(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024155822
(43)【公開日】2024-10-31
(54)【発明の名称】ゲートドライバ用ディップ注入
(51)【国際特許分類】
H03K 17/16 20060101AFI20241024BHJP
H02M 1/08 20060101ALI20241024BHJP
【ＦＩ】
H03K17/16 M
H02M1/08 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】20
【出願形態】ＯＬ
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2024067129
(22)【出願日】2024-04-18
(31)【優先権主張番号】63/460,476
(32)【優先日】2023-04-19
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】18/504,701
(32)【優先日】2023-11-08
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(71)【出願人】
【識別番号】302062931
【氏名又は名称】ルネサスエレクトロニクス株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002066
【氏名又は名称】弁理士法人筒井国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】小林 大祐
【テーマコード（参考）】
5H740
5J055
【Ｆターム（参考）】
5H740BA12
5H740BB09
5H740BB10
5H740BC01
5H740BC02
5H740KK01
5J055AX26
5J055AX55
5J055AX56
5J055AX66
5J055BX16
5J055CX07
5J055CX28
5J055DX13
5J055DX22
5J055DX59
5J055EX02
5J055EY01
5J055EY05
5J055EY12
5J055EY21
5J055EZ01
5J055EZ02
5J055EZ03
5J055EZ09
5J055EZ24
5J055EZ61
5J055FX04
5J055FX05
5J055FX10
5J055FX13
5J055FX20
5J055GX01
5J055GX02
5J055GX05
(57)【要約】
【課題】 電流を注入するためのシステムおよび方法を提供する。
【解決手段】
スイッチコンバータは、ハイサイドスイッチと、ローサイドスイッチと、を含むことができる。ドライバ回路は、スイッチコンバータ内のハイサイドスイッチおよびローサイドスイッチを駆動するように構成され得る。コントローラは、ドライバ回路を制御する制御信号を供給するように構成され得る。さらに、ドライバ回路は、ハイサイドスイッチおよびローサイドスイッチの少なくとも一方を駆動するために、ドライバ回路によって出力されたゲート電流に電流ディップを注入するように構成された回路を含むことができる。
【選択図】図１Ａ
【解決手段】
スイッチコンバータは、ハイサイドスイッチと、ローサイドスイッチと、を含むことができる。ドライバ回路は、スイッチコンバータ内のハイサイドスイッチおよびローサイドスイッチを駆動するように構成され得る。コントローラは、ドライバ回路を制御する制御信号を供給するように構成され得る。さらに、ドライバ回路は、ハイサイドスイッチおよびローサイドスイッチの少なくとも一方を駆動するために、ドライバ回路によって出力されたゲート電流に電流ディップを注入するように構成された回路を含むことができる。
【選択図】図１Ａ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
半導体装置であって、
スイッチコンバータのハイサイドスイッチおよびローサイドスイッチを駆動するように構成されたドライバ回路と、
前記ハイサイドスイッチおよび前記ローサイドスイッチの少なくとも一方を駆動するために、前記ドライバ回路によって出力されたゲート電流に電流ディップを注入するように構成された回路と、
を備える、半導体装置。
スイッチコンバータのハイサイドスイッチおよびローサイドスイッチを駆動するように構成されたドライバ回路と、
前記ハイサイドスイッチおよび前記ローサイドスイッチの少なくとも一方を駆動するために、前記ドライバ回路によって出力されたゲート電流に電流ディップを注入するように構成された回路と、
を備える、半導体装置。
【請求項2】
前記回路は、
前記ハイサイドスイッチを駆動するために、前記ドライバ回路によって出力された第１のゲート電流に第１の電流ディップを注入し、
前記ローサイドスイッチを駆動するために、前記ドライバ回路によって出力された第２のゲート電流に第２の電流ディップを注入するように構成される、
請求項１に記載の半導体装置。
前記ハイサイドスイッチを駆動するために、前記ドライバ回路によって出力された第１のゲート電流に第１の電流ディップを注入し、
前記ローサイドスイッチを駆動するために、前記ドライバ回路によって出力された第２のゲート電流に第２の電流ディップを注入するように構成される、
請求項１に記載の半導体装置。
【請求項3】
前記ドライバ回路は、タイミングコントローラをさらに備え、
前記タイミングコントローラは、
前記電流ディップの少なくとも１つのパラメータを示すディップ設定を受信し、
前記ディップ設定に従って前記電流ディップを注入するように前記回路を制御するように構成される、
請求項１に記載の半導体装置。
前記タイミングコントローラは、
前記電流ディップの少なくとも１つのパラメータを示すディップ設定を受信し、
前記ディップ設定に従って前記電流ディップを注入するように前記回路を制御するように構成される、
請求項１に記載の半導体装置。
【請求項4】
前記少なくとも１つのパラメータは、少なくとも１つのディップ遅延を含む、請求項３に記載の半導体装置。
【請求項5】
前記ドライバ回路は、ルックアップテーブル（ＬＵＴ）をさらに備え、
前記ドライバ回路は、
前記ハイサイドスイッチおよび前記ローサイドスイッチの少なくとも一方に関連する感知した電流を受信し、
前記ルックアップテーブルを使用して、前記電流ディップのディップ設定を決定し、
前記ディップ設定に従って前記電流ディップを注入するように前記回路を制御するように構成される、
請求項１に記載の半導体装置。
前記ドライバ回路は、
前記ハイサイドスイッチおよび前記ローサイドスイッチの少なくとも一方に関連する感知した電流を受信し、
前記ルックアップテーブルを使用して、前記電流ディップのディップ設定を決定し、
前記ディップ設定に従って前記電流ディップを注入するように前記回路を制御するように構成される、
請求項１に記載の半導体装置。
【請求項6】
前記ドライバ回路は、前記感知した電流をデジタルコードに変換するように構成されたアナログ・デジタルコンバータ（ＡＤＣ）をさらに備え、
前記ドライバ回路は、前記デジタルコードを前記ルックアップテーブルに入力して、前記ディップ設定を決定するように構成される、
請求項５に記載の半導体装置。
前記ドライバ回路は、前記デジタルコードを前記ルックアップテーブルに入力して、前記ディップ設定を決定するように構成される、
請求項５に記載の半導体装置。
【請求項7】
前記ドライバ回路は、前記ハイサイドスイッチおよび前記ローサイドスイッチの少なくとも一方に関連する感知した電流で発生したリンギングのスイングを検出するように構成されたスイング検出回路をさらに備え、
前記ドライバ回路は、
検出された前記スイングを使用して前記電流ディップのディップ設定を決定し、
前記ディップ設定に従って前記電流ディップを注入するように前記回路を制御するようにさらに構成される、
請求項１に記載の半導体装置。
前記ドライバ回路は、
検出された前記スイングを使用して前記電流ディップのディップ設定を決定し、
前記ディップ設定に従って前記電流ディップを注入するように前記回路を制御するようにさらに構成される、
請求項１に記載の半導体装置。
【請求項8】
前記ドライバ回路は、前記ハイサイドスイッチおよび前記ローサイドスイッチの少なくとも一方に関連する感知した電流で発生したリンギングを検出するように構成されたリンギング検出回路をさらに備え、
前記ドライバ回路は、
検出された前記リンギングを使用して前記電流ディップのディップ設定を決定し、
前記ディップ設定に従って前記電流ディップを注入するように前記回路を制御するようにさらに構成される、
請求項１に記載の半導体装置。
前記ドライバ回路は、
検出された前記リンギングを使用して前記電流ディップのディップ設定を決定し、
前記ディップ設定に従って前記電流ディップを注入するように前記回路を制御するようにさらに構成される、
請求項１に記載の半導体装置。
【請求項9】
ハイサイドスイッチおよびローサイドスイッチを含むスイッチコンバータと、
ドライバ回路と、
前記ドライバ回路を制御する制御信号を提供するように構成されたコントローラと、
を備えるシステムであって、
前記ドライバ回路は、
前記スイッチコンバータ内の前記ハイサイドスイッチおよび前記ローサイドスイッチを駆動し、
前記ハイサイドスイッチおよび前記ローサイドスイッチの少なくとも一方を駆動するために、前記ドライバ回路によって出力されたゲート電流に電流ディップを注入するように構成される、
システム。
ドライバ回路と、
前記ドライバ回路を制御する制御信号を提供するように構成されたコントローラと、
を備えるシステムであって、
前記ドライバ回路は、
前記スイッチコンバータ内の前記ハイサイドスイッチおよび前記ローサイドスイッチを駆動し、
前記ハイサイドスイッチおよび前記ローサイドスイッチの少なくとも一方を駆動するために、前記ドライバ回路によって出力されたゲート電流に電流ディップを注入するように構成される、
システム。
【請求項10】
前記ドライバ回路は、
前記ハイサイドスイッチを駆動するために、前記ドライバ回路によって出力された第１のゲート電流に第１の電流ディップを注入し、
前記ローサイドスイッチを駆動するために、前記ドライバ回路によって出力された第２のゲート電流に第２の電流ディップを注入するように構成される、
請求項９に記載のシステム。
前記ハイサイドスイッチを駆動するために、前記ドライバ回路によって出力された第１のゲート電流に第１の電流ディップを注入し、
前記ローサイドスイッチを駆動するために、前記ドライバ回路によって出力された第２のゲート電流に第２の電流ディップを注入するように構成される、
請求項９に記載のシステム。
【請求項11】
前記ドライバ回路は、タイミングコントローラをさらに備え、
前記タイミングコントローラは、前記電流ディップの少なくとも１つのパラメータを示すディップ設定を受信するように構成され、前記少なくとも１つのパラメータは、少なくとも１つのディップ遅延を含み、
前記タイミングコントローラは、前記ディップ設定に従って前記電流ディップを注入するように構成される、
請求項９に記載のシステム。
前記タイミングコントローラは、前記電流ディップの少なくとも１つのパラメータを示すディップ設定を受信するように構成され、前記少なくとも１つのパラメータは、少なくとも１つのディップ遅延を含み、
前記タイミングコントローラは、前記ディップ設定に従って前記電流ディップを注入するように構成される、
請求項９に記載のシステム。
【請求項12】
前記ドライバ回路は、ルックアップテーブル（ＬＵＴ）をさらに備え、
前記ドライバ回路は、
前記ハイサイドスイッチおよび前記ローサイドスイッチの少なくとも一方に関連する感知した電流を受信し、
前記ルックアップテーブルを使用して、前記電流ディップのディップ設定を決定し、
前記ディップ設定に従って前記電流ディップを注入するように構成される、
請求項９に記載のシステム。
前記ドライバ回路は、
前記ハイサイドスイッチおよび前記ローサイドスイッチの少なくとも一方に関連する感知した電流を受信し、
前記ルックアップテーブルを使用して、前記電流ディップのディップ設定を決定し、
前記ディップ設定に従って前記電流ディップを注入するように構成される、
請求項９に記載のシステム。
【請求項13】
前記ドライバ回路は、前記ハイサイドスイッチおよび前記ローサイドスイッチの少なくとも一方に関連する感知した電流で発生したリンギングのスイングを検出するように構成されたスイング検出回路をさらに備え、
前記ドライバ回路は、
検出された前記スイングを使用して前記電流ディップのディップ設定を決定し、
前記ディップ設定に従って前記電流ディップを注入するようにさらに構成される、
請求項９に記載のシステム。
前記ドライバ回路は、
検出された前記スイングを使用して前記電流ディップのディップ設定を決定し、
前記ディップ設定に従って前記電流ディップを注入するようにさらに構成される、
請求項９に記載のシステム。
【請求項14】
前記ドライバ回路は、前記ハイサイドスイッチおよび前記ローサイドスイッチの少なくとも一方に関連する感知した電流で発生したリンギングを検出するように構成されたリンギング検出回路をさらに備え、
前記ドライバ回路は、
検出された前記リンギングを使用して前記電流ディップのディップ設定を決定し、
前記ディップ設定に従って前記電流ディップを注入するようにさらに構成される、
請求項９に記載のシステム。
前記ドライバ回路は、
検出された前記リンギングを使用して前記電流ディップのディップ設定を決定し、
前記ディップ設定に従って前記電流ディップを注入するようにさらに構成される、
請求項９に記載のシステム。
【請求項15】
スイッチコンバータを動作させるための方法であって、
スイッチコンバータのハイサイドスイッチおよびローサイドスイッチの切り替えを行うステップと、
前記ハイサイドスイッチおよび前記ローサイドスイッチの少なくとも一方を駆動するために使用される少なくとも１つのゲート電流に電流ディップを注入して、前記ハイサイドスイッチと前記ローサイドスイッチとの間のスイッチノードでのリンギングを低減するステップと、
を含む、方法。
スイッチコンバータのハイサイドスイッチおよびローサイドスイッチの切り替えを行うステップと、
前記ハイサイドスイッチおよび前記ローサイドスイッチの少なくとも一方を駆動するために使用される少なくとも１つのゲート電流に電流ディップを注入して、前記ハイサイドスイッチと前記ローサイドスイッチとの間のスイッチノードでのリンギングを低減するステップと、
を含む、方法。
【請求項16】
前記ハイサイドスイッチと前記ローサイドスイッチとの間のスイッチノードでのリンギングの発生を検出するステップと、
前記リンギングの発生を検出したことに応答して、前記ハイサイドスイッチおよび前記ローサイドスイッチの少なくとも一方を駆動するために使用される前記少なくとも１つのゲート電流に前記電流ディップを注入するステップと、
をさらに含む、請求項１５に記載の方法。
前記リンギングの発生を検出したことに応答して、前記ハイサイドスイッチおよび前記ローサイドスイッチの少なくとも一方を駆動するために使用される前記少なくとも１つのゲート電流に前記電流ディップを注入するステップと、
をさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項17】
前記スイッチノードでのリンギングの発生を検出する前記ステップは、
前記スイッチノードでの電圧の周波数が所定の閾値を上回るかを判定するステップと、
前記スイッチノードでの前記電圧の周波数が前記所定の閾値を上回ることに応答して、前記スイッチノードでリンギングが発生したことを判定するステップと、
を含む、請求項１６に記載の方法。
前記スイッチノードでの電圧の周波数が所定の閾値を上回るかを判定するステップと、
前記スイッチノードでの前記電圧の周波数が前記所定の閾値を上回ることに応答して、前記スイッチノードでリンギングが発生したことを判定するステップと、
を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項18】
前記少なくとも１つのゲート電流に前記電流ディップを注入する前記ステップは、前記少なくとも１つのゲート電流を低減するために特定の時間に前記電流ディップを注入するステップを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項19】
前記ハイサイドスイッチおよび前記ローサイドスイッチの少なくとも一方に関連する感知した電流を受信するステップと、
ルックアップテーブル（ＬＵＴ）を使用して、前記電流ディップのディップ設定を決定するステップと、
前記ディップ設定に従って前記電流ディップを注入するステップと、
をさらに含む、請求項１５に記載の方法。
ルックアップテーブル（ＬＵＴ）を使用して、前記電流ディップのディップ設定を決定するステップと、
前記ディップ設定に従って前記電流ディップを注入するステップと、
をさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項20】
前記ハイサイドスイッチおよび前記ローサイドスイッチの少なくとも一方に関連する感知した電流に発生するリンギング、ならびに
前記ハイサイドスイッチおよび前記ローサイドスイッチの少なくとも一方に関連する感知した電流に発生するリンギングのスイング
のうちの少なくとも一方を検出するステップと、
検出された前記スイングおよび検出された前記リンギングの少なくとも一方を使用して、前記電流ディップのディップ設定を決定するステップと、
前記ディップ設定に従って前記電流ディップを注入するステップと、
をさらに含む、請求項１５に記載の方法。
前記ハイサイドスイッチおよび前記ローサイドスイッチの少なくとも一方に関連する感知した電流に発生するリンギングのスイング
のうちの少なくとも一方を検出するステップと、
検出された前記スイングおよび検出された前記リンギングの少なくとも一方を使用して、前記電流ディップのディップ設定を決定するステップと、
前記ディップ設定に従って前記電流ディップを注入するステップと、
をさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
［関連出願の相互参照］
本願は、２０２３年４月１９日に出願された「ＤＩＰ ＩＮＪＥＣＴＩＯＮ ＦＯＲ ＬＯＷ ＥＭＩ ＧＡＴＥ ＤＲＩＶＥ」と題する米国特許出願第６３／４６０，４７６号の優先権を主張する。その全文は、参照により本願に組み込まれる。
本願は、２０２３年４月１９日に出願された「ＤＩＰ ＩＮＪＥＣＴＩＯＮ ＦＯＲ ＬＯＷ ＥＭＩ ＧＡＴＥ ＤＲＩＶＥ」と題する米国特許出願第６３／４６０，４７６号の優先権を主張する。その全文は、参照により本願に組み込まれる。
【0002】
本開示は、一般に、半導体装置に関する。より詳細には、本開示は、リンギングおよびＥＭＩ（電磁干渉）を低減するためのゲートドライバ用ディップ注入に関する。
【背景技術】
【0003】
電圧レギュレータやスイッチングコンバータは、入力電圧を所望の電圧レベルをもつ出力電圧に変換することができる。スイッチングコンバータは、コントローラと、１対のゲートドライバと、ハイサイドスイッチおよびローサイドスイッチを含む１対のスイッチと、を含むことができる。コントローラは、制御信号（例えば、ＰＷＭ（パルス幅変調）信号またはＰＦＭ（パルス周波数変調）信号）を１対のゲートドライバに提供することができる。ゲートドライバは、制御信号に従って、ハイサイドスイッチおよびローサイドスイッチを交互に駆動することができる。この交互の切り替えにより、入力電圧を出力電圧に変換することができる。
【発明の概要】
【0004】
一実施形態において、一般に、スイッチコンバータを動作させるための半導体装置が提供される。半導体装置は、スイッチコンバータのハイサイドスイッチおよびローサイドスイッチを駆動するように構成されたドライバ回路を含むことができる。さらに、半導体装置は、ハイサイドスイッチおよびローサイドスイッチの少なくとも一方を駆動するために、ドライバ回路によって出力されたゲート電流に電流ディップを注入するように構成された回路を含むことができる。
【0005】
一実施形態において、一般に、スイッチコンバータを動作させるためのシステムが提供される。該システムは、ハイサイドスイッチおよびローサイドスイッチを含むスイッチコンバータを含むことができる。さらに、該システムは、ドライバ回路を含むことができる。さらに、該システムは、ドライバ回路を制御するための制御信号を提供するように構成されたコントローラを含むことができる。ドライバ回路は、スイッチコンバータ内のハイサイドスイッチおよびローサイドスイッチを駆動するように構成され得る。ドライバ回路は、ハイサイドスイッチおよびローサイドスイッチの少なくとも一方を駆動するために、ドライバ回路によって出力されたゲート電流に電流ディップを注入するように構成され得る。
【0006】
一実施形態において、一般に、スイッチコンバータを動作させるための方法が提供される。該方法は、スイッチコンバータのハイサイドスイッチおよびローサイドスイッチを切り替えるステップを含むことができる。さらに、該方法は、ハイサイドスイッチとローサイドスイッチとの間のスイッチノードでのリンギングを低減するために、ハイサイドスイッチおよびローサイドスイッチの少なくとも一方を駆動するために使用されている少なくとも１つのゲート電流に電流ディップを注入するステップを含むことができる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1A】一実施形態における、ゲートドライバ用ディップ注入を実現することができるシステムを示す図である。
【図1B】一実施形態における、ゲートドライバ用ディップ注入を実現することができる別のシステムを示す図である。
【図1C】一実施形態における、ゲートドライバ用ディップ注入を実現することができる別のシステムを示す図である。
【図1D】一実施形態における、ゲートドライバ用ディップ注入を実現することができる別のシステムを示す図である。
【図1E】一実施形態におけるディップ注入回路の応用例を示す図である。
【図2A】一実施形態におけるゲートドライバ用ディップ注入の実装例を示す図である。
【図2B】一実施形態におけるゲートドライバ用ディップ注入の別の実装例を示す図である。
【図2C】一実施形態におけるゲートドライバ用ディップ注入の別の実装例を示す図である。
【図2D】一実施形態におけるゲートドライバ用ディップ注入の別の実装例を示す図である。
【図2E】一実施形態におけるゲートドライバ用ディップ注入の別の実装例を示す図である。
【図2F】一実施形態におけるゲートドライバ用ディップ注入の別の実装例を示す図である。
【図3A】一実施形態におけるディップ注入回路の動作に影響を与える場合がある様々なゲート電流経路を示す図である。
【図3B-1】一実施形態における、第１のシナリオでのゲートドライバ用ディップ注入の影響を示す図である。
【図3B-2】一実施形態における、第１のシナリオでのゲートドライバ用ディップ注入の影響を示す図である。
【図3C-1】一実施形態における、第２のシナリオでのゲートドライバ用ディップ注入の影響を示す図である。
【図3C-2】一実施形態における、第２のシナリオでのゲートドライバ用ディップ注入の影響を示す図である。
【図3D-1】一実施形態における、第３のシナリオでのゲートドライバ用ディップ注入の影響を示す図である。
【図3D-2】一実施形態における、第３のシナリオでのゲートドライバ用ディップ注入の影響を示す図である。
【図3E-1】一実施形態における、第４のシナリオでのゲートドライバ用ディップ注入の影響を示す図である。
【図3E-2】一実施形態における、第４のシナリオでのゲートドライバ用ディップ注入の影響を示す図である。
【図4】一実施形態における、ゲートドライバ用ディップ注入を実現するプロセスのフロー図である。
【図5A】一実施形態におけるゲートドライバ用ディップ注入の別の実装例を示す図である。
【図5B】一実施形態におけるゲートドライバ用ディップ注入の別の実装例を示す図である。
【図5C】一実施形態におけるゲートドライバ用ディップ注入の別の実装例を示す図である。
【図5D】一実施形態におけるゲートドライバ用ディップ注入の別の実装例を示す図である。
【図5E】一実施形態におけるゲートドライバ用ディップ注入の別の実装例を示す図である。
【図5F】一実施形態におけるゲートドライバ用ディップ注入の別の実装例を示す図である。
【図5G】一実施形態におけるゲートドライバ用ディップ注入の別の実装例を示す図である。
【図6A】ドライバＩＣの実装例における、ゲートドライバ用ディップ注入の影響を示す図である。
【図6B】ドライバＩＣの別の実装例における、ゲートドライバ用ディップ注入の影響を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下の説明では、本願の様々な実施形態の理解を促すために、特定の構造、構成要素、材料、寸法、処理ステップ、および技術などを含む多数の具体的な詳細が記載されている。しかしながら、当業者であれば、本願の様々な実施形態が、これらの具体的な詳細なしに実現され得ることを理解するであろう。場合によっては、本願を不明瞭にしないために、既知の構造または処理ステップの詳細に関する説明を省略する。
【0009】
リンギングは、スイッチングコンバータのハイサイドスイッチおよびローサイドスイッチの一方がオンおよびオフされた後に、ハイサイドスイッチとローサイドスイッチとの間のスイッチノードで発生する場合がある。リンギングは、スイッチングコンバータがＥＭＩ（電磁干渉）として知られる不要な無線周波数ノイズを放出させる場合があり、これにより、電子機器の動作不良、誤動作、あるいは完全な動作停止が引き起こされる場合がある。ハイサイドスイッチおよびローサイドスイッチが比較的速い速度で駆動される場合、スイッチングコンバータの効率が向上し、損失が減少するが、ＥＭＩは増加する可能性がある。ハイサイドスイッチおよびローサイドスイッチが比較的遅い速度で駆動される場合、スイッチングコンバータの効率が低下し、損失が増加するが、ＥＭＩは減少する可能性がある。
【0010】
図１Ａは、一実施形態における、ゲートドライバ用ディップ注入を実現することができるシステムを示す図である。図１Ａに示すシステム１００は、コントローラ１０２と、ドライバＩＣ（集積回路）１０４と、ハイサイドスイッチＨＳと、ローサイドスイッチＬＳと、を少なくとも含むことができる。ドライバＩＣ１０４は、ＨＳを駆動するように構成されたドライバと、ＬＳを駆動するように構成された別のドライバと、を含むことができる。コントローラ１０２は、制御信号（例えば、ＰＷＭまたはＰＦＭ）をドライバＩＣ１０４に提供することができ、ドライバＩＣ１０４内のドライバは、ＨＳおよびＬＳを交互に駆動して、入力電圧Ｖｉｎを出力電圧Ｖｏｕｔに変換することができる。システム１００は、半導体装置のような装置によって実現され得る。一実施形態において、ＨＳスイッチおよびＬＳスイッチは、ＭＯＳＦＥＴ（金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）などのＦＥＴ（電界効果トランジスタ）であり得る。他の実施形態において、ＨＳスイッチおよびＬＳスイッチは、ダイオードまたはＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）であり得る。
【0011】
ＨＳがオンされるとＬＳはオフにされ、ＬＳがオンにされるとＨＳはオフになる。ＨＳがオンにされてＬＳがオフにされると、ＨＳとＬＳとの間のスイッチノードＳＷでの電圧ＶＳＷは、Ｖｉｎに引き上げられて、ＶＳＷはＶｉｎと等価になる。ＨＳがオフにされてＬＳがオンにされると、スイッチノードＳＷでの電圧ＶＳＷは、接地に引き下げられて、ＶＳＷはゼロと等価になる。ＨＳおよびＬＳの一方がオンおよびオフされる各瞬間に、スイッチノードＳＷでリンギングが発生する場合がある。ＨＳスイッチおよびＬＳスイッチの両方の遷移は、リンギングに寄与する可能性がある。例えば、図１Ａに示すＶＳＷの波形は、スイッチノードＳＷの電流の流れ方向がＳＷから離れているケースを示している。ＬＳのオンからオフへの遷移、ＨＳのオフからオンへの遷移、ＨＳのオンからオフへの遷移、およびＬＳのオフからオンへの遷移の各々は、図１Ａの波形が示すリンギングに寄与する可能性がある。
【0012】
スイッチノードＳＷでのリンギングによって、システム１００がＥＭＩ（電磁干渉）などの不要な無線周波数ノイズを放出する可能性がある。スイッチノードＳＷでのリンギングが増加するにつれてＥＭＩも増加する可能性があるため、ＨＳおよびＬＳがオンおよびオフされたときにスイッチノードＳＷでのリンギングが低減されることが望ましい。しかしながら、ここではＥＭＩとエネルギー損失がトレードオフの関係にある。ドライバＩＣ１０４が比較的速い速度でＨＳおよびＬＳを駆動する場合、システム１００の効率が向上し、損失が減少するが、ＥＭＩは増加する。ドライバＩＣ１０４が比較的遅い速度でＨＳおよびＬＳを駆動する場合、システム１００の効率が低下し、損失が増加するが、ＥＭＩを減少させることができる。
【0013】
リンギングを低減し（この場合ＥＭＩも低減する）、エネルギー損失を低減するために、システム１００は、ディップ注入１０６を実行して、ＨＳおよびＬＳの一方の駆動に使用されるゲート電流Ｉｇａｔｅに電流ディップを注入することができる。ディップ注入１０６は、システム１００のハードウェア、ソフトウェア、またはハードウェアとソフトウェアの組み合わせによって実現され得る。例えば、ディップ注入１０６は、ドライバＩＣ１０４内のディップ注入回路によって実現され得る。別の実施例において、ディップ注入１０６は、コントローラ１０２によって実現され得る。ディップ注入１０６の様々な実装例については後述する。電流ディップは、比較的短時間の間Ｉｇａｔｅを増加させる正のディップ（ＰＯＳ）、あるいは比較的短時間の間Ｉｇａｔｅを減少させる負のディップ（ＮＥＧ）であり得る。ディップ注入１０６は、Ｉｇａｔｅによって駆動されるスイッチ（ＨＳまたはＬＳ）がオフにされるかオンにされるかに応じて、正のディップまたは負のディップを提供することができる。ディップ注入１０６から提供される電流ディップは、スイッチノードＳＷでのリンギングを低減することができ、Ｉｇａｔｅによって駆動されるスイッチ（ＨＳまたはＬＳ）がオフからオン、またはオンからオフにされるまでの遷移時間を短縮することができる。この遷移時間の短縮により、スイッチング損失を低減することができる。図１Ａに示す実施形態において、ディップ注入１０６を実行して、ＬＳを駆動するＩｇａｔｅに電流ディップを注入することができる。
【0014】
コントローラ１０２は、スイッチノードＳＷでのリンギングの発生を検出するように構成され得る。一実施形態において、コントローラ１０２は、スイッチノード電圧ＶＳＷの周波数および／または振幅と、所定の閾値とを比較することができる。ＶＳＷの周波数および／または振幅が所定の閾値を上回る場合、コントローラ１０２は、ディップ注入１０６を実行して、あるいはディップ注入１０６のために実装されている他のハードウェアを制御して、ゲート電流Ｉｇａｔｅに電流ディップを注入することができる。別の実施形態において、コントローラ１０２は、特定の時間に、ディップ注入１０６を実行して、あるいはディップ注入１０６のために実装されている他のハードウェアを制御して、Ｉｇａｔｅに電流ディップを注入することができる。例えば、コントローラ１０２によって出力された制御信号に従って、コントローラ１０２は、ＨＳスイッチおよびＬＳスイッチのスイッチオン時間およびスイッチオフ時間を決定することができる。コントローラ１０２は、ＨＳスイッチおよびＬＳスイッチのスイッチオン時間およびスイッチオフ時間に従ってディップ注入１０６を実行するかどうかを決定し、遷移中にＳＷで発生し得る潜在的なリンギングを低減することができる。
【0015】
図１Ｂに示す別の実施形態において、ディップ注入１０６を実行して、ＨＳを駆動するゲート電流に電流ディップを注入することができる。図１Ｃに示す別の実施形態において、ディップ注入１０６を実行して、ＨＳおよびＬＳの両方のためのゲート電流に電流ディップを注入することができる。さらに、図１Ｄに示すように、本明細書に記載のディップ注入１０６は、ＨＳとＬＳが異なるタイプのスイッチである場合の非同期スイッチコンバータについて実行され得る。図１Ｅに示す実施形態において、ディップ注入１０６は、ＨＳがダイオードでＬＳがＦＥＴである場合の非同期スイッチを有するブーストコンバータに対して実行され得る。
【0016】
図１Ｅは、一実施形態におけるディップ注入回路の応用例を示す図である。図１Ｅに示す実施例において、システム１４０は、電気自動車（ＥＶ）の一部であり得る。システム１４０は、複数のチップ１１０、１２０、１３０と、コントローラ１４２と、マスター制御ユニット（ＭＣＵ）１４４と、コンポーネント１４６と、を含むことができる。コントローラ１４２は、図１Ａに示すコントローラ１０２と同じであり得る。チップ１１０、１２０、１３０の各々は、図１Ａに示すように、ドライバＩＣ１０４などのドライバＩＣと、ＨＳおよびＬＳなどの１対のスイッチと、を含むことができる。チップ１１０は、ＨＳを駆動するように構成されたドライバ１１２と、ＬＳを駆動するように構成されたドライバ１１４と、を含むことができる。ここで、ドライバ１１２およびドライバ１１４は、図１Ａに示すドライバＩＣ１０４の一部であり得る。
【0017】
ディップ注入１０６を実現することができる他の応用例として、トラクションインバータ、オンボードチャージャー、ＤＣ・ＤＣコンバータ、またはスイッチノードにリンギングがあるＥＶの任意のスイッチングシステムが挙げられる。例えば、コントローラ１４２およびチップ１１０、１２０、１３０は、ＥＶの高電圧バッテリパックからコンポーネント１４６へのエネルギーの流れを管理するトラクションインバータを実装することができる。コンポーネント１４６がＥＶ内のモータのロータである場合、システム１４０は、ロータを制御する合計６つのドライバと６つのスイッチを含むことができる。ロータは、３つのコイルを含むことができる。ロータ内の各コイルは、それぞれスイッチノードＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３を介して、チップ１１０、１２０、１３０のうちの１つから電力を受け取る。ＭＣＵ１４４は、ＥＶのＭＣＵであり得、スイッチノードＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３からの電流を感知し、感知した電流をコントローラ１４２に伝達して、ロータの閉ループ制御を実行するなど、様々な機能を実行することができる。ブラシレスモータを有するＥＶの場合、コンポーネント１４６は、ステータであり得る。
【0018】
図１Ｅに示す実施例において、ディップ注入１０６を実行して、チップ１１０内のＬＳを駆動するために使用されるゲート電流に電流ディップを注入することができる。チップ１１０内のＬＳを駆動するために使用されるゲート電流に電流ディップを注入することで、スイッチノードＳＷ１でのリンギングを低減することができる。別の実施形態（図示せず）において、ディップ注入１０６をチップ１１０内で実行し、チップ１１０内のＨＳを駆動するために使用されるゲート電流に電流ディップを注入して、スイッチノードＳＷ１でのリンギングを低減することができる。また、チップ１２０、１３０は、スイッチノードＳＷ２、ＳＷ３でのリンギングを低減するために、ディップ注入１０６のそれぞれのコピーを含むことができる。
【0019】
図２Ａは、一実施形態におけるゲートドライバ用ディップ注入の実装例を示す図である。図２Ａに示す実施例において、ＬＳは、ドライバ１１４によって電圧モードで駆動され、図１Ａおよび図１Ｂに示すディップ注入１０６は、ディップ注入回路２０２によって実現され得る。ドライバ１１４によって出力された電圧をゲート抵抗Ｒｇに印加し、ゲート電流Ｉｇａｔｅを生成することができる。ディップ注入回路２０２は、増幅器２０４と、キャパシタＣと、を含むことができる。図２Ａに示す波形２０６を参照すると、増幅器２０４によって注入信号ＩＮＪが出力され、ＩＮＪがＨＩＧＨからＬＯＷに遷移すると、ＬＳを駆動するために使用されるゲート電流Ｉｇａｔｅに負のディップ２０８が注入され得る。さらに、キャパシタＣの容量は、ディップ２０８の持続時間や振幅を含むディップ２０８のサイズを定義することができる。
【0020】
図２Ｂは、一実施形態におけるゲートドライバ用ディップ注入の別の実装例を示す図である。図２Ｂに示す実施例において、ＬＳは、電流源２１０によって電流モードで駆動され、図１Ａおよび図１Ｂに示すディップ注入１０６は、ディップ注入回路２０２によって実現され得る。電流源２１０によって出力された電流は、ゲート電流Ｉｇａｔｅであり得る。図２Ｂに示す波形２１２を参照すると、増幅器２０４によって注入信号ＩＮＪが出力され、ＩＮＪがＨＩＧＨからＬＯＷに遷移すると、ＬＳを駆動するために使用されるゲート電流Ｉｇａｔｅに負のディップ２１４が注入され得る。
【0021】
図２Ｃは、一実施形態におけるゲートドライバ用ディップ注入の別の実装例を示す図である。図２Ｃに示す実施例において、ＬＳは、デジタル・アナログコンバータ（ＤＡＣ）コード２２２を使用して選択された電流源２２０によって電流モードで駆動され得る。ＤＡＣコード２２２は、バイナリデジタル入力コードから変換された量子化アナログ出力であり得る。ＤＡＣコード２２２は、コントローラ１０２によって生成され得るか、または一部の実施形態において、様々なシナリオ下で様々なＤＡＣコードを生成するように構成されたコントローラ１０２内の特定の回路（例えば、論理回路または集積回路）によって生成され得る。様々なＤＡＣコードによって、ＬＳを駆動するＩｇａｔｅを出力するために様々な電流源を選択することができる。様々な電流源は、Ｉｇａｔｅの様々な値を提供することができる。図２Ｃに示す波形２２４を参照すると、第１のＤＡＣコードは第１のゲート電流値Ｉｇａｔｅ－１をもたらし、第２のＤＡＣコードは別のゲート電流値Ｉｇａｔｅ－２をもたらし、第３のＤＡＣコードはディップ２２６を生成するゲート電流値Ｉｇａｔｅ－３をもたらすことができる。様々なＤＡＣコードを使用してゲート電流にディップを注入することで、任意のサイズまたは形状のディップを生成することができる。
【0022】
図２Ｄは、一実施形態におけるゲートドライバ用ディップ注入の別の実装例を示す図である。図２Ｄに示す実施例において、ＬＳは、２つ以上の電流源２３０、２３２によって電流モードで駆動され得る。電流源２３０、２３２の各々は、Ｉｇａｔｅが異なるように修正されるように、異なる量の電流を出力することができる。図２Ｄに示す波形２３４を参照すると、Ｉｇａｔｅは、電流源２３０によって最初に出力され得る。ディップ２３６を生成するために、電流源２３２は、ディップ２３６を生成するＩｇａｔｅを引き下げてＩｇａｔｅを修正するようにアクティブ化され得る。したがって、２つ以上の電流源によって生成された電流の重なりを使用して、ＬＳを駆動するために使用されるＩｇａｔｅに電流ディップを注入することができる。一実施形態において、コントローラ１０２は、電流源２３０、２３２をアクティブ化または非アクティブ化する様々なタイミングを制御する制御信号を出力することができる。一部の実施形態において、コントローラ１０２内の特定の回路（例えば、論理回路または集積回路）は、様々なタイミングで電流源２３０、２３２をアクティブ化または非アクティブ化するための制御信号を生成するように構成され得る。
【0023】
図２Ｅは、一実施形態におけるゲートドライバ用ディップ注入の別の実装例を示す図である。図２Ｅに示す実施例において、コントローラ１０２は、特定の時間でＩｇａｔｅを低減することで電流ディップを注入することができる。コントローラ１０２は、特定の時間でＨＩＧＨからＬＯＷに遷移するタイミング信号ＯＵＴを出力することができる。この遷移により、ディップ２３６がＩｇａｔｅに注入される。なお、ＯＵＴがＨＩＧＨにある場合、Ｉｇａｔｅは通常の速度のままであることに留意されたい。図２Ｆは、特定の時間でＩｇａｔｅを低減させるタイミング信号ＯＵＴをコントローラ１０２が出力する同様の実装例を示している。
【0024】
図３Ａは、一実施形態におけるディップ注入回路の動作に影響を与える場合がある異なるゲート電流経路を示す図である。一部の応用例において、様々なオン速度および様々なオフ速度を実現するために、非対称ゲートドライバが望ましい。図３Ａには、非対称ゲートドライバの実装例が示されている。ここで、ドライバ１１４および第１のゲート抵抗ＲｇＯｎが充電経路を形成し、ドライバ１１４およびＲｇＯｆｆが放電経路を形成する。ＬＳをオンにするには、ゲート電流Ｉｇａｔｅを、ドライバ１１４からＲｇＯｎを介してＬＳのゲートに流す。ＬＳをオフにするには、ＬＳをソース端子ＬＳから放電し、放電した電流をドライバ１１４およびコントローラ１０２（図１Ａ、図１Ｂ参照）、さらには接地へと逆流させる。
【0025】
本明細書に記載のディップ注入１０６は、発生している遷移でＬＳがオンからオフにされているか、オフからオンにされているかに応じて、正のディップまたは負のディップを注入することができる。さらに、ディップ注入１０６は、様々なスイッチングシナリオ（例えば、オフからオンへ、またはオンからオフへのシナリオ）および様々な固定パラメータの下で、リンギングおよびエネルギー損失に影響を与えることができる。図３Ｂ－１および図３Ｂ－２を参照すると、ＬＳがオフからオンにされ、この切り替えに起因するＥＭＩが固定量に抑制されたシナリオ３１０が示されている。図３Ｂ－１および図３Ｂ－２において、シナリオ３１０における波形３１２は、ディップ注入が実行されなかった場合の様々な結果パラメータを示し、波形３１４は、ディップ注入が実行された場合の様々な結果パラメータを示している。所定の閾値を上回る周波数および／または振幅を有する可能性のあるスイッチノード電圧ＶＳＷの変化に応答して、ディップ注入１０６を実行して、ＬＳを駆動するゲート電流Ｉｇａｔｅに電流ディップを注入した。波形３１２と波形３１４とを比較すると、負のディップを注入した結果、リンギングを低減することができ、ＬＳがオフからオンに遷移するまでの遷移時間Ｔを短縮することができた。また、遷移時間Ｔの短縮は、エネルギー損失Ｌの低減につながった。
【0026】
図３Ｃ－１および図３Ｃ－２を参照すると、ＬＳがオンからオフにされ、この切り替えに起因するＥＭＩが固定量に抑制されたシナリオ３２０が示されている。図３Ｃ－１および図３Ｃ－２において、シナリオ３２０における波形３２２は、ディップ注入が実行されなかった場合の様々な結果パラメータを示し、波形３２４は、ディップ注入が実行された場合の様々な結果パラメータを示している。所定の閾値を上回る周波数および／または振幅を有する可能性のあるスイッチノード電圧ＶＳＷの変化に応答して、ディップ注入１０６を実行して、ＬＳを駆動するゲート電流Ｉｇａｔｅに電流ディップを注入した。波形３２２と波形３２４とを比較すると、正のディップを注入した結果、リンギングを低減することができ、ＬＳがオンからオフに遷移するまでの遷移時間Ｔを短縮することができた。また、遷移時間Ｔの短縮は、エネルギー損失Ｌの低減につながった。
【0027】
図３Ｄ－１および図３Ｄ－２を参照すると、ＬＳがオフからオンにされ、この切り替えに起因するエネルギー損失が固定量に抑制されたシナリオ３３０が示されている。図３Ｄ－１および図３Ｄ－２において、シナリオ３３０における波形３３２は、ディップ注入が実行されなかった場合の様々な結果パラメータを示し、波形３３４は、ディップ注入が実行された場合の様々な結果パラメータを示している。所定の閾値を上回る周波数および／または振幅を有する可能性のあるスイッチノード電圧ＶＳＷの変化に応答して、ディップ注入１０６を実行して、ＬＳを駆動するゲート電流Ｉｇａｔｅに電流ディップを注入した。波形３３２と波形３３４とを比較すると、負のディップを注入した結果、リンギングを低減することができ、ＬＳがオフからオンに遷移するまでの遷移時間Ｔを短縮することができた。また、リンギングの低減は、ＥＭＩの低減につながった。
【0028】
図３Ｅ－１および図３Ｅ－２を参照すると、ＬＳがオンからオフにされ、この切り替えに起因するエネルギー損失が固定量に抑制されたシナリオ３４０が示されている。図３Ｅ－１および図３Ｅ－２において、シナリオ３４０における波形３４２は、ディップ注入が実行されなかった場合の様々な結果パラメータを示し、波形３４４は、ディップ注入が実行された場合の様々な結果パラメータを示している。所定の閾値を上回る周波数および／または振幅を有する可能性のあるスイッチノード電圧ＶＳＷの変化に応答して、ディップ注入１０６を実行して、ＬＳを駆動するゲート電流Ｉｇａｔｅに電流ディップを注入した。波形３３４と波形３４４とを比較すると、正のディップを注入した結果、リンギングを低減することができ、ＬＳがオンからオフに遷移するまでの遷移時間Ｔを短縮することができた。また、リンギングの低減は、ＥＭＩの低減につながった。
【0029】
図４は、一実施形態における、ゲートドライバ用ディップ注入を実現するプロセスを示すフロー図である。プロセス４００は、１つまたは複数のブロック４０２および／または４０６によって示される１つまたは複数の操作、動作、または機能を含むことができる。個別のブロックとして図に示されているが、所望の用途に応じて、様々なブロックを追加のブロックに分割したり、より少ない数のブロックに組み合わせたり、省略したり、異なる順序で実行されたり、並行して実行されたりすることができる。
【0030】
プロセス４００は、例えば、図１Ａに示すシステム１００、図１Ｂに示すシステム１４０、またはスイッチノードでリンギングが発生し得るスイッチコンバータを含む他のシステムによって実行され得る。プロセス４００は、ブロック４０２で開始することができる。ブロック４０２では、スイッチコンバータのハイサイドスイッチおよびローサイドスイッチのうちの１つのスイッチがオンまたはオフされ得る。プロセス４００は、ブロック４０２からブロック４０４に進むことができる。ブロック４０４では、リンギングの発生を検出したことに応答して、切り替えられているスイッチを駆動するために使用されるゲート電流に電流ディップが注入され得る。
【0031】
一実施形態において、リンギングの発生は、ハイサイドスイッチとローサイドスイッチとの間のスイッチノードで検出され得る。リンギングの発生を検出したことに応答して、ハイサイドスイッチおよびローサイドスイッチの少なくとも一方を駆動するために使用される少なくとも１つのゲート電流に電流ディップが注入され得る。
【0032】
一実施形態において、スイッチノードでのリンギングの発生を検出するステップは、スイッチノードでの電圧の周波数が所定の閾値を上回るかを判定するステップと、スイッチノードでの電圧の周波数が所定の閾値を上回ることに応答して、スイッチノードでリンギングが発生したことを判定するステップと、を含むことができる。
【0033】
一実施形態において、少なくとも１つのゲート電流に電流ディップを注入するステップは、少なくとも１つのゲート電流を低減するために特定の時間に電流ディップを注入するステップと、ハイサイドスイッチおよびローサイドスイッチの少なくとも一方に関連する感知した電流を受信するステップと、ルックアップテーブル（ＬＵＴ）を使用して電流ディップのディップ設定を決定するステップと、ディップ設定に従って電流ディップを注入するステップと、を含むことができる。
【0034】
一実施形態において、ハイサイドスイッチおよびローサイドスイッチの少なくとも一方に関連する感知した電流に発生するリンギング、ならびにハイサイドスイッチおよびローサイドスイッチの少なくとも一方に関連する感知した電流に発生するリンギングのスイングの少なくとも一方を検出することができる。検出されたスイングおよび検出されたリンギングの少なくとも一方を使用して、電流ディップのディップ設定を決定し、ディップ設定に従って電流ディップを注入することができる。
【0035】
図におけるフローチャートおよびブロック図は、本発明の様々な実施形態によるシステム、方法、およびコンピュータプログラム製品の可能な実装のアーキテクチャ、機能性、および動作を示している。これに関して、フローチャートまたはブロック図における各ブロックは、指定された論理機能を実現するための１つまたは複数の実行可能命令を含む命令のモジュール、セグメント、またはその一部を表すことができる。いくつかの代替的な実装例において、ブロックに示された機能は、図に示す順序からはずれて発生してもよい。例えば、連続して示されている２つのブロックは、実際には、実質的に同時に実現されてもよく、関係する機能に応じて、場合によっては逆の順序で実現されてもよい。また、ブロック図および／またはフローチャートの各ブロック、ならびにそれらのブロックの組み合わせは、指定された機能または動作を実行する、または特別な目的のハードウェアおよびコンピュータ命令の組み合わせを実行する、特別な目的のハードウェアベースのシステムよって実現され得ることに留意されたい。
【0036】
図５Ａは、一実施形態におけるゲートドライバ用ディップ注入の別の実装例を示す図である。ドライバＩＣ１０４は、ＨＳを駆動するように構成されたＨＳドライバＩＣ５０３ａと、ＬＳを駆動するように構成されたＬＳドライバＩＣ５０３ｂと、を含むことができる。ＨＳドライバＩＣ５０３ａは、少なくとも１つのドライバ１１４ａと、絶縁トランシーバ５０４ａと、タイミングコントローラ５０２ａと、ディップ注入回路２０２ａと、を含むことができる。少なくとも１つのドライバ１１４ａは、ＨＳを駆動するように構成され得る。タイミングコントローラ５０２ａは、ディップ注入回路２０４ａおよびドライバ１１４ａにタイミング機能および設定を提供するように構成され得る。絶縁トランシーバ５０４ａは、コントローラ１０２からの通信情報をタイミングコントローラ５０２ａに転送するように構成され得る。ディップ注入回路２０４ａは、少なくとも１つのドライバ１１４ａによって出力されたゲート電流に電流ディップを注入するように構成され得る。ＬＳドライバＩＣ５０３ｂは、少なくとも１つのドライバ１１４ｂと、絶縁トランシーバ５０４ｂと、タイミングコントローラ５０２ｂと、ディップ注入回路２０４ｂと、を含むことができる。少なくとも１つのドライバ１１４ｂは、ＬＳを駆動するように構成され得る。タイミングコントローラ５０２ｂは、ディップ注入回路２０４ｂおよびドライバ１１４ｂにタイミング機能および設定を提供するように構成され得る。絶縁トランシーバ５０４ｂは、コントローラ１０２からの通信情報をタイミングコントローラ５０２ｂに転送するように構成され得る。ディップ注入回路２０４ｂは、少なくとも１つのドライバ１１４ｂによって出力されたゲート電流に電流ディップを注入するように構成され得る。ディップ注入回路２０２ａ、２０２ｂによって注入された電流ディップは、ＨＳとＬＳとの間のスイッチノードＳＷでのリンギングを低減することができ、ＨＳおよびＬＳがオン状態とオフ状態との間で切り替わるまでの遷移時間を短縮することができる。遷移時間の短縮により、スイッチング損失を低減することができる。
【0037】
図５Ｂは、一実施形態におけるゲートドライバ用ディップ注入の別の実装例を示す図である。本実施形態において、コントローラ１０２は、ＨＳ ＰＷＭ制御機能５０８およびＨＳディップ制御機能５１２、ならびにＬＳ ＰＷＭ制御機能５１０およびＬＳディップ制御機能５１４などの機能を実行するように構成され得る。コントローラ１０２は、ＨＳ ＰＷＭ制御機能５０８およびＬＳ ＰＷＭ制御機能５１０を実行して、ＨＳドライバＩＣ５０３ａおよびＬＳドライバＩＣ５０３ｂにそれぞれＰＷＭ信号を提供して、ＨＳおよびＬＳをそれぞれ駆動することができる。ＨＳ ＰＷＭ制御機能５０８およびＬＳ ＰＷＭ制御機能５１０によるＰＷＭ情報は、ＨＳディップ制御機能５１２およびＬＳディップ制御機能５１４にそれぞれ提供され得る。ＨＳからスイッチノードＳＷへのＨＳ電流５１６は、感知されてからコントローラ１０２にフィードバックされ得る。ＬＳから接地（ＧＮＤ）へのＬＳ電流５１８は、感知されてからコントローラ１０２にフィードバックされ得る。コントローラ１０２は、ＨＳ ＰＷＭ制御機能５０８から提供されたＨＳ電流５１６およびＰＷＭ情報をＨＳディップ制御機能５１２に入力することができ、ＨＳディップ制御機能５１２は、ディップ設定５２６を出力することができる。コントローラ１０２は、ＬＳ ＰＷＭ制御機能５１０から提供されたＬＳ電流５１８およびＰＷＭ情報をＬＳディップ制御機能５１４に入力することができ、ＬＳディップ制御機能５１４は、ディップ設定５２８を出力することができる。
【0038】
一実施形態において、ディップ設定５２６、５２８は、ディップ注入回路２０４ａ、２０４ｂをそれぞれ制御するように、ドライバＩＣ１０４内のタイミングコントローラ５０２ａおよび５０２ｂを構成することができる。例えば、コントローラ１０２は、それぞれのディップ遅延を決定し、決定されたディップ遅延をディップ設定５２６、５２８としてタイミングコントローラ５０２ａ、５０２ｂにそれぞれ送信することができる。ドライバＩＣ１０４の各々は、それぞれのＨＳスイッチまたはＬＳスイッチをオンにするための遅延パラメータと、それぞれのＨＳスイッチまたはＬＳスイッチをオフにするための遅延パラメータとを含む２つの遅延パラメータを有することができる。ディップ遅延は、ＰＷＭ信号の上昇または下降の開始から、電流ディップのディップ注入開始までの時間であり得る。タイミングコントローラ５０２ａ、５０２ｂは、ディップ遅延に従ってディップ注入回路２０２ａ、２０２ｂを制御することができる。例えば、タイミングコントローラ５０２ａは、ディップ設定５２６に示されているディップ遅延によって定義された時間にＨＳを駆動する電流に電流ディップを注入するように、ディップ注入回路２０２ａを制御することができる。タイミングコントローラ５０２ｂは、ディップ設定５２８に示されているディップ遅延によって定義された時間インスタンスにＬＳを駆動する電流に電流ディップを注入するように、ディップ注入回路２０２ｂを制御することができる。
【0039】
ルックアップテーブル（ＬＵＴ）５０６ａおよびタイミングコントローラ５０２ｂは、ＬＵＴ５０６ｂを含むことができる。ＬＵＴ５０６ａ、５０６ｂの各々は、異なる電流値（例えば、アンペアのデジタル表現）と異なるディップ遅延との間のマッピングまたは関連付けを含むことができる。ＨＳ電流５１６の受信に応答して、コントローラ１０２は、タイミングコントローラ５０２ａ内のＬＵＴ５０６ａにＨＳ電流５１６のデジタル表現を提供することができる。また、ＬＵＴ５０６ａは、ＨＳ電流５１６にマッピングされる、あるいはＨＳ電流５１６に関連するディップ遅延を出力することができる。同様に、ＬＳ電流５１８の受信に応答して、コントローラ１０２は、タイミングコントローラ５０２ｂ内のＬＵＴ５０６ｂにＬＳ電流５１８のデジタル表現を提供することができる。また、ＬＵＴ５０６ｂは、ＬＳ電流５１８にマッピングされる、あるいはＬＳ電流５１８に関連するディップ遅延を出力することができる。図５Ｄに示す別の実施形態において、ＨＳ電流５１６およびＬＳ電流５１８は、ドライバＩＣ１０４に直接送信され得る。ここで、アナログ・デジタルコンバータ（ＡＤＣ）５２２は、ＨＳ電流５１６およびＬＳ電流５１８を、ＬＵＴ５０６ａ、５０６ｂによって解釈可能または読み取り可能なデジタルコードなどのデジタル表現に変換することができる。
【0040】
図５Ｅは、一実施形態におけるゲートドライバ用ディップ注入の別の実装例を示す図である。本実施形態において、最適化されたディップ設定を決定するために、スイング情報および電流感知情報（例えば、ＨＳ電流５１６およびＬＳ電流５１８）がコントローラ１０２に送信され得る。図５Ｅに示す実施例において、タイミングコントローラ５０２ａは、回路５２０ａを含むことができ、タイミングコントローラ５０２ｂは、回路５２０ｂを含むことができる。回路５２０ａ、５２０ｂは、電流スイングなどの信号スイング（例えば、信号の範囲）を検出するように構成されたスイング検出回路であり得る。一実施形態において、ＨＳ電流５１６は、回路５２０ａにフィードバックされ得、回路５２０ａは、ＨＳ電流５１６で発生したリンギングの電流スイングを検出することができる。回路５２０ａは、ＨＳ電流５１６でのリンギングの振幅の範囲などの検出された電流スイングをスイング情報としてコントローラ１０２に送信することができる。コントローラ１０２は、ＨＳ電流５１６および回路５２０ａによって提供されたスイング情報に基づいて、ディップ設定５２６を決定することができる。ＨＳ電流５１６および回路５２０ａによって提供されたスイング情報に基づいて決定されたディップ設定５２６は、ＨＳ電流５１６でのリンギングの電流スイングを最小限に抑えることができるディップ遅延などの最適化されたディップ設定を示すことができる。
【0041】
ＬＳ電流５１８は、回路５２０ｂにフィードバックされ得、回路５２０ｂは、ＬＳ電流５１８で発生したリンギングの電流スイングを検出することができる。回路５２０ｂは、ＬＳ電流５１８でのリンギングの振幅の範囲などの検出された電流スイングをスイング情報としてコントローラ１０２に送信することができる。コントローラ１０２は、ＬＳ電流５１８および回路５２０ｂによって提供されたスイング情報に基づいて、ディップ設定５２８を決定することができる。ＬＳ電流５１８および回路５２０ｂによって提供されたスイング情報に基づいて決定されたディップ設定５２８は、ＬＳ電流５１８でのリンギングの電流スイングを最小限に抑えることができるディップ遅延などの最適化されたディップ設定を示すことができる。ＨＳ電流５１６およびＬＳ電流５１８のリンギングの電流スイングまたは振幅を最小限に抑えることで、スイッチノードＳＷでのリンギングを低減することができる。
【0042】
図５Ｆに示す別の例示的な実施形態において、タイミングコントローラ５０２ａは、回路５２２ａを含むことができ、タイミングコントローラ５０２ｂは、回路５２２ｂを含むことができる。回路５２２ａ、５２２ｂは、電流信号または感知した電流でのリンギングのタイミング（例えば、リンギングが発生する時間）を検出するように構成されたリンギング検出回路であり得る。一実施形態において、ＨＳ電流５１６は、回路５２２ａにフィードバックされ得、回路５２２ａは、ＨＳ電流５１６で発生したリンギングのタイミングを検出することができる。タイミングコントローラ５０２ａは、回路５２２ａおよびディップ設定５２６（コントローラ１０２によって提供される）によって検出されたリンギングのタイミングを使用して、ディップ注入回路２０２ａを制御することができる。例えば、タイミングコントローラ５０２ａは、回路５２２ａから検出されたリンギングのタイミングと同じである場合があるタイミングで電流ディップを注入するように、ディップ注入回路２０２ａを制御することができる。
【0043】
ＬＳ電流５１８は、回路５２２ｂにフィードバックされ得、回路５２２ｂは、ＬＳ電流５１８でのリンギングのタイミングを検出することができる。タイミングコントローラ５０２ｂは、回路５２２ｂおよびディップ設定５２８（コントローラ１０２によって提供される）によって検出されたリンギングのタイミングを使用して、ディップ注入回路２０２ｂを制御することができる。例えば、タイミングコントローラ５０２ｂは、回路５２２ｂから検出されたリンギングのタイミングと同じである場合があるタイミングで電流ディップを注入するように、ディップ注入回路２０２ｂを制御することができる。回路５２２ａ、５２２ｂから検出されたリンギングのタイミングと同じときに電流ディップを注入することで、スイッチノードでのリンギングＳＷを低減することができる。このリンギングの検出により、ディップ注入ドライバ２０２のためのディップ設定が生成される。図５Ｇに示す別の実施形態において、回路５２２ａ、５２２ｂは、ＶｉｎとＨＳとの間、およびＳＷとＬＳとの間で測定された電圧から電圧リンギングをそれぞれ検出するように構成され得る。検出された電圧リンギングは、図５Ｆに示す実施形態と同様に、リンギングを低減するために使用され得る。
【0044】
図６Ａは、ドライバＩＣの実施例における、ゲートドライバ用ディップ注入の影響を示す図である。図６Ａに示す例示的な実施形態において、ＬＳとＧＮＤとの間のリンギングを検出するために、ドライバＩＣ１０４内、またはＬＳドライバＩＣ５０３ｂ内のコンパレータ６０２を使用することができる。ＬＳの寄生ソースインダクタンス（「寄生インダクタンスＬ」）を横切る電圧降下を測定し、その電圧降下をコンパレータ６０２に供給することができる。コンパレータ６０２の出力ＲＮＧＤＥＴは、測定された電圧降下が電流Ｉｄｓの変化率（例えば、測定された電圧降下＝Ｌｄ（Ｉｄｓ）／ｄｔ））に正比例するので、寄生インダクタンスＬを通過する電流Ｉｄｓの変化率を示すことができる。図６Ａは、Ｉｄｓの導関数、すなわちｄ（Ｉｄｓ）／ｄｔが負になると、コンパレータ６０２がどのように電流リンギングを検出するかを示している。ｄ（Ｉｄｓ）／ｄｔが負になることに応答して、ＲＮＧＤＥＴは、ＨＩＧＨからＬＯＷに遷移することができ、ディップ注入回路２０２は、例えば、ディップ設定５２８によって定義されたディップ遅延によってＲＮＧＤＥＴのＨＩＧＨからＬＯＷへの遷移から遅延された時間に電流ディップを注入することができる。ゲート電流信号（「ゲート」）として示すように、電流ディップを注入することに応答して、電圧Ｖｄｓは、ディップ注入なしのシナリオと比較して、比較的安定している。
【0045】
図６Ｂは、ドライバＩＣの別の実施例における、ゲートドライバ用ディップ注入の影響を示す図である。図６Ｂに示す例示的な実施形態において、ＬＳとＧＮＤとの間のリンギングを検出するために、ドライバＩＣ１０４内、またはＬＳドライバＩＣ５０３ｂ内のコンパレータ６０２を使用することができる。スイッチノードＳＷからの電流は、ＳＷに接続された外部キャパシタＣ１を通って流れることができ、この電流の電圧を測定してコンパレータ６０２に供給することができる。コンパレータ６０２の出力ＲＮＧＤＥＴは、電圧Ｖｄｓの変化率が正の変化率から負の変化率に変化するときを示すことができる（ピークを示す）。図６Ｂは、コンパレータ６０２がどのように電圧リンギングをＶｄｓの導関数、すなわちｄ（Ｖｄｓ）／ｄｔとして検出するかを示している。ここで、Ｖｄｓの導関数とキャパシタＣ１の容量との積は、ＳＷから測定されキャパシタＣ１を通って流れる電流である。ｄ（Ｖｄｓ）／ｄｔが０になることに応答して、ＲＮＧＤＥＴは、ＨＩＧＨからＬＯＷに遷移することができ、ディップ注入回路２０２は、例えば、ディップ設定５２８によって定義されたディップ遅延によってＲＮＧＤＥＴのＨＩＧＨからＬＯＷへの遷移から遅延された時間に電流ディップを注入することができる。ゲート電流信号（「ゲート」）として示すように、電流ディップの注入に応答して、電圧Ｖｄｓは、ディップ注入なしのシナリオと比較して、比較的安定している。
【0046】
本明細書で使用される用語は、特定の実施形態を説明するためにのみ使用されており、本発明を限定することを意図していない。本明細書で使用される単数を表す用語は、特に明示されない限り、その複数を含むことも意図している。また、本明細書で使用される「備える」という用語は、記載されている特徴、整数、ステップ、動作、要素、および／または構成要素の存在を画定するが、１つまたは複数の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、および／またはそれらの群の存在または追加を排除しないことに留意されたい。
【0047】
添付の特許請求の範囲に記載のすべての手段またはステップと機能要素の対応する構造、材料、操作、およびそれらの等価物は、具体的に記載されている他の要素と組み合わせて機能を実現するための任意の構造、材料、または操作を包含することを意図している。本発明の開示されている実施形態の説明は、例示および説明のために提供されているが、網羅的であること、あるいは開示された形態に限定されることを意図していない。当業者には、本発明の範囲および精神から逸脱することなく、多くの修正および変形を適用することができることが明らかであろう。上述した実施形態は、本発明の原理および実用化を最適に説明するために、また、検討される特定の用途に適するように種々の修正を伴う様々な実施形態について本発明を当業者が理解できるように、選択および説明されたものである。
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図1D】
【図1E】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図2D】
【図2E】
【図2F】
【図3A】
【図3B-1】
【図3B-2】
【図3C-1】
【図3C-2】
【図3D-1】
【図3D-2】
【図3E-1】
【図3E-2】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図5D】
【図5E】
【図5F】
【図5G】
【図6A】
【図6B】
【外国語明細書】