JP2014099610A5

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Publication number: JP2014099610A5
Application number: JP2013234822A
Authority: JP
Filing date: 2013-11-13
Publication date: 2016-12-22
Anticipated expiration: 2033-11-13

Description

図８Ａ、図８Ｂ、および図８Ｃは、本発明の教示に従い、集積回路パッケージ中のリードフレームの磁気結合された第１および第２の導通ループを利用して、さまざまなハーフブリッジ構成で通信リンクを提供する、絶縁された制御回路を有する集積回路パッケージの例を紹介する。たとえば、図８Ａは、本発明の教示に従う、集積回路パッケージの封入された部分の内部のリードフレームの絶縁された導体によって形成される磁気結合通信リンクを有する複数ダイ絶縁コントローラ集積回路パッケージの例に含まれ得るハーフブリッジ構成８５０の一例を含むスイッチモードパワーコンバータ８００の例の概略を示す。示されるように、入力段８１０は、ハーフブリッジ構成８５０の入力ポート８２０の入力端子においてハーフブリッジ構成８５０へＤＣ電圧を与える。一例では、ハーフブリッジ構成８５０は、スイッチモードパワーコンバータ８００の出力段８３０のエネルギ転送要素を駆動するように結合される、ハーフブリッジ構成８５０の出力ポート８２５の出力端子で高周波パルスを生成する。

図示される例では、ハーフブリッジ構成８５０は、入力ポート８２０および出力ポート８２５に結合されるスイッチングレグを含む。スイッチングレグは、示すように、出力段８３０のエネルギ転送要素を駆動するように結合されるハイ側スイッチＱ２８５７およびロー側スイッチＱ１８５３を含む。ハイ側スイッチＱ２８５７およびロー側スイッチＱ１８５３の切換を制御するために、複数の制御回路が結合される。図示される例では、複数の制御回路のうち１つはハイ側コントローラ８５５であり、これはハイ側スイッチＱ２８５７のソースを基準とする制御信号８５６を用いてハイ側スイッチＱ２８５７を制御するように結合され、ハイ側スイッチＱ２８５７は、示されるように、ハーフブリッジ出力ポート８２５のハーフブリッジ中間点Ａ８２３および高電位端子♯１に接続される。複数の制御回路のうち別の１つはロー側コントローラ８５１であり、これは、ロー側スイッチＱ１８５３のソースおよび接地基準８０１を基準とする制御信号８５２を用いてロー側スイッチＱ１８５３を制御するように結合される。したがって、一例では、ハイ側コントローラ８５５およびロー側コントローラ８５１は互いから直流絶縁される。描かれた例に示されるように、絶縁されたハイ側コントローラ８５５とロー側コントローラ８５１との間に磁気結合通信リンク８６０が存在し、これを通して１つ以上の制御信号を通信し得る。

一例では、ロー側コントローラ８５１は、示されるように、入力制御信号８０２を受けるように結合される。一例では、制御信号８５２および８５６は、入力制御信号８０２に応答して、ロー側およびハイ側切換装置８５３および８５７を駆動するように結合される。一例では、ロー側コントローラ８５１は、状態信号８０４を出力するようにさらに結合され、これは、一例では、故障／状態情報を含むことがあり、故障条件の場合はハーフブリッジコンバータを保護するのに用いられ得る。一例では、状態信号８０４は、通信リンク８６０を通してロー側コントローラ８５１によって受信された、ロー側コントローラ８５１からのスイッチＱ１８５３に関する故障／状態情報およびハイ側コントローラ８５５からのスイッチＱ２８５７に関する故障／状態情報を含み得る。

一例では、供給Ｖ_L ８８３はロー側コントローラ８５１に結合され、接地基準８０１を基準とする。供給Ｖ_H８８９はハイ側コントローラ８５５に結合され、ハーフブリッジ中間点Ａ８２３を基準とする。ブートストラップコンデンサを通したハイ側供給の一例を以下の図８Ｃに描く。他の例では、変圧器上の直流絶縁された巻線によってハイ側供給を与えることができるか、またはハイ側スイッチのドレインからハイ側供給を供給することができる。

さらに、ハーフブリッジ構成８７０は、入力ポート８２０および出力ポート８２５に結合されるスイッチングレグを含む。スイッチングレグは、示されるように、出力段８３０でエネルギ転送要素を駆動するように結合されるハイ側スイッチＱ２８７７およびロー側スイッチＱ１８７３を含む。複数の制御回路は、ハイ側スイッチＱ２８７７およびロー側スイッチＱ１８７３の切換を制御するように結合される。図示される例では、複数の制御回路のうち１つは、ハイ側スイッチＱ２８７７を制御するように結合されるハイ側コントローラ８７５である。複数の制御回路のうち別の１つは、ロー側スイッチＱ１８７３を制御するように結合されるロー側コントローラ８７１である。

図８Ｂのスイッチモードパワーコンバータ８０３と図８Ａのスイッチモードパワーコンバータ８００との間の１つの相違点は、図８Ｂの例示的なスイッチモードパワーコンバータ８０３では、ドライバ８７２および８７６を有するＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）Ｑ１８７３およびＱ２８７７として描かれるロー側およびハイ側切換装置がロー側およびハイ側コントローラ８７１および８７５のコントローラ集積回路パッケージ８８５には含まれないことである。一例では、図８Ｂのスイッチモードパワーコンバータ８０３の構成は、高圧高電力ハーフブリッジ適用例により適している。図８Ｂに描かれる例示的なスイッチモードパワーコンバータ８０３のような、ＩＧＢＴスイッチを用い、スイッチによる逆電流導通が求められる適用例では、スイッチＱ１８７３およびＱ２８７７は、ＩＧＢＴＱ１８７３両端のダイオード８７９およびＩＧＢＴＱ２８７７両端の逆並列ダイオード８７８によって描かれる内部または外部逆並列ダイオードを含むべきである。

一例では、ハイ側コントローラ８７５およびロー側コントローラ８７１は互いから直流絶縁される。特に、ロー側コントローラ供給Ｖ_L８８３は接地基準８０１を基準とし、ハイ側コントローラ供給Ｖ_H８８９はロー側コントローラ供給Ｖ_L８８３から絶縁され、ハーフブリッジ中間点Ａ８２３を基準とする。ハーフブリッジスイッチを駆動するための入力制御信号８０２は、ハイ側およびロー側切換の両方を制御するロー側コントローラに結合される。描かれる例に示されるように、絶縁されたハイ側コントローラ８７５とロー側コントローラ８７１との間には通信リンク８８０が存在し、これを通して１つ以上の制御信号を通信し得る。一例では、絶縁されたロー側コントローラダイ８７１およびハイ側コントローラダイ８７５は、本発明の教示に従い、通信リンク８８０が集積回路パッケージ８８５の封入された部分の内部のリードフレームの絶縁された導体によって形成される磁気結合通信リンクを有する集積回路パッケージに含まれる、単一の集積回路パッケージに含まれる。一例では、通信リンク８８０は、直流絶縁されたロー側コントローラダイ８７１およびハイ側コントローラダイ８７５のそれぞれのトランシーバ回路同士の間の双方向リンクである。別の例では、通信リンク８８０は、直流絶縁されたロー側コントローラダイ８７１およびハイ側コントローラダイ８７５のそれぞれの送信回路と受信回路との間の複数の一方向リンクを含む。

図８Ｃは、図８Ｂのスイッチモードパワーコンバータ８０３と多くの類似点を共有するスイッチモードパワーコンバータ８０５の例を示す。特に、図８Ｂのスイッチモードパワーコンバータ８０３の前段８１０、出力段８３０、ハーフブリッジ構成８７０、および集積回路パッケージ８８５という構成要素のすべては図８Ｃのスイッチモードパワーコンバータ８０５にも含まれる。図８Ｃに描かれる例ではブートストラップコンデンサも含まれ、ロー側コントローラ供給およびロー側接地基準８０１から絶縁されるブートストラップコンデンサ８８８を通ってハイ側コントローラ８７５に供給電圧Ｖ_H８８９を与える。一例では、ブートストラップコンデンサ８８８は、示されるように、ロー側コントローラ供給端子Ｖ_L８８３に結合されるロー側コントローラ供給８８２から充電される。ロー側スイッチＱ１８７３が閉じ、ハイ側スイッチＱ２８７７が開く毎回の切換サイクルで、ブートストラップコンデンサ８８８は、接地基準８０１に対して、供給８８２からダイオード８８６および抵抗器８８４を通して充電される。さらに、ブートストラップコンデンサ８８８は、ロー側スイッチＱ１８７３が開放され、ハイ側スイッチＱ２８７７が閉成され、高電圧が中間点Ａ８２３に印加されると、ハイ側コントローラ８７５にＶ_H８８９を供給するように結合される。

図９Ｂに図示される例では、各々のモジュール９７９、９８０、９８９、および９９０はそれぞれ集積回路パッケージ９７３、９７４、９８３、および９８４を含むことに注意すべきである。一例では、集積回路パッケージ９７３、９７４、９８３、および９８４は、図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃ、および図２Ｄについて上述したように、集積回路パッケージ２１０および／または集積回路パッケージ２５０との実質的な類似点を共有する。したがって、各々の集積回路パッケージ９７３、９７４、９８３、および９８４は、本発明の教示に従う、集積回路パッケージのそれぞれの封入された部分の内部のリードフレームの絶縁された導体によって形成される直流絶縁磁気結合導通ループを含む。したがって、本発明の教示に従うと、各々の集積回路パッケージ９７３、９７４、９８３、および９８４の対向する端に結合されるトランシーバ回路または送信／受信回路は直流絶縁されるが、依然として通信可能である。各々のモジュール９７９、９８０、９８９、および９９０に含まれる各々のトランシーバ回路および／または送信／受信回路は、マイクロコントローラ９９５の接地基準に拘わらず、制御されたスイッチのソース端子を基準とし得ることが認められる。

Claims

スイッチモードパワーコンバータで用いるための集積回路パッケージであって、
封入部と、
リードフレームとを備え、前記リードフレームの一部は前記封入部内に配設され、前記リードフレームは、前記封入部内に実質的に配設される第１の導通ループを有する第１の導体を含み、前記リードフレームはさらに、前記第１の導体から直流絶縁される第２の導体を含み、前記第２の導体は、前記封入部内に実質的に配設され、前記第１の導通ループに近接しかつこれに磁気結合されて前記第１の導体と前記第２の導体との間に通信リンクを提供する第２の導通ループを含み、さらに、
前記第１の導体に結合される第１の制御回路を含む第１の制御ダイと、
前記第２の導体に結合される第２の制御回路を含む第２の制御ダイとを備え、
前記通信リンクを通して１つ以上の制御信号が前記第１の制御ダイと前記第２の制御ダイとの間で通信される、集積回路パッケージ。
前記スイッチモードパワーコンバータは、電源の入力とエネルギ転送要素の入力との間に結合される切換回路を備え、前記エネルギ転送要素の出力は前記スイッチモードパワーコンバータの出力に結合され、前記第１の制御回路は、前記切換回路に結合されて、前記通信リンクを通して前記第１の制御ダイと前記第２の制御ダイとの間で通信される前記１つ以上の制御信号に応答して前記切換回路の切換を制御して、前記スイッチモードパワーコンバータの入力から前記スイッチモードパワーコンバータの出力へのエネルギの転送を調節する、請求項１に記載の集積回路パッケージ。
前記スイッチモードパワーコンバータは絶縁された同期フライバックコンバータを備え、前記スイッチモードパワーコンバータはさらに、
前記エネルギ転送要素の出力および前記スイッチモードパワーコンバータの出力に結合される第２のスイッチを備え、
前記第２の制御回路は、前記スイッチモードパワーコンバータの前記出力を表わすフィードバック信号を受信するように結合され、前記第２の制御回路は、前記第２のスイッチにさらに結合されて前記第２のスイッチの切換を制御して前記エネルギ転送要素から前記スイッチモードパワーコンバータの出力へエネルギを転送し、前記第２の制御回路は、前記通信リンクを通して前記１つ以上の制御信号を前記第１の制御回路に送信して、前記スイッチモードパワーコンバータの入力から前記スイッチモードパワーコンバータの前記出力へのエネルギの転送を調節する、請求項２に記載の集積回路パッケージ。
前記スイッチモードパワーコンバータは絶縁されたフライバックコンバータを備え、前記第２の制御回路は、前記スイッチモードパワーコンバータの出力を表わすフィードバック信号を受信するように結合され、前記１つ以上の制御信号は前記フィードバック信号に応答し、前記第２の制御回路は、前記通信リンクを通して前記１つ以上の制御信号を前記第１の制御回路に送信して、前記スイッチモードパワーコンバータの入力から前記スイッチモードパワーコンバータの出力へのエネルギの転送を調節する、請求項２に記載の集積回路パッケージ。
前記第２の制御回路は、前記第１の制御ダイと前記第２の制御ダイとの間の前記通信リンクを通して前記第１の制御回路からＡＣラインゼロクロス信号を受信するようにさらに結合される、請求項４に記載の集積回路パッケージ。
前記スイッチモードパワーコンバータは降圧コンバータを備え、前記第１の制御回路はハイ側制御回路であり、前記第２の制御回路は前記スイッチモードパワーコンバータの出力を表わすフィードバック信号を受信するように結合され、前記１つ以上の制御信号は前記フィードバック信号に応答し、前記第２の制御回路は前記通信リンクを通して前記１つ以上の制御信号を前記ハイ側制御回路に送信するように結合される、請求項２に記載の集積回路パッケージ。
前記スイッチモードパワーコンバータは、前記エネルギ転送要素を駆動するように結合されるハイ側スイッチおよびロー側スイッチを有するスイッチングレグを含むハーフブリッジコンバータを備え、前記第１の制御回路は複数の制御回路のうち１つであり、前記複数の制御回路のうちの各々１つは、前記ハイ側およびロー側スイッチのそれぞれ１つの切換を制御するように結合される、請求項２に記載の集積回路パッケージ。
状態信号は、前記通信リンクを通して前記第１の制御回路から前記複数の制御回路のうち他の１つに通信される、請求項７に記載の集積回路パッケージ。
前記スイッチモードパワーコンバータは、第１および第２のスイッチングレグを含むフルブリッジコンバータを備え、前記第１および第２のスイッチングレグの各々１つは、前記エネルギ転送要素を駆動するように結合されるハイ側スイッチおよびロー側スイッチを備え、前記第１の制御回路は複数の制御回路のうちの１つであり、前記複数の制御回路の各々１つは、前記ハイ側およびロー側スイッチのそれぞれ１つの切換を制御するように結合される、請求項２に記載の集積回路パッケージ。
状態信号は、前記通信リンクを通して前記制御回路からフルブリッジコントローラ回路に通信される、請求項９に記載の集積回路パッケージ。
前記第１の制御ダイは前記リードフレームの前記第１の導体上に実装され、前記第１の制御ダイは前記第１の導通ループに結合されかつこれを完成する、請求項２に記載の集積回路パッケージ。
前記第１の導体および前記第１の制御ダイに結合される第１のボンドワイヤをさらに備え、前記第１のボンドワイヤは前記第１の導通ループの部分として含まれる、請求項１１に記載の集積回路パッケージ。
前記第２の制御ダイは前記リードフレームの前記第２の導体上に実装され、前記第２の制御ダイは前記第２の導通ループに結合される、請求項１１に記載の集積回路パッケージ。
前記第２の導体および前記第２の制御ダイに結合される第２のボンドワイヤをさらに備え、前記第２のボンドワイヤは前記第２の導通ループの部分として含まれる、請求項１３に記載の集積回路パッケージ。
前記１つ以上の制御信号は符号化された信号を備える、請求項１に記載の集積回路パッケージ。
前記通信リンクは一方向通信リンクを備える、請求項１に記載の集積回路パッケージ。
前記通信リンクは双方向通信リンクを備える、請求項１に記載の集積回路パッケージ。
前記第１の導通ループは、内側導通ループであり、
前記第２の導通ループは、外側導通ループである、請求項１〜１７のいずれか１項に記載の集積回路パッケージ。
前記第１の導体、前記第２の導体、前記第１の導通ループ、および前記第２の導通ループの各々は、打抜きされた金属の平らなシートを含む、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の集積回路パッケージ。
前記第１の導通ループは１回の巻数からなり、
前記第２の導通ループは１回の巻数からなる、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の集積回路パッケージ。
スイッチモードパワーコンバータであって、
エネルギ転送要素の入力および前記スイッチモードパワーコンバータの入力に結合される切換回路を備え、前記エネルギ転送要素は、前記切換回路と前記スイッチモードパワーコンバータの出力との間に結合され、さらに
前記切換回路に結合されるとともに、前記切換回路の切換を制御して前記スイッチモードパワーコンバータの入力から前記スイッチモードパワーコンバータの出力へのエネルギの転送を調節する制御回路と、
前記制御回路に結合される第１の導通ループを含む第１の導体とを備え、前記第１の導体は集積回路パッケージのリードフレームに含まれ、さらに
前記集積回路パッケージの前記リードフレームに含まれるとともに、前記第１の導体から直流絶縁される第２の導体を備え、前記第２の導体は、前記第１の導通ループに近接して配設されかつこれに磁気的に結合されて、前記第１の導体と前記第２の導体との間に通信リンクを提供する第２の導通ループを含み、前記制御回路は、前記第１の導通ループと前記第２の導通ループとの間の磁気結合を通して前記第２の導通ループから受信される１つ以上の制御信号に応答して前記切換回路を切換えるように結合される、スイッチモードパワーコンバータ。
前記スイッチモードパワーコンバータは絶縁された同期フライバックコンバータを備え、前記制御回路は一次制御回路であり、前記スイッチモードパワーコンバータはさらに、
前記エネルギ転送要素の出力および前記スイッチモードパワーコンバータの出力に結合される第２のスイッチと、
前記スイッチモードパワーコンバータの出力を表わすフィードバック信号を受信するように結合される二次制御回路とを備え、
前記二次制御回路は、前記第２のスイッチにさらに結合されるとともに、前記第２のスイッチの切換を制御して前記エネルギ転送要素から電源の出力にエネルギを転送し、前記二次制御回路は、前記第２の導体に結合されて、前記フィードバック信号に応答して前記第１の導通ループと前記第２の導通ループとの間の磁気結合を通して前記１つ以上の制御信号を前記一次制御回路に送信する、請求項２１に記載のスイッチモードパワーコンバータ。
前記スイッチモードパワーコンバータは絶縁されたフライバックコンバータを備え、前記制御回路は一次制御回路であり、前記スイッチモードパワーコンバータは、前記スイッチモードパワーコンバータの出力を表わすフィードバック信号を受信するように結合される二次制御回路をさらに備え、前記１つ以上の制御信号は前記フィードバック信号に応答し、前記二次制御回路は、前記第２の導体に結合されて、前記第１の導通ループと前記第２の導通ループとの間の磁気結合を通して前記１つ以上の制御信号を前記一次制御回路に送信する、請求項２１に記載のスイッチモードパワーコンバータ。
前記二次制御回路は、前記第１の導体と前記第２の導体との間の前記通信リンクを通して前記一次制御回路からゼロクロス信号を受信するようにさらに結合される、請求項２３に記載のスイッチモードパワーコンバータ。
前記スイッチモードパワーコンバータは降圧コンバータを備え、前記制御回路はハイ側制御回路であり、前記スイッチモードパワーコンバータは、前記スイッチモードパワーコンバータの出力を表わすフィードバック信号を受信するように結合される第２の制御回路をさらに備え、前記１つ以上の制御信号は前記フィードバック信号に応答し、前記第２の制御回路は、前記第２の導体に結合されて、前記第１の導通ループと前記第２の導通ループとの間の磁気結合を通して前記１つ以上の制御信号を前記ハイ側制御回路に送信する、請求項２１に記載のスイッチモードパワーコンバータ。
前記切換回路は、前記エネルギ転送要素を駆動するように結合されるハイ側スイッチおよびロー側スイッチを有するスイッチングレグを含むハーフブリッジコンバータを備え、前記制御回路は複数の制御回路のうちの１つであり、前記複数の制御回路の各々１つは、前記ハイ側およびロー側スイッチのそれぞれ１つの切換を制御するように結合される、請求項２１に記載のスイッチモードパワーコンバータ。
状態信号は、前記通信リンクを介して前記制御回路から前記複数の制御回路の他の１つに通信される、請求項２６に記載のスイッチモードパワーコンバータ。
前記切換回路は第１および第２のスイッチングレグを含むフルブリッジ構成を備え、前記第１および第２のスイッチングレグの各々１つは、前記エネルギ転送要素を駆動するように結合されるハイ側スイッチおよびロー側スイッチを備え、前記制御回路は複数の制御回路のうち１つであり、前記複数の制御回路の各々１つは、前記ハイ側およびロー側スイッチのそれぞれ１つの切換を制御するように結合される、請求項２１に記載のスイッチモードパワーコンバータ。
状態信号は、前記通信リンクを通して前記制御回路からフルブリッジコントローラ回路に通信される、請求項２８に記載のスイッチモードパワーコンバータ。
前記制御回路は前記リードフレームの前記第１の導体上に実装される第１の集積回路ダイに含まれ、前記第１の集積回路ダイは前記第１の導通ループの部分をともに結合する、請求項２１に記載のスイッチモードパワーコンバータ。
前記第１の導体および前記第１の集積回路ダイに結合される第１のボンドワイヤをさらに備え、前記第１のボンドワイヤは前記第１の導通ループの部分として含まれる、請求項３０に記載のスイッチモードパワーコンバータ。
前記第１の集積回路ダイから絶縁されるとともに、前記リードフレームの前記第２の導体上に実装される第２の集積回路ダイをさらに備え、前記第２の集積回路ダイは前記第２の導通ループの部分をともに結合する、請求項３０に記載のスイッチモードパワーコンバータ。
前記第２の導体および前記第２の集積回路ダイに結合される第２のボンドワイヤをさらに備え、前記第２のボンドワイヤは前記第２の導通ループの部分として含まれる、請求項３２に記載のスイッチモードパワーコンバータ。
前記第１および第２の導通ループは前記集積回路パッケージのそれぞれの外部ピンパッドに結合される、請求項２１に記載のスイッチモードパワーコンバータ。
前記１つ以上の制御信号は符号化された信号を備える、請求項２１に記載のスイッチモードパワーコンバータ。
前記通信リンクは一方向通信リンクを備える、請求項２１に記載のスイッチモードパワーコンバータ。
前記第１の導通ループは、内側導通ループであり、
前記第２の導通ループは、外側導通ループである、請求項２１〜３６のいずれか１項に記載のスイッチモードパワーコンバータ。
前記第１の導体、前記第２の導体、前記第１の導通ループ、および前記第２の導通ループの各々は、打抜きされた金属の平らなシートを含む、請求項２１〜３６のいずれか１項に記載のスイッチモードパワーコンバータ。
前記第１の導通ループは１回の巻数からなり、
前記第２の導通ループは１回の巻数からなる、請求項２１〜３６のいずれか１項に記載のスイッチモードパワーコンバータ。