特開 2024-88624 コパッケージ化制御された過電流処理

(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】P2024088624

(43)【公開日】2024-07-02

(54)【発明の名称】コパッケージ化制御された過電流処理

(51)【国際特許分類】

   H02M 1/00 20070101AFI20240625BHJP

【ＦＩ】

H02M1/00 H

【審査請求】未請求

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2023214333

(22)【出願日】2023-12-19

(31)【優先権主張番号】22215124

(32)【優先日】2022-12-20

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(71)【出願人】

【識別番号】516153409

【氏名又は名称】インフィニオン テクノロジーズ オーストリア アーゲー

【氏名又は名称原語表記】Ｉｎｆｉｎｅｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ａｕｓｔｒｉａ ＡＧ

【住所又は居所原語表記】Ｓｉｅｍｅｎｓｓｔｒ． ２， Ａ－９５００ Ｖｉｌｌａｃｈ， Ａｕｓｔｒｉａ

(74)【代理人】

【識別番号】100114890

【弁理士】

【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト

(74)【代理人】

【識別番号】100098501

【弁理士】

【氏名又は名称】森田 拓

(74)【代理人】

【識別番号】100116403

【弁理士】

【氏名又は名称】前川 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100134315

【弁理士】

【氏名又は名称】永島 秀郎

(74)【代理人】

【識別番号】100162880

【弁理士】

【氏名又は名称】上島 類

(72)【発明者】

【氏名】ダニエレ ミアットン

(72)【発明者】

【氏名】アレッサンドロ ポルテサン

(72)【発明者】

【氏名】マッシモ グラッソ

(72)【発明者】

【氏名】セルジオ モリーニ

【テーマコード（参考）】

5H740

【Ｆターム（参考）】

5H740BA12

5H740BC01

5H740BC02

5H740KK04

5H740MM11

5H740MM12

(57)【要約】

【課題】過電流または短絡状態に対する電力スイッチの保護を改善することである。
【解決手段】本出願は、電力スイッチアセンブリのコパッケージ化制御された過電流処理に関する。電力スイッチアセンブリは、電力スイッチと過電流処理ロジックとを備える。過電流処理ロジックは、電力スイッチの負荷電流の過電流状態を検出し、電力スイッチの負荷電流の過電流状態を示す過電流検出信号を提供するように構成された過電流検出回路と、過電流検出回路に結合され、過電流検出信号に応答して電力スイッチの制御端子を少なくとも部分的に放電するために放電電流を生成するように構成された放電電流生成回路とを含む。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

アセンブリ制御端子（Ｔ_Ｃ）と、第１のアセンブリ負荷端子（Ｔ_Ｌ１）と、第２のアセンブリ負荷端子（Ｔ_Ｌ２）と、を有する電力スイッチアセンブリ（１０、１０Ｈ、１０Ｌ）であって、前記電力スイッチアセンブリ（１０、１０Ｈ、１０Ｌ）は、
前記アセンブリ制御端子（Ｔ_Ｃ）に結合された制御端子（１００_Ｃ）と、前記第１のアセンブリ負荷端子（Ｔ_Ｌ１）に結合された第１の負荷端子（１００_Ｌ１）と、前記第２のアセンブリ負荷端子（Ｔ_Ｌ２）に結合された第２の負荷端子（１００_Ｌ２）と、を有する電力スイッチ（１００）と、
前記アセンブリ制御端子（Ｔ_Ｃ）と前記制御端子（１００_Ｃ）との間および前記第２の負荷端子（１００_Ｌ２）と前記第２のアセンブリ負荷端子（１００_Ｌ２）との間に結合された過電流処理ロジック（２００）と、
を備え、
前記過電流処理ロジック（２００）は、
前記第２の負荷端子（１００_Ｌ２）と前記第２のアセンブリ負荷端子（Ｔ_Ｌ２）との間に結合され、前記電力スイッチ（１００）の負荷電流（Ｉ_Ｌ）の過電流状態を検出し、前記電力スイッチの前記負荷電流（Ｉ_Ｌ）の過電流状態を示す過電流検出信号（２４０Ｓ）を提供するように構成された過電流検出回路（２４０）と、
前記過電流検出回路（２４０）、前記制御端子（１００_Ｃ）および前記第２の負荷端子（１００_Ｌ２）に結合され、前記過電流検出信号（２４０Ｓ）に応答して前記制御端子（１００_Ｃ）を少なくとも部分的に放電させるために放電電流を生成するように構成された放電電流生成回路（２３０）と、
を含む、
電力スイッチアセンブリ。

【請求項2】

前記電力スイッチアセンブリ（１０、１０Ｈ、１０Ｌ）は、前記過電流処理ロジック（２００）および前記電力スイッチ（１００）を囲むように構成されたパッケージ（１０Ｐ）をさらに備え、前記パッケージ（１０Ｐ）は、前記アセンブリ制御端子（Ｔ_Ｃ）と、前記第１のアセンブリ負荷端子（Ｔ_Ｌ１）と、前記第２のアセンブリ負荷端子（Ｔ_Ｌ２）と、を備える、
請求項１に記載の電力スイッチアセンブリ（１０、１０Ｈ、１０Ｌ）。

【請求項3】

前記放電電流は、下降時間（ｔ_ｆａｌｌ）に基づき、前記下降時間（ｔ_ｆａｌｌ）は、過電流の検出から前記負荷電流（Ｉ_Ｌ）の安全負荷電流値（Ｉ_ｓａｆｅ）への減少までの時間枠を定義する、
請求項１または２に記載の電力スイッチアセンブリ（１０、１０Ｈ、１０Ｌ）。

【請求項4】

前記過電流処理ロジック（２００）は、前記アセンブリ制御端子（Ｔ_Ｃ）と前記制御端子（１００_Ｃ）との間に結合された制御経路制御回路（２２０）をさらに備え、
前記制御経路制御回路（２２０）は、前記アセンブリ制御端子（Ｔ_Ｃ）を前記制御端子（１００_Ｃ）に切り替え可能に結合するように構成される、
請求項１から３のいずれか一項に記載の電力スイッチアセンブリ（１０、１０Ｈ、１０Ｌ）。

【請求項5】

前記制御経路制御回路（２２０）は、前記過電流検出信号（２４０Ｓ）に応答して前記アセンブリ制御端子（Ｔ_Ｃ）を前記制御端子（１００_Ｃ）から結合解除するように構成される、
請求項４に記載の電力スイッチアセンブリ（１０、１０Ｈ、１０Ｌ）。

【請求項6】

前記制御経路制御回路（２２０）は、前記アセンブリ制御端子（Ｔ_Ｃ）および前記第２のアセンブリ負荷端子（Ｔ_Ｌ２）に結合されたゲートドライバ（２０Ｈ、２０Ｌ）によって供給される電圧（Ｖ_ＣＬ２）が前記電力スイッチ（１００）の閾値電圧を下回るまで、前記アセンブリ制御端子（Ｔ_Ｃ）を前記制御端子（１００_Ｃ）から結合解除したままにするようにさらに構成される、
請求項５に記載の電力スイッチアセンブリ（１０、１０Ｈ、１０Ｌ）。

【請求項7】

前記放電電流生成回路（２３０）は、前記負荷電流（Ｉ_Ｌ）が安全負荷電流値（Ｉ_ｓａｆｅ）以下になるまで前記制御端子（１００_Ｃ）が放電されるように前記放電電流を生成するように構成さる、
請求項１から６のいずれか一項に記載の電力スイッチアセンブリ（１０、１０Ｈ、１０Ｌ）。

【請求項8】

前記過電流検出回路（２４０）は、温度補償過電流検出信号（２４０Ｓ）を提供するために前記過電流検出回路（２４０）の温度係数を補償するように構成される、
請求項１から７のいずれか一項に記載の電力スイッチアセンブリ（１０、１０Ｈ、１０Ｌ）。

【請求項9】

前記過電流検出回路（２４０）は、
前記第２の負荷端子（１００_Ｌ２）と前記第２のアセンブリ負荷端子（Ｔ_Ｌ２）との間に結合され、電流測定温度係数を有する電流測定抵抗器（２４２）と、
前記電流測定抵抗器（２４２）に結合され、補償温度係数を有する温度補償回路（２４１）と
を備え、
前記補償温度係数は、前記電流測定温度係数を補償する、
請求項８に記載の電力スイッチアセンブリ（１０、１０Ｈ、１０Ｌ）。

【請求項10】

前記過電流検出回路は、前記電力スイッチアセンブリ（１０、１０Ｈ、１０Ｌ）の動作中に前記過電流検出回路（２４０）の少なくとも一部を線形動作領域内に維持するように構成される、
請求項８または９に記載の電力スイッチアセンブリ（１０、１０Ｈ、１０Ｌ）。

【請求項11】

前記温度補償回路（２４１）は、
補償温度係数を有する温度係数補償回路（２４１Ｔ）と、
前記温度係数補償回路（２４１Ｔ）に結合され、前記温度係数補償回路（２４１Ｔ）の少なくとも一部を線形動作領域内に維持するように構成された線形領域維持変換回路（２４１Ｌ）と、
を備える、
請求項９または１０に記載の電力スイッチアセンブリ（１０、１０Ｈ、１０Ｌ）。

【請求項12】

前記温度補償回路（２４１）は、前記線形領域維持変換回路（２４１Ｌ）に結合され、前記線形領域維持変換回路（２４１Ｌ）の出力と過電流閾値との比較に基づいて前記温度補償過電流検出信号（２４０Ｃ）を提供するように構成された過電流信号出力段（２４１Ｃ）をさらに備える、
請求項１１に記載の電力スイッチアセンブリ（１０、１０Ｈ、１０Ｌ）。

【請求項13】

前記温度係数補償回路（２４１Ｔ）は、補償温度係数を有する少なくとも１つの補償トランジスタ（２４６_１）を含み、
前記少なくとも１つの補償スイッチ（２４６_１）は、線形動作領域内に維持される、
請求項９から１１のいずれか一項に記載の電力スイッチアセンブリ（１０、１０Ｈ、１０Ｌ）。

【請求項14】

前記線形領域維持変換回路（２４１Ｌ）は、前記温度補償過電流検出信号（２４０Ｓ）のダイナミックレンジを増大するようにさらに構成される、
請求項１１から１３のいずれか一項に記載の電力スイッチアセンブリ（１０、１０Ｈ、１０Ｌ）。

【請求項15】

電力スイッチアセンブリ（１０、１０Ｈ、１０Ｌ）の過電流処理ロジック（２００）を動作させるための方法（３００）であって、前記過電流処理ロジック（２００）は、過電流検出ロジック（２４０）と放電電流生成回路（２３０）とを備え、前記方法は、
電力スイッチ（１００）の負荷電流（Ｉ_Ｌ）の過電流状態を示す過電流検出信号（２４０Ｓ）を提供するために、前記電力スイッチの前記負荷電流（Ｉ_Ｌ）の第２の負荷端子（１００_Ｌ２）における過電流状態を検出するステップ（３２０）と、
前記過電流検出信号（２４０Ｓ）に応答して前記電力スイッチ（１００）の制御端子（１００_Ｃ）を放電電流で少なくとも部分的に放電するステップ（３５０）と、
を含む方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、一般に、電力スイッチの過電流保護に関し、より正確には、電力スイッチアセンブリの内部に設けられた過電流保護に関する。

【背景技術】

【0002】

動作中、電力スイッチは、異常に高い負荷経路電流、すなわち、電力スイッチを損傷する可能性がある過電流または短絡状態に遭遇することがある。電力スイッチの損傷を回避するために、電力スイッチの外部にあり、電力スイッチとコパッケージ化されたさまざまな解決策が存在し、これらは過電流を検出し、電力スイッチをオフにする。現代の電力スイッチのスイッチング速度を考えると、過電流を検出するための時間枠は非常に短くなり得るので、高速検出ロジックを使用しなければならない。

【0003】

さらに、現在の過電流検出処理解決策は、電力スイッチの負荷経路と直列の寄生インダクタンスを考慮していない。過電流の検出後に負荷電流が低減される速度およびレベルに応じて、そのような寄生インダクタンスは電力スイッチにおいて電圧サージを引き起こすことがあり、これは電力スイッチを不用意に損傷させることがある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

したがって、本発明の目的は、過電流または短絡状態に対する電力スイッチの保護を改善することである。

【課題を解決するための手段】

【0005】

この目的を達成するために、本発明は、アセンブリ制御端子と、第１のアセンブリ負荷端子と、第２のアセンブリ負荷端子と、を有する電力スイッチアセンブリであって、アセンブリ制御端子に結合された制御端子と、第１のアセンブリ負荷端子に結合された第１の負荷端子と、第２のアセンブリ負荷端子に結合された第２の負荷端子と、を有する電力スイッチと、アセンブリ制御端子と制御端子との間および第２の負荷端子と第２のアセンブリ負荷端子との間に結合された過電流処理ロジックであって、第２の負荷端子と第２のアセンブリ負荷端子との間に結合され、電力スイッチの負荷電流の過電流を検出するように構成された過電流検出回路と、過電流検出回路、制御端子および第２の負荷端子に結合され、温度補償過電流検出信号に応答して制御端子を少なくとも部分的に放電するために放電電流を生成するように構成された放電電流生成回路と、を含む過電流処理ロジックと、を備える電力スイッチアセンブリを提供する。

【0006】

本発明は、電力スイッチアセンブリの過電流処理ロジックを動作させるための方法であって、過電流処理ロジックは、過電流検出ロジックと放電電流生成回路とを備え、方法は、電力スイッチアセンブリの電力スイッチの第２の負荷端子の負荷における過電流を検出することと、放電電流を生成することと、過電流検出信号に応答して放電電流で電力スイッチの制御端子を少なくとも部分的に放電することと、を含む方法をさらに提供する。

【0007】

本発明の実施形態は、以下の添付図面を参照して説明され、同様の参照符号は同様の要素を指す。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の実施形態による電力スイッチアセンブリを含むハーフブリッジトポロジを示す図である。

【図2】本発明の実施形態による電力スイッチアセンブリのブロック図である。

【図3】本発明の実施形態による過電流処理ロジックの例示的な電源を示す図である。

【図4】本発明の実施形態による電力スイッチアセンブリの例示的な制御経路制御回路を示す図である。

【図5A】本発明の実施形態による電力スイッチアセンブリの放電電流生成回路の例示的な実施態様を示す図である。

【図5B】本発明の実施形態による電力スイッチアセンブリの放電電流生成回路の例示的な実施態様を示す別の図である。

【図5C】本発明の実施形態による電力スイッチアセンブリの放電電流生成回路の例示的な実施態様を示す別の図である。

【図5D】本発明の実施形態による電力スイッチアセンブリの放電電流生成回路の例示的な実施態様を示す別の図である。

【図6】本発明の実施形態による電力スイッチアセンブリの放電電流生成回路の動作を示すさまざまな信号を示す図である。

【図7】本発明の実施形態による電力スイッチアセンブリの温度補償回路のブロック図である。

【図8】本発明の実施形態による電力スイッチアセンブリの温度補償回路の例示的な実施態様を示す図である。

【図9】本発明の実施形態による電力スイッチアセンブリの過電流処理ロジックを動作させるための方法のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

上記の図面は、決して本発明の開示を限定するものではないことを理解されたい。むしろ、これらの図面は、本発明の理解を助けるために提供されている。当業者であれば、１つの図面に示された本発明の態様は、本発明の範囲から逸脱することなく、別の図面の態様と組み合わせることができ、または省略することができることを容易に理解するであろう。

【0010】

本開示は、一般に、電力スイッチと過電流処理ロジックとを含む電力スイッチアセンブリを提供する。過電流処理ロジックは、電力スイッチの負荷経路を通る過電流を検出し、放電電流を生成するように構成される。放電電流は、過電流検出に応答して、電力スイッチの制御端子を少なくとも部分的に放電する。放電電流は、電力スイッチと直列に結合された寄生インダクタンスで電圧サージを引き起こすほど急速に制御端子を放電させない一方で、負荷電流を安全な値に迅速に減少させるように構成される。さらに、誤った過電流検出を回避するために、過電流処理ロジックの過電流検出回路は温度補償されてもよく、すなわち、過電流検出は、過電流検出回路の少なくとも一部の温度係数を補償するように構成され得る。温度補償は検出速度に影響を与えないため、過電流検出の少なくとも一部は、線形動作領域内に維持され得る。これにより、過電流を高速に検出するのを可能にすると同時に、過電流検出回路の少なくとも一部の温度係数を補償することができる。

【0011】

この一般的な概念は、添付の図面を参照して説明され、図１は電力スイッチアセンブリの典型的な用途を示し、図２は電力スイッチアセンブリのブロック図を提供する。図２のブロック図に基づいて、電力スイッチアセンブリのブロックのさまざまな例示的な実施態様の詳細を図３から図８に関して詳細に、図２では左から右に移動しながら説明する。最後に、図９は、電力スイッチアセンブリの過電流処理ロジックによって実行される方法のフローチャートを提供する。

【0012】

図１は、電力スイッチアセンブリ１０Ｈおよび１０Ｌによって形成されるハーフブリッジトポロジを概略的に示す。ハイサイド電力スイッチアセンブリ１０Ｈは、供給電圧ＤＣ＋とハーフブリッジの出力との間に結合され、ローサイド電力スイッチアセンブリ１０Ｌは、ハーフブリッジの出力と供給電圧ＤＣ－との間に結合される。ハーフブリッジは、構成要素を電気的に結合するために使用され、負荷電流を運ぶワイヤまたは他の導体に起因し得る、電力スイッチアセンブリ１０Ｈおよび１０Ｌと直列の寄生インダクタンスをさらに含む。これらの寄生インダクタンスを説明するために、ハイサイドスイッチアセンブリ１０Ｈとハーフブリッジの出力との間の例示的な寄生インダクタンスＬ_ｐａｒが示されている。寄生インダクタンスは、ハーフブリッジの出力とローサイドスイッチングアセンブリとの間、またはそれぞれのスイッチングアセンブリと供給電圧ＤＣ＋およびＤＣ－との間にも存在し得ることが理解されよう。したがって、Ｌ_ｐａｒは、ハーフブリッジのすべての寄生インダクタンスの等価インダクタンスと考えることもできる。

【0013】

電力スイッチアセンブリ１０Ｈおよび１０Ｌは、それぞれゲートドライバ２０Ｈおよび２０Ｌに結合される。ゲートドライバ２０Ｈおよび２０Ｌは、電力スイッチの制御端子に制御信号を提供するように構成された任意の種類のゲートドライバであってもよい。この目的のために、ゲートドライバ２０Ｈおよび２０Ｌは、例えば、高ロジック電源電圧と低ロジック電源電圧との間に結合され、ゲートドライバ２０Ｈおよび２０Ｌの出力において２つのロジック電源電圧のいずれか一方を提供するように構成されたインバータであってもよい。高ロジック電源電圧は、電力スイッチ１０の閾値電圧よりも高い電圧レベルであってもよい。さらなる例では、ゲートドライバ２０Ｈおよび２０Ｌは、２つのロジック電源電圧のいずれか一方をゲートドライバ２０Ｈおよび２０Ｌの出力に結合する個別に制御されるスイッチを含むことができる。ゲートドライバ２０Ｈおよび２０Ｌは、必ずしも同一の構成である必要はないことが理解されよう。むしろ、ハイサイドゲートドライバおよびローサイドゲートドライバに対する異なる要件を考慮すると、ゲートドライバ２０Ｈおよび２０Ｌは、これらの異なる要件に特に適合されてもよく、したがって構造が異なってもよい。また、いくつかの例では、ゲートドライバ２０Ｈおよび２０Ｌは、電力スイッチアセンブリ１０Ｈおよび１０Ｌの両方を制御する単一のハーフブリッジゲートドライバを形成することができる。

【0014】

最後に、電力スイッチアセンブリ１０Ｈおよび１０Ｌの各々は、電力スイッチ１００と、過電流処理ロジック２００と、を含み、これについては図２に関して詳細に説明する。電力スイッチアセンブリ１０Ｈおよび１０Ｌのスイッチ１００は、互いに同じであっても異なっていてもよいことに留意されたい。

【0015】

図２は、図１の電力スイッチアセンブリ１０Ｈおよび１０Ｌの一例である電力スイッチアセンブリ１０のブロック図を示す。したがって、電力スイッチアセンブリ１０は、電力スイッチ１００と過電流処理ロジック２００と含む。

【0016】

電力スイッチアセンブリ１０は、アセンブリ制御端子Ｔ_Ｃと、第１のアセンブリ負荷端子Ｔ_Ｌ１と、第２のアセンブリ負荷端子Ｔ_Ｌ２と、を有する。アセンブリ制御端子Ｔ_Ｃ、第１のアセンブリ負荷端子Ｔ_Ｌ１および第２のアセンブリ負荷端子Ｔ_Ｌ２は、パッケージ１０Ｐに含まれてもよい。したがって、パッケージ１０Ｐは、電力スイッチ１００と過電流処理ロジック２００とを囲むことができる。

【0017】

電力スイッチ１００は、制御端子１００_Ｃと、第１の負荷端子１００_Ｌ１と、第２の負荷端子１００_Ｌ２と、を有する。これらの端子は、それぞれ、アセンブリ制御端子Ｔ_Ｃ、第１のアセンブリ負荷端子Ｔ_Ｌ１および第２のアセンブリ負荷端子Ｔ_Ｌ２に接続される。図２で分かるように、また本開示を通して理解されるように、「結合された」という表現は、直接接続と介在要素を有する接続の両方を指し、後者は、それぞれ制御端子１００_Ｃ、第１の負荷端子１００_Ｌ１および第２の負荷端子１００_Ｌ２ならびにアセンブリ制御端子Ｔ_Ｃ、第１のアセンブリ負荷端子Ｔ_Ｌ１および第２のアセンブリ負荷端子Ｔ_Ｌ２の場合である。

【0018】

電力スイッチ１００は、高電圧阻止能力を有するように構成された任意の種類の電力スイッチであってもよい。例えば、電力スイッチ１００は、４５０Ｖ、９００Ｖ、１２００Ｖまたは１８００Ｖなど、少なくとも４００Ｖを超える電圧を阻止することができてもよい。このような電圧阻止能力を達成するために、電力スイッチ１０は、例えば、シリコンまたは炭化ケイ素（ＳｉＣ）金属酸化物電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、シリコンまたはＳｉＣ絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、または窒化ガリウム高電子移動度トランジスタ（ＧａＮ－ＨＥＭＴ）であってもよい。電力スイッチ１０に関して論じた電圧レベルおよび技術の種類の両方は、単なる例として提供されていることが理解されよう。本開示は、本明細書で述べたもの以外の他の高電圧レベルおよび他の電力スイッチ技術を用いて実施することができる。

【0019】

電力スイッチ１００は、本開示のいくつかの実施態様では、電流感知能力を含むことができる。すなわち、電力スイッチ１００は、例えば、電力スイッチ１００の負荷電流Ｉ_Ｌ、すなわち第１の負荷端子１００_Ｌ１と第２の負荷端子１００_Ｌ２との間を流れる電流を示す信号を過電流処理ロジック２００に提供するように構成され得る。電流感知能力は、例えば、１個または１０個のトランジスタセルなどの電力スイッチ１００を形成するトランジスタセルのうちのいくつかを流れる電流を分岐させることによって実装され得る。電流感知能力は他の方法で提供されてもよく、本開示のいくつかの例では、電流感知能力は存在しなくてもよいことが理解されよう。例えば、本開示のいくつかの例では、過電流状態を検出するために負荷電流を直接使用することができる。

【0020】

過電流処理ロジック２００は、アセンブリ制御端子Ｔ_Ｃと制御端子１００_Ｃとの間、ならびに第２の負荷端子１００_Ｌ２と第２のアセンブリ負荷端子Ｔ_Ｌ２との間に結合される。過電流処理ロジック２００内で、アセンブリ制御端子Ｔ_Ｃは外部制御信号線ＣＳ_ｅｘｔに結合されてもよく、制御端子１００_Ｃは内部制御信号線ＣＳ_ｉｎｔに結合されてもよく、第２の負荷端子１００_Ｌ２は負荷電流信号線１００Ｓに結合されてもよく、第２のアセンブリ負荷端子Ｔ_Ｌ２は接地信号線２００Ｇに結合され得る。

【0021】

制御端子１００_Ｃとアセンブリ制御端子Ｔ_Ｃとの間、ならびに第２の負荷端子１００_Ｌ２と第２のアセンブリ負荷端子Ｔ_Ｌ２との間の配置に基づいて、過電流検出回路２４０は、負荷電流Ｉ_Ｌの過電流状態を検出し、制御端子１００_Ｃと第２の負荷端子１００_Ｌ２との間の電圧Ｖ_ＣＬ２を処理する、すなわち制御するように構成される。以下で説明するように、過電流処理ロジック２００は、温度補償された方法で過電流状態を検出し、寄生インダクタンスＬ_ｐａｒなどの寄生インダクタンスでの電力スイッチ１００における電圧サージを回避する方法で電圧Ｖ_ＣＬ２をさらに制御し、それによって負荷電流ＩＬをさらに制御するようにさらに構成することができる。

【0022】

過電流処理ロジック２００は、過電流検出回路２４０と放電電流生成回路２３０とを含む。過電流処理ロジック２００は、電源生成回路２１０と制御経路制御回路２２０とをさらに備えることができる。過電流処理ロジック２００のさまざまな回路については、以下で論じる。

【0023】

電源生成回路２１０は、アセンブリ制御端子Ｔ_Ｃおよび第２のアセンブリ負荷端子Ｔ_Ｌ２に結合された、図１のゲートドライバ２０Ｈおよび２０Ｌなどのゲートドライバによって供給される電圧に基づいて、過電流検出回路２４０、放電電流生成回路２３０および制御経路制御回路２２０のうちの少なくとも１つのための電源を生成するように構成され得る。この目的のために、電源生成回路２１０は、外部制御信号線ＣＳ_ｅｘｔと接地信号線２００Ｇとの間に結合され得る。言い換えれば、電源生成回路２１０は、外部ゲートドライバによって生成された外部制御信号線ＣＳ_ｅｘｔと接地信号線２００Ｇとの間の電圧差を使用して、過電流処理ロジック２００の構成要素に電源を提供する。電源生成回路２１０は、生成された電源を、電源線２１０Ｓを介して過電流処理ロジック２００の構成要素に提供することができる。

【0024】

過電流処理ロジック２００の電源電圧の生成を上記で論じた電圧差に基づかせることにより、電力スイッチアセンブリ１０のピンアウトを見たときに電力スイッチアセンブリ１０が通常の電力スイッチとして見えること、すなわち、電力スイッチアセンブリ１０が、それとコパッケージ化されたロジックのない電力スイッチのようなピンアウトを有することが保証され得る。さらに、そのような構成は、電力スイッチアセンブリ１０を制御するゲートドライバが電力スイッチアセンブリ１００にターンオフ信号を提供する場合、過電流処理ロジック２００によって提供される内部制御が電力スイッチ１０をオンにすることができないことを保証することができる。

【0025】

図３に、本開示による電源生成回路２１０の１つの例示的な実装例を示す。したがって、電源生成回路２１０は、抵抗器２１１と、ツェナーダイオード２１２と、３つのトランジスタ２１３～２１５と、抵抗器２１６と、を含むことができる。抵抗器２１１、ツェナーダイオード２１２、トランジスタ２１５および抵抗器２１６は、信号線ＣＳ_ｅｘｔと２００Ｇとの間の電圧差に基づいて電流を生成するように構成される。この電流は、次に、トランジスタ２１３および２１４によって形成されるカレントミラーによって電源線２１０Ｓにミラーリングされる。トランジスタ２１３および２１４によって形成されるカレントミラーの利得が１より大きい場合、トランジスタ２１３および２１４によって形成されるカレントミラーを使用して、電流抵抗器２１１、ツェナーダイオード２１２、トランジスタ２１５および抵抗器２１６を増幅することができる。これは、例えば、異なるトランジスタパラメータを有するトランジスタ２１３および２１４を設計することによって、またはトランジスタ２１３および２１４を、並列のそれぞれ同一のトランジスタパラメータを有するが異なる数の並列トランジスタを有する複数のトランジスタとして実装することによって、達成することができる。

【0026】

過電流処理ロジック２００のいくつかの例示的な実装形態では、電源生成回路２１０の機能は、過電流検出回路２４０、放電電流生成回路２３０および制御経路制御回路２２０のうちの少なくとも１つに統合され得ることが理解されよう。すなわち、そのような例示的な実施態様では、過電流処理ロジック２００は、電源生成回路２１０を含まなくてもよい。代わりに、過電流検出回路２４０、放電電流生成回路２３０および制御経路制御回路２２０は、そのような例示的な実施態様では、制御信号線ＣＳ_ｅｘｔと接地信号線２００Ｇとの間の電圧差に基づいてそれらの個々の電源を実装することができる。また、過電流処理ロジック２００いくつかの例示的な実装形態では、過電流検出回路２４０、放電電流生成回路２３０および制御経路制御回路２２０は、電源を必要としなくてもよく、負荷電流Ｉ_Ｌの過電流状態の検出に基づいて動作され得る。言い換えれば、そのような例示的な実施態様では、後で論じる過電流検出信号２４０Ｓは、過電流検出回路２４０、放電電流生成回路２３０および制御経路制御回路２２０を動作させるための電力を提供することができる。両方の手法、すなわち、制御信号線ＣＳ_ｅｘｔと接地信号線２００Ｇとの間の電圧差に基づいて、および負荷電流Ｉ_Ｌに基づいて、過電流処理ロジック２００の構成要素に動作電力を供給することが混合されてもよいことがさらに理解されよう。すなわち、いくつかの例示的な実施形態では、過電流処理ロジック２００のいくつかの構成要素は、電源生成回路２１０または内部電源の一方によって供給されてもよく、いくつかの構成要素は、過電流検出信号２４０Ｓによって供給されてもよい。

【0027】

制御経路制御回路２２０は、アセンブリ制御端子Ｔ_Ｃと制御端子１００_Ｃとの間に結合されてもよく、アセンブリ制御端子Ｔ_Ｃを制御端子１００_Ｃに切り替え可能に結合するように構成され得る。本開示の文脈において、切り替え可能に結合するとは、制御経路制御回路２２０が、例えば、結合解除状態と結合状態とを含むことができるさまざまな結合状態間で切り替えるように構成され得るという事実を指し得る。結合解除状態では、制御経路制御回路２２０は、制御端子１００_Ｃからアセンブリ制御端子Ｔ_Ｃへの電流のシンクを可能にすると同時にアセンブリ制御端子Ｔ_Ｃと制御端子１００_Ｃとの間に高インピーダンスを提供することができる。結合状態では、制御経路制御回路２２０は、アセンブリ制御端子Ｔ_Ｃと制御端子１００_Ｃとの間に低インピーダンスを提供することができ、それによって外部制御信号線ＣＳ_ｅｘｔを介して制御端子１００_Ｃの制御を可能にする。換言すれば、制御経路制御回路２２０は、外部制御信号線ＣＳ_ｅｘｔと内部制御信号線ＣＳ_ｉｎとを切り替え可能に結合してもよい。これにより、制御経路制御回路２２０は、過電流処理ロジック２００が、過電流状態の検出に続いて、外部ゲートドライバを介した外部制御と過電流処理ロジック２００を介した内部制御とを切り替えることを可能にすることができる。したがって、制御経路制御回路２２０は、いくつかの実施形態では、過電流検出信号２４０Ｓに応答してアセンブリ制御端子Ｔ_Ｃを制御端子１００_Ｃから結合解除するように構成され得る。

【0028】

制御経路制御回路２２０は、アセンブリ制御端子Ｔ_Ｃ、したがって外部制御信号線ＣＳ_ｅｘｔを、アセンブリ制御端子Ｔ_Ｃおよび第２のアセンブリ負荷端子Ｔ_Ｌ２に結合された外部ゲートドライバによって供給される電圧が電力スイッチ１００の閾値電圧を下回るまで、および／または、検出された過電流状態が経過したときなどの別の所定の状態が満たされるまで、制御端子１００_Ｃ（したがって内部制御信号線ＣＳ_ｉｎｔ）から結合解除されたままにするようにさらに構成され得る。すなわち、制御経路制御回路２２０は、外部ゲートドライバが電力スイッチアセンブリ１０にオン信号を供給するのを停止するまで、電力スイッチアセンブリ１０を内部制御状態に維持することができる。

【0029】

図４に、本開示による制御経路制御回路２２０の１つの例示的な実装例を示す。したがって、制御経路制御回路２２０は、制御経路スイッチ２２１と、ダイオード２２２と、抵抗器２２３と、ゲートドライバ２２４と、を含むことができる。

【0030】

制御経路スイッチ２２１は、ゲートドライバ２２４からの信号、制御経路変調信号２３０Ｓまたは過電流検出信号２４０Ｓの１つに基づいて、外部制御信号線ＣＳ_ｅｘｔを内部制御信号線ＣＳ_ｉｎｔに切り替え可能に結合することができる。

【0031】

ゲートドライバ２２４は、ゲートドライバ２０Ｈおよび２０Ｌと同様のゲートドライバであってもよく、過電流検出信号２４０Ｓに基づいて、制御経路スイッチ２２１を導通状態にする電圧レベルおよび制御経路スイッチ２２１を阻止状態にする電圧レベルに制御経路スイッチ２２１を結合するように構成され得る。これらの電圧レベルは、例えば、電源線２１０Ｓおよび接地信号線２００Ｇに対応してもよく、またはゲートドライバ２２４によって電源線２１０Ｓおよび接地信号線２００Ｇから導出されてもよい（簡単にするために接地信号線２００Ｇへの接続は図２および４には示さず）。

【0032】

あるいは、制御経路スイッチ２２１は、過電流検出信号２４０Ｓが過電流状態を示す場合に、制御経路スイッチ２２１が外部制御信号線ＣＳ_ｅｘｔを内部制御信号線ＣＳ_ｉｎｔから結合解除することを保証するようなやり方で、過電流検出信号２４０Ｓに直接結合され得る。この目的のために、制御経路スイッチ２２１は、例えば、ノーマリーオンデバイスであってもよく、または過電流検出信号２４０Ｓが、制御経路スイッチ２２１に反転して提供されてもよい。さらに、制御経路スイッチ２２１は、以下で論じる過電流検出回路２４０によって決定された制御経路変調信号２３０Ｓを受信することができる。したがって、本開示のいくつかの実施態様では、制御経路制御回路２２０は、過電流検出回路２４０によって制御され得る。

【0033】

抵抗器２２３は、制御経路スイッチ２２１が外部制御信号線ＣＳ_ｅｘｔを内部制御信号線ＣＳ_ｉｎｔに結合する場合、アセンブリ制御端子Ｔ_Ｃにおいて外部ゲートドライバによって印加される電圧に基づいて制御端子１００_Ｃに電流を供給することができる。

【0034】

ダイオード２２２は、制御経路スイッチ２２１と並列に結合される。ダイオード２２２のカソードは、外部制御信号線ＣＳ_ｅｘｔに結合され、ダイオード２２２のアノードは、内部制御信号線ＣＳ_ｉｎｔに結合される。それに従って、外部のゲートドライバが、内部制御信号線ＣＳ_ｉｎｔの電圧レベルを超える電圧をアセンブリ制御端子Ｔ_Ｃに印加している間、ダイオード２２２は逆バイアスされる。しかしながら、外部ゲートドライバがアセンブリ制御端子Ｔ_Ｃに印加される電圧を内部制御信号線ＣＳ_ｉｎｔの電圧レベル未満に引き下げると、ダイオード２２２は順方向にバイアスされ、したがって導電性になり得る。ダイオード２２２のこの配置に基づいて、外部ゲートドライバが電力スイッチアセンブリを阻止状態にすべきであることを示す場合、ダイオード２２２は制御端子１００_Ｃから電流を取り込む経路を提供することができる。これにより、電力スイッチ１００を阻止状態に迅速に切り替えることができる。ダイオード２２２は、制御経路スイッチ２２１のボディダイオードであってもよく、または制御経路スイッチ２２１を備えた還流ダイオードであってもよい。ダイオード２２２によって提供される電流シンク機能を必要としない本開示の実施態様では、ダイオード２２２は省略されてもよいことが理解されよう。

【0035】

放電電流生成回路２３０は、接地信号線２００Ｇを介して過電流検出回路２４０、制御端子１００_Ｃおよび第２の負荷端子１００_Ｌ２に結合される。この配置に基づいて、放電電流生成回路２３０は、過電流検出信号２４０Ｓに応答して制御端子１００_Ｃを少なくとも部分的に放電させるために放電電流Ｉ_ｄｉｓを生成するように構成される。言い換えれば、放電電流生成回路２３０は、制御端子１００_Ｃの少なくとも一部を放電する。例えば、放電電流生成回路２３０は、制御端子１００_Ｃから第２の負荷端子１００_Ｌ２に流れる放電電流Ｉ_ｄｉｓを提供することによって、制御端子１００_Ｃにおいて電力スイッチ１００のキャパシタンスを少なくとも部分的に放電することができる。

【0036】

放電電流Ｉ_ｄｉｓは、下降時間ｔ_ｆａｌｌに基づいてもよく、下降時間ｔ_ｆａｌｌは、負荷電流Ｉ_Ｌの過電流状態の検出から、負荷電流Ｉ_Ｌの安全電流値Ｉ_ｓａｆｅへの減少までの時間枠を定義する。安全電流値Ｉ_ｓａｆｅは、例えば、電圧Ｖ_ＣＬ２の安全電圧レベルＶ_ｓａｆｅに対応することができる。すなわち、タイムフレームｔ_ｆａｌｌは、負荷電流Ｉ_Ｌの経時的な変化率をほぼ決定する。負荷電流Ｉ_Ｌのこの変化は、寄生インダクタンスＬ_ｐａｒに起因する電圧サージをもたらし得るが、時間枠ｔ_ｆａｌｌは、そのような電圧サージが電力スイッチ１００の最大阻止電圧に照らして許容可能であるように決定される。言い換えれば、所与の用途では、負荷電流Ｉ_Ｌと安全電流値Ｉ_ｓａｆｅとの間の差に基づいて、ならびに寄生インダクタンスＬ_ｐａｒおよび電力スイッチ１００の最大阻止電圧に基づいて、負荷電流Ｉ_Ｌの変化によって引き起こされる電圧サージを含む、電力スイッチ１００の第１の負荷端子１００_Ｌ１および第２の負荷端子１００_Ｌ２にわたる電圧が、電力スイッチ１００の最大阻止電圧を超えないように、下降時間ｔ_ｆａｌｌが決定される。これについては、図６の上側シグナリング図に関して以下でより詳細に論じる。

【0037】

図６の上段の信号線図は、信号値レベルＩ_ｓａｆｅ、Ｉ_ｏｖｅｒ、Ｖ_ＤＣ＋およびＶ_ｏｖｅｒに関して、負荷電流Ｉ_Ｌと、第１の負荷端子１００_Ｌ１と第２の負荷端子１００_Ｌ２との間の電圧Ｖ_Ｌ１Ｌ２と、を経時的に示している。図から分かるように、負荷電流Ｉ_Ｌは過電流検出レベルＩ_ｏｖｅｒまで増加し、その時点で過電流検出回路２４０は負荷電流Ｉ_Ｌの過電流状態を検出する。それに従って、過電流検出回路２４０は、過電流検出信号２４０Ｓを提供する。過電流検出信号２４０Ｓに応答して、放電電流生成回路２３０は放電電流Ｉ_ｄｉｓを提供し、これにより、負荷電流Ｉ_Ｌは、下降時間ｔ_ｆａｌｌの間、過電流レベルＩ_ｏｖｅｒから安全電流レベルＩ_ｓａｆｅに低減される。過電流レベルＩ_ｏｖｅｒから安全電流レベルＩ_ｓａｆｅへの負荷電流Ｉ_Ｌの減少は、ΔＩ_Ｌと称され得る。同時に、電圧Ｖ_Ｌ１Ｌ２は、Ｖ_ＤＣ＋、すなわち電力スイッチアセンブリ１０に結合された高電圧源を超えて上昇し、過電流電圧レベルＶ_ｏｖｅｒになる。この増加は、寄生インダクタンスＬ_ｐａｒによって誘導される電圧サージによるものであり、これは、過電流状態を検出した後に制御端子１００_Ｃを放電した過電流処理ロジック２００の結果である。寄生インダクタンスＬ_ｐａｒは、図１に示すように、電力スイッチ１０と直列に結合されているので、寄生インダクタンスＬ_ｐａｒにおける電圧Ｖ_Ｌｐａｒは、以下の式（１）に示すように決定することができる。

【数1】

【0038】

式（１）において、

【数2】

は負荷電流の変化率を表す。式（１）から分かるように、負荷電流の変化率は電圧サージをもたらし、これは第１の負荷端子１００_Ｌ１における電圧を電圧レベルＶ_ＤＣ＋から電圧レベルＶ_ｏｖｅｒに増加させ、したがって電圧Ｖ_Ｌ１Ｌ２を増加させる。それに従って、図６では、電圧サージを電圧差ΔＶ_Ｌ１Ｌ２で示している。

【0039】

図６の上段の信号図から分かるように、放電電流Ｉ_ｄｉｓは、負荷電流Ｉ_Ｌが安全負荷電流値Ｉ_ｓａｆｅに達するまで、制御端子１００_Ｃを少なくとも部分的に放電する。安全負荷電流値Ｉ_ｓａｆｅは、０Ａを上回るが電力スイッチ１００の定格公称電流Ｉ_ｎｏｍを下回る電流値であってもよく、電力スイッチアセンブリが使用される特定の用途に基づいて選択されてもよい。言い換えれば、放電電流Ｉ_ｄｉｓは、安全負荷電流値Ｉ_ｓａｆｅに対応する充電レベルまで制御端子１００_Ｃ、例えば制御端子１００_Ｃのキャパシタンスを放電する。安全負荷電流値Ｉ_ｓａｆｅは０Ａを超える電流値であり得るため、図６の上段のシグナリング図に示すように、放電電流は制御端子１００_Ｃを完全に放電しないことがあり、例えば、放電電流Ｉ_ｄｉｓは制御端子１００_Ｃを部分的にしか放電しないことがある。電力スイッチアセンブリ１０の実施態様に基づいて、安全負荷電流値Ｉ_ｓａｆｅは、いくつかの実施態様では０Ａであってもよく、その場合、放電電流Ｉ_ｄｉｓは制御端子１００_Ｃを完全に放電することが理解されよう。

【0040】

図６の下段のシグナリング図は、経時的な電圧Ｖ_ＣＬ２、すなわち制御端子１００_Ｃと１００_Ｌ２との間の電圧を示す。図６の上段のシグナリング図と下段のシグナリング図の時間軸を合わせると、下降時間ｔ_ｆａｌｌにおける負荷電流Ｉ_Ｌの減少は、電圧差ΔＶ_ＣＬ２だけ電圧Ｖ_ＣＬ２を安全電圧レベルＶ_ｓａｆｅまで低下させることにもつながることが分かる。

【0041】

図６の上段のシグナリング線図の上記の論議から分かるように、下降時間ｔ_ｆａｌｌは、寄生インダクタンスＬ_ｐａｒのサイズ、電力スイッチ１００の最大降伏電圧に照らした最大許容過電流電圧レベルＶ_ｏｖｅｒおよび安全負荷電流値Ｉ_ｓａｆｅに基づいて決定される必要がある。それに従って、下降時間ｔ_ｆａｌｌは、式（２）に示すように決定することができる。

【数3】

【0042】

この式は、寄生インダクタンスＬ_ｐａｒにおける電圧および図６の上段のシグナリング図に関して論じたパラメータに関する式（１）から導出される。

【0043】

ΔＩ_Ｌは、電力スイッチ１００の技術パラメータである、単位Ａ／ｍｍ^２の負荷電流密度ΔＪ_Ｌで表すこともできる。それに従って、式（２）は、式（３）に示すように、電力スイッチ１００の面積Ａ_ａに基づいて表すこともできる。

【数4】

【0044】

電力スイッチ１００の放電電流Ｉ_ｄｉｓは、一般に、式（４）に示すように近似することができる。
Ｉ_ｄｉｓ＝ｇ_ｍ＊ΔＶ_ＣＬ２ 式（４）

【0045】

上記の式において、ｇ_ｍは電力スイッチ１００の相互コンダクタンスを表し、これは式（５）に従って決定することができる。

【数5】

【0046】

言い換えれば、トランスコンダクタンスｇ_ｍは、制御端子１００_ＣのキャパシタンスＣ_１００Ｃを下降時間ｔ_ｆａｌｌで除算することによって決定することができる。したがって、放電電流Ｉ_ｄｉｓは、式（４）および式（５）に基づく式（６）に従って計算することができる。

【数6】

【0047】

制御端子１００_ＣのキャパシタンスＣ_１００Ｃは、電力スイッチ１００の技術パラメータである制御端子キャパシタンス密度ｃ_{１００Ｃ、ｕ}と、電力スイッチ１００の面積Ａ_ａと、の積で表すことができるため、式（６）のキャパシタンスＣ_１００Ｃを式（７）に示すように置き換えることで、放電電流Ｉ_ｄｉｓを算出することができる。

【数7】

【0048】

最後に、放電電流Ｉ_ｄｉｓについての上記の式に、下降時間ｔ_ｆａｌｌについての式（３）を挿入すると、式（８）が導かれる。

【数8】

【0049】

図から分かるように、電力スイッチ１００の面積Ａ_ａは相殺する。したがって、放電電流Ｉ_ｄｉｓは、電力スイッチ１００の面積とは無関係に決定することができる。したがって、下降時間ｔ_ｆａｌｌ、電力スイッチ１００の技術パラメータおよび寄生インダクタンスＬ_ｐａｒに基づいて、放電電流Ｉ_ｄｉｓの電流値を決定することができ、これにより、電力スイッチ１００の降伏電圧を超える過電流電圧Ｖ_ｏｖｅｒの電圧レベルを回避しながら、制御端子１００_Ｃを迅速に放電する。式（８）を用いて決定される値Ｉ_ｄｉｓは、留意された境界条件の下で制御端子１００_Ｃの最速放電を達成するための所与の寄生インダクタンスＬ_ｐａｒ値の最大値を表し、Ｉ_ｄｉｓのより低い値は、例えば、安全マージンを提供するために式（８）に入るパラメータの変動を考慮するために使用され得る。放電電流Ｉ_ｄｉｓを決定するために必要なすべてのパラメータは、安全電圧レベルＶ_ｓａｆｅ、安全電流値Ｉ_ｓａｆｅ、電力スイッチ１００の技術パラメータ、および、例えば、電力スイッチアセンブリ１０が配置されているプリント回路基板上のトレースに基づく寄生インダクタンスＬ_ｐａｒの近似値に基づいて決定することができる。放電電流Ｉ_ｄｉｓは、例えば、上記の式（８）に基づいて決定される値を上限として有する本質的に一定の電流であってもよい。「本質的に一定」は、この場合、放電電流のスイッチオンまたはスイッチオフ遷移を除いて、放電電流Ｉ_ｄｉｓの公称値を最大所定分率以下、例えば最大１０％、最大２０％、最大３０％、最大４０％、または最大５０％下回ることのない電流として解釈されるべきである。実施形態では、放電電流Ｉ_ｄｉｓは、最大値よりも低い値、例えば、最大値よりも５％または１０％または２０％または最大５０％低いなど、安全マージンに従って最大値を下回る電流値を有する本質的に一定の電流であることができる。

【0050】

図５Ａ～図５Ｄに示すように、放電電流生成回路２３０は、上記の論議に従って実装され得る。図５Ａ～５Ｄの放電電流生成回路２３０は、放電スイッチ２３１を含み、放電スイッチは、放電電流生成回路２３０に制御端子１００_Ｃを放電電流で放電させる。放電スイッチ２３１は、ゲートドライバ２３２の１つによって制御されてもよく、または過電流検出信号２４０Ｓによって直接制御されてもよい。ゲートドライバ２３２は、制御経路制御回路２２０のゲートドライバ２２４と同様であってもよく、すなわち、これは、放電スイッチ２３１を、放電スイッチ２３１の導通状態に対応する供給電圧および放電スイッチ２３１の阻止状態に対応する供給電圧に結合することができる。

【0051】

図５Ａに示す放電電流生成回路２３０の実装形態では、放電電流生成回路２３０は、電流源２３３と電圧源２３４とをさらに備えることができる。電流源２３３は、上記で論じた放電電流を提供することができる。電圧源２３４は、上記で論じた電圧Ｖ_ｓａｆｅを提供することができる。放電スイッチ２３１が導通状態のとき、放電電流生成回路２３０は制御端子１００_Ｃと第２の負荷端子１００_Ｌ２との間に結合されているので、電圧源２３４は電圧Ｖ_ＣＬ２を電圧Ｖ_ｓａｆｅまで低下させることができる。電圧源２３４は、例えば、図５Ｂに示すように、ツェナーダイオード２３４によって実装され得る。電流源２３３は、図５Ｃに示すように、すなわち、電流源スイッチ２３５、ダイオード２３６、ツェナーダイオード２３８およびバイアス電流源２３７を用いて実装され得る。

【0052】

上記で論じたように、負荷電流Ｉ_Ｌの過電流状態が検出されたときに過電流処理ロジック２００が電力スイッチ１００を制御することを可能にするために、制御端子１００_Ｃはアセンブリ制御端子ＴＣから結合解除される必要がある。この目的のために、図６の中央のシグナリング図の電圧Ｖ_２２１およびＶ_２３１によって示されるように、スイッチ２３１が阻止状態にある間、スイッチ２２１は導通状態にあってもよく、逆もまた同様である。本開示のいくつかの実施態様では、スイッチ２２１および２３１のそのような制御は、過電流検出信号２４０Ｓに基づいて達成され得る。いくつかの実施態様では、スイッチ２２１および２３１のそのような制御は、図５Ｄの放電電流生成回路２３０によって提供され得る制御経路変調信号２３０Ｓに基づいて達成され得る。

【0053】

図５Ｄの放電電流生成回路２３０は、電圧源２３９Ｖと、電圧比較器２３９Ｃと、変調スイッチ２３９と、を含むことができる。したがって、変調信号２３０Ｓは、変調スイッチ２３９の第１の負荷端子における電圧に基づく。変調スイッチ２３９は、電圧比較器２３９Ｃと制御経路変調信号２３０Ｓの電圧レベルとの比較結果によって制御される。制御経路変調信号２３０Ｓは、スイッチ２２１のインピーダンスを変化させ、それによって電圧Ｖ_ＣＬ２を変化させ、例えば電圧Ｖ_ＣＬ２を電圧レベルＶ_ｓａｆｅに低下させる。言い換えれば、制御経路変調信号２３０Ｓは、スイッチ２２１のインピーダンスに基づいて外部制御信号ＣＳ_ｅｘｔを変調することによって電力スイッチ１００の内部制御を実行するために、過電流処理ロジック２００によって使用され得る。

【0054】

過電流検出回路２４０は、第２の負荷端子１００_Ｌ２と第２のアセンブリ負荷端子Ｔ_Ｌ２との間に結合され、過電流検出信号２４０Ｓを提供する。以下で論じるように、過電流検出回路２４０は、負荷電流Ｉ_Ｌの過電流状態を検出し、過電流状態の誤検出を防止するために過電流検出回路２４０の温度係数を補償するように構成される。したがって、過電流検出信号２４０Ｓは、温度補償過電流検出信号２４０Ｓと称され得る。

【0055】

電力スイッチ１００は、例えば、ｋＨｚ範囲まで、またはそれ以上のスイッチング周波数で切り替えられてもよい。それに従って、過電流検出回路２４０は、１００ｎｓなどの短い時間枠で負荷電流Ｉ_Ｌの過電流状態を検出する必要がある。このような検出速度要件に従うために、過電流検出回路２４０は、電力スイッチアセンブリ１０の動作中に過電流検出回路２４０の少なくとも一部を線形動作領域内に維持するように構成される。電力スイッチアセンブリ１０は、外部ゲートドライバがアセンブリ制御端子Ｔ_Ｃと第２のアセンブリ負荷端子Ｔ_Ｌ２との間に電圧を印加している間、動作している。線形動作領域は、ＭＯＳＦＥＴまたはバイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）などの半導体デバイスの動作領域を指し、半導体デバイスは、電圧制御電流源のように挙動する。言い換えれば、線形動作領域において、半導体デバイスのゲート電圧の変化は、半導体デバイスを通る電流の比例的かつ本質的に瞬間的な変化を引き起こす。そのような挙動は、負荷電流Ｉ_Ｌを示す信号などの信号に対する高速応答を可能にする。

【0056】

過電流検出回路２４０が過電流検出回路２４０の少なくとも一部を線形動作モードに維持することにより、過電流検出回路２４０は、上記で論じた検出速度要件に準拠する方法で負荷電流Ｉ_Ｌの過電流状態を検出するようにさらに構成される。これにより、過電流検出回路２４０は、検出速度要件に準拠しながら温度補償過電流検出信号２４０Ｓを提供するために、過電流検出回路の温度係数を補償することができる。言い換えれば、過電流検出回路２４０の少なくとも一部を線形動作モードに維持することにより、過電流検出回路２４０は、過電流状態の検出を遅らせることなく温度係数を補償することができる。

【0057】

例えば、図２に示すように、過電流検出回路２４０は、第２の負荷端子１００_Ｌ２と第２のアセンブリ負荷端子Ｔ_Ｌ２との間に結合された電流測定抵抗器２４２抵抗器を備えることができる。電流測定抵抗器２４２は、電流測定温度係数を有することができる。例えば、電流測定抵抗器２４２は、３．９＊１０^－３１／℃の温度係数を有する銅シャントであってもよい。さらに、過電流検出回路２４０は、電流測定抵抗器２４２に結合された温度補償回路２４１を備えることができる。温度補償回路２４１は、補償温度係数を有することができる。補償温度係数は、現在の測定温度係数を補償するように選択され得る。例えば、補償温度係数は、同じ値であるが、現在の測定温度係数とは異なる符号を有してもよく、または同じ符号であるが、現在の測定温度係数を打ち消すように配置されてもよい。温度補償回路２４１および電流測定抵抗器２４２を含む過電流検出回路２４０の例では、電力スイッチアセンブリの動作中に線形動作領域内に維持され得るのは温度補償回路２４１の少なくとも一部である。

【0058】

図７に示すように、温度補償回路２４１は、温度係数補償回路２４１Ｔと、線形領域維持変換回路２４１Ｌと、過電流信号出力段２４１Ｏと、を備えることができる。

【0059】

温度係数補償回路２４１Ｔは、電流測定抵抗器２４２および線形領域維持変換回路２４１Ｌに結合されてもよく、補償温度係数を有してもよい。線形領域維持変換回路２４１Ｌは、温度係数補償回路２４１Ｔおよび過電流信号出力段２４１Ｏに結合され得る。

【0060】

線形領域維持変換回路２４１Ｌは、温度係数補償回路２４１Ｔの少なくとも一部を線形動作領域に維持するように構成され得る。さらに、線形領域維持変換回路２４１Ｌはまた、温度補償過電流検出信号２４０Ｓのダイナミックレンジを増大するように構成され得る。

【0061】

過電流信号出力段２４１Ｏは、線形領域維持変換回路２４１Ｌに結合されてもよく、線形領域維持変換回路２４１Ｌの出力と過電流閾値との比較に基づいて温度補償過電流検出信号２４０Ｓを提供するように構成されてもよい。過電流閾値は、例えば、温度係数補償回路２４１Ｔによって本質的に生成され得る。本開示のそのような実施態様では、過電流信号出力段２４１Ｏはまた、温度係数補償回路２４１Ｔに結合され得る。

【0062】

図８は、温度補償回路２４１、それによって温度係数補償回路２４１Ｔ、線形領域維持変換回路２４１Ｌおよび過電流信号出力段２４１Ｏの詳細な例示的実装形態を示しており、これらはそれぞれ図８内で破線のボックスによって示されている。

【0063】

それに従って、温度係数補償回路２４１Ｔは、スイッチ２４５_１から２４５_５と、バイポーラトランジスタ２４６_１および２４６_２と、バイアス電流源２４３と、を含むことができる。バイポーラトランジスタ２４６_１および２４６_２は、補償トランジスタとも称され得る。バイポーラトランジスタ２４６_１および２４６_２は、バイポーラトランジスタ２４６_１および２４６_２の温度係数によって引き起こされる電流測定抵抗器２４２における補償温度係数を示す電圧降下を引き起こすように配置され得る。この電圧降下は、抵抗器２４２の電流測定温度係数を相殺することができる。したがって、電圧降下に基づいて、負荷電流ＩＬを示す信号は温度補償されてもよく、それにより、過電流検出信号２４０Ｓが温度補償されることにつながり得る。

【0064】

線形領域維持変換回路２４１Ｌは、スイッチ２４５_６と２４５_７とを備えることができる。スイッチ２４５_６は、バイポーラトランジスタ２４６_１を線形動作領域内に維持するようにバイポーラトランジスタ２４６_１に関して配置される。図８の温度補償回路２４１の実装形態では、負荷電流Ｉ_Ｌを示す温度補償された信号は、バイポーラトランジスタ２４６_１と２４６_２との間の信号線に電圧信号として最初に提供される。スイッチ２４５_７は、この電圧信号を、負荷電流Ｉ_Ｌを示す電流信号に変換するように配置され得る。変換と共に、スイッチ２４５_７は、負荷電流Ｉ_Ｌを示す温度補償された信号のダイナミックレンジを増大させることができる。

【0065】

過電流信号出力段２４１Ｏは、スイッチ２４５_８から２４５_１２とバイアス電圧源２４４とを備えることができる。スイッチ２４５_１１および２４５_１２は、負荷電流Ｉ_Ｌを示す電流信号をミラーリングするカレントミラーを形成することができる。トランジスタ２４６_１および２４６_２は、温度係数補償回路２４１Ｔに結合されて過電流閾値を受信し、したがって、負荷電流Ｉ_Ｌを示す電流信号が負荷電流Ｉ_Ｌの過電流状態を示す場合、過電流信号出力段２４１Ｏの出力を電源線２１０Ｓに結合することができる。

【0066】

図９は、過電流処理ロジック２００を動作させるための方法３００のフローチャートを提供する。方法３００の任意選択のステップは、図９において破線のボックスとして示されている。

【0067】

ステップ３１０において、方法３００は、電力スイッチアセンブリ１０の動作中に過電流検出ロジック２４０の少なくとも一部を線形動作領域内に維持することができる。

【0068】

ステップ３２０において、方法３００は、過電流検出信号２４０Ｓを提供するために第２の負荷端子１００_Ｌ２における過電流状態を検出する。

【0069】

ステップ３３０において、方法３００は、温度補償過電流検出信号２４０Ｓを提供するために、過電流検出回路２４０の温度係数を補償することができる。

【0070】

ステップ３４０において、方法３００は、放電電流を生成する。

【0071】

ステップ３５０において、方法３００は、温度補償過電流検出信号２４０Ｓに応答して放電電流で制御端子１００_Ｃを少なくとも部分的に放電する。

【0072】

上記の図の論議では、図２～図９は、過電流処理ロジックを、過電流検出信号の温度補償と、損傷を与える電圧サージを回避しながら高速下降時間ｔ_ｆａｌｌを提供する放電電流生成と、の両方を含むものとして説明したが、両方の態様が互いに独立して実施されてもよいことが理解されよう。すなわち、本開示のいくつかの実施態様では、電力スイッチアセンブリ１０は、温度補償された過電流検出のみを含むことができ、過電流状態の検出時に電力スイッチ１００を内部制御する他の手段を使用してもよい。本開示のいくつかの実施態様では、電力スイッチアセンブリ１０は、本明細書で論議する放電電流生成のみを含むことができ、内部過電流検出の他の手段を利用してもよい。

【0073】

本発明は、以下の実施例によってさらに説明され得る。

【0074】

一例では、アセンブリ制御端子と、第１のアセンブリ負荷端子と、第２のアセンブリ負荷端子と、を有する電力スイッチアセンブリは、アセンブリ制御端子に結合された制御端子と、第１のアセンブリ負荷端子に結合された第１の負荷端子と、第２のアセンブリ負荷端子に結合された第２の負荷端子とを有する電力スイッチと、アセンブリ制御端子と制御端子との間および第２の負荷端子と第２のアセンブリ負荷端子との間に結合された過電流処理ロジックであって、第２の負荷端子と第２のアセンブリ負荷端子との間に結合され、電力スイッチの負荷電流の過電流状態を示す過電流検出信号を提供するように構成された過電流検出回路と、過電流検出回路および制御端子に結合され、過電流検出信号に応答して制御端子を少なくとも部分的に放電するために放電電流を生成するように構成された放電電流生成回路と、を含む過電流処理ロジックと、を備えることができる。

【0075】

一例では、電力スイッチアセンブリは、過電流処理ロジックおよび電力スイッチを囲むように構成されたパッケージをさらに備えることができ、パッケージは、アセンブリ制御端子と、第１のアセンブリ負荷端子と、第２のアセンブリ負荷端子と、を備える。一実施形態では、パッケージは、アセンブリ制御端子と、第１のアセンブリ負荷端子と、第２のアセンブリ負荷端子と、を排他的に備え、他のまたはさらなる端子を備えない。

【0076】

一例では、放電電流は、下降時間に基づくことができ、下降時間は、過電流の検出から負荷電流の安全負荷電流値への減少までの時間枠を定義する。

【0077】

一例では、過電流処理ロジックは、アセンブリ制御端子と制御端子との間に結合された制御経路制御回路をさらに備えることができ、制御経路制御回路は、アセンブリ制御端子を制御端子に切り替え可能に結合するようにさらに構成され得る。

【0078】

一例では、制御経路制御回路は、過電流検出信号に応答してアセンブリ制御端子を制御端子から結合解除するように構成され得る。

【0079】

一例では、制御経路制御回路は、アセンブリ制御端子および第２のアセンブリ負荷端子に結合されたゲートドライバによって供給される電圧が電力スイッチの閾値電圧を下回るまで、アセンブリ制御端子を制御端子から結合解除したままにするようにさらに構成され得る。

【0080】

一例では、放電電流生成回路は、負荷電流が安全負荷電流値に達するかまたはそれを下回るまで制御端子が放電されるように放電電流を生成するように構成され得る。

【0081】

一例では、過電流検出回路は、温度補償過電流検出信号を提供するために、過電流検出回路の温度係数を補償するように構成され得る。

【0082】

一例では、過電流検出回路は、電流測定温度係数を有する、第２の負荷端子と第２のアセンブリ負荷端子との間に結合された電流測定抵抗器と、補償温度係数を有する、電流測定抵抗器に結合された温度補償回路と、を備えることができ、補償温度係数は、電流測定温度係数を補償することができる。

【0083】

一例では、過電流検出回路は、電力スイッチアセンブリの動作中に過電流検出回路の少なくとも一部を線形動作領域内に維持するように構成され得る。

【0084】

一例では、温度補償回路の少なくとも一部は、電力スイッチアセンブリの動作中に線形動作領域内に維持され得る。

【0085】

一例では、温度補償回路は、補償温度係数を有する温度係数補償回路と、温度係数補償回路に結合され、温度係数補償回路の少なくとも一部を線形動作領域内に維持するように構成された線形領域維持変換回路と、を備えることができる。

【0086】

一例では、温度補償回路は、線形領域維持変換回路に結合され、線形領域維持変換回路の出力と過電流閾値との比較に基づいて温度補償過電流検出信号を提供するように構成された過電流信号出力段をさらに備えることができる。

【0087】

一例では、温度係数補償回路は、補償温度係数を有する少なくとも１つの補償トランジスタを含むことができ、少なくとも１つの補償スイッチは線形動作領域内に維持され得る。

【0088】

一例では、線形領域維持変換回路は、温度補償過電流検出信号のダイナミックレンジを増大させるようにさらに構成され得る。

【0089】

一例では、過電流処理ロジックは、アセンブリ制御端子および第２のアセンブリ負荷端子に結合されたゲートドライバによって供給される電圧に基づいて、過電流検出回路、放電電流生成回路および制御経路制御回路のうちの少なくとも１つのための電源を生成するように構成された電源生成回路をさらに備えることができる。

【0090】

一例では、電力スイッチアセンブリの過電流処理ロジックを動作させるための方法であって、過電流処理ロジックは、過電流検出ロジックと放電電流生成回路とを備え、方法は、電力スイッチの負荷電流の過電流状態を示す過電流検出信号を提供するために電力スイッチの負荷電流の第２の負荷端子における過電流状態を検出することと、放電電流を生成することと、過電流検出信号に応答して電力スイッチの制御端子を放電電流で少なくとも部分的に放電することと、を含む。

【0091】

一例では、方法は、電力スイッチアセンブリの動作中に過電流検出ロジックの少なくとも一部を線形動作領域内に維持することをさらに含むことができる。

【0092】

一例では、方法は、温度補償過電流検出信号を提供するために過電流検出回路の温度係数を補償することをさらに含むことができる。

【0093】

一例では、アセンブリ制御端子と、第１のアセンブリ負荷端子と、第２のアセンブリ負荷端子と、を有する電力スイッチアセンブリは、アセンブリ制御端子に結合された制御端子と、第１のアセンブリ負荷端子に結合された第１の負荷端子と、第２のアセンブリ負荷端子に結合された第２の負荷端子とを有する電力スイッチと、アセンブリ制御端子と制御端子との間および第２の負荷端子と第２のアセンブリ負荷端子との間に結合された過電流処理ロジックであって、第２の負荷端子と第２のアセンブリ負荷端子との間に結合され、電力スイッチの負荷電流の過電流状態を検出し、温度補償過電流検出信号を提供するために過電流検出回路の温度係数を補償するように構成された過電流検出回路であって、温度係数の補償は過電流状態の検出を遅延させない、過電流検出回路と、過電流検出回路および制御端子に結合され、温度補償過電流検出信号に応答して制御端子を放電するために放電電流を生成するように構成された放電電流生成回路と、を備える過電流処理ロジックと、を備えることができる。

【0094】

一例では、アセンブリ制御端子と、第１のアセンブリ負荷端子と、第２のアセンブリ負荷端子と、を有する電力スイッチアセンブリは、アセンブリ制御端子に結合された制御端子と、第１のアセンブリ負荷端子に結合された第１の負荷端子と、第２のアセンブリ負荷端子に結合された第２の負荷端子とを有する電力スイッチと、アセンブリ制御端子と制御端子との間および第２の負荷端子と第２のアセンブリ負荷端子との間に結合された過電流処理ロジックあって、第２の負荷端子と第２のアセンブリ負荷端子との間に結合され、電力スイッチアセンブリの動作中に過電流検出回路の少なくとも一部を線形動作領域内に維持し、電力スイッチの負荷電流の過電流状態を検出し、温度補償過電流検出信号を提供するために過電流検出信号の温度係数を補償するように構成された過電流検出回路と、過電流検出回路および制御端子に結合され、温度補償過電流検出信号に応答して制御端子を制御するように構成された制御端子制御回路と、を含む過電流処理ロジックと、を備えることができる。

【0095】

一例では、アセンブリ制御端子と、第１のアセンブリ負荷端子と、第２のアセンブリ負荷端子と、を有する電力スイッチアセンブリは、アセンブリ制御端子に結合された制御端子と、第１のアセンブリ負荷端子に結合された第１の負荷端子と、第２のアセンブリ負荷端子に結合された第２の負荷端子とを有する電力スイッチと、アセンブリ制御端子と制御端子との間および第２の負荷端子と第２のアセンブリ負荷端子との間に結合された過電流処理ロジックであって、第２の負荷端子と第２のアセンブリ負荷端子との間に結合され、電力スイッチアセンブリの動作中に過電流検出回路の少なくとも一部を線形動作領域に維持し、電力スイッチの負荷電流の過電流状態を検出し、過電流検出信号を提供するために過電流検出回路の温度係数を補償するように結合された過電流検出回路と、過電流検出回路、制御端子および第２の負荷端正に結合され、温度補償過電流検出信号に応答して制御端子を少なくとも部分的に放電するために放電電流を生成するように構成された放電電流生成回路と、を含む過電流処理ロジックと、を備える。

【0096】

上記の説明は、過電流処理ロジックを含む電力スイッチアセンブリを示すために提供されている。説明は、決して本発明の範囲を、説明全体を通して論じた正確な実施形態に限定することを意味するものではないことを理解されたい。むしろ、当業者は、以下の特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲から逸脱することなく、これらの実施形態を組み合わせ、修正または凝縮することができることを認識するであろう。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図5D】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【外国語明細書】