特許 7307680 ハイサイドスイッチのスルー制御

(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】

(24)【登録日】2023-07-04

(45)【発行日】2023-07-12

(54)【発明の名称】ハイサイドスイッチのスルー制御

(51)【国際特許分類】

   H03K 17/16 20060101AFI20230705BHJP

   H02M 1/08 20060101ALI20230705BHJP

【ＦＩ】

H03K17/16 H

H02M1/08 A

【請求項の数】 15

(21)【出願番号】P 2019541714

(86)(22)【出願日】2018-04-09

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2020-06-11

(86)【国際出願番号】 US2018026686

(87)【国際公開番号】W WO2018191154

(87)【国際公開日】2018-10-18

【審査請求日】2021-03-11

(31)【優先権主張番号】201711012738

(32)【優先日】2017-04-10

(33)【優先権主張国・地域又は機関】IN

(31)【優先権主張番号】15/916,421

(32)【優先日】2018-03-09

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】397050741

【氏名又は名称】マイクロチップ テクノロジー インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＭＩＣＲＯＣＨＩＰ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ

(74)【代理人】

【識別番号】100078282

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 秀策

(74)【代理人】

【識別番号】100113413

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 夏樹

(72)【発明者】

【氏名】ラマリンガム， スレシュクマール

(72)【発明者】

【氏名】カルトハウス， ウド

【審査官】▲高▼橋 徳浩

(56)【参考文献】

【文献】特開２００４－３６１５８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００７／０１０３００１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０３２９８１２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１２／１４４３７３（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｍ １／０８

Ｈ０３Ｋ１７／００－Ｈ０３Ｋ１７／７０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電圧源に接続されているハイサイドスイッチのスルーレート制御のための回路であって、
前記ハイサイドスイッチに接続されたサンプル及びレベルシフト回路であって、４つのスイッチを含むサンプル及びレベルシフト回路と、
電荷制限回路と、
サンプリングコンデンサであって、前記サンプリングコンデンサが、
前記サンプル及びレベルシフト回路に対応する入力電圧をサンプリングし、かつ
前記ハイサイドスイッチのゲート容量を充電する
ように構成されている、サンプリングコンデンサと、を備え、
前記電荷制限回路が、
電荷を制限するように構成されている電流シンクを含み、
前記電流シンクと並列に接続されたトランジスタであって、前記電流シンクに対応するいずれの電荷制限も除去するように構成されているトランジスタを含み、かつ
単位時間当たりの前記ハイサイドスイッチの前記ゲート容量に移される電荷の速度を制限するように構成されており、
前記サンプル及びレベルシフト回路は、前記ハイサイドスイッチのソース及びゲートに接続されており、
入力電圧がサンプリングされると、前記４つのスイッチのうちの第１の２つが開放され、前記４つのスイッチのうちの残りの２つが閉鎖されることにより、レベルシフトを実施し、これにより、前記サンプリングコンデンサに蓄積された電荷は、前記ハイサイドスイッチの前記ゲートに印加され、前記ハイサイドスイッチが閉鎖することをもたらし、前記ハイサイドスイッチの前記ゲートに印加される電圧が、接地に対する供給電圧に対応する量だけシフトされる、回路。

【請求項2】

前記電荷制限回路が、前記サンプリングコンデンサを通って流れる電流を制限するように更に構成されている、請求項１に記載の回路。

【請求項3】

前記電荷制限回路が、前記サンプリングコンデンサに印加される電圧を制限するように更に構成されている、請求項１に記載の回路。

【請求項4】

前記ハイサイドスイッチが、ｎチャネル金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ｎＭＯＳトランジスタ）である、請求項１～３のいずれか一項に記載の回路。

【請求項5】

前記ハイサイドスイッチのスルーレート制御のための前記回路が、単一チップ上の集積回路である、請求項１～４のいずれか一項に記載の回路。

【請求項6】

前記電圧源が、調節可能な電圧源である、請求項１～５のいずれか一項に記載の回路。

【請求項7】

前記サンプリングコンデンサが、調節可能なサンプリングコンデンサである、請求項１～６のいずれか一項に記載の回路。

【請求項8】

ハイサイドスイッチのスルーレートを制御するための方法であって、
サンプル及びレベルシフト回路に入力電流を供給することであって、前記サンプル及びレベルシフト回路は、４つのスイッチを含む、ことと、
入力電圧をサンプリングコンデンサを用いてサンプリングすることであって、前記サンプリングコンデンサは、前記入力電圧の前記サンプリングのために構成されている、ことと、
前記入力電圧をレベルシフトすることと、
前記サンプリングコンデンサを使用して、前記ハイサイドスイッチのゲート容量を充電することと、
前記サンプリングコンデンサに供給される電荷を制限することであって、前記電荷が、少なくとも１つの電流シンクによって制限される、ことと、
トランジスタを前記少なくとも１つの電流シンクと並列に接続することと、
前記トランジスタをオンにして、前記少なくとも１つの電流シンクに対応するいずれの電荷制限も除去することと
を含み、入力電圧がサンプリングされると、前記４つのスイッチのうちの第１の２つが開放され、前記４つのスイッチのうちの残りの２つが閉鎖されることにより、レベルシフトを実施し、これにより、前記サンプリングコンデンサに蓄積された電荷は、前記ハイサイドスイッチのゲートに印加され、前記ハイサイドスイッチが閉鎖することをもたらし、前記ハイサイドスイッチの前記ゲートに印加される電圧が、接地に対する供給電圧に対応する量だけシフトされる、方法。

【請求項9】

前記少なくとも１つの電流シンクの各々は、相互に異なるハイサイドスイッチスルーレートに対応し、前記方法は、所定のハイサイドスイッチスルーレートに対応する、前記少なくとも１つの電流シンクのうちの１つ又は前記少なくとも１つの電流シンクを選択することを更に含む、請求項８に記載の方法。

【請求項10】

前記サンプリングコンデンサを通って流れる電流を制限することを更に含む、請求項８～９のいずれか一項に記載の方法。

【請求項11】

前記サンプリングコンデンサに印加される電圧を制限することを更に含む、請求項８～９のいずれか一項に記載の方法。

【請求項12】

前記ハイサイドスイッチが、ｎチャネル金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ｎＭＯＳトランジスタ）である、請求項８～１１のいずれか一項に記載の方法。

【請求項13】

前記スルーレートが、単一チップ上の集積回路から制御される、請求項８～１２のいずれか一項に記載の方法。

【請求項14】

スイッチ装置であって、
ハイサイドスイッチと、
請求項１～７に記載の回路のうちのいずれかと、を備える、スイッチ装置。

【請求項15】

マイクロコントローラであって、
ハイサイドスイッチと、
請求項１～７に記載の回路のうちのいずれかと、を備える、マイクロコントローラ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、トランジスタベースのスイッチに関し、より具体的には、ハイサイドスイッチのスルー制御に関する。

【0002】

（優先権出願）
本出願は、２０１７年４月１０日に出願されたインド特許出願第２０１７１１０１２７３８号に対する優先権を主張し、その内容全体が本明細書に組み込まれる。

【背景技術】

【0003】

ハイサイドスイッチは、様々な負荷を駆動するために使用され得、それゆえに、いくつかの異なる用途で使用され得る。ハイサイドスイッチを駆動するための典型的なシステム及び方法は、電荷ポンプを利用する。電荷ポンプは、高電圧又は低電圧電源のいずれかを生成するために、エネルギー貯蔵素子としてコンデンサを使用するＤＣ－ＤＣコンバータである。ハイサイドスイッチに関して、電荷ポンプは、ハイサイドスイッチを駆動するためのＤＣ電流を供給することに加えて、他の回路構成要素（増幅器など）を供給するために採用される。この方法は、ＤＣ負荷電流を供給するために、電荷ポンプ内の大型コンデンサの使用を必要とする。大型コンデンサは、オンチップ集積ソリューションが必要とされる場合に、貴重な表面積を占有し得る。この問題を解決するために、いくつかのシステムは、ＤＣ電流を供給するための外部コンデンサを実装する。これは、チップの必要な表面積を低減するが、外部コンデンサを接続するために余分なピンが含められることになる。ハイサイドスイッチを駆動するための電荷ポンプ設計を使用することは、チップサイズを低減する必要がある状況、又はコスト重視であるためにピンの数を低減する必要がある状況には寄与しない。加えて、電荷ポンプ設計を使用することは、外部構成要素が部品表（bill of materials、ＢＯＭ）全体及びコストに付加されるため、外部コンデンサなどの外部構成要素を可能な限り少なくする必要がある状況には寄与しない。

【0004】

一般的に言うと、ハイサイドスイッチは、パス素子、ゲート制御ブロック、及び入力論理ブロックの３つの主要素を含む。パス素子は、通常、トランジスタであり、これは、典型的には、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor、ＭＯＳＦＥＴ）又は横方向拡散金属酸化物半導体トランジスタ（laterally diffused metal oxide semiconductor transistor、ＬＤＭＯＳ）である。ＬＤＭＯＳトランジスタは、ＭＯＳＦＥＴの一種であると考えられる。パス素子は、線形領域で動作して、電流を電源から負荷まで通過させる。ゲート制御ブロックは、パス素子のゲートに電圧を提供して、それを「オン」又は「オフ」に切り替える。入力論理ブロックは、オン／オフ信号を解釈し、ゲート制御ブロックをトリガして、パス素子を「オン」又は「オフ」に切り替える。

【0005】

電子工学では、スルーレートは、単位時間当たりの電圧の変化として定義される。回路のスルーレートを超えることは、信号歪みを生じさせ得る。また、スルーレートを超えることは、電磁放射（electromagnetic emission、ＥＭＥ）の量を増加させ、それにより、電磁適合性（electromagnetic compatibility、ＥＭＣ）規格に違反し、他の電子デバイスを潜在的に妨害する恐れがある。したがって、スルーレートは、対応する回路の動作に著しい制限を課し得る。電流リミッタを追加することは、スルーレートに対するいくつかの制御を提供し得るが、この解決策は、依然として大型電荷ポンプの使用を必要とする。

【0006】

図１は、追加の電流リミッタを含むハイサイドスイッチを駆動するための公知のシステム及び方法の回路レベル概略図である。示されるように、電荷ポンプ２は、電流コントローラ４に接続されている。電流コントローラ４は、増幅器６及びトランジスタ１０を含む。ここで、使用されるトランジスタ１０は、ｐチャネル金属酸化物半導体（p-channel metal-oxide semiconductor、ｐＭＯＳ）である。電流コントローラ４は、電荷ポンプ２によって電圧供給され、抵抗器１２、２４から生じる電圧差に基づいて出力を制御する。増幅器６の正のレールは、電荷ポンプ２によって給電され、増幅器６の負のレールは、供給電圧８によって給電される。電流検知抵抗器１２が、電荷ポンプ２と増幅器６との間に接続されている。電流検知ＦＥＴ１４が、増幅器６と出力ピン１８との間に接続されている。ハイサイドスイッチＦＥＴ１６が、電荷ポンプ２に接続されたドレイン側を有し、ゲート側は、トランジスタ１０を介して増幅器６の出力に接続され、ソース側は、出力ピン１８に接続されている。出力ピン１８は、システムを回路負荷２０に接続するために使用される。加えて、抵抗器３２が、ＦＥＴ１６のゲート側とソース側との間に接続されている。回路は、クロック発生器２２を更に含む。抵抗器２４が、電荷ポンプ２と増幅器６との間に接続されている。回路は、負荷基準２６を更に含む。また、ハイサイドスイッチＦＥＴ１６が「オフ」になったときに、抵抗器３０と直列に接続されているＦＥＴ２８が示されている。電流リミッタ３４は、ハイサイドスイッチＦＥＴ１６のスルーレートに対する、いくつかの制御を提供するために使用される。

【0007】

更に図１を参照すると、電荷ポンプ２は、増幅器６及びハイサイドスイッチＦＥＴ１６へのその接続に起因して、相当な出力電流を送達する必要がある。電流コントローラ４を用いてハイサイドスイッチのゲートを所望される電圧Ｖ_ＧＳまで迅速に充電することは、電荷ポンプ２から相当量の電流を引き込む。それゆえに、電荷ポンプ２は、比較的大型のコンデンサを含み、これが図１の回路を単一チップ上に統合することを困難にしている。大型集積コンデンサは、シリコンダイサイズを増大させ、それにより製品コストを増加させる。大型コンデンサが外部に位置する場合、追加のピンが必要になり、いずれの外部コンデンサも、ＢＯＭコストを増加させ、それゆえにシステム全体のコストを増加させ得る。電流リミッタ３４用いてハイサイドスイッチＦＥＴ１６のスルーレートを制御することは、大型電荷ポンプ２の必要性を結果としてもたらす。

【0008】

それゆえに、ハイサイドスイッチのスルーレートを制御するための改善されたシステム及び方法が必要とされている。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記の必要性は、サンプリング及びレベルシフト回路を含むハイサイドスイッチスルーレートを制御するための本開示のシステム及び方法によって満たされる。

【0010】

ハイサイドスイッチのスルーレート制御のための例示的な回路が開示される。回路は、サンプル及びレベルシフト回路を備える。サンプル及びレベルシフト回路は、ハイサイドスイッチに接続されている。回路は、サンプリングコンデンサを更に備え、サンプリングコンデンサは、サンプル及びレベルシフト回路に対応する入力電圧をサンプリングするように構成されている。加えて、回路は、回路として実装可能な電荷制限機構を含む。サンプリングコンデンサは、ハイサイドスイッチのゲート容量を充電するように構成されている。電荷制限機構は、単位時間当たりのハイサイドスイッチのゲート容量に移される電荷の速度を制限するように構成されている。

【0011】

ハイサイドスイッチのスルーレートを制御するための例示的な方法が開示される。本方法は、入力電流をサンプル及びレベルシフト回路に供給することを含む。本方法は、入力電圧をサンプリングすることを更に含む。サンプリングコンデンサは、入力電圧のサンプリングのために構成されている。加えて、本方法は、入力電圧をレベルシフトすることを含む。本方法は、サンプリングコンデンサを使用して、ハイサイドスイッチのゲート容量を充電することを含む。更に、本方法は、サンプリングコンデンサに供給される電荷を制限することを含み、電荷は、少なくとも１つの電流シンクによって制限される。
本発明は、例えば、以下を提供する。
（項目１）
ハイサイドスイッチのスルーレート制御のための回路であって、
前記ハイサイドスイッチに接続されたサンプル及びレベルシフト回路と、
電荷制限回路と、
サンプリングコンデンサであって、前記サンプリングコンデンサが、
前記サンプル及びレベルシフト回路に対応する入力電圧をサンプリングし、かつ
前記ハイサイドスイッチのゲート容量を充電するように構成されている、サンプリングコンデンサと、を備え、
前記電荷制限回路が、単位時間当たりの前記ハイサイドスイッチの前記ゲート容量に移される電荷の速度を制限するように構成されている、回路。
（項目２）
前記電荷制限回路が、前記サンプリングコンデンサに対応する電流を制限するように更に構成されている、項目１に記載の回路。
（項目３）
前記電荷制限回路が、前記サンプリングコンデンサに対応する電圧を制限するように更に構成されている、項目１に記載の回路。
（項目４）
前記電荷制限回路が、前記サンプル及びレベルシフト回路に対応するサンプリング容量を制限するように更に構成されている、項目１～３のいずれか一項に記載の回路。
（項目５）
前記電荷制限回路が、前記サンプル及びレベルシフト回路に対応する周波数を制限するように更に構成されている、項目１～３のいずれか一項に記載の回路。
（項目６）
前記ハイサイドスイッチが、ｎチャネル金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ｎＭＯＳトランジスタ）である、項目１～５のいずれか一項に記載の回路。
（項目７）
前記ハイサイドスイッチ用の前記スルーレート制御回路が、単一チップ上の集積回路である、項目１～６のいずれか一項に記載の回路。
（項目８）
前記電荷制限回路が、調節可能な電圧源を含む、項目１～７のいずれか一項に記載の回路。
（項目９）
前記電荷制限回路が、前記サンプリングコンデンサを含む、項目１～８のいずれか一項に記載の回路。
（項目１０）
前記サンプリングコンデンサが、調節可能なサンプリングコンデンサであり、
前記電荷制限回路が、前記サンプリングコンデンサを含む、項目１～９のいずれか一項に記載の回路。
（項目１１）
ハイサイドスイッチのスルーレートを制御するための方法であって、
サンプル及びレベルシフト回路に入力電流を供給することと、
入力電圧を、前記入力電圧の前記サンプリングのために構成されたサンプリングコンデンサを用いてサンプリングすることと、
前記入力電圧をレベルシフトすることと、
前記サンプリングコンデンサを使用して、前記ハイサイドスイッチのゲート容量を充電することと、
前記サンプリングコンデンサに供給される電荷を制限することであって、前記電荷が、少なくとも１つの電流シンクによって制限される、制限することと、を含む、方法。
（項目１２）
トランジスタを前記少なくとも１つの電流シンクと並列に接続することと、前記トランジスタをオンにして、前記少なくとも１つの電流シンクに対応するいずれの電荷制限も除去することと、を更に含む、項目１１に記載の方法。
（項目１３）
前記少なくとも１つの電流シンク、又は異なるハイサイドスイッチスルーレートに対応する前記少なくとも１つの電流シンクのうちの１つを選択することを更に含む、項目１１又は１２に記載の方法。
（項目１４）
前記サンプリングコンデンサに対応する電流を制限することを更に含む、項目１１～１３のいずれか一項に記載の方法。
（項目１５）
前記サンプリングコンデンサに対応する電圧を制限することを更に含む、項目１１～１３のいずれか一項に記載の方法。
（項目１６）
前記サンプル及びレベルシフト回路に対応するサンプリング容量を制限することを更に含む、項目１１～１５のいずれか一項に記載の方法。
（項目１７）
前記サンプル及びレベルシフト回路に対応する周波数を制限することを更に含む、項目１１～１６のいずれか一項に記載の方法。
（項目１８）
前記ハイサイドスイッチが、ｎチャネル金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ｎＭＯＳトランジスタ）である、項目１１～１７のいずれか一項に記載の方法。
（項目１９）
前記スルーレートが、単一チップ上の集積回路から制御される、項目１１～１８のいずれか一項に記載の方法。
（項目２０）
電荷制限が、調節可能な電圧源によって実施される、項目１１～１９のいずれか一項に記載の方法。
（項目２１）
電荷制限が、前記サンプリングコンデンサによって更に実施される、項目１１～２０のいずれか一項に記載の方法。
（項目２２）
スイッチ装置であって、
ハイサイドスイッチと、
項目１～１０に記載の回路のうちのいずれかと、を備える、スイッチ装置。
（項目２３）
マイクロコントローラであって、
ハイサイドスイッチと、
項目１～１０に記載の回路のうちのいずれかと、を備える、マイクロコントローラ。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】電流リミッタを含むハイサイドスイッチを駆動するための公知のシステム及び方法の回路レベル概略図である。

【図2】本開示による、ハイサイドスイッチのスルーレートを制御するためのシステム及び方法の一実施形態の回路レベル概略図である。

【図3】本開示による、ハイサイドスイッチのスルーレートを制御するためのシステム及び方法の別の実施形態の回路レベル概略図である。

【図4】本開示による、ハイサイドスイッチのスルーレートを制御するためのシステム及び方法の別の実施形態の回路レベル概略図である。

【図5】本開示による、ハイサイドスイッチのスルーレートを制御するためのシステム及び方法の別の実施形態の回路レベル概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

本発明の任意の実施形態を詳細に説明する前に、本発明が、以下の説明に明らかにされるか又は以下の図面に例示される構成の詳細及び構成要素の配置にその用途が限定されないことを理解されたい。本発明は、他の実施形態、及び様々な方式で実施又は実行されることが可能である。また、本明細書に使用される表現及び用語が説明の目的のためのものであり、限定として見なされるべきではないことを理解されたい。本明細書における「含む（including）」、「備える（comprising）」、又は「有する（having）」、及びその変形の使用は、その後に列挙される項目及びその等価物、並びに追加の項目を包含することを意味する。別途指定又は限定されない限り、用語「装着された」、「接続された」、「支持された」、及び「連結された」、並びにその変形は広く使用され、直接的及び間接的な装着、接続、支持、及び連結の両方を包含する。更に、「接続された」及び「連結された」は、物理的又は機械的な接続又は連結に制限されない。

【0014】

以下の考察は、当業者が本発明の実施形態を作製及び使用することを可能にするために提示される。例示される実施形態に対する様々な修正が、当業者に容易に明らかとなり、本明細書の一般的原理が、本発明の実施形態から逸脱することなく、他の実施形態及び用途に適用され得る。したがって、本発明の実施形態は、示される実施形態に限定されることを意図するものではなく、本明細書に開示される原理及び特徴と一致する最も広い範囲を与えられるものである。以下の詳細な説明は、図を参照して読まれるべきであり、異なる図中の同様の要素は、同様の参照番号を有する。図は、必ずしも正しい縮尺ではなく、選択された実施形態を図示し、本発明の実施形態の範囲を限定することを意図するものではない。当業者であれば、本明細書に提供される実施例が、本発明の実施形態の範囲内に収まる多くの有用な代替例を有することを認識するであろう。

【0015】

本開示の実施形態は、出力負荷に電力を選択的に提供する際に使用するためのハイサイドスイッチのスルーレートを制御するためのシステム及び方法を提供する。

【0016】

図２は、本開示による、ハイサイドスイッチのスルーレートを制御するためのシステム及び方法の一実施形態の回路レベル概略図である。一実施形態では、サンプル及びレベルシフト回路４０が提供され得る。サンプル及びレベルシフト回路４０は、電圧源４２に接続され得る。電圧源４２は、増幅器（例えば、演算増幅器）の出力とすることができる。代替的に、電圧源４２は、固定又は可変供給電圧を供給してもよい。特定の実施形態では、電圧源４２が１．８、２．５、３．３、又は５ボルトであることが有益であり得る。代替的に、任意の他の電圧レベルが、電圧源４２によって供給されてもよい。サンプル及びレベルシフト回路４０は、複数のスイッチ５０、５２、５４、５６を含み得る。サンプル及びレベルシフト回路４０は、サンプリングコンデンサ５８を更に含み得る。加えて、サンプル及びレベルシフト回路４０は、電界効果トランジスタ（field-effect transistor、ＦＥＴ）６０を含み得る。スルー制御８０は、並列に接続され得る電流シンク８２、８４、８６を含み得る。スルー制御８０は、ＦＥＴ６０と並列に接続され得る。

【0017】

非限定的な一例では、図２に示されるように、ハイサイドスイッチ７０は、ｎチャネル金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ｎＭＯＳトランジスタ）又はｎチャネル横方向拡散金属酸化物半導体トランジスタ（ｎＬＤＭＯＳトランジスタ）とすることができる。ｎＬＤＭＯＳトランジスタは、ｎＭＯＳトランジスタの一種であると考えられる。特定の状況では、異なる種類のトランジスタを使用することが有益であり得る。サンプル及びレベルシフト回路４０の１つの出力は、ハイサイドスイッチ７０のゲート側に接続され得る。ハイサイドスイッチ７０のドレイン側は、電圧源４８に接続され得る。出力ピン７２は、回路負荷に接続され得る。特定の非限定的な実施形態では、ハイサイドスイッチ７０及びローサイドスイッチがハーフブリッジ構成を構築するように、ローサイドスイッチが含められて出力ピン７２に接続され得る。

【0018】

更に図２を参照すると、サンプル及びレベルシフト回路４０は、ハイサイドスイッチ７０を駆動するときに、電荷ポンプの必要性を排除し得る。サンプリングコンデンサ５８は、電圧源４２の電圧をサンプリングし得る。サンプリングコンデンサ５８は、次いで、ハイサイドスイッチ７０のゲート側容量を充電するために使用され得る。ゲート側容量の充電は、ハイサイドスイッチ７０が「オン」になることを可能にし得る。非限定的な一実施形態では、ハイサイドスイッチ７０が「オン」であるとき、入力電圧が回路負荷に供給され得る。

【0019】

別の非限定的な実施形態では、ハイサイドスイッチ７０のゲート容量は、保持コンデンサとして機能し得る。したがって、保持コンデンサにはＤＣ負荷が必要とされない場合がある。サンプル及びレベルシフト回路４０は、任意のＤＣ電流を提供し得る。別の非限定的な実施形態では、明示的な保持コンデンサが、ハイサイドスイッチ７０のゲート容量に並列に接続されてもよい。繰り返すが、保持コンデンサにはＤＣ負荷が必要とされない場合がある。

【0020】

特定の非限定的な実施形態では、電圧源４８、４２は、電荷ポンプ電力増幅器を有することとは対照的に、固定電圧を供給し得る。増幅器が電圧源４２として機能する状況では、増幅器は、短絡電流コントローラとして機能し得る。特定の状況では、異なる増幅器構成、又は異なる種類の増幅器を使用することが有益であり得る。特定の状況では、電圧源４８から、電圧源４８を数ボルト下回るまでのコモンモード電圧範囲内で機能するように構成される増幅器を含むことが有益であり得る。増幅器は、高入力コモンモード電圧、及び低出力コモンモード電圧を処理するように特別に設計され得る。

【0021】

特定の状況では、３．３ボルトを提供する電圧源４８、４２を含むことが有益であり得る。代替的に、電圧源４８、４２は、５、１２、１４、２４、及び４８ボルトを含む、任意の他の所定の電圧レベルを供給してもよい。特定の状況では、電圧源４８、４２の少なくとも１つのために車両電池を使用することが有益であり得る。特定の状況では、電圧源４８、４２のうちの少なくとも１つが、４．５ボルト～６０ボルトの範囲内の供給電圧を有することが有益であり得る。非限定的な一実施形態では、電圧源４８、４２は、それぞれの供給電圧を所定の時間にわたって増加させる（即ち、ランプ電圧）ように構成され得る。

【0022】

非限定的な一実施形態では、開示されるシステムは、単一チップ上の集積回路とすることができる。集積回路は、図１に示されるように、電荷ポンプシステムによって使用されるチップ表面積の１／３を使用し得る。代替的に、開示されるシステムは、図１に示されるように、電荷ポンプシステムによって使用されるチップ表面積の最大９９％を使用してもよい。特定の状況では、単一チップ上の集積回路内にサンプリングコンデンサ５８を特別に含むことが有益であり得る。非限定的な一実施形態では、サンプリングコンデンサ５８は、図１に示される電荷ポンプシステムと関連付けられたコンデンサよりも小さくてもよい。いくつかの非限定的な実施形態では、サンプリングコンデンサは、２ｐＦ～２５０ｐＦの容量範囲内であり得る。

【0023】

非限定的な一実施形態では、本開示によって含められるピンの数は、図１に示されるように電荷ポンプシステムによって含められるピンの数よりも少なくてもよい。非限定的な一例では、本開示は、図１に示されるように電荷ポンプシステムよりも１つ少ないピンを含み得る。非限定的な別の例では、本開示は、図１に示されるように電荷ポンプシステムよりも３つ少ないピンを含み得る。

【0024】

非限定的な一実施形態では、電流シンク８２、８４、８６は、各々、サンプリングコンデンサ５８に蓄積された電荷量を制御し得る。電流シンク８２、８４、８６のうちのどれが動作しているかを選択することによって、ハイサイドスイッチ７０の充電のスルーレートもまた、選択され得る。したがって、電流シンク８２、８４、８６の各々は、ハイサイドスイッチ７０の異なるスルーレート充電に対応し得る。ＦＥＴ６０は、スルーレート制御が所望されないときに、電流シンク８２、８４、８６の各々を短絡するために使用され得る。サンプリングコンデンサ５８内の蓄積された電荷量を制御することによって、ハイサイドスイッチ７０のＶ_ＧＳまでの充電速度に対する制御が可能であり得る。ＦＥＴ６０が電流シンク８２、８４、８６を短絡させたとき、サンプリングコンデンサ５８は、満充電に達し得、ハイサイドスイッチ７０を充電するスルーレートは、比較的高くなり得る。ハイサイドスイッチ７０のスルーレートは、プログラム可能であり得る。

【0025】

図３は、本開示による、ハイサイドスイッチのスルーレートを制御するためのシステム及び方法の別の実施形態の回路レベル概略図である。一実施形態では、サンプル及びレベルシフト回路４０が提供され得る。サンプル及びレベルシフト回路４０は、電圧源４２に接続され得る。電圧源４２は、増幅器（例えば、演算増幅器）の出力とすることができる。代替的に、電圧源４２は、固定又は可変供給電圧を供給してもよい。特定の実施形態では、電圧源４２が１．８、２．５、３．３、又は５ボルトであることが有益であり得る。代替的に、任意の他の電圧レベルが、電圧源４２によって供給されてもよい。サンプル及びレベルシフト回路４０は、複数のスイッチ５０、５２、５４、５６を含み得る。サンプル及びレベルシフト回路４０は、サンプリングコンデンサ５８を更に含み得る。加えて、サンプル及びレベルシフト回路４０は、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）６０を含み得る。スルー制御８８は、可変であり得る少なくとも１つの電流シンク８２を含んでもよい。スルー制御８８は、ＦＥＴ６０と並列に接続され得る。

【0026】

非限定的な一例では、図３に示されるように、ハイサイドスイッチ７０は、ｎチャネル金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ｎＭＯＳトランジスタ）又はｎチャネル横方向拡散金属酸化物半導体トランジスタ（ｎＬＤＭＯＳトランジスタ）とすることができる。ｎＬＤＭＯＳトランジスタは、ｎＭＯＳトランジスタの一種であると考えられる。特定の状況では、異なる種類のトランジスタを使用することが有益であり得る。サンプル及びレベルシフト回路４０の１つの出力は、ハイサイドスイッチ７０のゲート側に接続され得る。ハイサイドスイッチ７０のドレイン側は、電圧源４８に接続され得る。出力ピン７２は、回路負荷に接続され得る。特定の非限定的な実施形態では、ハイサイドスイッチ７０及びローサイドスイッチがハーフブリッジ構成を構築するように、ローサイドスイッチが含められて出力ピン７２に接続され得る。

【0027】

更に図３を参照すると、サンプル及びレベルシフト回路４０は、ハイサイドスイッチ７０を駆動するときに、電荷ポンプの必要性を排除し得る。サンプリングコンデンサ５８は、電圧源４２の電圧をサンプリングし得る。サンプリングコンデンサ５８は、次いで、ハイサイドスイッチ７０のゲート側容量を充電するために使用され得る。ゲート側容量の充電は、ハイサイドスイッチ７０が「オン」になることを可能にし得る。非限定的な一実施形態では、ハイサイドスイッチ７０が「オン」であるとき、入力電圧が回路負荷に供給され得る。

【0028】

非限定的な一実施形態では、電流シンク８２は、サンプリングコンデンサ５８内に蓄積された電荷量を制御する。電流シンク８２を選択することによって、ハイサイドスイッチ７０の充電のスルーレートもまた、選択され得る。ＦＥＴ６０は、スルーレート制御が所望されないときに、電流シンク８２を短絡するために使用され得る。サンプリングコンデンサ５８内の蓄積された電荷量を制御することによって、ハイサイドスイッチ７０のＶ_ＧＳまでの充電速度に対する制御が可能であり得る。ＦＥＴ６０が電流シンク８２を短絡させたとき、サンプリングコンデンサ５８は、満充電に達し得、ハイサイドスイッチ７０を充電するスルーレートは、比較的高くなり得る。ハイサイドスイッチ７０のスルーレートは、プログラム可能であり得る。

【0029】

図２及び図３を参照すると、少なくとも１つの電流シンク８２が実装されるとき、任意の数の電流シンクを実装することが可能になり得ることが明らかになる。図２を参照すると、非限定的な一実施形態は、並列に接続された３つの電流シンク８２、８４、８６を含む。代替的に、並列に接続された任意の数の電流シンクが含められてもよい。電流シンク８２、８４、８６のいずれも、可変かつ選択可能であり得る。

【0030】

図４は、本開示による、ハイサイドスイッチのスルーレートを制御するためのシステム及び方法の別の実施形態の回路レベル概略図である。一実施形態では、サンプル及びレベルシフト回路９０が提供され得る。サンプル及びレベルシフト回路９０は、電圧源４２に接続され得る。電圧源４２は、増幅器（例えば、演算増幅器）の出力とすることができる。代替的に、電圧源４２は、固定又は可変供給電圧を供給してもよい。特定の実施形態では、電圧源４２が１．８、２．５、３．３、又は５ボルトであることが有益であり得る。代替的に、任意の他の電圧レベルが、電圧源４２によって供給されてもよい。サンプル及びレベルシフト回路４０は、複数のスイッチ５０、５２、５４、５６を含み得る。サンプル及びレベルシフト回路４０は、サンプリングコンデンサ９２を更に含み得る。スルー制御は、サンプリングコンデンサ９２を介して実装され得る。

【0031】

非限定的な一例では、図４に示されるように、ハイサイドスイッチ７０は、ｎチャネル金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ｎＭＯＳトランジスタ）又はｎチャネル横方向拡散金属酸化物半導体トランジスタ（ｎＬＤＭＯＳトランジスタ）とすることができる。ｎＬＤＭＯＳトランジスタは、ｎＭＯＳトランジスタの一種であると考えられる。特定の状況では、異なる種類のトランジスタを使用することが有益であり得る。サンプル及びレベルシフト回路４０の１つの出力は、ハイサイドスイッチ７０のゲート側に接続され得る。ハイサイドスイッチ７０のドレイン側は、電圧源４８に接続され得る。出力ピン７２は、回路負荷に接続され得る。特定の非限定的な実施形態では、ハイサイドスイッチ７０及びローサイドスイッチがハーフブリッジ構成を構築するように、ローサイドスイッチが含められて出力ピン７２に接続され得る。

【0032】

更に図４を参照すると、サンプル及びレベルシフト回路９０は、ハイサイドスイッチ７０を駆動するときに、電荷ポンプの必要性を排除し得る。サンプリングコンデンサ９２は、電圧源４２の電圧をサンプリングし得る。サンプリングコンデンサ９２は、次いで、ハイサイドスイッチ７０のゲート側容量を充電するために使用され得る。ゲート側容量の充電は、ハイサイドスイッチ７０が「オン」になることを可能にし得る。非限定的な一実施形態では、ハイサイドスイッチ７０が「オン」であるとき、入力電圧が回路負荷に供給され得る。

【0033】

非限定的な一実施形態では、サンプリングコンデンサ９２は、調節可能であり得る。特定の状況では、サンプリングコンデンサ９２が、次いで、電荷制限機構として使用され得るため、調節可能なサンプリングコンデンサ９２を含むことが有益であり得る。この非限定的な実施形態では、サンプリング容量は、サンプル及びレベルシフト回路に対応する。それゆえに、サンプリングコンデンサ９２の容量を調節することは、ハイサイドスイッチ７０のスルー制御を可能にし得る。

【0034】

図５は、本開示による、ハイサイドスイッチのスルーレートを制御するためのシステム及び方法の別の実施形態の回路レベル概略図である。一実施形態では、サンプル及びレベルシフト回路９６が提供され得る。サンプル及びレベルシフト回路９６は、電圧源９８に接続され得る。サンプル及びレベルシフト回路４０は、複数のスイッチ５０、５２、５４、５６を含み得る。サンプル及びレベルシフト回路４０は、サンプリングコンデンサ５８を更に含み得る。

【0035】

非限定的な一例では、図５に示されるように、ハイサイドスイッチ７０は、ｎチャネル金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ｎＭＯＳトランジスタ）又はｎチャネル横方向拡散金属酸化物半導体トランジスタ（ｎＬＤＭＯＳトランジスタ）とすることができる。ｎＬＤＭＯＳトランジスタは、ｎＭＯＳトランジスタの一種であると考えられる。特定の状況では、異なる種類のトランジスタを使用することが有益であり得る。サンプル及びレベルシフト回路９６の１つの出力は、ハイサイドスイッチ７０のゲート側に接続され得る。ハイサイドスイッチ７０のドレイン側は、電圧源４８に接続され得る。出力ピン７２は、回路負荷に接続され得る。特定の非限定的な実施形態では、ハイサイドスイッチ７０及びローサイドスイッチがハーフブリッジ構成を構築するように、ローサイドスイッチが含められて出力ピン７２に接続され得る。

【0036】

更に図５を参照すると、サンプル及びレベルシフト回路９６は、ハイサイドスイッチ７０を駆動するときに、電荷ポンプの必要性を排除し得る。サンプリングコンデンサ９６は、電圧源９８の電圧をサンプリングし得る。サンプリングコンデンサ９６は、次いで、ハイサイドスイッチ７０のゲート側容量を充電するために使用され得る。ゲート側容量の充電は、ハイサイドスイッチ７０が「オン」になることを可能にし得る。非限定的な一実施形態では、ハイサイドスイッチ７０が「オン」であるとき、入力電圧が回路負荷に供給され得る。

【0037】

電圧源９８は、固定又は可変供給電圧を供給してもよい。特定の実施形態では、電圧源４２が１．８、２．５、３．３、又は５ボルトであることが有益であり得る。代替的に、任意の他の電圧レベルが、電圧源４２によって供給されてもよい。非限定的な一実施形態では、電圧源９８は、供給電圧を所定の時間にわたって増加させる（即ち、ランプ電圧）ように構成され得る。非限定的な一実施形態では、電圧源９８は、電荷制限機構として使用され得る。調節可能な電圧源９８は、サンプリングコンデンサの充電に対応する電圧を制限し得る。そのようにして、ハイサイドスイッチのスルーレートが制御され得る。

【0038】

非限定的な一実施形態では、スルー制御回路は、他の種類の電荷制限機構を含んでもよい。電荷制限機構は、サンプリングコンデンサ５８のサンプリングされた電流を制限し得る。特定の非限定的な実施形態では、電荷制限機構は、サンプリングコンデンサ５８のサンプリングされた電圧を制限し得る。サンプリングされた電流は、５μＡ～５ｍＡの範囲内であり得る。サンプリングされた電圧は、最終目標ゲート－ソース電圧の０％～１００％の範囲内であり得る。電荷制限機構は、サンプル及びレベルシフト回路に対応する周波数を制限するように構成され得る。

【0039】

本発明が特定の実施形態及び実施例と関連して上述されているが、本発明は必ずしもそのように限定されるものではなく、実施形態、実施例、及び用途からの他の多くの実施形態、実施例、用途、修正、及び発展が、本明細書に添付される特許請求の範囲によって包含されることを意図することが、当業者に理解されるであろう。本明細書に引用される各特許及び刊行物の開示全体は、そのような各特許又は各刊行物が参照により本明細書に個々に組み込まれているのと同様に、参照により組み込まれる。本発明の様々な特徴及び利点は、以下の特許請求の範囲に明らかにされる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】