JP2004135487A

JP2004135487A - 安定なブートストラップ電源を有する集積回路ドライバ

Info

Publication number: JP2004135487A
Application number: JP2003119110A
Authority: JP
Inventors: Marshall David Stone; マーシャル　デイビッド　ストーン
Original assignee: Monolithic Power Systems Inc
Current assignee: Monolithic Power Systems Inc
Priority date: 2002-10-11
Filing date: 2003-04-23
Publication date: 2004-04-30
Anticipated expiration: 2023-04-23
Also published as: CN100483915C; KR100668005B1; EP1408612A1; KR20040033242A; CN1482730A; EP1408612B1; DE60306601D1; US20040070383A1; TWI220573B; TW200406064A; US6897643B2; JP4124690B2; DE60306601T2

Abstract

【課題】安定したブートストラップ電源電圧を維持する集積回路ドライバを提供する。
【解決手段】本ドライバは、直列に接続されたハイ側トランジスタ（１０７）とロー側トランジスタ（１０９）とを備える。ドライバの出力は、ハイ側トランジスタのソースとロー側トランジスタのドレインとから取り出す。ブートストラップコンタクトパッド（３０３）が、出力ノードに接続されている。ブートストラップコンタクトパッドに接続されたブートストラップコンデンサ（１０３）は、また、ハイ側トランジスタを選択的に制御するハイ側ゲート駆動装置（１１１）に接続されている。
【選択図】　　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ブートストラップ電源を用いてハイ側スイッチのゲートを駆動する集積回路ドライバに関し、特に、ハイ側スイッチのゲートに安定なブートストラップ電圧を供給するための方法と装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
集積回路ドライバの１つに、トーテムポール（半ブリッジ）トポロジにおいて、２つのパワーＭＯＳＦＥＴスイッチを利用する一般的なタイプの集積回路ドライバがある。通常、これらのＭＯＳＦＥＴスイッチは、直列に接続されるＮＭＯＳスイッチである。これらパワーＭＯＳＦＥＴスイッチは、交互に導通状態にするために駆動される。これらＭＯＳＦＥＴスイッチの一方をハイ側スイッチと呼び、他方のＭＯＳＦＥＴスイッチをロー側スイッチと呼ぶ。１つの応用例において、これらパワーＭＯＳＦＥＴスイッチを選択的に交互に切り換えることによって、負荷の交流駆動が可能である。このようにして、ＤＣ―ＡＣインバータが形成される。同様に、入力信号（音響信号等）によりスイッチを制御することによって、クラスＤ音声増幅器が形成される。更に、入力として安定なＤＣ基準を用いる同じ半ブリッジトポロジを用いてＤＣ電源を生成し得る。
【０００３】
通常、ハイ側スイッチのゲートは、ブートストラップ化電源によって駆動される。このことは、ＮＭＯＳスイッチを使えるようにするために行なわれるが、ＮＭＯＳスイッチのオン抵抗は、同一面積のＰＭＯＳスイッチの約半分である。ブートストラップコンデンサは、ハイ側スイッチのゲートで利用可能な電圧を大きくするために用いられる。図１は、ブートストラップコンデンサと共に負荷駆動に用いる従来技術による集積回路（ＩＣ）ドライバを示す概略図である。このＩＣドライバは、負荷を駆動するために電流を供給する。ブートストラップコンデンサＣ_ｂの一方の端子は、ＩＣドライバの出力に接続されている。ブートストラップコンデンサＣ_ｂの他方の端子は、ハイ側スイッチのゲートを駆動するためにＩＣドライバ側に設けられている。
【０００４】
図１のＩＣドライバの更に詳細な略図を図２に示す。図２から分かるように、ＩＣドライバ１０１は、ハイ側スイッチ１０７とロー側スイッチ１０９を含む。ハイ側スイッチ１０７は、ゲート駆動・障害回路１１１によって駆動される。同様に、ロー側スイッチ１０９は、ゲート駆動・障害回路１１３によって駆動される。ゲート駆動・障害回路１１１、１１３は、ハイ側及びロー側スイッチ１０７、１０９のスイッチングを制御するために動作する。更に、通常、ゲート駆動・障害回路１１１、１１３は、障害検出回路とブートストラップ電源モニタとを含む。一般的に、これらの追加機能は、スイッチに障害状態が存在するか否か、あるいは、ブートストラップ電源がＩＣの適正な動作に対して充分か否かを評価するために必要である。
【０００５】
ゲート駆動・障害回路１１１、１１３の厳密な構成は、変わり得るが、一般的に、その構成と動作は、従来技術において良く知られている。ロー側スイッチ１０９の制御に用いるゲート駆動・障害回路１１３は、第１供給電圧Ｖ_ｓｐ１を用いて動作することに留意されたい。ロー側スイッチ１０９は、ブートストラップ電源を必要としない。対照的に、ハイ側スイッチ１０７を制御するゲート駆動・障害回路１１１は、ブートストラップコンデンサ１０３に接続されている。
【０００６】
ＩＣドライバ１０１の出力は、ハイ側スイッチとロー側スイッチを接続するノードから取り出される。物理的な観点において、出力ノードは、図２においてＳＷ_ｐａｄ１１５で示す集積回路上の導電性パッドである。従って、集積回路チップは、パッケージに固定され、ここで、パッドＳＷ_ｐａｄ１１５は、パッケージピンＳＷ_ｐｉｎ１１７に接続される。通常、パッド１１５とパッケージピン１１７との間は、金、銅又は他の高導電性材料で形成されたボンディングワイヤを介して接続される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、パッド１１５とパッケージピン１１７との間のボンディングワイヤには、ある有限量の寄生インダクタンスＬ_ｐ１と寄生抵抗Ｒ_ｐ１が含まれる。ピン１１７を介して負荷１０５に電流を供給する場合、寄生インダクタンスＬ_ｐ１と寄生抵抗Ｒ_ｐ１の両端で必然的に電圧損失が生じる。
【０００８】
ＳＷパッドとＳＷピンとの間のボンディングワイヤの両端に生じる電圧はいずれも直接且つ瞬時にブートストラップ電源を減じるため、この電圧低下量は、重要である。ボンディングワイヤ中の電流の値が大きく又その電流の変化率が大きいことから、電圧低下は著しいものであり、２ボルト以上のオーダになり得る。この内部ブートストラップ電源電圧が急激に低下すると、ブートストラップ電源モニタや障害検出回路等、内部ブートストラップ電源下で動作するあらゆる信号処理に悪影響が及ぶ。
【０００９】
従って、厳密さを欠き雑音のあるブートストラップ電源を有する図２に示す構成は、望ましくない。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、“雑音の少ない”ブートストラップ電源を有する集積回路ドライバである。この集積回路ドライバは、ブートストラップコンデンサ専用の出力ピンと出力パッドを有し、これによって安定したブートストラップ電源電圧を維持する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下の説明において、本発明の実施形態が充分に理解されるように、回路構成要素の具体的な値等、幾つかの具体的な詳細内容を示す。しかしながら、本発明は、これら具体的な詳細内容の内、１つ又は複数の具体的な詳細内容が無くても、即ち、他の方法、構成要素、材料等で実施し得るということを当業者は理解されるであろう。他の例では、本発明の特徴が曖昧になるのを避けるために、既知の構造、材料、又は動作は、詳細に図示あるいは説明しない。
【００１２】
本明細書全体において“１つの実施形態”又は“実施形態”について参照するが、これは、その実施形態に関連して述べた特定の特徴、構造又は特性が、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれるということを意味する。従って、本明細書全体の様々な箇所に“１つの実施形態において”又は“実施形態において”という語句が出現した場合、全てが必ずしも同一の実施形態について言及するものではない。更に、特定の特徴、構造又は特性は、１つ以上の実施形態において、適切な方法で組み合わせ得る。しかしながら、本発明は、これら具体的な詳細内容の内、１つ又は複数の具体的な詳細内容が無くても、即ち、他の方法、構成要素、材料等で実施し得るということを当業者は理解されるであろう。他の例では、本発明の特徴が曖昧になるのを避けるために、既知の構造、材料、又は動作は、詳細に図示あるいは説明しない。
【００１３】
図３は、本発明の１つの実施形態を示す。図から分かるように、図３は、追加のパッドＳＷ２_ｐａｄ３０３もハイ側スイッチ１０７とロー側スイッチ１０９との間の出力ノードに取り付けられていること以外は、従来技術によるＩＣドライバ１０１とほぼ同様である。更に、第２出力ピン３０５が、ＩＣドライバ３０１から提供されている。第２パッド３０３と第２パッケージピン３０５とをブートストラップコンデンサ１０３に接続すると、ブートストラップコンデンサ１０３は、第１パッケージピン１１７を介して負荷１０５に流れる電流によって生じる如何なる電圧低下によっても影響されない。
【００１４】
ハイ側スイッチ１０７及びロー側スイッチ１０９によって与えられる電流は、ほぼ全てパッケージピン１１７を介して負荷１０５に流れることに留意されたい。第２パッケージピン３０５を介して流れる電流は流れたとしても微小であり、これによって、第２パッケージピン３０５を第２パッド３０３に接続するボンディングワイヤの寄生抵抗と寄生インダクタンスによる如何なる電圧低下も解消される。従って、ブートストラップコンデンサ１０３によって供給されるブートストラップ電源電圧は、その値を維持し、またノイズが少ない。
【００１５】
図から分かるように、本発明のＩＣドライバ３０１には、ブートストラップコンデンサ１０３に直接接続された追加のパッケージピン３０５が含まれる。他の選択可能な実施形態において、第２パッケージピン３０５のボンディングワイヤは、第１パッケージピン１１７と同じパッド１１５に直接取り付けられている。このことによって、第２パッド３０３を形成する必要が無い。１つの実施形態において、ＩＣドライバ３０１は、例えば、冷陰極蛍光管を駆動するために用い得る。しかしながら、通常、蛍光管は、一次巻線がＩＣドライバ３０１の出力に接続された変圧器の二次巻線を介して接続される。
【００１６】
図４は、本発明の構成を更に示す。図４において、集積回路パッケージ４０１は、集積回路チップ４０３を搭載するようになっている。集積回路チップ４０３には、ロー側スイッチ、ハイ側スイッチ、及びゲート駆動・障害回路等の様々な回路が含まれる。更に、集積回路チップ４０３には、出力コンタクトパッド４０９、ブートストラップコンタクトパッド４０７（図３では、パッドＳＷ２_ｐａｄ３０３で示す）、ハイ側ゲート駆動入力パッド４２１、及び他の様々なコンタクトパッド４０５、４１１が含まれる。
【００１７】
出力コンタクトパッド４０９は、出力ボンディングワイヤ４１７によって、集積回路パッケージ４０１の出力ピン４１３に接続されている。出力ボンディングワイヤ４１７は、出力ピン４１３と出力コンタクトパッド４０９に固定されている。ブートストラップコンタクトパッド４０７は、ブートストラップボンディングワイヤ４１９によって、集積回路パッケージ４０１のブートストラップピン４１５に接続されている。ブートストラップボンディングワイヤ４１９は、ブートストラップピン４１５とブートストラップコンタクトパッド４０７に固定されている。
【００１８】
ブートストラップコンデンサＣ_ｂは、ブートストラップピン４１５と、他のパッケージピン及びハイ側ゲート駆動入力パッド４２１を介して集積回路チップ４０３上のゲート駆動回路との間に接続されている。最後に、負荷は、出力ピン４１３に接続されている。集積回路パッケージ４０１の他の様々なピンは、電源、接地、制御線等の既知の構成で用いられる。
【００１９】
上述した様に、他の実施形態において、出力コンタクトパッド４０９及びブートストラップコンタクトパッド４０７は、１つであり又同一である。コンタクトパッド４１１等、電流を負荷に流すどのパッドも大きくし得るが、Ｃ_ｂにも取り付けられている場合、大きさは変更しない。
【００２０】
従って、上述したＩＣドライバは、大電力を出力中であっても、安定したブートストラップ電源を提供する。このことは、ブートストラップコンデンサを専用のブートストラップピン及びコンタクトパッドに接続することによって実現される。
【００２１】
本発明の具体的な実施形態について、説明の目的のために本明細書で述べたが、本発明の精神と範囲から逸脱することなく、様々な修正を行ない得ることが上述した内容から理解されるであろう。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明による集積回路ドライバは、安定したブートストラップ電源電圧を維持する。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のブートストラップコンデンサと、負荷を駆動するための集積回路ドライバを示す概略図。
【図２】図１の集積回路ドライバを示す詳細概略図。
【図３】本発明の１つの実施形態を示す概略回路図。
【図４】集積回路パッケージに搭載された集積回路チップを示す図。
【符号の説明】
１０３・・・ブートストラップコンデンサ、１０５・・・負荷、１０７・・・ハイ側スイッチ、１０９・・・ロー側スイッチ、１１１、１１３・・・ゲート駆動・障害回路、１１５、３０３・・・パッド、１１７、３０５・・・パッケージピン、３０１・・・ＩＣドライバ。

Claims

ハイ側トランジスタと、
前記ハイ側トランジスタのソースがロー側トランジスタのドレインに接続されるように、前記ハイ側トランジスタに直列に接続された前記ロー側トランジスタであって、ハイ側トランジスタのソースとロー側トランジスタのドレインとが出力ノードを形成する前記ロー側トランジスタと、
前記出力ノードに接続されたブートストラップコンタクトパッドと、
前記ブートストラップコンタクトパッドに接続された第１端子を有するブートストラップコンデンサと、
前記ハイ側トランジスタを選択的に制御するためのハイ側ゲート駆動装置であって、前記ブートストラップコンデンサの第２端子からの信号を入力として有する前記ハイ側ゲート駆動装置と、
前記ロー側トランジスタを選択的に制御するためのロー側ゲート駆動装置と、
前記出力ノードに接続された出力コンタクトパッドであって、出力信号を負荷に供給する前記出力コンタクトパッドと、を備える集積回路ドライバ。
請求項１に記載のドライバであって、
前記ハイ側トランジスタと前記ロー側トランジスタは、ＮＭＯＳトランジスタであるドライバ。
請求項１に記載のドライバであって、
前記出力コンタクトパッドと前記ブートストラップコンタクトパッドは、同一であるドライバ。
請求項１に記載のドライバであって、更に、
出力ボンディングワイヤによって、前記出力パッドに接続された出力パッケージピンを含むドライバ。
請求項１に記載のドライバであって、更に、
ブートストラップボンディングワイヤによる前記ブートストラップコンタクトパッドへのブートストラップパッケージピン接続部を含むドライバ。
請求項３に記載のドライバであって、更に、
出力ボンディングワイヤによって、前記出力パッドに接続された出力パッケージピンを含むドライバ。
請求項３に記載のドライバであって、更に、
ブートストラップボンディングワイヤによる前記ブートストラップコンタクトパッドへのブートストラップパッケージピン接続部を含むドライバ。
集積回路パッケージにおいて、
（ａ）集積回路チップであって、その上に、
（１）ハイ側トランジスタと、
（２）前記ハイ側トランジスタのソースがロー側トランジスタのドレインに接続されるように、前記ハイ側トランジスタに直列に接続された前記ロー側トランジスタであって、ハイ側トランジスタのソースとロー側トランジスタのドレインとが出力ノードを形成する前記ロー側トランジスタと、
（３）前記出力ノードに接続されたブートストラップコンタクトパッドと、
（４）前記ハイ側トランジスタを選択的に制御するためのハイ側ゲート駆動装置と、
（５）前記ロー側トランジスタを選択的に制御するためのロー側ゲート駆動装置と、
（６）前記出力ノードに接続された出力コンタクトパッドであって、出力信号を負荷に供給する前記出力コンタクトパッドと、を有する前記集積回路チップと、
（ｂ）少なくともブートストラップパッケージピンと出力パッケージピンとが含まれる複数のパッケージピンを有するキャリアパッケージであって、前記集積回路チップを固定するための前記キャリアパッケージと、
（ｃ）前記出力コンタクトパッドと前記出力パッケージピンとを接続する出力ボンディングワイヤと、
（ｄ）前記ブートストラップコンタクトパッドと前記ブートストラップパッケージピンとを接続するブートストラップボンディングワイヤと、を備える集積回路パッケージ。
請求項８に記載のパッケージであって、
前記ハイ側トランジスタと前記ロー側トランジスタは、ＮＭＯＳトランジスタであるパッケージ。
請求項８に記載のパッケージであって、
前記出力コンタクトパッドと前記ブートストラップコンタクトパッドは、同一であるパッケージ。
請求項８に記載のパッケージであって、
ブートストラップコンデンサの第１端子は、前記ブートストラップパッケージピンに接続され、前記ブートストラップコンデンサの第２端子は、前記ハイ側ゲート駆動装置への入力に接続されているパッケージ。
直列に接続されたハイ側スイッチとロー側スイッチとを用いて負荷を駆動するための方法において、前記ハイ側スイッチのソースは、前記ロー側スイッチのドレインに接続され、前記ハイ側スイッチと前記ロー側スイッチとの接続部は、出力ノードである前記方法であって、
前記出力ノードに接続されたブートストラップコンタクトパッドを提供する工程と、
前記出力ノードに接続された出力パッドを提供する工程と、
前記ブートストラップコンタクトパッドに、前記ハイ側スイッチのゲート駆動装置にブートストラップ電源を提供するために用いられるブートストラップコンデンサを接続する工程と、
前記出力パッドを前記負荷に接続する工程と、を備える方法。