に選択的に結合し得る。基準電圧リード38は、ゲートドライバの電力供給入力(例えば、トランジスタ18のソース電極)に結合され得る。
【0137】
幾つかの例において、チャージポンプキャパシタリード80を選択的に結合することは、入力電圧リード42上の過電圧条件を検出することに応答して、チャージポンプキャパシタリード80を入力電圧リード42から結合解除すること、及び、基準電圧リード38上の過電圧条件を検出することに応答して、チャージポンプキャパシタリード80を基準電圧リード38に結合することを含み得る。幾つかの例において、基準電圧リード38は、過電圧条件の間入力電圧リード42によって搬送される電圧と、そこまでチャージポンプキャパシタ32を充電させるようにチャージポンプ回路24が構成される最大電圧との差より小さいか又は等しい基準電圧を受け取り得る。幾つかの例において、基準電圧は、入力電圧リード42によって搬送される電圧と最大電圧との間の差に等しい。
【0138】
図7に示されるように、車載システム(例えば、車載電子システム202)が、1つ又は複数の車載電子機器210、車載バッテリ206、車載バッテリ206に結合されるオルタネータ204、及びオルタネータ204に結合される電力供給レール(例えば、入力電圧リード212)を含む。車載システムは更に、電力供給レール(例えば、入力電圧リード212)と車載電子機器210との間に結合される電力コンバータ208を含み得る。
【0139】
電力コンバータ208は、パストランジスタ(例えば、高側スイッチングトランジスタ12)、パストランジスタに結合されるゲートドライバ(例えば、トランジスタ18、20)、及びゲートドライバの電力入力(例えば、トランジスタ18のソース電極)に結合される第1の端子を有するキャパシタ(例えば、チャージポンプキャパシタ32)を含み得る(図1図4)。電力コンバータ208は更に、電力供給レール上の過電圧条件を検出することに応答して、チャージポンプキャパシタ32の第2の端子を電力供給レールから結合解除し、電力供給レール上の過電圧条件を検出することに応答して、チャージポンプキャパシタ32の第2の端子を基準電圧リードに結合するように構成される回路要素(例えば、コントローラ22、及びスイッチ28、30)を含み得る。
【0140】
図5及び図6に示されるように、集積回路170が、入力電圧リード150、高側ゲート駆動出力リード174、及び低側ゲート駆動出力リード178を含む。集積回路は更に、入力(例えば、導体158、162、及び/又は164)と、高側ゲート駆動出力リードに結合される出力(導体166)とを有する、高側ゲートドライバ(例えば、トランジスタ128、130)を含む。集積回路は更に、入力と、低側ゲート駆動出力リードに結合される出力とを有する、低側ゲートドライバ126を含む。集積回路は更に、入力と、高側ゲートドライバの入力に結合される第1の出力と、低側ゲートドライバの入力に結合される第2の出力とを有する、制御回路(例えば、コントローラ134、高側コントローラ136)を含む。集積回路は更に、入力電圧リードに結合される入力と、制御回路の入力に結合される出力とを有する、過電圧検出回路(例えば、過電圧検出器138)を含む。制御回路は、入力電圧リードによって搬送される電圧に対して過電圧条件を検出することに応答して、高側スイッチングトランジスタ122をオフにする第1の制御信号を第1の出力を介して出力するように、及び、入力電圧リードによって搬送される電圧に対して過電圧条件を検出することに応答して、低側スイッチングトランジスタ124をオフにする第2の制御信号を第2の出力を介して出力するように構成される。
【0141】
幾つかの例において、第1の制御信号及び第2の制御信号は、過電圧事象の期間、高側及び低側スイッチングトランジスタを両方オフのままにさせるように構成される。更なる例において、キャパシタ132が、高側ゲートドライバの第1の電力入力と第2の電力入力との間に結合される。
【0142】
図5図6、及び図9に示されるように、電力コンバータ120は、高側スイッチングトランジスタ及び低側スイッチングトランジスタを含むスイッチモード電力コンバータ120の入力電圧リード上の過電圧条件を検出し得る。電力コンバータ120は、過電圧条件を検出することに応答して、高側スイッチングトランジスタ及び低側スイッチングトランジスタをオフにし得る。幾つかの例において、電力コンバータは、過電圧事象の期間、又は過電圧事象の一部の間、両方のトランジスタがオフのままであるように、高側スイッチングトランジスタ及び低側スイッチングトランジスタをオフにし得る。
【0143】
幾つかの例において、本開示の技術は、自動車ロードダンプの間生じる最大過渡電圧を制限し得、及び/又は、自動車ロードダンプに起因して集積回路において生成される高電圧を制限し得る。更なる例において、本開示の技術は、チャージポンプキャパシタ又はブートストラップキャパシタを切り替え得る。
【0144】
自動車ロードダンプにおいて、過電圧試験バッテリ電圧は、一定の時間時間、特定された高電圧まで上昇させられ得る。これが、チャージポンプ又はブートストラップピン上の電圧を、チャージポンプ又はブートストラップキャパシタ電圧及びリンギングに起因して、ロードダンプ電圧より約15V〜30V上まで上昇させ得る。上昇させられた電圧に対処する1つの方式は、集積回路(IC)及びボードに対して、IC内部絶縁に対して、及び/又は内部構成要素に対して、より高い順守電圧を備える構成要素を用いることである。より高い電圧順守定格を備える構成要素を用いることは、製造コスト及びデバイスフットプリントの点で高価となり得る。
【0145】
このことは、新しい48V車載バッテリシステムにおいて、より顕著であり得る。例えば、70Vのロードダンプでは、電力コンバータは85V〜100Vを予期し得、その結果、90V〜105Vの構成要素及び90V〜105Vのプロセスを必要とし得、これにより、より高い電圧プロセスが必要とされ得る。40Vのロードダンプを備える12Vシステムの場合、電力コンバータは、55V〜70Vを予期し得、その結果、55V〜70Vの構成要素及び55V〜70Vのプロセスを必要とし得る。
【0146】
本開示の技術は、電力コンバータ上の電圧を制限し得る。幾つかの例において、チャージポンプ及びブートピンを含むすべてのピン上の電圧は、バッテリロードダンプ電圧の最大電圧を有するように制限され得る。これが、IC及びボード上のより低い電圧を可能にし、システムコストを低減させ得る。これはまた、12Vのシステムと48Vのシステムに対して、同じプロセスを用いることを可能にし得る。
【0147】
本開示に説明される技術及び回路要素は、幾つかの例において、1つ又は複数の集積回路又はその他のデバイスの任意の組み合わせ上で実装され得る。
【0148】
本発明の請求の範囲内で、説明された実施形態において変更が可能であり、また、他の実施形態が可能である。
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10