JP2018531577A - 回路を保護するための単一トランジスタデバイスおよびそのための自己触媒電圧変換 - Google Patents

回路を保護するための単一トランジスタデバイスおよびそのための自己触媒電圧変換 Download PDF

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Abstract

１つの一次トランジスタまたは並列に複数の一次トランジスタを有するデバイスが、電気回路を過電流条件から保護する。随意に、本デバイスは、２つの端子のみを有し、動作させるためのいかなる補助電力も要求しない。それらのデバイスでは、本デバイスを横断する電圧降下が、本デバイスに給電するための電気エネルギーを提供する。第３または第４の端子が、さらなるデバイスにおいて見られ、付加的過電流および過電圧監視機会を可能にすることができる。自己触媒電圧変換が、あるデバイスが初期の過電流を急速に限定または遮断することを可能にする。

Description

（関連出願の相互参照）
本願は、（ａ）米国仮特許出願第６２／２２１，４２８号、出願日２０１５年９月２１日、発明の名称“ＯＮＥ−ＴＲＡＮＳＩＳＴＯＲ ＤＥＶＩＣＥＳ ＦＯＲ ＰＲＯＴＥＣＴＩＮＧ ＣＩＲＣＵＩＴＳ ＡＮＤ ＡＵＴＯＣＡＴＡＬＹＴＩＣ ＶＯＬＴＡＧＥ ＣＯＮＶＥＲＳＩＯＮ ＴＨＥＲＥＦＯＲ；”（ｂ）米国仮特許出願第６２／２８１，４５３号、出願日２０１６年１月２１日、発明の名称“ＯＮＥ−ＴＲＡＮＳＩＳＴＯＲ ＤＥＶＩＣＥＳ ＦＯＲ ＰＲＯＴＥＣＴＩＮＧ ＣＩＲＣＵＩＴＳ ＡＮＤ ＡＵＴＯＣＡＴＡＬＹＴＩＣ ＶＯＬＴＡＧＥ ＣＯＮＶＥＲＳＩＯＮ ＴＨＥＲＥＦＯＲ；”（ｃ）米国仮特許出願第６２／３１７，０９２号、出願日２０１６年４月１日、発明の名称“ＯＮＥ−ＴＲＡＮＳＩＳＴＯＲ ＤＥＶＩＣＥＳ ＦＯＲ ＰＲＯＴＥＣＴＩＮＧ ＣＩＲＣＵＩＴＳ ＡＮＤ ＡＵＴＯＣＡＴＡＬＹＴＩＣ ＶＯＬＴＡＧＥ ＣＯＮＶＥＲＳＩＯＮ ＴＨＥＲＥＦＯＲ；”ならびに（ｄ）米国仮特許出願第６２／３５１，６２５号、出願日２０１６年６月１７日、発明の名称“ＯＮＥ−ＴＲＡＮＳＩＳＴＯＲ ＤＥＶＩＣＥＳ ＦＯＲ ＰＲＯＴＥＣＴＩＮＧ ＣＩＲＣＵＩＴＳ ＡＮＤ ＡＵＴＯＣＡＴＡＬＹＴＩＣ ＶＯＬＴＡＧＥ ＣＯＮＶＥＲＳＩＯＮ ＴＨＥＲＥＦＯＲ．”について、ＰＣＴ Ａｒｔｉｃｌｅ ８および３５ Ｕ．Ｓ．Ｃ． § １１９（ｅ）のもとでの優先権の利益を主張するものである。上記仮特許出願（ａ）〜（ｄ）の各々は、それらの全体が参照により本明細書中に援用される。
（著作権表示）
本特許文書の開示の一部は、著作権保護の対象である材料を含んでいる。著作権者は、本特許文書または特許開示について、それらが米国特許商標庁のファイルまたは記録に記されている場合において、いかなる者による複製に対しても異議を有しないが、あらゆるものについての全ての著作権を留保する。
本発明は、電気回路を保護するためのデバイスおよび方法に関する。
これまで、危険な電流を遮断するために単一のトランジスタを採用する試みは、相当な困難に直面している。２つのトランジスタが、保護されるべき回路の一次電流経路内に直列に配置されるとき、１つのトランジスタを横断する電圧降下が、他のトランジスタのゲートにおいて使用されることができる。しかしながら、ルーチンの長期動作中に回路を保護するために、単一のトランジスタを横断する電圧降下を使用し、その独自のゲートを駆動し、効率的かつ効果的なデバイスを提供するための努力は、成功していない。過電流条件が生じると、その条件は、迅速に検出および対処されなければならない。単一のトランジスタデバイスの反応が遅すぎる場合、そのデバイスによって保護される回路は、損傷を被るであろう。さらに、単一のトランジスタが、遮断空乏モードに入るために時間がかかりすぎる場合、単一のトランジスタ自体が、そのトランジスタを通過する過電流によって損傷するであろう。同様に、電流限定モードに入るのが遅すぎることは、保護される回路およびトランジスタを損傷させ得る。
随意に、補助電源が、過電流条件から保護されるべき回路の一次電流経路内に配置される単一のトランジスタのゲートを制御するために使用されることができる。その補助電力は、独立した主供給源または長寿命リチウムイオンバッテリ等の保護されるべき回路以外の源から導出されることができる。しかしながら、補助電源自体が過電流条件を被る、または放電されたバッテリの場合のように単純に消失する場合、単一のトランジスタは、損傷する、または動作できず、それによって、保護されるべき回路を損傷させる、もしくは完全に回路を保護されないままにし得る。さらに、補助電力要件は、エネルギーを浪費し、保護される回路のための付加的熱エネルギー放散要件を引き起こし得る。
ノーマリオントランジスタが、いくつかの状況では、例えば、そのゲートがそのソースに短絡され、そのドレインからそのソースへの電圧降下がトランジスタの特性閾値電圧を超えるとき、電流限定性質を呈し得る。しかしながら、電流限定挙動を達成するために要求される電圧は、通常、多くの用途にとって許容できないほど高い。さらに、トランジスタは、少なくとも数オームの抵抗を呈さなければならず、通常の電流条件中に有意な電力損失を要求する。トランジスタの閾値電圧の変動、電力損失、そのようなトランジスタによって生成される熱、および他の障害は、多くの状況において、電流限定デバイスとして単一のトランジスタを単独で単純に採用することを実現困難にする。
補助電源を要求せず、低電力および高電力回路用途をより効率的に防護し、任意の厳密または繊細なエネルギー要件を伴う回路にサービス提供し、電気回路を適正に保護する回路保護デバイスが、必要とされる。
本出願者は、意外なこととして、一次トランジスタまたは相互に並列の複数の一次トランジスタを使用して、過電流条件がその回路のルーチン動作において生じるとき、電気回路を効率的かつ迅速に保護するためのデバイスおよび方法を発見した。また、意外なこととして、それらのトランジスタは、多くの場合では、空乏モードのノーマリオントランジスタである。また、それらのトランジスタは、いくつかの実施形態では、保護デバイスを横断する電圧降下のみを使用して、いずれの補助電力も伴わずに動作する。付加的実施形態は、危険な過電流の選択的限定、遮断、またはその両方を可能にする。またさらなる実施形態では、自己触媒電圧変換が、意外なこととして、導通から危険な電流の限定または遮断への急速な遷移を提供する。
本発明のいくつかの実施形態は、通常の電流条件中に電流を通過させ、次いで、過電流条件が生じると、遮断空乏モードに入るように動作するトランジスタを提供することによって、回路を過電流条件から保護するように構成される。本明細書で使用されるように、「遮断空乏」は、トランジスタがその閾値電圧（ＶＴＨ）を超えて空乏に移動しており、そのソースとそのドレインとの間で実質的に非導電性であることを示す。他の実施形態は、通常の電流条件中に電流を通過させ、次いで、過電流条件が生じると、電流限定モードに入るように動作するトランジスタを提供することによって、回路を過電流条件から保護するように構成される。本明細書で使用されるように、「電流限定モード」は、トランジスタがそのソースおよびドレイン間で完全に導電性ではない、または実質的に非導電性ではないように、トランジスタがゲートバイアスを有することを示す。いくつかの場合では、ドレインとソースとの間を通過する電流は、トランジスタが電流限定モードにあるとき、ドレインとソースとの間の所与の範囲の電圧降下に対して略一定である。さらに他の実施形態は、通常の電流条件中に電流を通過させ、わずかな過電流条件が生じると、電流限定モードに入り、次いで、過電流条件が深刻になる場合、遮断空乏モードに入るように動作するトランジスタを提供することによって、回路を過電流条件から保護するように構成される。「わずかな」および「深刻な」過電流条件は、相対的であり、意図される電力負荷、保護される回路の繊細性、および他の要因に依存する。いくつかの場合では、わずかな過電流条件は、本発明のデバイスを通して流動する、またはそれを通して流動するであろう電流が、電流のある閾値未満であるときに存在する。深刻な過電流条件は、本発明のデバイスを通して流動する、またはそれを通して流動するであろう電流が、電流のある閾値を上回るときに存在する。「デバイスを通して流動するであろう」電流は、本デバイスが電流限定モードまたは遮断空乏モードにない場合に予期される電流を意味する。その閾値は、例えば、保護される回路に関する最大の予期される電流負荷の１０％、５０％、１００％、２００％、５００％、または１，０００％等の任意の好適な閾値である。他の場合では、その閾値は、保護される回路に関する最大の予期される電流負荷を０．１Ａ、０．５Ａ、１Ａ、５Ａ、１０Ａ、５０Ａ、１００Ａ、１，０００Ａ、１０，０００Ａ、または１００，０００Ａ上回るものを表す。
故に、ある実施形態は、一次電流経路を有する回路を過電流条件から保護するためのデバイスを提供し、各デバイスは、
本デバイスを通して一次電流経路を配索するように構成される、第１の端子および第２の端子と、
第１のゲートと、第１のドレインと、第１のソースとを備える、第１のトランジスタであって、
第１のトランジスタは、空乏モードのノーマリオントランジスタであり、
第１の端子と第２の端子との間の一次電流経路内で直列に配列される、
第１のトランジスタと、
ドライバ回路であって、
第１の端子と第２の端子との間の電圧のみから導出される入力電圧を受電し、入力電圧を放出可能に貯蔵される電圧に変換するように適合される電圧コンバータ回路を備える、ドライバ回路であって、放出可能に貯蔵される電圧またはその微分電圧を、第１のソースに対する第１のゲートにおけるゲート電圧として印加するように構成される、
ドライバ回路と、
を備え、
第１の正の電圧および通常の電流条件が第１の端子から第２の端子に存在するとき、
第１のトランジスタは、電流を第１の端子と第２の端子との間に通過させるように構成され、
第２の正の電圧および過電流条件が第１の端子から第２の端子に存在するとき、
ドライバ回路は、放出可能に貯蔵される電圧またはその微分電圧をゲート電圧として印加することによって、第１のトランジスタを遮断空乏モードに駆動するように構成され、
本デバイスは、通常の電流条件中に電流を通過させ、過電流条件中に電流を実質的に遮断するように構成される。
付加的実施形態は、一次電流経路を有する回路を過電流条件から保護するためのデバイスに関し、
本デバイスを通して一次電流経路を配索するように構成される、第１の端子および第２の端子と、
第１のゲートと、第１のドレインと、第１のソースとを備える、第１のトランジスタであって、
第１のトランジスタは、空乏モードのノーマリオントランジスタであり、
第１の端子と第２の端子との間の一次電流経路内で直列に配列される、
第１のトランジスタと、
ドライバ回路であって、
第１の端子と第２の端子との間の電圧のみから導出される入力電圧を受電し、入力電圧を放出可能に貯蔵される電圧に変換するように適合される電圧コンバータ回路を備える、ドライバ回路であって、放出可能に貯蔵される電圧またはその微分電圧を、第１のソースに対する第１のゲートにおけるゲート電圧として印加するように構成される、
ドライバ回路と、
を備え、
第１の正の電圧および通常の電流条件が第１の端子から第２の端子に存在するとき、
第１のトランジスタは、電流を第１の端子と第２の端子との間に通過させるように構成され、
第２の正の電圧およびわずかな過電流条件が第１の端子から第２の端子に存在するとき、
ドライバ回路は、放出可能に貯蔵される電圧またはその微分電圧をゲート電圧として印加することによって、第１のトランジスタを電流限定モードに駆動するように構成され、
第３の正の電圧および深刻な過電流条件が第１の端子から第２の端子に存在するとき、
ドライバ回路は、放出可能に貯蔵される電圧またはその微分電圧をゲート電圧として印加することによって、第１のトランジスタを遮断空乏モードに駆動するように構成され、
本デバイスは、通常の電流条件中に電流を通過させ、わずかな過電流条件中に電流を限定し、深刻な過電流条件中に電流を実質的に遮断するように構成される。
さらに他の実施形態は、前述のデバイスと類似するデバイスに関し、そのデバイスはさらに、第２の端子と分岐電気連通して配置されるように適合される、第３の端子を備える。ドライバ回路は、第２の端子と第３の端子との間の電圧から導出される入力電圧を受電し、入力電圧を放出可能に貯蔵される電圧に変換するように適合される、電圧コンバータ回路を備える。
付加的実施形態は、前述のデバイスと類似するデバイスに関し、さらに、一次電流経路と分岐電気連通して配置されるように適合される、第３の端子および第４の端子を備える。ドライバ回路は、第３の端子と第４の端子との間の電圧から導出される入力電圧を受電し、入力電圧を放出可能に貯蔵される電圧に変換するように適合される、電圧コンバータ回路を備える。
他の実施形態は、過電流条件に対して回路を保護するための方法を提供し、各方法は、
デバイスであって、
第１の端子および第２の端子と、
第１のゲートと、第１のドレインと、第１のソースとを備える、第１のトランジスタと、
を有し、
第１のトランジスタは、空乏モードのノーマリオントランジスタであり、
第１のトランジスタは、第１の端子と第２の端子との間の一次電流経路内で直列に配列され、
いかなる補助電力も受電しないように構成される、
デバイスを提供するステップと、
回路内を流動する全ての電流が、本デバイスを通して流動する、またはそれによって遮断されるように、第１の端子および第２の端子を回路内で直列電気連通するように配置するステップと、
非ゼロ電圧が第１の端子と第２の端子との間に存在するとき、
非ゼロ電圧を変換し、放出可能に貯蔵される電圧を取得するステップと、
放出可能に貯蔵される電圧を浮動させ、浮動電圧を取得するステップと、
過電流条件が第１の端子と第２の端子との間に存在するとき、
浮動電圧を第１のゲートに印加し、第１のトランジスタを遮断空乏モードに駆動するステップと、
それによって、第１の端子と第２の端子との間の実質的に全ての電流を遮断するステップと、
それによって、回路を過電流条件から保護するステップと、
を含む。
さらなる実施形態は、過電流条件に対して回路を保護するための方法に関し、各方法は、
デバイスであって、
第１の端子および第２の端子と、
第１のゲートと、第１のドレインと、第１のソースとを備える、第１のトランジスタと、
を有し、
第１のトランジスタは、空乏モードのノーマリオントランジスタであり、
第１のトランジスタは、第１の端子と第２の端子との間の一次電流経路内で直列に配列され、
いかなる補助電力も受電しないように構成される、
デバイスを提供するステップと、
回路内を流動する全ての電流が、本デバイスを通して流動する、またはそれによって遮断されるように、第１の端子および第２の端子を回路内で直列電気連通するように配置するステップと、
非ゼロ電圧および過電流条件が第１の端子と第２の端子との間に存在するとき、
非ゼロ電圧を変換し、放出可能に貯蔵される電圧を取得するステップと、
放出可能に貯蔵される電圧を浮動させ、浮動電圧を取得するステップと、
浮動電圧を第１のゲートに印加し、第１のトランジスタを遮断空乏モードに駆動するステップと、
それによって、第１の端子と第２の端子との間の実質的に全ての電流を遮断するステップと、
それによって、回路を過電流条件から保護するステップと、
を含む。
他の実施形態は、過電流条件に対して回路を保護するための方法に関し、各方法は、
デバイスであって、
第１の端子および第２の端子と、
第１のゲートと、第１のドレインと、第１のソースとを備える、第１のトランジスタと、
を有し、
第１のトランジスタは、空乏モードのノーマリオントランジスタであり、
第１のトランジスタは、第１の端子と第２の端子との間の一次電流経路内で直列に配列され、
いかなる補助電力も受電しないように構成される、
デバイスを提供するステップと、
回路内を流動する全ての電流が、本デバイスを通して流動する、またはそれによって限定されるように、第１の端子および第２の端子を回路内で直列電気連通するように配置するステップと、
非ゼロ電圧が第１の端子と第２の端子との間に存在するとき、
非ゼロ電圧を変換し、放出可能に貯蔵される電圧を取得するステップと、
放出可能に貯蔵される電圧を浮動させ、浮動電圧を取得するステップと、
過電流条件が第１の端子と第２の端子との間に存在するとき、
浮動電圧を第１のゲートに印加し、第１のトランジスタを電流限定モードに駆動するステップと、
それによって、第１の端子と第２の端子との間の電流を限定するステップと、
それによって、回路を過電流条件から保護するステップと、
を含む。
ある実施形態は、過電流条件に対して回路を保護するための方法に関し、各方法は、
デバイスであって、
第１の端子および第２の端子と、
第１のゲートと、第１のドレインと、第１のソースとを備える、第１のトランジスタと、
を有し、
第１のトランジスタは、空乏モードのノーマリオントランジスタであり、
第１のトランジスタは、第１の端子と第２の端子との間の一次電流経路内で直列に配列され、
いかなる補助電力も受電しないように構成される、
デバイスを提供するステップと、
回路内を流動する全ての電流が、本デバイスを通して流動する、またはそれによって遮断されるように、第１の端子および第２の端子を回路内で直列電気連通するように配置するステップと、
非ゼロ電圧および過電流条件が第１の端子と第２の端子との間に存在するとき、
非ゼロ電圧を変換し、放出可能に貯蔵される電圧を取得するステップと、
放出可能に貯蔵される電圧を浮動させ、浮動電圧を取得するステップと、
浮動電圧を第１のゲートに印加し、第１のトランジスタを電流限定モードに駆動するステップと、
それによって、第１の端子と第２の端子との間の電流を限定するステップと、
それによって、回路を過電流条件から保護するステップと、
を含む。
さらに他の実施形態は、過電流条件に対して回路を保護するための方法に関し、各方法は、
デバイスであって、
第１の端子および第２の端子と、
第１のゲートと、第１のドレインと、第１のソースとを備える、第１のトランジスタと、
を有し、
第１のトランジスタは、空乏モードのノーマリオントランジスタであり、
第１のトランジスタは、第１の端子と第２の端子との間の一次電流経路内で直列に配列され、
いかなる補助電力も受電しないように構成される、
デバイスを提供するステップと、
回路内を流動する全ての電流が、本デバイスを通して流動する、またはそれによって遮断されるように、第１の端子および第２の端子を回路内で直列電気連通するように配置するステップと、
非ゼロ電圧および過電流条件が第１の端子と第２の端子との間に存在するとき、
非ゼロ電圧を自己触媒的に変換し、放出可能に貯蔵される電圧を取得するステップと、
放出可能に貯蔵される電圧を浮動させ、浮動電圧を取得するステップと、
浮動電圧を第１のゲートに印加し、第１のトランジスタを遮断空乏モードに駆動するステップと、
それによって、第１の端子と第２の端子との間の実質的に全ての電流を遮断するステップと、
それによって、回路を過電流条件から保護するステップと、
を含む。
本発明のさらに他の実施形態は、前述の方法と類似する方法に関し、本デバイスは、一次電流経路内の第１の端子および対２の端子と、第２の端子と分岐電気連通して配置される第３の端子とを備える。第２の端子と第３の端子との間の電圧は、放出可能に貯蔵される電圧を取得するように変換される、または放出可能に貯蔵される電圧を取得するように自己触媒的に変換され、場合に応じて、最終的に、前述の方法に従って、本デバイスを通して電流を許容、限定、または遮断する。いったん電流が限定または遮断されると、完全な、または（遮断から）限定された電流を許容するようにリセットすることが、いくつかの場合では、第１の端子と第２および第３の端子のうちの一方または両方との間等、回路内の他の点から判定され得る。
本発明のさらに付加的実施形態は、前述の方法と類似する方法に関し、本デバイスは、一次電流経路内の第１の端子および対２の端子と、一次電流経路子と分岐電気連通して配置される第３の端子および第４の端子とを備える。第３の端子と第４の端子との間の電圧は、放出可能に貯蔵される電圧を取得するように変換される、または放出可能に貯蔵される電圧を取得するように自己触媒的に変換され、場合に応じて、最終的に、前述の方法に従って、本デバイスを通して電流を許容、限定、または遮断する。いったん電流が限定または遮断されると、完全な、または（遮断から）限定された電流を許容するようにリセットすることが、いくつかの場合では、第１の端子と第２、第３、および第４の端子のうちの１つまたはそれを上回るものとの間等、回路内の他の点から判定され得る。
また付加的実施形態は、電圧コンバータ回路であって、
入力電圧を受電するように構成される、第１の入力導線および第２の入力導線と、
変換された電圧を送達するように構成される、少なくとも１つの出力導線と、
を備え、
入力電圧を変換された電圧に自己触媒的に変換するように構成される、電圧コンバータ回路を提供する。
本発明のある実施形態は、入力電圧を変換された電圧に自己触媒的に変換する方法に関し、各方法は、
入力電圧と並列電気連通してフレキシブルに構成される、複数のコンデンサを充電するステップと、
複数のコンデンサが、直列電気連通してフレキシブルに構成され、変換された電圧を提供するように、複数のコンデンサを切り替えるステップであって、
変換された電圧またはその一部は、切り替えるステップの少なくとも一部を駆動する、
ステップと、
それによって、入力電圧を変換された電圧に自己触媒的に変換するステップと、
を含む。
本発明のある他の実施形態は、１つまたはそれを上回るコンポーネントの動作を促進するために、発振器を提供するデバイスを伴う。発振は、１つの周波数または１つを上回る周波数において起こることができる。本明細書に説明されるように、それらの発振は、例えば、以下に説明される、長期使用電圧コンバータおよび／または長期使用電圧フロータを変調することによって、回路を持続的過電流条件から保護するために、有用に制御および印加されることができる。
さらなる実施形態は、本発明の種々の実施形態のデバイスを製造する方法に関する。
本開示は、ある具体的実施形態を提供するが、本発明は、それらの実施形態に限定されない。当業者は、修正が説明される実施形態に成され得、したがって、本明細書は説明される実施形態よりも範囲が広いことを、本明細書の説明から理解するであろう。全ての実施例は、したがって、非限定的である。
図１は、第１のトランジスタ１５０を制御するドライバ回路１３０を有するデバイス１００を備える、本発明の一実施形態を概念的に描写する。 図２は、スイッチ１６０をさらに備える、デバイス１００と類似する別の実施形態、すなわち、デバイス２００を概念的に描写する。 図３は、第１のゲート１５３においてゲート電圧を印加するように構成される、電圧コンバータ回路３４０および電荷保持回路３７０を有するデバイス３００を備える、本発明の別の実施形態を概念的に描写する。 図４は、ドライバ回路４３０がワンショット電圧コンバータ４４２と、長期使用電圧コンバータ４４４とを備える、さらなる実施形態、すなわち、デバイス４００を概念的に描写する。 図５、６、および７は、ジャンプスタート電圧コンバータ５４１、電圧コンバータ５４３、および負荷５５０の代替構成を示す、いくつかの実施形態を概念的に描写する。 図５、６、および７は、ジャンプスタート電圧コンバータ５４１、電圧コンバータ５４３、および負荷５５０の代替構成を示す、いくつかの実施形態を概念的に描写する。 図５、６、および７は、ジャンプスタート電圧コンバータ５４１、電圧コンバータ５４３、および負荷５５０の代替構成を示す、いくつかの実施形態を概念的に描写する。 図８は、ドライバ回路８３０が電圧浮動回路８８０を備える、付加的実施形態のデバイス８００を概念的に描写する。 図９は、電圧レベルリセット回路９６５と、電流監視回路１０７５と、組み合わせられた電圧コンバータおよび電圧フロータ９４５と、随意に、タイマ回路１０８５とを備える、別の実施形態のデバイス９００を概念的に描写する。 図１０は、発振器１０９５と、タイマ回路１０８５と、電流監視回路１０７５とを備える、付加的実施形態のデバイス１０００を概念的に描写する。 図１１は、ゲート保護回路のいくつかの実施形態を図示する。 図１２は、ドライバ回路１２３０が電圧を変換するための並列／直列スイッチコンデンサ回路網１２４０を備える、ある実施形態のデバイス１２００を概念的に描写する。 図１３は、ドライバ回路１３３０が電圧を自己触媒的に変換するための自己触媒並列／直列スイッチコンデンサ回路網１３４０を備える、ある実施形態のデバイス１３００を概念的に描写する。 図１４は、ドライバ回路１４３０が電圧を自己触媒的に変換するための自己触媒電圧コンバータ１４４０を備える、ある実施形態のデバイス１４００を概念的に描写する。 図１５は、回路を持続的過電流条件から保護するための発明的方法１５００をフローチャート形態で描写する。 図１６は、回路を持続的過電流条件から保護するための別の発明的方法１６００をフローチャート形態で描写する。 図１７は、回路を持続的過電流条件から保護するための発明的方法１７００をフローチャート形態で描写する。 図１８は、回路を持続的過電流条件から保護するための発明的方法１８００をフローチャート形態で描写する。 図１９は、並列／直列スイッチコンデンサ回路網を使用して、電圧を自己触媒的に変換するための発明的方法１９００をフローチャート形態で描写する。 図２０は、第１のトランジスタ２０５０に、過電流条件中に第１の端子２０１０と第２の端子２０２０との間の電流を遮断させるように構成される、デバイス２０００に関する配線図を提供する。 図２１は、デバイス２０００と類似するが、相互に並列に配列され、過電流条件中に第１の端子２０１０と第２の端子２０２０との間の電流を遮断するように構成される、２つのトランジスタ２０５１、２０５２を有するデバイス２１００に関する配線図を提供する。 図２２は、付加的電荷保持回路を追加する、デバイス２０００と類似するデバイス２２００に関する配線図を提供する。 図２３は、スイッチトランジスタ２０６１、２０６２を追加する、デバイス２２００と類似するデバイス２３００に関する配線図を提供する。 図２４は、デバイス２３００と類似するが、発振器２４９５を追加する、デバイス２４００に関する配線図を提供する。 図２５は、デバイス２４００と類似するが、コンデンサ２５８５と、抵抗器２５８６とを備える遮断遅延タイマ回路を追加する、デバイス２５００に関する配線図を提供する。 図２６は、デバイス２５００と類似するが、ツェナーダイオード２６３１、２６３２の形態におけるゲート保護回路を追加する、デバイス２６００に関する配線図を提供する。 図２７は、デバイス２６００と類似するが、トランジスタ２７３３および抵抗器２７３４の形態におけるさらなるゲート保護回路を追加する、デバイス２７００に関する配線図を提供する。 図２８は、デバイス２７００と類似するが、いったん過電流条件が消失すると、デバイス２８００がリセットすることを可能にする電圧レベルリセット回路２７９０を追加する、デバイス２８００に関する配線図を提供する。 図２９は、並列に充電し（左側）、直列に放電する（右側）、並列／直列スイッチコンデンサ回路網２９００の一実施形態を描写する配線図を提供する。 図３０は、並列に充電し（左側）、直列に放電する（右側）、並列／直列スイッチコンデンサ回路網３０００の一実施形態を描写する配線図を提供する。 図３１は、並列に充電し（左側）、直列に放電する（右側）、並列／直列スイッチコンデンサ回路網３１００の一実施形態を描写する配線図を提供する。 図３２は、並列に充電し（左側）、直列に放電する（右側）、並列／直列スイッチコンデンサ回路網３２００の一実施形態を描写する配線図を提供する。 図３３は、並列／直列スイッチコンデンサ回路網を構築するために有用な基礎的要素１−９および１４の実施形態の配線図を提供する。 図３４は、入力電圧を放出可能に貯蔵される電圧に変換するように構成される、並列／直列スイッチコンデンサ回路網３３００のある実施形態の配線図を提供する。 図３５は、入力電圧を放出可能に貯蔵される電圧に変換するように構成される、並列／直列スイッチコンデンサ回路網３４００のさらなる実施形態の配線図を提供する。 図３６は、図３７のデータを生成するために使用される、自己触媒並列／直列スイッチコンデンサデバイス３５００の一実施形態の配線図を提供する。 図３７は、デバイス３５００を使用する自己触媒電圧変換を図示する。 図３８は、図３９のデータを生成するために使用される、自己触媒並列／直列スイッチコンデンサデバイス３８０１の一実施形態の配線図を提供する。 図３９は、デバイス３８０１を使用する自己触媒電圧変換を図示する。 図４０は、自己触媒並列／直列スイッチコンデンサデバイス４００１の一実施形態の配線図を提供する。 図４１は、並列／直列スイッチコンデンサ回路網３７００の一実施形態の配線図を提供する。 図４２は、並列／直列スイッチコンデンサ回路網３７００を表す概略図３８００を提供する。 図４３は、概略図３８００を使用する、一実施形態のデバイス３９００の配線図を提供する。 図４４は、また、概略図３８００を採用する、さらなる実施形態のデバイス４０００の配線図を提供する。 図４５は、概略図３８００を採用する、別の実施形態のデバイス４１００の配線図を提供する。 図４６は、概略図３８００を採用する、付加的実施形態のデバイス４２００の配線図を提供する。 図４７は、並列／直列スイッチコンデンサ回路網４３１０を採用する、付加的実施形態のデバイス４３００の配線図を提供する。 図４８は、インダクタ４４３０を採用する、ある実施形態のデバイス４４００の配線図を提供する。 図４９は、交流環境において過電流を遮断するように構成され得る、２つのトランジスタ４５５１、４５５２に関する配線図を提供する。 図５０は、交流環境において過電流を遮断するように構成され得る、２つのトランジスタ４５５１、４５５２および整流器ブリッジ４６４０に関する配線図を提供する。 図５１は、交流環境において過電流を遮断するように構成される、トランジスタ４５５１、４５５２および整流器ブリッジ４６４０を採用する、ある実施形態のデバイス４７００に関する配線図を提供する。 図５２は、過電流を遮断するように構成され、コンポーネントの少なくともいくつかが本明細書に説明される機能のうちの１つを上回るものを実施する、さらなる実施形態のデバイス４８００に関する配線図を提供する。 図５３および６８−６９は、過電流条件が生じると、電流を限定するように構成される、別の実施形態のデバイス５３００に関する配線図を提供する。 図５４は、シミュレートされた過電流条件中のデバイス５３００の電流限定挙動を図示する。 図５５は、本デバイスが電流を限定し始める電流が限定された電流を上回る、デバイス５３００の電流限定挙動を図示する。 図５６および７０−７２は、導通リセット回路５６９０を含む、また別の実施形態のデバイス５６００に関する配線図を提供する。 図５７は、シミュレートされた過電流条件中のデバイス５６００の電流限定挙動を図示する。 図５８および７３−７４は、リトライおよびラッチ回路５８８８を含む、別の実施形態のデバイス５８００に関する配線図を提供する。 図５９は、デバイス５８００を完全導通モードにラッチさせる、一連のシミュレートされた過電流条件を受けるデバイス５８００の電流限定挙動を図示する。 図６０および７５−７６は、過電流条件が消失すると、遮断空乏モードから電流限定モードにリセットするように構成される、付加的実施形態のデバイス６０００に関する配線図を提供する。 図６１は、シミュレートされた過電流条件中のデバイス６０００の電流限定、電流遮断、および電流限定へのリセット挙動を図示する。 図６２および７７−７９は、所望に応じて、電流を限定する、電流を遮断する、遮断空乏モードから完全導通モードにリセットする、または遮断空乏モードから電流限定モードにリセットするように構成され得る、また付加的実施形態のデバイス６２００に関する配線図を提供する。 図６３は、シミュレートされた過電流条件中のデバイス６２００の電流限定、電流遮断、およびリセット挙動を図示する。 図６４および８０−８２は、本デバイスを横断する電圧が、限定および遮断モードをトリガした電圧を上回るときであっても、限定された電流モードにリセットするように構成される、別の実施形態のデバイス６４００に関する配線図を提供する。 図６５は、シミュレートされた過電流条件中のデバイス６４００の電流限定、電流遮断、およびリセット挙動を図示する。 図６６および８３−８５は、リトライおよびラッチ回路６６８８を含む、さらなる実施形態のデバイス６６００に関する配線図を提供する。 図６７は、デバイス６６００を遮断空乏モードにラッチさせる、一連のシミュレートされた過電流条件を受けるデバイス６６００の電流限定、電流遮断、およびリセット挙動を図示する。 図５３および６８−６９は、過電流条件が生じると、電流を限定するように構成される、別の実施形態のデバイス５３００に関する配線図を提供する。 図５３および６８−６９は、過電流条件が生じると、電流を限定するように構成される、別の実施形態のデバイス５３００に関する配線図を提供する。 図５６および７０−７２は、導通リセット回路５６９０を含む、また別の実施形態のデバイス５６００に関する配線図を提供する。 図５６および７０−７２は、導通リセット回路５６９０を含む、また別の実施形態のデバイス５６００に関する配線図を提供する。 図５６および７０−７２は、導通リセット回路５６９０を含む、また別の実施形態のデバイス５６００に関する配線図を提供する。 図５８および７３−７４は、リトライおよびラッチ回路５８８８を含む、別の実施形態のデバイス５８００に関する配線図を提供する。 図５８および７３−７４は、リトライおよびラッチ回路５８８８を含む、別の実施形態のデバイス５８００に関する配線図を提供する。 図６０および７５−７６は、過電流条件が消失すると、遮断空乏モードから電流限定モードにリセットするように構成される、付加的実施形態のデバイス６０００に関する配線図を提供する。 図６０および７５−７６は、過電流条件が消失すると、遮断空乏モードから電流限定モードにリセットするように構成される、付加的実施形態のデバイス６０００に関する配線図を提供する。 図６２および７７−７９は、所望に応じて、電流を限定する、電流を遮断する、遮断空乏モードから完全導通モードにリセットする、または遮断空乏モードから電流限定モードにリセットするように構成され得る、また付加的実施形態のデバイス６２００に関する配線図を提供する。 図６２および７７−７９は、所望に応じて、電流を限定する、電流を遮断する、遮断空乏モードから完全導通モードにリセットする、または遮断空乏モードから電流限定モードにリセットするように構成され得る、また付加的実施形態のデバイス６２００に関する配線図を提供する。 図６２および７７−７９は、所望に応じて、電流を限定する、電流を遮断する、遮断空乏モードから完全導通モードにリセットする、または遮断空乏モードから電流限定モードにリセットするように構成され得る、また付加的実施形態のデバイス６２００に関する配線図を提供する。 図６４および８０−８２は、本デバイスを横断する電圧が、限定および遮断モードをトリガした電圧を上回るときであっても、限定された電流モードにリセットするように構成される、別の実施形態のデバイス６４００に関する配線図を提供する。 図６４および８０−８２は、本デバイスを横断する電圧が、限定および遮断モードをトリガした電圧を上回るときであっても、限定された電流モードにリセットするように構成される、別の実施形態のデバイス６４００に関する配線図を提供する。 図６４および８０−８２は、本デバイスを横断する電圧が、限定および遮断モードをトリガした電圧を上回るときであっても、限定された電流モードにリセットするように構成される、別の実施形態のデバイス６４００に関する配線図を提供する。 図６６および８３−８５は、リトライおよびラッチ回路６６８８を含む、さらなる実施形態のデバイス６６００に関する配線図を提供する。 図６６および８３−８５は、リトライおよびラッチ回路６６８８を含む、さらなる実施形態のデバイス６６００に関する配線図を提供する。 図６６および８３−８５は、リトライおよびラッチ回路６６８８を含む、さらなる実施形態のデバイス６６００に関する配線図を提供する。 図８６は、第３の端子１２１をさらに備える、デバイス１００と類似する別の実施形態、すなわち、デバイス８６００を概念的に描写する。 図８７は、負荷８７７５を保護する、第１の端子８７１０、第２の端子８７２０、および第３の端子８７２１を有する、デバイス８７００を概念的に描写する。 図８８は、第４の端子１２２をさらに備える、デバイス８６００と類似する別の実施形態、すなわち、デバイス８８００を概念的に描写する。 図８９は、負荷８９７５を保護する、第１の端子８９１０、第２の端子８９２０、第３の端子８９２１、および第４の端子８９２２を有する、デバイス８９００を概念的に描写する。 図９０は、負荷９０７５を保護する、第１の端子９０１０、第２の端子９０２０、および第３の端子９０２１を有する、また別の実施形態のデバイス９０００に関する配線図を提供する。 図９１は、Ｃｏｃｋｒａｆｔ−Ｗａｌｔｏｎ逓倍器の形態におけるスイッチコンデンサ回路網を備える、電圧コンバータ回路のある実施形態に関する配線図を提供する。
要求に応じて、本発明の詳細な実施形態が、本明細書に開示されるが、しかしながら、開示される実施形態は、単に、種々の形態において具現化され得る本発明の例示であることを理解されたい。図は、必ずしも、縮尺通りではなく、いくつかの特徴は、特定のコンポーネントの詳細を示すために誇張され得る。したがって、本明細書に開示される具体的な構造的かつ機能的詳細は、限定として解釈されるべきではなく、単に、請求項のための基礎として、かつ本発明を多様に採用するように当業者に教示するための代表的基礎として解釈されるべきである。
別様に定義されない限り、本明細書で使用される全ての技術的および科学的用語は、本開示が属する当業者によって一般的に理解されるものと同一の意味を有する。本明細書の用語に関して複数の定義が存在する場合では、本節におけるものが、別様に記載されない限り、優先される。
語句「例えば」、「等」、「〜を含む」、および同等物が本明細書で使用される場合はその都度、語句「限定ではないが」が、別様に明示的に記載されない限り、後に続くように理解される。同様に、「ある実施例」、「例示」、および同等物は、非限定的であるように理解される。
用語「実質的に」は、意図される目的に悪影響を及ぼさない、記述語からの逸脱を可能にする。説明用語は、単語「実質的に」が明示的に列挙されていない場合であっても、用語「実質的に」によって修飾されるように理解される。
用語「約」は、数値と関連して使用されるとき、実際の所与の値と、そのような所与の値に関する実験および／または測定条件に起因する近似値を含む、当業者によって合理的に推測されるであろうそのような所与の値に対する近似値とを指す。
用語「〜を備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」および「〜を含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」および「〜を有する（ｈａｖｉｎｇ）」および「〜を伴う（ｉｎｖｏｌｖｉｎｇ）」（および同様に、「〜を備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「〜を含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、「〜を有する（ｈａｓ）」、および「〜を伴う（ｉｎｖｏｌｖｅｓ）」）、ならびに同等物は、同義的に使用され、同一の意味を有する。具体的には、用語はそれぞれ、「〜を備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」の一般的な米国特許法定義と一貫するように定義され、したがって、「少なくとも以下」を意味する非限定的用語であるように解釈され、また、付加的特徴、限定、側面等を除外しないように解釈される。したがって、例えば、「コンポーネントａ、ｂ、およびｃを有するデバイス」は、そのデバイスが少なくともコンポーネントａ、ｂ、およびｃを含むことを意味する。同様に、語句「ステップａ、ｂ、およびｃを伴う方法」は、その方法が少なくともステップａ、ｂ、およびｃを含むことを意味する。
文脈が別様に明確に要求しない限り、説明および請求項全体を通して、単語「〜を備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、「〜を備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、および同等物は、排他的または網羅的意味とは対照的に、包括的意味において、つまり、「限定ではないが、〜を含む」の意味において解釈されるべきである。
本明細書全体を通した従来技術のいずれの議論も、そのような従来技術が広く公知である、または本分野における共通の一般的知識の一部を形成するという承認として見なされるべきでは全くない。
従来技術の不利点のうちの少なくとも１つを克服もしくは改善する、または有用な代替を提供することが、本発明の目的である。
上記に記載されるように、ある実施形態は、一次電流経路を有する回路を過電流条件から保護するためのデバイスを提供し、
本デバイスを通して一次電流経路を配索するように構成される、第１の端子および第２の端子と、
第１のゲートと、第１のドレインと、第１のソースとを備える、第１のトランジスタであって、
第１のトランジスタは、空乏モードのノーマリオントランジスタであり、
第１の端子と第２の端子との間の一次電流経路内で直列に配列される、
第１のトランジスタと、
ドライバ回路であって、
第１の端子と第２の端子との間の電圧のみから導出される入力電圧を受電し、入力電圧を放出可能に貯蔵される電圧に変換するように適合される電圧コンバータ回路を備える、ドライバ回路であって、放出可能に貯蔵される電圧またはその微分電圧を、第１のソースに対する第１のゲートにおけるゲート電圧として印加するように構成される、
ドライバ回路と、
を備え、
第１の正の電圧および通常の電流条件が第１の端子から第２の端子に存在するとき、
第１のトランジスタは、電流を第１の端子と第２の端子との間に通過させるように構成され、
第２の正の電圧および過電流条件が第１の端子から第２の端子に存在するとき、
ドライバ回路は、放出可能に貯蔵される電圧またはその微分電圧をゲート電圧として印加することによって、第１のトランジスタを遮断空乏モードに駆動するように構成され、
本デバイスは、通常の電流条件中に電流を通過させ、過電流条件中に電流を実質的に遮断するように構成される。さらなる実施形態は、単に、過電流条件中に電流を限定し、またさらなる実施形態は、過電流条件の深刻度に応じて、電流を限定または遮断する。
本明細書で使用されるように、本発明の種々の実施形態によって保護されるべき回路内のような「回路」は、完全な電気回路もしくはその有用な部分、または実際に危険な量の電気エネルギーを導通し得る任意の経路のいずれかを示す。本発明のデバイスは、本デバイスを通して経路を進行するであろう、過電流が回路またはその保護される部分に到達しないように遮断することによって、回路全体またはその一部のみを保護し得ることが想定される。本発明の１つまたはそれを上回るデバイスは、その経路内に付与されることができる。同様に、保護を必要とする繊細な組成物、機械、媒体、または他の項目が、本発明のデバイスを採用し、電気損傷または静電気放電によって誘起される爆発等の付帯的損傷に対して防護することができる。
本明細書で使用されるように、保護される回路内の「一次電流経路」は、それを通して電流が通過するはずの単一の経路を表し、したがって、その経路内に付与されるデバイスが回路を開にする、またはその経路を通して電流を遮断する場合、実質的にいかなる電流も、回路内に流動しないであろう。時として、本発明のデバイスは、より大きい回路の一部を保護することができ、その部分は、保護されるべき回路である。本発明のデバイス内で、一次電流経路は、第１の端子と第２の端子との間の低抵抗経路を表す。多くの実施形態では、低抵抗経路は、本デバイス内のその一次電流経路内で直列に付与されるトランジスタのみを有する。それは、第１の端子と第２の端子との間を流動する電流がまた、第１のトランジスタのドレインおよびソースを通して流動することを意味する。いくつかの場合では、複数のトランジスタが、本デバイス内の一次電流経路内に見られ、各トランジスタは、複数の他のトランジスタと並列電気連通する。それは、ドレインの全てが相互に並列であり、ソースの全てが相互に並列であり、ゲートの全てが相互に並列であることを意味する。全てが相互に並列である複数のトランジスタを有するそれらの場合では、非常に低い抵抗が、回路上の本デバイスによって付与されることができる。いくつかの場合では、本明細書に説明されるように、ドレインの全てが、相互に直接並列電気連通し得、ソースの全てが、相互に直接並列電気連通し得る。それは、ドレインが相互に電気的に接続され、同一の電位を被り、ソースが相互に電気的に接続され、同一の電位を被ることを意味する。
本明細書で使用されるように、「並列」または「並列電気連通」は、恒等変換されたコンポーネントが、配線によって恒久的に、またはコンポーネントの構成を切り替え得るトランジスタもしくはダイオードの使用等によって可能にされるように、変動的もしくは「フレキシブル」にのいずれかで、本デバイス内で並列に構成されることを示す。同様に、「直列」または「直列電気連通」は、恒等変換されたコンポーネントが、配線によって恒久的に、またはコンポーネントの構成を切り替え得るトランジスタもしくはダイオードの使用等によって可能にされるように、変動的もしくは「フレキシブル」にのいずれかで、本デバイス内で直列に構成されることを示す。時として、例えば、並列／直列スイッチコンデンサ回路網の場合のように、あるコンポーネントは、ある条件下で並列に構成され得、次いで、他の条件下で直列に切り替えられる。
本出願者は、保護されるべき回路の一次電流経路の外側の電流、電圧、または他の電気情報を監視することが、有利なこととして、その回路の保護を可能にし得ることを発見した。故に、本発明のある実施形態は、そのような「分岐」監視のために、第３の端子、または第３の端子および第４の端子を有する。いくつかの場合では、第３の端子が、第２の端子と分岐電気連通して配置されるように適合される。それは、本発明のデバイス内で、回路が第２の端子の直前で一次電流経路から分岐することを意味する。本回路は、第１の端子および第２の端子が保護されるべき回路と直列に配置されるとき、一次電流経路の電流条件に関連するパラメータを監視するための手段を導入する。そのパラメータは、抵抗、インダクタンス、または容量、もしくはそれらの組み合わせ等のインピーダンス、または電圧、電流、もしくはさらには前述のいずれかの変化率であり得る。ある場合では、通常、入力電圧として測定される、インピーダンスを横断する、またはそれを通した電圧降下、電流、もしくは他の挙動が、第１の端子と第２の端子との間の一次電流経路内の電流条件についての情報のために監視されることができる。他の場合では、本発明のデバイスは、一次電流経路と分岐電気連通して配置されるように適合される、第３の端子および第４の端子を備える。そのような場合では、第３の端子および第４の端子は、一次電流経路内の電流条件についての情報を提供する、任意の好適なコンポーネントと電気連通して配置されることができる。その情報が過電流条件の発生を示すとき、本デバイスは、適宜応答し、一次電流経路内の電流を限定または遮断することができる。第３の端子と第４の端子との間のコンポーネントは、例えば、抵抗器、コンデンサ、ダイオード、インダクタ、変圧器、およびそれらの組み合わせ等の１つまたはそれを上回る離散要素を表すことができ、第３の端子および第４の端子に提供される情報は、例えば、通常、入力電圧として測定される、電圧降下、電流、電圧もしくは電流の変化率、および同等物等の任意の好適な情報を含むことができる。
故に、「分岐電気連通」は、一次電流経路が許容、限定、遮断、およびリセットのうちの１つまたはそれを上回るものをされるべきかどうかを判定するために好適な、一次電流経路との電気関係を示す。
「分岐」監視のいくつかの事例では、自己触媒電圧変換を採用することが、有利であり得る。それは、一次電流経路内の電流の限定または遮断が、分岐経路に利用可能な電力を限定し得るためである。自己触媒電圧変換は、いったん開始されると、終わりまで変換を実行するであろう。さらに、付加的事例では、通常の電流条件中および過電流条件の開始時、電流条件の「分岐」監視から、別の配列に切り替えることが、有利であり得、いったん第１のトランジスタまたは複数の一次トランジスタが一次電流経路を限定もしくは遮断し、第３の端子および／または第４の端子を伴う分岐経路が電力を損失すると、別の電源ならびに第１の端子と第２、第３、および第４の端子のうちの１つまたはそれを上回るものとの間の電圧降下等の電流条件についての情報が、それらの事例において利用可能になるはずである。その電源および情報は、本デバイスを電流限定モードもしくは遮断空乏モードにおいて維持する、本デバイスを限定モードから遮断空乏モードに向かわせる、または限定された、もしくは完全な電流を許容するように本デバイスをリセットするために使用されることができる。
ドライバ回路が、電圧をトランジスタのゲートにゲート電圧として印加するために有用な任意の好適な回路を含むことができる。多くの場合、本明細書で使用されるようなドライバ回路は、第１のトランジスタの第１のゲートのためのドライバ回路を示す。いくつかの場合では、ドライバ回路は、常時、電圧をゲート電圧として印加し、電圧は、状況が要求するにつれて変化する。他の場合では、ドライバ回路は、過電流条件中のみ、および／またはトランジスタを電流限定モードもしくは遮断空乏モードに駆動もしくは維持するときのみ電圧を印加する。さらなる場合は、第１のトランジスタを遮断空乏または電流限定モードから駆動するとき、ゲート電圧の印加を可能にする。さらに他の場合では、ドライバ回路は、スイッチングトランジスタまたはスイッチングダイオード等の少なくとも１つのスイッチを備え、これは、ある事例では、ドライバ回路がゲート電圧を印加しないように防止する一方、他の事例では、ドライバ回路がゲート電圧を印加することを可能にする。
本明細書で使用されるように、「放出可能に貯蔵される電圧」は、一時的またはさらには瞬間的に貯蔵された、本デバイス内で有用なタスクを行うために放出または印加され得る電圧を示す。多くの場合、１つまたはそれを上回るコンデンサが、放出可能に貯蔵される電圧を保持するために使用されることができる。他の場合では、１つまたはそれを上回るインダクタが、放出可能に貯蔵される電圧を提供するために使用されることができる。例えば、定常状態条件下の本デバイス内のインダクタは、電流の急増または急減に反応し、インダクタの特性に起因して、例えば、スイッチを入れる、または別の実施例に関して、第１のトランジスタを遮断空乏モードに駆動し始め得る、放出可能に貯蔵される電圧を提供することができる。
例えば、第１の端子および第２の端子を横断する電圧の微分または放出可能に貯蔵される電圧の微分等の微分電圧は、電圧の一部、または随意に、電圧もしくはその一部の強化のいずれかを示す。したがって、いくつかの場合では、電圧降下が、例えば、１つを上回るタスクを実施するために、分圧器によって採用される。他の場合では、導出されている電圧またはその一部は、微分電圧を提供するために、変換される、浮動される、またはそれらの組み合わせを行われる。故に、微分電圧は、必ずしも、単に、導出されている電圧の一部であるわけではない。時として、微分電圧は、導出されている電圧を上回る大きさを有し得る。
本明細書で使用されるように、電圧を「変換すること」は、その電圧のある数との逓倍を示す。電圧コンバータが、入力電圧を逓倍する、逓降する、反転させる、または恒等変換する、もしくはそれらの２つもしくはそれを上回るものの組み合わせを行うことによって、入力電圧を変換することができる。逓倍は、必ずしも整数ではない、１を上回る、または−１よりも負である数で電圧を逓倍し、変換されている電圧のある倍数を求めることを示す。逓降は、電圧を除算し、変換されている電圧の一部を求めることを示す（または、数学的に言えば、−１〜＋１のある非ゼロ数による電圧の逓倍）。反転は、電圧を−１倍に逓倍することを示す。電圧の恒等変換は、電圧を＋１倍に逓倍することを示す。恒等変換は、ある事例では、放出可能に貯蔵される電圧を確立するために有用である。
対照的に、浮動は、電圧に対する算術演算を示す。電圧浮動回路は、浮動されている電圧に一定または可変量を加算もしくは減算する。例えば、コンデンサがある電圧を保持し、その電圧が浮動されるべきである場合、それは、コンデンサの正の端子および負の端子の両方が、ある基準電位に対して、同一または類似する量だけ偏移されることを意味する。故に、「浮動電圧を第１のゲートに印加し、第１のトランジスタを遮断空乏モードに駆動すること」は、必然的に、電圧が適切な方向に浮動されており、例えば、ｐチャネルトランジスタのためのソースを上回る電圧またはｎチャネルトランジスタのためのソースを下回る電圧を生成することを含意する。次いで、浮動電圧は、ゲートに到達することを可能にされ、それによって、トランジスタを遮断空乏に駆動する。いくつかの場合では、浮動電圧は、第１のトランジスタまたは並列における複数のトランジスタのソースを越えて浮動される電圧である。
本明細書で使用されるように、コンポーネントが、任意の状況下で、そのコンポーネントがある機能を実施し得る場合、その機能を実施するように「構成」される。いくつかの場合では、コンポーネントが、あらゆる状況下で、コンポーネントが構成される機能を常時実施するであろう。他の場合では、コンポーネントが、例えば、過電流条件中等のある状況下でのみ、これが構成される機能を実施するであろう。
本発明のいくつかのデバイスは、いずれの補助電力供給源も伴わずに動作するように構成される。それは、独立した電力供給源等のいかなる外部エネルギー源およびバッテリ等のいかなる独立した内部エネルギー源も提供されないことを意味する。言い換えると、いずれの補助電力供給源も伴わずに動作するように構成されるデバイスは、そのエネルギー需要の全てを保護されるべき回路から導出する。これは、ある事例では、エネルギー需要が電圧降下および／または第１の端子と第２の端子との間を流動する電流から導出され、いかなる他の導線（接地等）も採用されないことを意味する。第３の端子が、第２の端子と分岐電気連通して配置されている他の事例では、第２の端子と第３の端子との間で取得される電圧降下または他の電気挙動が、本デバイスのためのエネルギー需要を提供する。またさらなる事例は、一次電流経路と分岐電気連通して配置される、第３の端子および第４の端子を有するデバイスを伴う。そのような事例では、保護されるべき回路が、依然として、本デバイスのエネルギー需要の全てを提供する場合、本デバイスは、いずれの補助電力供給源も伴わずに動作するように構成されると考えられ得る。いくつかの場合では、本デバイスを通過する電流によって生成される熱エネルギーが、回収されることができ、本熱エネルギーは、保護されるべき回路の一部として本デバイスを通して流動する電流に依存するため、その熱エネルギーは、「補助的」ではない。同様に、コンポーネントを制御する他の方法が、単に、保護される回路によって供給されるエネルギーに依存することができる。例えば、オクトカプラ内の発光ダイオードが、光センサを作用させるようにトリガすることができ、発光ダイオードが、第１の端子および第２の端子において保護される回路によって供給されるエネルギーのみで起動する限り、本デバイスは、いかなる補助電力も採用しない。一方、いくつかの実施形態は、第１の端子および第２の端子において供給されるもののみからその電気エネルギーの全てを受電し、独立した源から非電気補助動力を受け取る。非電気補助動力は、例えば、機械、熱、光、電磁、およびそれらの組み合わせ等の任意の好適なエネルギーであり得る。他の実施形態は、本デバイスを横断する電圧降下から独立した電気補助電力のみを受電する。さらに他の実施形態では、補助電力が、バッテリ、熱エネルギーコンバータ、無線周波数コンバータ、光／電気コンバータ、独立した主供給源、またはそれらの組み合わせによって供給される。
本発明のいくつかの実施形態は、デバイスを提供し、本デバイスは、インダクタを備えていない。他の実施形態は、デバイスを提供し、本デバイスは、変圧器を備えていない。さらに他の実施形態は、インダクタ、変圧器、またはそれらの組み合わせを含むデバイスを提供する。さらなる実施形態は、デバイスを提供し、本デバイスは、第１の端子および第２の端子以外にいかなる端子も備えていない。また付加的実施形態は、１つまたはそれを上回るコンポーネントが、本デバイスを完成させるために部分的デバイスにプラグ接続されることを可能にする。例えば、エンドユーザが、種々のピンにおいてコンデンサ、抵抗器、および同等物等のコンポーネントを追加し、異なる予期される回路電圧および電流負荷を処理するように本デバイスをカスタマイズすることができる。故に、デバイスが、離散コンポーネントを備えることができる、またはそれらのコンポーネントは、集積回路内でともに製造されることができる。または、集積回路および離散コンポーネントの組み合わせが、使用されることができる。
ある実施形態は、第１の正の電圧および通常の電流条件が第１の端子から第２の端子に存在するとき、第１のトランジスタが強化モードにおいて動作するように構成されるように構成される、デバイスを提供する。そのように、いくつかの実施形態は、通常の電流条件中に非常に低い抵抗を有する第１のトランジスタを提供する。
いくつかの事例は、ドライバ回路が、過電流条件中のみゲート電圧を印加することを可能にするように構成される、少なくとも１つのスイッチトランジスタおよび／または少なくとも１つのスイッチダイオードをさらに備えるドライバ回路を提供する。同様に、他の事例は、ドライバ回路が、第１のトランジスタを電流限定モードまたは遮断空乏モードに駆動もしくは維持するときのみゲート電圧を印加することを可能にするように構成される、少なくとも１つのスイッチトランジスタおよび／またはスイッチダイオードをさらに備えるドライバ回路を提供する。ある場合では、少なくとも１つのスイッチトランジスタは、プッシュ／プル構成におけるトランジスタの対から成る。随意に、トランジスタの対は、トーテムポール構成におけるバイポーラ接合トランジスタの対から成る、またはトランジスタの対は、トーテムポール構成におけるＭＯＳＦＥＴの対から成る。またさらなる事例は、保持された電荷をゲート電圧として選択的に印加するように構成される、電荷保持回路を備えるドライバ回路を提供する。任意の好適な電荷保持回路が、使用されることができる。随意に、電荷保持回路は、直列電気連通するダイオードおよびコンデンサを備え、第１のゲートは、ダイオードとコンデンサとの間に接続される。他の場合では、電荷保持回路は、第１のゲートに接続される電荷保持トランジスタを備える。電荷保持トランジスタは、第１のゲートと直列電気連通し得、これは、第１のゲートを充電する電流が、電荷保持トランジスタのドレインおよびソースを通して流動することを意味する。いくつかの場合では、電荷保持回路は、単に、電荷を保持し、必要に応じてこれを第１のゲートに印加する準備状態にある。さらなる場合では、電荷保持回路は、保持される電荷をゲート電圧として印加する一方、ドライバ回路の他の部分は、電圧を変換する等の他の機能でビジー状態である。回路設計に応じて、電荷保持回路は、例えば、本デバイスの他の部分がゲート電圧の管理を引き継ぐためにかかる時間の長さ等、任意の好適な時間にわたってゲート電圧を印加することができる。
本発明のいくつかの実施形態は、ワンショット電圧コンバータを備える電圧コンバータ回路を提供する。任意の好適なワンショット電圧コンバータまたは複数のコンバータが、使用されることができる。本明細書で使用されるように、「ワンショット」は、概して、開始段階においてその機能を実施するが、次いで、典型的には、その機能を持続しないコンポーネントを示す。したがって、例えば、「ワンショット電圧コンバータ」は、開始段階において変換された電圧を送達するが、次の開始段階までその機能を繰り返さない。多くの場合、ワンショット電圧コンバータは、過電流条件の開始時に、または安全な電流条件に戻り始めるときに動作するであろう。それらは、例えば、トランジスタのスイッチを入れる、または最初に第１のトランジスタを遮断空乏モードもしくは電流限定モードに、もしくはそれから駆動するために使用されることができる。次いで、ワンショット電圧コンバータは、次の事象までその機能を実施しないであろう。同様に、いくつかの実施形態は、長期使用電圧コンバータを備える電圧コンバータ回路を提供する。長期使用電圧コンバータは、例えば、過電流条件が存在する限り、または別の実施例に関して、第１のトランジスタが遮断空乏モードのままである限り等、持続的動作を提供する。任意の好適な技術が、長期使用電圧コンバータを提供するために使用されることができる。いくつかの場合では、長期使用電圧コンバータは、発振器に依拠する。随意に、発振器を使用する長期使用電圧コンバータはさらに、発振器ジャンプスタート電圧コンバータを備え、発振器は、発振器ジャンプスタート電圧コンバータが発振器に発振器トリガ電圧を提供した後でのみ、長期使用電圧コンバータに放出可能に貯蔵される電圧を提供させるように構成される。いったんトリガ電圧が発振器をイネーブルにすると、発振器は、場合に応じて、第１のトランジスタを遮断空乏モードまたは電流限定モードに維持するために十分な変換された電圧を連続的に供給するように長期使用電圧コンバータを駆動する。他の場合では、発振器は、例えば、第１のトランジスタを遮断空乏に駆動する等、本デバイスの他の部分をジャンプスタートさせる同一のジャンプスタート電圧コンバータによってジャンプスタートされる。いくつかの場合では、電圧コンバータ回路は、平滑な動作を提供するために、ワンショット電圧コンバータおよび長期使用電圧コンバータの両方を採用する。またさらなる実施形態は、ジャンプスタート電圧コンバータを備える電圧コンバータ回路を提供する。本明細書で使用されるように、ジャンプスタート電圧コンバータは、入力電圧を変換するために非常に迅速に応答する電圧コンバータを示す。いくつかの場合では、ジャンプスタートコンバータは、デバイス内のより緩慢な電圧コンバータに付随する。他の場合では、ジャンプスタートコンバータは、別のコンバータを補助するために電圧を変換することができる。ある事例では、非常に迅速に電圧を変換し、放出可能に貯蔵される電圧を供給することが、非常に有利であり得、したがって、本デバイスは、過電流条件を迅速に限定または遮断し、回路を保護することができる。ジャンプスタート電圧コンバータは、ワンショット電圧コンバータ、長期使用電圧コンバータ、またはその両方として動作することができる。
理論によって拘束されるわけではないが、ある場合では、過電流条件が生じるとき、可能な限り迅速に有害な電流を限定または遮断することが、重要であることを理解されたい。
本デバイスがいかなる補助電力も使用しない場合、いくつかの場合では、本デバイスまたはそのコンポーネントの動作を駆動するのは、過電流条件自体である。故に、出現する過電流条件を限定または遮断するためにかかる時間は、電圧コンバータを充電するためにかかる時間（つまり、「ｔｃｈｒｇ」）と、電圧を変換するためにかかる時間（つまり、「ｔｃｏｎｖ」）とを含み得る。ジャンプスタート電圧コンバータが迅速に反応する、または通常の電流条件中に事前準備している場合、これは、電流を限定または遮断するように本デバイスを補助することができる一方、本デバイスの他の部分は、過電流条件に応答するようにアクティブ化する。いくつかの場合では、ジャンプスタート電圧コンバータは、ｔｃｏｎｖを最小限にし、電圧を変換するためにかかる時間を可能な限り短くする。
電圧コンバータ回路は、任意の好適なコンポーネントを備えることができる。いくつかの場合では、電圧コンバータ回路は、コンデンサを備える。本発明の他の実施形態は、入力電圧を放出可能に貯蔵される電圧に変換するように構成される、スイッチコンデンサ回路網を備える電圧コンバータ回路を有するデバイスを提供する。好適なスイッチコンデンサ回路網は、限定ではないが、並列／直列スイッチコンデンサ回路網、Ｃｏｃｋｒａｆｔ−Ｗａｌｔｏｎ逓倍器、Ｄｉｃｋｓｏｎ電荷ポンプ、およびそれらの組み合わせを含む。
当然ながら、少なくとも２つのコンデンサが存在するという条件で、任意の好適な数のコンデンサが、そのような回路網内に採用されることができる。例えば、ダイオード、ｎチャネルトランジスタ、ｐチャネルトランジスタ、およびそれらの組み合わせ等の任意の好適なスイッチが、回路網内に採用されることができる。いくつかの場合では、スイッチコンデンサ回路網は、入力電圧を逓倍することによって入力電圧を放出可能に貯蔵される電圧に変換するように構成される。さらに他の場合では、スイッチコンデンサ回路網は、入力電圧を放出可能に貯蔵される電圧に自己触媒的に変換するように構成される。さらに他の場合は、入力電圧によって充電され、放出可能に貯蔵される電圧を提供するために放電するように構成される、複数のコンデンサと、「オフ」状態にあるとき、複数のコンデンサを並列電気連通において構成し、「オン」状態にあるとき、複数のコンデンサを直列電気連通において構成する、複数のトランジスタとを備える、スイッチコンデンサ回路網を提供する。それらの場合では、スイッチコンデンサ回路網は、並列／直列スイッチコンデンサ回路網と呼ばれ得る。また付加的場合は、入力電圧によって充電され、放出可能に貯蔵される電圧を提供するために放電されるように構成される、複数のコンデンサと、順方向にバイアスされるとき、複数のコンデンサを並列電気連通において構成し、逆方向にバイアスされるとき、複数のコンデンサを直列電気連通において構成する、複数のダイオードとを備える、並列／直列スイッチコンデンサ回路網を提供する。
本明細書で使用されるように、電圧を「自己触媒的に」変換することは、電圧が一連のコンポーネントによって変換される際、部分的に変換される電圧が、その独自の変換を駆動し始めることを意味する。このように、変換プロセスにおける入力電圧は、変化またはさらには消失し得るが、いったん開始されると、自己触媒変換は、継続する。有利なこととして、いくつかの場合では、電圧の自己触媒変換は、非常に急速に進行し、変換された電圧を迅速にもたらし、変換された電圧を必要とする後続プロセスを駆動することができる。いくつかの事例では、自己触媒的に変換された電圧は、第１のトランジスタを電流限定または遮断空乏モードに駆動し、回路をさらなる損傷から急速に保護する。加えて、トランジスタを遮断空乏モードに迅速に駆動する、自己触媒的に変換された電圧は、トランジスタが部分的にオン状態に長い間留まる場合、トランジスタ上の過電流の損傷を限定することができる。いくつかの実施形態では、自己触媒電圧変換は、並列／直列スイッチコンデンサ回路網内で起こる。コンデンサが並列から直列に切り替えられると、直列構成に入るそれらのコンデンサからの部分的に変換された電圧は、依然として並列のコンデンサの付加的切替を駆動するために使用される。いったん開始されると、いくつかの場合では、自己触媒変換は、停止されることができない。故に、ある場合では、変換されている電圧は、スイッチングトランジスタのゲートにフィードされ、さらなる変換を駆動する。さらに他の場合では、変換された電圧の実質的に全てが、スイッチングトランジスタのゲートに利用可能にされる。
電圧のいくつかの自己触媒変換では、変換された電圧は、変換プロセスに回生的に接続またはフィードバックされ、したがって、本プロセスが加速し、入力電圧から独立して進行し得ると考えられ得る。
自己触媒電圧コンバータのコンポーネントを保護することが、有用であり得る。いくつかの場合では、スイッチコンデンサ回路網のスイッチは、回路網の設計によって保護される。コンデンサ、トランジスタおよび／またはダイオード、抵抗器、ならびに他のコンポーネント等のコンポーネントは、トランジスタまたはダイオードが変換プロセス中に損傷するような、大きい変換された電圧を回避するように選定されることができる。多くの場合、変換された電圧またはその微分電圧は、第１のゲートを駆動するために使用されるであろうため、いくつかの実施形態では、変換された電圧は、第１のトランジスタまたは他の回路コンポーネントの損傷を回避するために、過剰である必要はない。加えて、または代替として、１つまたはそれを上回るダイオード構成ＦＥＴが、変換された電圧をおおまかにＦＥＴの閾値電圧に調整するために使用されることができる。
いくつかの場合では、電圧コンバータ回路が、特に、変化する条件に迅速に応答することが、重要である。故に、ある実施形態は、入力電圧を放出可能に貯蔵される電圧に過電流損傷限定時間内に変換するように構成される、電圧コンバータ回路を提供する。任意の好適な時間制限が、選択されることができる。時間の長さは、例えば、保護されるべき回路のコンポーネントの耐久性または繊細性、予期される過電流条件の性質、および回路の通常の動作電力レベル等のいくつかの要因に依存する。好適な過電流損傷限定時間は、例えば、１００マイクロ秒以内、１０マイクロ秒以内、１マイクロ秒以内、１００ナノ秒以内、または２０ナノ秒以内であり得る。
ここで例証される技法および回路では、任意の好適なスイッチコンデンサ回路網が、本明細書の電圧変換回路の種々の実施形態において、単独で、または組み合わせて採用されることができる。本明細書で使用されるように、入力コンデンサが、入力電圧またはその微分を受電し、出力容量が、変換された電圧またはその微分を受電する。フライングコンデンサが、電荷をスイッチコンデンサ回路網の他の段に転送する。したがって、これを行う入力コンデンサは、本明細書ではフライングコンデンサと呼ばれ得る。並列／直列スイッチコンデンサ回路網の並列構成入力コンデンサは、それらが直列構成された状態になるため、フライングコンデンサとして機能する。概して、スイッチコンデンサ回路網のコンデンサは、それらがフライングコンデンサと呼ばれる、またはそのように機能し得る場合であっても、本明細書では入力コンデンサと称される。しかしながら、電圧変換において機能せず、むしろ、電流をスイッチコンデンサ回路網に供給するタンクコンデンサ等の他のコンデンサもまた、採用され得ることが、当業者によって理解されるであろう。例えば、タンクコンデンサは、本明細書で使用されるような入力コンデンサではない。出力容量は、変換された電圧、変換された電圧によって駆動されているトランジスタの寄生ゲート電圧、電荷貯蔵容量、またはそれらの組み合わせを利用可能にする具体的コンデンサもしくは複数のコンデンサによって表されることができる。
本発明と併用するためのスイッチコンデンサ回路網および電圧コンバータ回路を製作するとき、１つまたはそれを上回る要因が、考慮され得る。
第１に、突入電流である。スイッチコンデンサ回路網の入力コンデンサを急速に充電するために、回路網は、相当な突入電流を処理することが可能でなければならない。これは、例えば、出力容量に対する組み合わせられた容量の比率が１を上回るときに当てはまる。現在公知の電荷ポンプの小規模および電力処理能力は、高突入電流を不可能にする、または損傷させる。高周波数が、それらの問題を悪化させる。そのような突入電流に対する保護を提供する試みが考慮されていないため、入力における電圧ドループ等の他の問題を生成し得る。電圧変換効率もまた、より高い電流がより高い電圧リップルを生成するため、劣化し得る。Ｄｉｃｋｓｏｎ電荷ポンプに関して突入を増加させ、始動を高速化するために、例えば、最初に、トランジスタ等のスイッチを用いて、入力コンデンサ端子の負極板を接地するように短絡し得る。これは、突入電流を用いて、それらのコンデンサを入力電圧まで急速に充電するであろう。次いで、スイッチは、突入電流を停止させるために開にされるであろう。電圧コンバータ回路のコンポーネントは、例えば、導通するとき、４００ｍＷよりも高い電力レベルを処理し、また、低インピーダンスを保有する、または別様に低い順方向電圧降下を呈するように選択されることができる。
第２に、コンデンサ比である。いくつかの実施形態では、入力コンデンサは、出力コンデンサと比較して大きい容量を有する。出力容量に対する組み合わせられた入力容量の比率が１を上回るとき、出力コンデンサを充電するためにかかるクロックサイクルの回数は、低減され得る。しかしながら、いくつかの回路では、リップル電圧は、その比率に比例し、したがって、その比率は、従来、低く、１未満に保たれていた。また、出力容量は、負荷および無負荷過渡に適応するために十分に大きくなければならず、典型的には、２μＦを超える。それは、比率が１を上回るように維持されるべきである場合、より大きい入力容量を示唆する。いくつかの場合では、出力容量に対する組み合わせられた入力容量の比率が１に等しい、またはそれを下回る場合、本明細書に言及される他の要因は、最適化され得る。しかしながら、ある事例では、そのような最適化は、所望の性能を取得するために比率を調節しなければ、十分ではない場合がある。他の場合では、入力コンデンサは、図９１の実施形態に関して示唆されるもの等、減少する容量を有し得る。これは、図９１の実施形態に関して示唆される容量が、減少する容量を有し、上記に説明される１を上回る比率を満たすため起こる。いくつかの場合では、入力コンデンサは、減少する容量を有するように入力から出力に配列される。さらなる場合では、最後の入力コンデンサは、出力容量を上回る容量を有する。またさらなる場合では、スイッチコンデンサ回路網内のコンデンサ段のための充電経路が同じではない場合、最も高い突入能力または最も速い速度もしくは最も低いインピーダンス経路を入力からその段に提供する段が、最大のコンデンサを有する。故に、付加的場合は、所与の段における各コンデンサの容量が、前後の段に従って定寸されることを提供する。最大のコンデンサは、これが最も容易に充電される場所に配置され、２番目に大きいコンデンサは、これが次に容易に充電される場所に見られ、以下同様である。充電の相対的容易性が、充電経路内のスイッチの数、その段までの電圧降下、その段へのインピーダンス、および同等物によって示されることができる。
第３に、出力電流である。スイッチコンデンサ回路網は、存在する場合、出力コンデンサを迅速に充電するために十分な電流を出力することが可能でなければならない。これは、高出力抵抗、動作の周波数に対する限定、回路網内の任意の内部スイッチのオン抵抗、およびスイッチコンデンサの機器直列抵抗によって妨げられ得る。電圧コンバータ回路のコンポーネントは、例えば、導通するとき、４００ｍＷよりも高い電力レベルを処理し、また、低インピーダンスを保有する、または別様に低い順方向電圧降下を呈するように選択されることができる。出力電流の大きさは、例えば、出力を充電するために必要な殆どまたは全ての電荷が、単一のクロックサイクルまたはパルス内で転送されるように、入力コンデンサと出力コンデンサとの比率を１を上回る値に調節することによって増加され得る。
第４に、電圧ドループである。スイッチコンデンサ回路網は、出力電圧を過剰に低くドループさせることなく、十分な電流を送達するべきである。しかしながら、スイッチコンデンサ回路網内の複数の段に付随し得る出力抵抗の実質的な増加は、実質的な電圧ドループを回避することを困難または不可能にし得る。電圧ドループに関する補償は、概して、例えば、始動遅延等の他の問題を引き起こし得る、より多くのコンポーネントの追加を要求するであろう。電圧ドループは、本発明のある事例では、充電および放電経路内に低インピーダンストランジスタを配置することによって回避されることができる。逓倍された、または他のより高い電圧が利用可能である場合、それらのトランジスタは、低インピーダンス状態に駆動されることができる。図４７のトランジスタ４３３２は、このように構成される。
本発明のある実施形態では、いくつかの努力が、電圧ドループを低下させるために成されることができる。第１に、コンポーネントが、所望または予期される電流範囲において低電圧降下を生じる低インピーダンスのために選定される。低オン抵抗トランジスタ、ショットキーダイオード、および低値抵抗器（存在する場合）が、挙げられ得る。しかしながら、低抵抗は、より少ない保護を意味し得、さらなる保護が所望される場合、保護空乏モードトランジスタが、これの後方にそれらのコンポーネントを「庇護」することができる。第２に、電圧ドループが、コンデンサの容量を予期される電流と正に相関させることによって、軽減されることができる。より高い容量のコンデンサが、より高い電流が予期される場所に配置され、より低い容量のコンデンサが、より低い電流が予期される場所に見られる。これは、容量値が入力から出力に減少する場合に現れる。スイッチコンデンサ回路網に沿って容量を低減させることの１つの驚くべきかつ予期せぬ効果は、３つの側面の利点である。電圧変換の速度は、充電のためのより少ないクロックサイクルの必要性とともに増加し、電荷ポンプを特徴付ける電圧降下の種類もまた、減少し、いくつかの実施形態に関して重要なこととして、各コンデンサにおける電流は、そのコンデンサの容量と相関する。故に、本発明のいくつかの実施形態は、容量が電流と正に相関されるスイッチコンデンサ回路網を提供する。正の相関は、段から段への電流に対する容量の線形または非線形合致を示し得る。入力により近接する段は、これがより大きい容量（付随的に、より低い等価直列抵抗を有する）が存在する場所であり、より少ないスイッチが電圧降下を生成すると考えられる場所であるため、より高い電流を生成し、それを処理することができる。ある並列／直列スイッチコンデンサ回路網の場合では、初期の段は、並列配列されたコンデンサであり、したがって、充電のための大きい容量を有し、後の段は、ここでは直列に配列される同一のコンデンサであり、それによって、より低い容量を有する。
第５に、高周波数である。概して、より高い周波数は、スイッチコンデンサ回路網をより迅速に充電させるであろう。これは、小さい入力コンデンサが下流の大きいコンデンサを充電するために使用されているときに有意である。しかしながら、殆どのスイッチコンデンサ回路網は、それを上回ると効率が低下する最適周波数を有するであろう。より高い周波数は、特に、より高い電流において熱放散問題を引き起こす、効率を低下させる、または大きい、もしくは高価なトランジスタを要求し得る。いくつかの実施形態では、高周波数発振器が、電圧コンバータ回路と関連して提供されることができ、タンクコンデンサが、電流を供給するために、発振器の入力または出力に提供されることができる。いくつかの場合では、約７５０ｋＨｚまたはそれを上回って動作する発振器が、採用されることができる。他の場合では、少なくとも約１ＭＨｚ、少なくとも約１０ＭＨｚ、少なくとも約５０ＭＨｚ、または少なくとも約１００ＭＨｚにおいて動作する発振器が、採用されることができる。
ある実施形態は、スイッチコンデンサ回路網が入力電圧を変換された電圧に変換するために要求されるクロックサイクルの回数を減少させるための方法に関し、容量が入力から出力に減少する順序において複数の入力コンデンサを配列するステップと、複数の入力コンデンサにおける前のコンデンサから各後続コンデンサを充電するステップとを含む。他の実施形態は、入力電圧を出力電圧に変換するためのスイッチコンデンサ回路網の周波数要件を減少させるための方法に関し、容量が入力から出力に減少する順序において複数の入力コンデンサを配列するステップと、複数の入力コンデンサにおける前のコンデンサから各後続コンデンサを充電するステップとを含む。任意の好適なスイッチコンデンサ回路網が、使用されることができる。例えば、それらの方法のいずれかは、並列／直列スイッチコンデンサ回路網を用いて実施されることができ、入力容量は、並列配列コンデンサによって提供され、フライング容量は、直列配列コンデンサによって形成される次の段を表し、フライング容量は、出力容量よりも大きい。
第６に、出力前始動遅延である。上記に言及されるように、過電流条件が生じるとき、入力電圧を変換し、第１のトランジスタを遮断空乏モードに迅速に駆動することが、重要であり得る。従来の発振器回路は、入力および出力信号の両方のランダム性に起因して、定常状態値に到達するためにある程度の時間を要求し得る。また、周波数が、より低い電圧においてより長い始動を伴う電圧依存性を呈し得る。本発明のいくつかの事例は、変換を達成するために多数のクロックサイクルに依拠しないスイッチコンデンサ回路網を提供することによって、始動遅延問題を回避する。
第７に、電圧コンバータ回路の保護である。電圧コンバータ回路は、限定された電力処理能力を有し得、損傷および他の問題を受けやすくあり得る。故に、本発明のいくつかの実施形態は、電圧コンバータ回路の過電流および過電圧保護を提供する。一実施例では、電流限定抵抗器が、スイッチコンデンサ回路網の入力における電流の量を限定し得る。しかしながら、そのような抵抗器は、入力において電圧ドループを引き起こし得、これは、性能を劣化させ、予測不能な挙動を引き起こし得る。ある事例では、例えば、始動遅延時間が、広く変動し、回路性能を予測することを困難にし得る。故に、本発明のいくつかの実施形態では、空乏モードＦＥＴが、スイッチコンデンサ回路網への入力を横断して配置されることができる。そのトランジスタのゲートは、保護される回路を横断して直接配置されることができる、またはトランジスタ等の別のスイッチによってそこで切り替えられることができる。代替として、トランジスタが、いったんスイッチコンデンサ回路網が充電されると、突入電流を許容するが、さらなる電流を分断するために、タンクコンデンサまたは他の入力コンデンサと直列に配置され得る。図４７のトランジスタ４３３２は、本役割を果たす。
第８に、入力電圧上昇速度である。いくつかの従来の集積回路は、入力電圧が増加する速度を限定する。そのような限定は、本発明のある実施形態に関する必要性を強調する。そのような限定が電圧コンバータ回路に要求される場合、始動時間は、その限定を固守する努力によって増加し得る。本発明のある実施形態は、そのような限定を有していない。他の実施形態では、随意に、抵抗器を伴う、入力におけるホールドアップコンデンサが、入力における電圧の変化率を緩慢にすることができる。
第９に、逓倍である。電圧逓倍は、典型的には、比較的に長い時間がかかる。さらに、変換効率は、さらなる段の追加とともに劇的に低下する。例えば、従来の電荷ポンプの３つの段の階層は、理想的な３倍の増加ではなく、１．４倍のみの電圧の増加をもたらし得る。
本発明のいくつかの実施形態は、電圧浮動回路を提供する。いくつかの場合では、ドライバ回路はさらに、放出可能に貯蔵される電圧を浮動させ、浮動電圧を取得するように構成される電圧浮動回路を備え、ドライバ回路は、浮動電圧または浮動電圧の微分をゲート電圧として印加するように構成される。任意の好適な電圧浮動回路が、使用されることができる。いくつかの場合では、電圧浮動回路は、コンデンサと、少なくとも１つのトランジスタとを備える。さらなる場合では、電圧浮動回路は、プッシュ／プル構成において配列されるトランジスタの対を備える。またさらなる場合は、コンデンサと、ダイオードとを備える電圧浮動回路を提供し、コンデンサの正の端子は、ダイオードのカソードに接続され、コンデンサの負の端子は、ダイオードのアノードに接続される。付加的場合は、コンデンサと、ダイオードとを備える電圧浮動回路を提供し、コンデンサの負の端子は、ダイオードのアノードに接続され、さらに、コンデンサの正の端子をダイオードのカソードに選択的に接続するように構成され、それによって、コンデンサをダイオードと並列に選択的に配置する、フロータスイッチトランジスタを備える。さらに他の場合では、ダイオードのカソードは、第１のソースに接続されることができる。
電圧浮動回路は、任意の所望の条件下で動作するように構成されることができる。いくつかの場合では、電圧浮動回路は、非ゼロ電圧が第１の端子および第２の端子を横断して出現する任意の時間に動作する。他の場合では、電圧浮動回路は、過電流条件中のみ、電圧コンバータ回路によって提供される放出可能に貯蔵される電圧を浮動させるように構成される。さらなる場合は、電圧浮動回路が、ドライバ回路が第１のトランジスタを電流限定モードおよび／または遮断空乏モードに駆動もしくは維持しているときのみ、放出可能に貯蔵される電圧を浮動させるように構成されるデバイスを提供する。
本発明のある事例は、ワンショット電圧フロータを備える電圧浮動回路を提供し、ドライバ回路は、過電流条件の開始時のみ、浮動電圧または浮動電圧の微分をゲート電圧として印加するように構成される。他の事例は、長期使用電圧フロータを備える電圧浮動回路を提供する。任意の好適な技術が、長期使用電圧フロータを提供するために使用されることができる。いくつかの場合では、長期使用電圧フロータは、発振器に依拠する。各発振に応じて、発振器は、トランジスタの対をプッシュ／プルトーテムポール配列において切り替えること等によって、放出可能に貯蔵される電圧を浮動させるように長期使用電圧フロータを促す。時として、発振器出力が、長期使用フロータを駆動し、したがって、フロータ回路が浮動電圧を能動的に生産しているかどうかは、発振器出力の状態に依存する。例えば、いくつかの場合では、発振器出力は、ＢＪＴベースまたはＭＯＳＦＥＴゲート等のフロータ入力を駆動し、したがって、発振器出力が高いとき、フロータ回路は、例えば、ダイオードまたは任意の他のスイッチを通して、放出可能に貯蔵される変換された電圧を受電するように構成され、発振器出力が低いとき、フロータ回路は、変換された電圧を浮動させる。いくつかの場合では、発振器出力が高いとき、フロータ回路は、放出可能に貯蔵される電圧としてコンデンサを受け取り、発振器出力が低いとき、フロータ回路は、ダイオードと並列になるようにコンデンサを切り替え、したがって、ダイオードは、コンデンサ放電を防止し、また、浮動電圧を作成することに役立つ。
さらなる実施形態は、第１のトランジスタが電流限定モードおよび／または遮断空乏モードにない場合、本デバイスを通過する、もしくは本デバイスを通過するであろう電流を監視するための電流監視回路を提供する。例えば、いくつかのデバイスはさらに、第１の端子と第２の端子との間を通過するであろう電流を監視し、電流が過電流条件を表すとき、第１のトランジスタを電流限定モードおよび／または遮断空乏モードに駆動するようにドライバ回路を構成するように構成される、電流監視回路を備える。別の実施例では、あるデバイスは、第２の端子から第３の端子への電圧降下を監視することによって、第１の端子と第２の端子との間を通過するであろう電流を監視し、その電圧降下が第１の端子と第２の端子との間の過電流条件を表すとき、第１のトランジスタを電流限定モードおよび／または遮断空乏モードに駆動するようにドライバ回路を構成するように構成される、電流監視回路を備える。いくつかの事例では、第２の端子と第３の端子との間に出現する電圧降下は、保護される回路内の過電圧事象を表し得る。したがって、第１のトランジスタは、過電流および過電圧の両方に対して保護される回路を保護し得ると考えられ得る。本明細書で使用されるように、過電圧は、ある種類の過電流条件である。さらなる実施例では、他のデバイスは、第３の端子から第４の端子への電圧降下を監視することによって、第１の端子と第２の端子との間を通過するであろう電流を監視し、その電圧降下が第１の端子と第２の端子との間の過電流条件を表すとき、第１のトランジスタを電流限定モードおよび／または遮断空乏モードに駆動するようにドライバ回路を構成するように構成される、電流監視回路を備える。いくつかの事例では、第３の端子と第４の端子との間に出現する電圧降下は、保護される回路内の過電圧事象を表し得る。したがって、第１のトランジスタは、過電流および過電圧の両方に対して保護される回路を保護し得ると考えられ得る。本明細書で使用されるように、過電圧は、ある種類の過電流条件である。電流監視装置は、電流を監視するための任意の好適な技術を採用することができる。例えば、いくつかの場合では、電流監視回路は、第１の端子と第２の端子との間の電圧を測定することによって、電流を監視する。電流を監視するために電圧を使用することは、電流が遮断されているときに有用である。
また付加的実施形態は、過電流条件が持続的過電流条件になるまで、ドライバ回路が第１のトランジスタを遮断空乏モードに駆動しないように遅延させるように構成される、遮断遅延タイマ回路を有するデバイスを提供する。他の実施形態は、過電流条件が持続的なわずかな過電流条件になるまで、ドライバ回路が第１のトランジスタを電流限定モードに駆動しないように遅延させるように構成される、限定遅延タイマ回路を有するデバイスを提供する。任意の好適なコンポーネントが、遮断遅延または限定遅延タイマ回路を提供するために使用されることができる。例えば、いくつかの場合では、遮断遅延タイマ回路は、第１の端子および第２の端子と並列の抵抗器およびコンデンサを備える。
さらなる実施形態は、過電流条件が生じると、本デバイスを通して流動する電荷を測定する遮断遅延積分回路を提供する。いったん電荷が許容不可能なレベルに到達すると、遮断遅延積分回路は、ドライバ回路に、第１のトランジスタまたは並列トランジスタを遮断空乏モードに駆動させる。任意の好適な遮断遅延積分回路が、使用されることができる。例えば、過電流を表す電流が、コンデンサを充電することができる。いったんそのコンデンサが、過電流条件に起因する積分電荷を表す事前選択された電圧に到達すると、そのコンデンサは、ドライバ回路が第１のトランジスタまたは並列トランジスタを遮断空乏に駆動することを可能にするトランジスタを駆動することができる。過電流を表す電流は、一事例では、コンデンサと直列なトランジスタおよび抵抗器等の一定電流源によって提供されることができる。別の事例では、電流は、コンデンサを充電するために、電流ミラーによって提供されることができる。したがって、遮断モードは、過電流条件によって表されるエネルギーの量に依存する。このように、遮断遅延積分回路は、伝統的な低融解温度ワイヤヒューズを模倣することができる。しかしながら、有利なこととして、遮断遅延積分回路は、過電流条件が生じる際の周囲温度および／または電流の相対的増加とは独立して作製され得るため、伝統的なヒューズを改良する。伝統的なヒューズは、残念ながら、周囲温度がより低い場合、または過電流条件が緩慢に生じる場合、より緩慢に反応する。同一の原理を採用する限定遅延積分回路が、本発明のさらなる事例において可能である。
さらに他の実施形態は、第１のトランジスタの第１のゲート等、１つまたはそれを上回るトランジスタのゲートを保護するための回路を提供する。いくつかの場合では、ゲート保護回路は、本デバイス内のトランジスタにおけるゲート電圧を逓降するように構成される。これは、例えば、ゲート保護回路がツェナーダイオードを備える場合に遂行されることができる。別の実施例に関して、ゲート保護回路は、ゲート保護トランジスタと、ゲート保護トランジスタのゲートと第２の端子との間で直列電気連通するゲート抵抗器とを備え得る。さらに他の実施例では、抵抗器が、ゲート保護回路を提供する。
付加的実施形態は、いったん過電流条件が消失すると、本デバイスがリセットすることを可能にするリセット回路を提供する。したがって、あるデバイスはさらに、過電流条件がもはや存在しないと、第１のトランジスタを電流限定モードまたは遮断空乏モードから駆動するようにドライバ回路を構成するように構成される、電圧レベルリセット回路等のリセット回路を備える。さらなるデバイスはまた、安全な電流条件が持続的な安全な電流条件になるまで、リセット回路が動作しないように遅延させるように構成される、リセット遅延タイマ回路を備える。過電流条件に続く安全な電流条件は、任意の好適な事前判定された持続時間の経過に応じて、持続的な安全な電流条件になる。リセット遅延タイマ回路は、例えば、１つまたはそれを上回る抵抗器および１つまたはそれを上回るコンデンサ等の任意の好適なコンポーネントを含む。
さらに他の実施形態は、非常に低い抵抗デバイスを提供することによって、非常に低い電力回路の保護に対処する。例えば、第１のトランジスタまたは相互に並列の複数のトランジスタは、本デバイスを通して電流を許容するとき、非常に低い抵抗配列を提供することができる。しかしながら、製造変動に起因して、その第１のトランジスタまたは複数のトランジスタは、デバイス毎に異なる抵抗を呈し得る。それに関して補償し、さらなるデバイス挙動予測可能性を可能にするために、ある実施形態は、第１のトランジスタと一次電流経路内で、第１の端子と第２の端子との間で直列に配列される感知抵抗器をさらに備えるデバイスを提供する。さらなる実施形態は、第１のトランジスタと第２の端子との間で直列に感知抵抗器を配列する。任意の好適な抵抗が、感知抵抗器のために選定されることができる。いくつかの場合では、これは、第１のトランジスタまたは相互に並列の複数のトランジスタの予期される抵抗よりも１倍、１．５倍、２倍、５倍、または１０倍大きい。他の場合では、これは、第１のトランジスタまたは相互に並列の複数のトランジスタの予期される抵抗よりも０．９倍、０．５倍、０．１倍、０．０１倍、または０．００１倍小さい。ある場合では、入力電圧は、第１のトランジスタもしくは複数のトランジスタ、感知抵抗器、またはそれらの組み合わせを横断して取得されることができる。
相互に並列の複数のトランジスタについて言えば、いくつかの実施形態は、１つまたはそれを上回るトランジスタをさらに備えるデバイスを提供し、１つまたはそれを上回るトランジスタの各トランジスタは、第１のドレインと直接並列電気連通するドレインと、第１のソースと直接並列電気連通するソースと、第１のゲートと並列電気連通するゲートとを有する。本明細書で使用されるように、「直接」並列電気連通は、２つの点が接続され、同一の電位を被ることを意味する。したがって、トランジスタのドレインが第１のドレインと直接並列電気連通するとき、両方のドレインは、同一の電位にあり、並列に構成される。第１のゲートと並列電気連通するゲートは、随意の抵抗器が、例えば、ゲートを保護するために、ゲートの前に直列に配置されることを可能にする。抵抗器等の随意のコンポーネントがゲートの前に見られる場合、ゲートは、第１のゲートと「直接」並列電気連通していない。
さらに他の実施形態は、第１のトランジスタと直列の第２のトランジスタを提供する。故に、ある実施形態は、第２のゲートと、第２のドレインと、第２のソースとを有する第２のトランジスタをさらに備えるデバイスを提供し、第２のトランジスタは、第１のトラジスタと一次電流経路内で、第１の端子と第２の端子との間で直列に配列され、第２のトランジスタは、第１のトランジスタよりも低いゲート容量を呈し、第２のトランジスタは、第２のドレインおよび第２のソースを横断する電圧降下が第１のゲートに印加されるように構成される。
さらなる実施形態は、交流環境において回路を過電流条件から保護するように適合される、第１のトランジスタと直列であり、随意に、整流器ブリッジと電気連通する、第２のトランジスタをさらに備えるデバイスを可能にする。
ある実施形態は、一次電流経路内に付与される第１のトランジスタのみを提供する。
さらに他の実施形態は、第１のトランジスタと一次電流経路内で、第１の端子と第２の端子との間で直列に配列される、温度応答要素を提供する。例えば、正温度係数サーミスタ、負温度係数サーミスタ、およびポリマー正温度係数デバイス等の任意の好適な温度応答要素が、使用されることができる。正温度係数コンポーネントは、事前判定された温度閾値を上回る電流を限定および遮断するように構成されることができる。負温度係数コンポーネントは、増加された電流等に起因して、温度が上昇し得ると、本デバイス内の有用な回路をトリガするように構成されることができる。正温度係数コンポーネントと直列のトランジスタを使用することは、いくつかの実施形態では、いくつかの利点を提供する。限定、遮断、およびリセットに関する事前判定された持続時間は、調節されることができ、例えば、限定および遮断は、非常に迅速に遷移することができ、高電圧は、遮断されることができ、本デバイスは、高電流回路にサービス提供することができる。また、トリガされた正温度係数デバイスをリセットすることは、直列の第１のトランジスタと併用されると、あまり問題となり得ない。いくつかの場合では、温度応答要素は、本デバイスのみからその熱エネルギー（ちょうど周囲温度を超える）を受け取り、いずれの補助電力も使用しない。他の場合では、温度応答要素は、例えば、保護される回路を通して流動する電流によって、または専用熱エネルギー源から生成される熱等、本デバイスの外側の補助源から少なくともある程度の有意な熱エネルギー（ちょうど周囲温度を上回る）を受け取る。
本明細書で使用されるように、「遮断空乏」は、トランジスタがその閾値電圧（ＶＴＨ）を超えて空乏に移動しており、そのソースとそのドレインとの間で実質的に非導電性であることを示す。「空乏」が閾値またはピンチオフ電圧と強化モード挙動の開始との間の導電状態を含み得る範囲について、そのような導電状態は、「遮断空乏」から除外される。本発明の要点は、回路を有害な過電流条件から保護することであり、いくつかの実施形態は、あるトランジスタを遮断空乏モードに配置することによってそれを遂行する。他の実施形態は、あるトランジスタを電流限定モードに配置する。「電流限定モード」は、トランジスタに、｜ＶＴＨ｜を下回る、つまり、そのトランジスタに関する閾値電圧の大きさを下回るゲート電圧を印加することによって取得されることができる。いくつかの場合では、電流限定モードは、トランジスタに、０．９９９×｜ＶＴＨ｜、０．５×｜ＶＴＨ｜、または０．１×｜ＶＴＨ｜を下回るゲート電圧を印加することによって取得される。
本発明のいくつかの実施形態は、本デバイスの２つの端子と直列の少なくとも１つの「一次」トランジスタを備える。それは、一次トランジスタまたは複数のトランジスタのソースおよびドレインが、電気連通し、本デバイスの一次電流経路内に付与され、そのトランジスタが、本デバイスを通して電流を許容、限定、または遮断するように機能することを意味する。いくつかの場合では、そのデバイスは、次いで、保護されるべき回路内に直列に配置され、電流の完全な遮断を可能にする。当然ながら、２つを上回るトランジスタが、所望される場合、使用されることができる。加えて、さらなるトランジスタが、電流を直接許容または遮断する以外の目的のために、本発明のデバイス内で使用されることができる。さらに、第１の端子および第２の端子は、一次トランジスタを備えるデバイスを保護されるべき回路と直列電気連通させるために使用されることができる。
本発明の他の実施形態は、本デバイスの２つの端子と直列の少なくとも１つの「一次」トランジスタを備え、本デバイスは、第３の端子または第４の端子を備える。そのようなデバイスでは、第１の端子および第２の端子は、本デバイスの一次電流経路を画定し、一次トランジスタまたは複数のトランジスタは、本デバイスを通して電流を許容、限定、もしくは遮断するように構成される。３つの端子または４つの端子を伴うデバイスは、本明細書に例証されるであろうように、有利なこととして、条件を監視するために、付加的端子を採用する。
また、本発明のある実施形態では、一次トランジスタは、その「遮断端部」が第１の端子、またはＤＣ互換性デバイス内でさらなる電位の端子に電子的により近接するように配列されると考えられ得る。ｎチャネルトランジスタに関して、ドレインが、遮断端部であり、ｐチャネルトランジスタに関して、ソースが、遮断端部である。例えば、低電力ｐチャネルＪＦＥＴ等の対称トランジスタの場合では、トランジスタの両端が、遮断端部と見なされることができる。いくつかの場合では、両方向から流動する電流を遮断し得る、ある窒化ガリウム（「ＧａＮ」）ＦＥＴ等の双方向トランジスタが、使用されることができる。ある双方向トランジスタは、固有ボディダイオードを含有しないと考えられ得る。従来の電界効果トランジスタでは、固有ボティダイオードは、トランジスタが両方向において電流を効果的に遮断しないように妨げる。
本発明のさらなる実施形態は、一次トランジスタのゲートにおける電圧が制御されることを提供し、したがって、トランジスタは、通常の電流条件中に強化モードに向かって、またはそれにバイアスされる。ゲートをバイアスするために補助電源に依拠しないそれらの実施形態に関して、ある時間後、ゲートは、本デバイスが「プラグ接続されていない」、または保護されるべき回路内にいかなる電流もしくは電位も存在しない場合、いかなるバイアスも有さないであろう。言い換えると、ゲート電圧は、第１の端子から第２の端子への電位降下から回収される。
いくつかの実施形態は、一次トランジスタ（またはより広義には、本デバイス）を横断する電圧が、過電流条件に関して監視されることを提供する。ある事例では、トランジスタまたは本デバイスを横断する電圧は、本デバイスを通過する電流が事前判定された閾値を超えることを示すであろう。いくつかの場合では、過電流条件は、持続的過電流条件になるはずであり、これは、本デバイスを通過する電流が、事前判定された持続時間にわたって事前判定された閾値を超えることを意味する。任意の好適な事前判定された閾値が、選定されることができる。事前判定された閾値に関して選択される安全ではない電流レベルは、例えば、保護されるべき回路に関する通常の予期される電流負荷、増加された電流に対する回路のコンポーネントの感受性、および追求される保護の所望のレベル等の任意の好適な要因に依存することができる。例えば、事前判定された閾値は、保護されるべき回路に関する通常の予期される電流負荷の１．５倍、２倍、５倍、１０倍、５０倍、または１００倍であり得る。別の実施例に関して、事前選択された閾値は、５００ｍＡ、１Ａ、５Ａ、１０Ａ、５０Ａ、１００Ａ、５００Ａ、１，０００Ａ、１０，０００Ａ、または１００，０００Ａであり得る。別の実施例に関して、事前判定された閾値は、例えば、１００ｍＶ、２００ｍＶ、４００ｍＶ、５００ｍＶ、１Ｖ、５Ｖ、１０Ｖ、５０Ｖ、１００Ｖ、５００Ｖ、１，０００Ｖ、１０，０００Ｖ、または１００，０００Ｖ等、電圧の単位において表されることができる。過電流条件は、したがって、過電圧および過電流事象を含むものとして表され得る。通常の電流条件は、いくつかの場合では、事前判定された閾値内の電流および／または電圧であると見なされることができる。いくつかの場合では、無害な電流が、本デバイスを通して流動するであろうが、おそらく、本デバイスは、ちょうど終了した過電流事象に起因して遮断空乏モードにあるため、いかなる電流も、流動していない。それらの場合における条件は、安全な電流条件と称され得る。ある実施形態は、本デバイスが電流を許容するようにリセットする前に、安全な電流条件が持続的な安全な電流条件を表すまで待機する。本デバイスを横断する電圧が、事前判定された閾値内の電流が流動することを可能にするであろうとき、安全な電流条件が、存在し、その条件は、事前判定された持続時間にわたって存在している。他の場合では、通常の電流条件は、事前判定された閾値内の電流および／または電圧ならびに直近の過電流条件の不在であると見なされることができる。同様に、過電流条件は、電流および／または電圧が事前判定された閾値を超えるときに存在する。持続的過電流条件は、電流および／または電圧が事前判定された持続時間にわたってそれらの閾値を超えるときに存在する。電圧および電流に関する事前判定された閾値ならびに事前判定された持続時間は、同様である、または異なり得る。例えば、電流の遮断をトリガするための閾値電圧または電流は、電流が再び流動することを可能にするように本デバイスをリセットするための閾値電圧または電流と同一である、それを上回る、もしくはそれを下回り得る。同様に、電流を遮断するための事前判定された持続時間は、本デバイスをリセットし、電流が再び流動することを可能にするための事前判定された持続時間よりも短い、それと同一である、またはそれよりも長くあり得る。
事前判定された持続時間は、任意の好適な時間の長さであり得る。いくつかの場合では、過電流条件の持続時間を要求する目的は、保護されるべき回路にいかなる実質的な危険も及ぼさない、比較的に無害な妨害スパイクに起因して電流を遮断することを回避することである。事前判定された持続時間に関する好適な時間の長さは、限定ではないが、１０マイクロ秒、１００マイクロ秒、１ミリ秒、５ミリ秒、１０ミリ秒、１００ミリ秒、１秒、５秒、１０秒、３０秒、および１分を含む。いくつかの実施形態では、いったん過電流事象、または随意に、持続的過電流事象が検出されると、本デバイスは、本デバイスを通して電流を遮断するであろう。これは、本発明のいくつかの事例では、その導電性を減少させるために、電圧を一次トランジスタのゲートに印加し、そのトランジスタを遮断空乏モードに駆動することによって遂行される。
同様に、さらに他の実施形態は、本デバイスが過電流事象後に「リセット」することを可能にし、したがって、本デバイスは、電流の通過を再開するであろう。本デバイスをリセットする任意の好適な方法が、使用されることができる。保護されるべき回路の電源を切ること、本デバイスを手動でリセットすること、自動的にリセットすること、遠隔信号でリセットすること、またはそれらの組み合わせが、使用されることができる。いくつかの場合では、本デバイスは、本デバイスを通して流動するであろう電流が安全なレベルに戻った後にリセットする。その安全なレベルは、第１の事前選択された閾値または第１の事前選択された閾値よりも高いもしくは低い第２の事前選択された閾値を下回る等、任意の好適な電流であり得る。さらに、本デバイスは、本デバイスを通して流動するであろう電流が第２の事前判定された持続時間にわたって安全なレベルに戻った後にリセットすることができる。第２の事前判定された持続時間に関する好適な時間の長さは、限定ではないが、１ミリ秒、５ミリ秒、１０ミリ秒、１００ミリ秒、１秒、５秒、１０秒、３０秒、および１分を含む。いくつかの場合では、本デバイスを通して流動するであろう電流は、第１の端子から第２の端子への電圧降下から判定されることができる。言い換えると、本デバイスは、第１の端子から第２の端子への電圧降下に基づいてリセットされることができる。または、他の事例は、本デバイスが、１つまたはそれを上回る一次トランジスタを横断する電圧降下に基づいてリセットされ得ることを提供する。本デバイスがリセットする電圧は、例えば、事前選択されたリセット電圧を下回る等、任意の好適な電圧であり得る。例えば、０Ｖ、５００ｍＶ、１Ｖ、５Ｖ、１０Ｖ、５０Ｖ、１００Ｖ、５００Ｖ、１，０００Ｖ、１０，０００Ｖ、または１００，０００Ｖ等の任意の好適な事前選択されたリセット電圧が、選定されることができる。
さらなる実施形態は、ゲート保護回路を提供する。以下に説明される、その非限定的実施例が、図１１に見られる。ゲート保護回路は、ゲート電圧を事前判定された範囲に限定するように構成されることができる。任意の好適な事前判定された範囲が、使用されることができる。いくつかの場合では、好適な事前判定された範囲は、保護されているトランジスタに関して安全ではないと見なされるある電圧を超えない。ある事例は、約１Ｖ、約１０Ｖ、約５０Ｖ、約１００Ｖ、または約１，０００Ｖを上回らないゲート−ソース電圧を提供する。負電圧もまた、正の電圧に関する事前判定された範囲と同一である、またはそれとは異なる、負の好適な事前判定された範囲の大きさに限定され得ることを理解されたい。ゲート保護を享受する第１のトランジスタおよび任意の他のトランジスタに関する事前判定された範囲は、独立して選択されることができる。
本発明のある実施形態は、いかなる補助電力も要求しないデバイスを提供する。これは、そのようなデバイスが、その独自の電力供給源を要求するデバイスよりも信頼性がある傾向にあろうため、特に有利であり得る。故に、いくつかの事例は、自己駆動型であるデバイスを提供し、つまり、本デバイスは、保護されるべき回路からその電力需要の全てを導出する。さらなる事例は、２つの端子のみを有するデバイスを提供する。そのようなデバイスは、保護されるべき回路と直列に挿入されることができ、いかなるさらなる努力も、付加的電力をそのデバイスに提供するために行われる必要はない。
本発明の付加的実施形態は、少なくとも１つの「一次」トランジスタを有するデバイスを提供し、トランジスタは、空乏モードのノーマリオントランジスタである。いくつかの場合では、第１のトランジスタは、負のゲート閾値特性を有する。負のゲート閾値特性は、そのトランジスタに関するピンチオフ電圧が、０Ｖを下回って起こることを意味する。さらなる場合では、第１のトランジスタは、正のゲート閾値を有する。正のゲート閾値特性は、そのトランジスタに関するピンチオフ電圧が、０Ｖを上回って起こることを意味する。例えば、第１のトランジスタは、ｎチャネルの空乏モードのノーマリオントランジスタであり得る。第１のトランジスタは、第１のゲートと、第１のドレインと、第１のソースとを有し、第１のドレインは、第１の端子と電気連通するであろう。ゲートにおける電位は、ゲートからソースを差し引いた電圧差によって判定される。理解され得るように、その差異は、正または負の値をもたらし得る。
本発明の付加的事例は、ゲート駆動回路を備える。例えば、図２３のスイッチトランジスタ２０６１、２０６２等の任意の好適なゲート駆動回路が、使用されることができる。種々のトランジスタのゲートをバイアスするための当分野で公知のもの等の多くの他のゲート駆動回路も、可能である。例えば、アクティブ出力、プッシュ／プル、相補的対、ＢＪＴトーテムポール、およびＭＯＳＦＥＴトーテムポール構成が、挙げられ得る。
本明細書で使用されるように、Ｖｇｓ＝ゲート−ソース電圧であり、Ｖｄｓ＝ドレイン−ソース電圧であり、ＶＴＨ＝閾値電圧である。本発明のいくつかの実施形態は、通常の電流条件中に実質的に強化モードにおいて動作するトランジスタを提供する。トランジスタが強化モードトランジスタである場合、これは、強化モードにおけるゲート−ソース電圧が、そのトランジスタの閾値電圧（Ｖｔｈ）と同一の極性であることを意味する。トランジスタが空乏モードトランジスタである場合、これは、強化モードにおけるゲート−ソース電圧が、ＶＴＨの極性と比較して極性が反対であることを意味する。例えば、ｎチャネル強化金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（「ＭＯＳＦＥＴ」）に関する強化モードが、Ｖｇｓが正であり、したがって、これがＶＴＨと同一の極性であるときに達成される。ｎチャネル空乏ＭＯＳＦＥＴに関して、強化モードは、Ｖｇｓが正であり、それがＶＴＨと反対の極性であるときに達成される。したがって、固定Ｖｄｓに関して、強化モードにおいて動作するトランジスタは、空乏モードにおいて呈されるであろうよりも、そのドレインとソースとの間に有意に低いインピーダンスを呈するであろう。完全に強化される、または完全に強化モードにあると見なされるトランジスタに関して、ゲート−ソース電圧は、十分な大きさに到達し、正しい極性になるはずであって、これをＶｆｕｌｌと呼ぶ。ある実施形態は、実質的に強化モードにおいて動作するトランジスタが、完全に強化モードにあることを提供する。他の場合では、実質的に強化モードにおいて動作することは、ＶｇｓがＶｆｕｌｌの少なくとも９９％、９０％、８０％、５０％、２５％、１０％、１％、または０．１％であることを意味する。同様に、本発明のいくつかの実施形態は、遮断空乏モードにおいて動作するトランジスタを提供する。強化モードトランジスタに関して、これは、ゲート−ソースがそのトランジスタの閾値電圧（ＶＴＨ）と反対の極性である、またはゲート−ソース電圧が実質的にゼロに等しいことを意味する。トランジスタが、代わりに空乏モードトランジスタである場合、これは、ゲート−ソース電圧が、ＶＴＨと同一の極性であることを意味する。空乏モードトランジスタが、そのドレインとソースとの間を流動する全ての電流を実質的に遮断するために、トランジスタゲートは、ＶＴＨに近似して、またはそれを超えて駆動されなければならない。
デバイスの第１の端子と第２の端子との間を流動する電流が、トランジスタを通して、すなわち、そのドレインとそのソースとの間を流動するであろう場合、トランジスタは、一次電流経路内で直列である。交流環境において採用されるトランジスタに関して、デバイスの第１の端子と第２の端子との間を流動する電流が、正のサイクルおよび負のサイクルのうちの少なくとも１つの間にトランジスタを通して流動するであろう場合、トランジスタは、一次電流経路内で直列である。いくつかの実施形態では、一次トランジスタまたは相互に並列の複数の一次トランジスタはまた、他のトランジスタおよびコンポーネントと並列に構成される。それらの実施形態では、一次トランジスタまたは複数のトランジスタは、それらが、遮断空乏モードにないとき、本デバイスを通して低抵抗経路を提示するため、一次電流経路内で直列である。
本発明の種々の実施形態の中で、トランジスタ、抵抗器、ダイオード、ツェナーダイオード、コンデンサ、および同等物等の種々のコンポーネントが、使用されることができる。例えば、当分野ですでに既知のそれらのコンポーネント等の任意の好適なコンポーネントが、使用されることができる。トランジスタの中で、ＪＦＥＴ、ＭＯＳＦＥＴ（例えば、空乏モードＭＯＳＦＥＴおよび強化モードＭＯＳＦＥＴ）、およびＳｉＣ ＪＦＥＴ、ＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴ、ＧａＮ ＪＦＥＴ、ＧａＮ ＭＯＳＦＥＴ等のそのワイドバンドギャップバージョン、およびいわゆる「ゼロ閾値」トランジスタを含む電界効果トランジスタ、ならびにバイポーラ接合トランジスタ、サイリスタ、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ、およびさらにはＭＥＭＳスイッチ、およびトランジスタの代用物としての他の電気機械的リレー、加えて、前述のいずれかの組み合わせが、挙げられ得る。ワイドバンドギャップトランジスタは、約２ｅＶに等しい、またはそれを上回るバンドギャップを有するものとして見なされ得、ＳｉＣおよびＧａＮトランジスタを含む。
本発明によるいくつかのデバイスは、直流回路を保護するように適合される。他のデバイスは、交流回路を保護するように適合される。さらに他のデバイスは、直流または交流回路内に採用されることができる。さらに他のデバイス、例えば、直流保護のために設計されるデバイスは、本デバイスのコンポーネントが適切な極性を受け取るように、適切な整流器を追加することによって、交流回路内に採用されることができる。さらに他の実施形態では、２つのデバイスが、１つのデバイスが、正の極性条件下で回路を保護し、第２のデバイスが、負の極性条件下で回路を保護するような様式で採用されることができる。
さらなる事例は、第１のドレインが第１の端子と直列電気連通するデバイスに関する。他の事例は、第１のドレインが第２の端子と直列電気連通するデバイスを提供する。付加的事例は、第１のトランジスタが空乏型トランジスタから成るデバイスに関する。本発明のいくつかの事例は、第１のトランジスタが負のゲート閾値特性または正のゲート閾値特性を有するデバイスを提供する。さらに他の事例は、第１のトランジスタが、ｎｐ型またはｐ型である第１の多数キャリア特性を有するデバイスに関する。ある場合は、第１のトランジスタがｎチャネル空乏モードトランジスタであるデバイスを伴う。他の場合は、２端子デバイスであるデバイスを提供する。さらに他の場合は、いずれの補助電力供給源も伴わずに動作するように構成されるデバイスに関する。
本発明の種々の側面を具現化するデバイスが、任意の好適な方法に従って製造されることができる。デバイスが、離散コンポーネントを備えることができる、またはそれらのコンポーネントは、集積回路内でともに製造されることができる。または、集積回路および離散コンポーネントの組み合わせが、使用されることができる。本発明に従ってデバイスを製造するいくつかの方法は、種々のコンポーネント間に電気連通が存在する、または存在し得るようにコンポーネントを組み立てるステップを含む。
さらなる実施形態は、本発明のデバイスを形成する方法に関する。そのような方法は、例えば、第１の端子と第２の端子との間の一次電流経路内で第１のトランジスタを直列に配列するステップを含む。任意の好適な製造技法が、使用されることができる。いくつかの場合では、集積回路を構築するために使用される公知の製造技法が、デバイスまたはその一部を形成するために使用され得ることが想定される。従来の２次元集積回路、３次元集積回路、および任意の好適な技術が、挙げられ得る。他の場合では、トランジスタ、抵抗器、コンデンサ、および同等物等の個々のコンポーネントは、はんだ付け等によって、ともに、可逆的に、および／または恒久的に接続されることができる。さらに他の場合では、集積回路は、集積回路を微調整し、保護されるべき回路の予測される動作パラメータに適応するために、下流製造業者またはエンドユーザによって選択される、例えば、抵抗器、コンデンサ、および／または他のコンポーネント等の付加的コンポーネントの電気連通における配置によって増強されることができる。そのような場合では、集積回路の上流製造業者は、それらの付加的コンポーネントの選択を指導する指示を下流製造業者またはエンドユーザに提供することができる。随意に、ＲＦＩＤチップ等の恒等変換技術が、本発明のデバイス内に含まれることができる。
本発明のデバイスは、任意の好適な様式で使用されることができる。いくつかの場合では、回路を持続的過電流条件から保護する方法が、本明細書に説明されるようなデバイスを、保護されるべき回路の一次電流経路内で直列電気連通するように配置するステップを含む。本発明の１つまたはそれを上回るデバイスを使用する他の方法は、例えば、回路の別の部分と並列電気連通する回路の一部等、回路の一部のみを保護するために、それらのデバイスを採用する。該当する場合では、デバイスは、保護されるべき回路のその部分と直列に配置されることができる。随意に、別のデバイスが、その回路の別の部分を保護するために使用されることができる。またさらなる実施形態は、回路を保護する本発明の１つを上回るデバイスを提供する。
本発明のいくつかの実施形態は、一次電流経路を有する回路を過電流条件から保護するための方法に関し、各方法は、一次電流経路内に、本明細書に説明される任意の実施形態のデバイスを配置するステップを含み、したがって、回路内を流動する全ての電流は、本デバイスを通して流動する、またはそれによって遮断される。別の実施例では、過電流条件に対して回路を保護するための方法が、
本明細書に説明されるもののうちの１つ等のデバイスを提供するステップと、
回路内を流動する全ての電流が、本デバイスを通して流動する、またはそれによって遮断されるように、第１の端子および第２の端子を回路内で直列電気連通するように配置するステップと、
非ゼロ電圧が第１の端子と第２の端子との間に存在するとき、
非ゼロ電圧を変換し、放出可能に貯蔵される電圧を取得するステップと、
放出可能に貯蔵される電圧を浮動させ、浮動電圧を取得するステップと、
過電流条件が第１の端子と第２の端子との間に存在するとき、
浮動電圧を第１のゲートに印加し、第１のトランジスタを遮断空乏モードに駆動するステップと、
それによって、第１の端子と第２の端子との間の実質的に全ての電流を遮断するステップと、
それによって、回路を過電流条件から保護するステップと、
を含む。
いくつかの場合では、非ゼロ電圧の変換は、過電流条件が第１の端子と第２の端子との間に存在するときのみ起こる。同様に、いくつかの場合では、放出可能に貯蔵される電圧の浮動は、過電流条件が存在するときのみ起こる。それらの場合の少なくともいくつかでは、本発明のデバイスは、保護されるべき回路の経路内に付与される低抵抗低電力消費デバイスを表す。多くの公知のデバイスとは異なり、そのようなデバイスは、通常の電流条件下で保護される回路によって提供される電力を殆ど消費しない。しかしながら、過電流条件が生じると、本発明のある実施形態は、過電流条件に迅速に応答し、保護される回路に到達しないように過電流を遮断する。
さらなる実施形態は、回路を保護する方法に関し、放出可能に貯蔵される電圧を取得するステップは、非ゼロ電圧を自己触媒的に変換するステップを含む。他の場合では、非ゼロ電圧を変換するステップは、非ゼロ電圧を自己触媒的に変換するステップを含む。故に、それらの実施形態のいくつかは、過電流条件に対して回路を保護するための方法に関し、そのような方法は、
本明細書に説明されるようなデバイスを提供するステップと、
回路内を流動する全ての電流が、本デバイスを通して流動する、またはそれによって遮断されるように、第１の端子および第２の端子を回路内で直列電気連通するように配置するステップと、
非ゼロ電圧および過電流条件が第１の端子と第２の端子との間に存在するとき、
非ゼロ電圧を自己触媒的に変換し、放出可能に貯蔵される電圧を取得するステップと、
随意に、放出可能に貯蔵される電圧を浮動させ、浮動電圧を取得するステップと、
放出可能に貯蔵される電圧または随意に浮動する電圧を第１のゲートに印加し、第１のトランジスタを遮断空乏モードに駆動するステップと、
それによって、第１の端子と第２の端子との間の実質的に全ての電流を遮断するステップと、
それによって、回路を過電流条件から保護するステップと、
を含む。
いくつかの実施形態では、過電流条件に対して回路を保護するための方法において使用され得るデバイスは、
第１の端子および第２の端子と、
第１のゲートと、第１のドレインと、第１のソースとを備える、第１のトランジスタと、
を含み、
第１のトランジスタは、空乏モードのノーマリオントランジスタであり、
第１のトランジスタは、第１の端子と第２の端子との間の一次電流経路内で直列に配列され、
本デバイスは、いかなる補助電力も受電しないように構成される。
本発明のある実施形態は、回路を保護するための方法に関し、放出可能に貯蔵される電圧を取得するステップは、非ゼロ電圧を自己触媒的に変換するステップを含む。
例えば、過電流条件に対して回路を保護するためのいくつかの方法は、
デバイスであって、
第１の端子および第２の端子と、
第１のゲートと、第１のドレインと、第１のソースとを備える、第１のトランジスタと、
を有し、
第１のトランジスタは、空乏モードのノーマリオントランジスタであり、
第１のトランジスタは、第１の端子と第２の端子との間の一次電流経路内で直列に配列される、
デバイスを提供するステップと、
回路内を流動する全ての電流が、本デバイスを通して流動する、またはそれによって遮断されるように、第１の端子および第２の端子を回路内で直列電気連通するように配置するステップと、
過電流条件が第１の端子と第２の端子との間に存在するとき、
非ゼロ電圧を自己触媒的に変換し、放出可能に貯蔵される電圧を取得するステップと、
放出可能に貯蔵される電圧を第１のゲートに印加し、第１のトランジスタを遮断空乏モードに駆動するステップと、
それによって、第１の端子と第２の端子との間の実質的に全ての電流を遮断するステップと、
それによって、回路を過電流条件から保護するステップと、
を含む。
非ゼロ電圧は、第１の端子と第２の端子との間の電圧であり得る、またはそれから導出される。または、非ゼロ電圧は、第３の端子を有するそれらの実施形態では、第２の端子と第３の端子との間の電圧から導出されることができる。代替として、非ゼロ電圧は、第４の端子を有するそれらの実施形態では、第３の端子と第４の端子との間の電圧から導出されることができる。または、非ゼロ電圧は、本デバイスに供給される補助電力から導出されることができる。任意の好適な補助電力供給源が、それらの実施形態において使用されることができる。例えば、補助電力は、バッテリ、熱エネルギーコンバータ、無線周波数コンバータ、光／電気コンバータ、独立した主供給源、またはそれらの組み合わせから選定されることができる。他の場合では、本デバイスは、いかなる補助電力も受電しないように構成される。
さらに他の実施形態は、非ゼロ電圧を自己触媒的に変換し、放出可能に貯蔵される電圧を取得するステップと、放出可能に貯蔵される電圧を浮動させ、浮動電圧を取得するステップと、浮動電圧を第１のゲートに印加し、第１のトランジスタを遮断空乏モードに駆動し、それによって、第１の端子と第２の端子との間の実質的に全ての電流を遮断するステップと、それによって、回路を過電流条件から保護するステップとに関する。
通常の電流条件中、いくつかの実施形態では、第１の端子と第２の端子との間の一次電流経路は、低抵抗経路を画定し、第１のトランジスタのみ、または随意に、第１のトランジスタと並列の１つもしくはそれを上回るトランジスタが、低抵抗経路内で直列に配列される。
回路を保護するさらなる方法は、非ゼロ電圧を放出可能に貯蔵される電圧に変換するように構成される、並列／直列スイッチコンデンサ回路網を備える電圧コンバータ回路を採用することによって、放出可能に貯蔵される電圧を取得するステップに関する。随意に、放出可能に貯蔵される電圧を取得するステップは、非ゼロ電圧を逓倍するステップを含む。
代替として、変換するステップは、逓倍するステップ、逓降するステップ、反転させるステップ、および恒等変換するステップのうちの１つもしくはそれを上回るものを含む。いくつかの場合では、放出可能に貯蔵される電圧を浮動させるステップは、放出可能に貯蔵される電圧を切り替えるステップを含む。任意の好適な技術が、放出可能に貯蔵される電圧を切り替えるために使用されることができる。いくつかの場合では、切り替えるステップは、浮動スイッチトランジスタ、浮動スイッチダイオード、またはそれらの組み合わせを採用する。ある実施形態は、切り替えるステップが、放出可能に貯蔵される電圧をダイオードと並列に配置するステップを含み、放出可能に貯蔵される電圧の正の端部が、ダイオードのカソードに接続され、放出可能に貯蔵される電圧の負の端部が、ダイオードのアノードに接続される方法を提供する。さらに、放出可能に貯蔵される電圧を第１のゲートに印加し、第１のトランジスタを遮断空乏に駆動するステップは、放出可能に貯蔵される電圧を第１のゲートおよび第１のソースと並列に配置するステップを含み得る。同様に、浮動電圧を第１のゲートに印加し、第１のトランジスタを遮断空乏に駆動するステップは、浮動電圧を第１のゲートおよび第１のソースと並列に配置するステップを含み得る。
さらなる実施形態は、第１のトランジスタが、過電流条件の不在下で強化モードにないことを提供する。またさらなる実施形態は、本デバイスが、過電流条件の不在下で電圧を逓倍しない、または反転させないことを提供する。
本発明の付加的実施形態は、いったん過電流条件が存在しなくなると、本デバイスがリセットされる方法を提供する。例えば、いくつかの方法は、第１の端子と第２の端子との間の安全な電圧を判定することによって、過電流条件がもはや存在しないことを検出するステップと、
安全な電圧を変換し、安全な放出可能に貯蔵される電圧を取得するステップと、
安全な放出可能に貯蔵される電圧を第１のゲートに印加し、第１のトランジスタを遮断空乏モードから駆動し、それによって、電流が第１の端子と第２の端子との間で流動することを可能にするステップと、
に関する。随意に、安全な放出可能に貯蔵される電圧を第１のゲートに印加するステップは、第１のトランジスタを強化モードに駆動するステップを含む。
さらなる付加的実施形態は、
第１の端子と第２の端子との間の安全な電圧を判定することによって、過電流条件がもはや存在しないことを検出するステップと、
安全な電圧を変換し、安全な放出可能に貯蔵される電圧を取得するステップと、
安全な放出可能に貯蔵される電圧を浮動させ、安全な浮動電圧を取得するステップと、
安全な浮動電圧を第１のゲートに印加し、第１のトランジスタを遮断空乏モードから駆動し、それによって、電流が第１の端子と第２の端子との間で流動することを可能にするステップと、
に関する。随意に、安全な浮動電圧を第１のゲートに印加するステップは、第１のトランジスタを強化モードに駆動するステップを含む。ある他の実施形態と同様に、安全な電圧を変換するステップは、逓倍するステップ、逓降するステップ、反転させるステップ、および恒等変換するステップのうちの１つもしくはそれを上回るものを含み得る。
本発明のある実施形態は、
非ゼロ電圧から２つまたはそれを上回るコンデンサを充電し、２つまたはそれを上回るコンデンサは、２つまたはそれを上回るコンデンサを並列に構成するスイッチング配列によって、電気的に接続され、それによって、貯蔵される電圧を提供するステップと、
２つまたはそれを上回るコンデンサを直列に構成するようにスイッチング配列を切り替えることによって、貯蔵される電圧を逓倍し、それによって、放出可能に貯蔵される電圧を提供するステップと、
を含み、
放出可能に貯蔵される電圧は、切替を駆動することによって、逓倍を促し、非ゼロ電圧を変換するための方法に関する。
さらなる方法は、非ゼロ電圧の自己触媒変換に関し、自己触媒変換は、
非ゼロ電圧から２つまたはそれを上回るコンデンサを充電し、２つまたはそれを上回るコンデンサは、２つまたはそれを上回るコンデンサを並列に構成するスイッチング配列によって、電気的に接続され、それによって、貯蔵される電圧を提供するステップと、
２つまたはそれを上回るコンデンサを直列に構成するようにスイッチング配列を切り替えることによって、貯蔵される電圧を逓倍し、それによって、放出可能に貯蔵される電圧を提供するステップと、
を含み、
放出可能に貯蔵される電圧は、切替を駆動することによって、逓倍を促し。
さらに他の方法は、非ゼロ電圧の自己触媒変換に関し、自己触媒変換は、
スイッチング配列によって、並列電気連通するようにフレキシブルに構成される複数のコンデンサを提供するステップと、
非ゼロ電圧と並列の複数のコンデンサを充電し、貯蔵される電圧を取得するステップと、
複数のコンデンサが、少なくとも部分的に電気的に直列に接続された状態になり、逓倍された電圧を生産するように、スイッチング配列を切り替えることによって、貯蔵される電圧を逓倍するステップと、
複数のコンデンサが、完全に電気的に直列に接続された状態になるように、逓倍された電圧を用いて切替を駆動することによって、逓倍された電圧を増加させ、それによって、非ゼロ電圧を自己触媒的に変換し、放出可能に貯蔵される電圧を取得するステップと、
を含む。
またさらなる方法は、入力電圧の自己触媒変換に関し、自己触媒変換は、
スイッチング配列によって、並列電気連通するようにフレキシブルに構成される複数のコンデンサを提供するステップと、
入力電圧と並列の複数のコンデンサを充電するステップと、
複数のコンデンサの一部が、直列電気連通するようにフレキシブルに構成された状態になり、部分的に逓倍された電圧を提供するように、スイッチング配列を部分的に切り替えるステップと、
部分的に逓倍された電圧を使用して、部分的に切り替えるステップの少なくとも一部を駆動するステップと、
複数のコンデンサが、完全に直列電気連通するまで、部分的に切り替えるステップおよび駆動するステップを繰り返し、それによって、入力電圧を自己触媒的に変換し、放出可能に貯蔵される電圧を取得するステップと、
を含む。
随意に、いくつかの場合では、スイッチング配列は、並列または直列構成における複数のコンデンサにフレキシブルに接続するように構成される、複数のトランジスタを備える。それらのある場合では、複数のコンデンサは、複数のトランジスタ内のトランジスタのゲートの少なくとも一部を駆動するように構成される。
さらなる実施形態は、入力電圧を自己触媒的に変換するためのデバイスおよび方法に関する。遮断空乏への遷移が時間がかかりすぎる場合、トランジスタを通過する過電流は、トランジスタを損傷させ得るため、自己触媒変換は、過電流条件の存在下でトランジスタを遮断空乏モードに切り替える際に、特定の有用性を見出す。加えて、自己触媒電圧変換は、入力電圧の分散にかかわらず電圧が要求されるとき等、多くの異なる領域においても同様に用途を見出すことができる。
本発明のある実施形態は、
入力電圧を受電するように構成される、第１の入力導線および第２の入力導線と、
変換された電圧を送達するように構成される、少なくとも１つの出力導線と、
入力電圧を変換された電圧に変換するように構成される、並列／直列スイッチコンデンサ回路網と、
を備え、
並列／直列スイッチコンデンサ回路網は、入力電圧を変換された電圧に自己触媒的に変換するように構成される、電圧コンバータ回路に関する。随意に、並列／直列スイッチコンデンサ回路網は、入力電圧を逓倍することによって、入力電圧を変換された電圧に変換するように構成される。変換された電圧を送達する任意の好適な様式が、採用されることができる。いくつかの場合では、第１の出力導線および第２の入力導線は、変換された電圧を送達するように構成される。他の場合では、電圧コンバータ回路はさらに、第２の出力導線を備え、第１の出力導線および第２の出力導線は、変換された電圧を送達するように構成される。
トランジスタ、ダイオード、およびそれらの組み合わせ等の任意の好適な技術が、並列／直列スイッチコンデンサ回路網を切り替えるために使用されることができる。いくつかの事例は、
入力電圧によって充電され、変換された電圧を提供するために放電するように構成される、複数のコンデンサと、
「オフ」状態にあるとき、複数のコンデンサを並列電気連通において構成し、「オン」状態にあるとき、複数のコンデンサを直列電気連通において構成する、複数のトランジスタと、
を備える、並列／直列スイッチコンデンサ回路網を提供する。
他の事例は、
入力電圧によって充電され、変換された電圧を提供するために放電するように構成される、複数のコンデンサと、
順方向にバイアスされるとき、複数のコンデンサを並列電気連通において構成し、逆方向にバイアスされるとき、複数のコンデンサを直列電気連通において構成する、複数のダイオードと、
を備える、並列／直列スイッチコンデンサ回路網を提供する。
本発明のある付加的実施形態は、電圧コンバータ回路であって、
入力電圧を受電するように構成される、第１の入力導線および第２の入力導線と、
変換された電圧を送達するように構成される、少なくとも１つの出力導線と、
を備え、
入力電圧を変換された電圧に自己触媒的に変換するように構成される、電圧コンバータ回路を提供する。
さらなる実施形態は、ゲートを有するトランジスタを駆動する方法を提供し、各そのような方法は、
入力電圧を自己触媒的に変換し、放出可能に貯蔵される電圧を取得するステップと、
放出可能に貯蔵される電圧をゲートに印加し、それによって、トランジスタを駆動するステップと、
を含む。
さらに付加的実施形態は、
入力電圧と並列電気連通してフレキシブルに構成される、複数のコンデンサを充電するステップと、
複数のコンデンサが、直列電気連通してフレキシブルに構成され、変換された電圧を提供するように、複数のコンデンサをソリッドステートにおいて切り替えるステップであって、
変換された電圧またはその一部は、切り替えるステップの少なくとも一部を駆動する、
ステップと、
それによって、入力電圧を変換された電圧に自己触媒的に変換するステップと、
を含む、入力電圧を変換された電圧に自己触媒的に変換する方法に関する。
ソリッドステートにおいて切り替えるステップは、例えば、トランジスタ、ダイオード、およびそれらの組み合わせ等の任意の好適な技術を採用することができる。いくつかの場合では、ソリッドステートにおいて切り替えるステップは、複数のコンデンサをフレキシブルに構成する複数のトランジスタによって提供される。他の場合では、ソリッドステートにおいて切り替えるステップは、複数のコンデンサをフレキシブルに構成する複数のダイオードによって提供される。さらに他の場合では、ソリッドステートにおいて切り替えるステップは、複数のコンデンサをフレキシブルに構成する複数のトランジスタおよびダイオードによって提供される。
図面の詳細な説明
本発明のさらなる実施形態が、付随の図面を参照することによって説明されることができる。異なる図を横断する同一の参照番号は、各そのような図における同一または類似する項目を参照することが意図される。視認および理解を容易にするために、全項目が、全図において標識化されるわけではない。
図１は、第１のトランジスタ１５０を制御するドライバ回路１３０を有するデバイス１００を備える、本発明の一実施形態を概念的に描写する。第１の端子１１０および第２の端子１２０は、接続１１１、第１のトランジスタ１５０、および接続１１２を通して一次電流経路を画定する。第１のトランジスタ１５０は、ピン１５１、１５２を介して、一次電流経路内に直列に配列される。それらのピン１５１、１５２は、第１のトランジスタ１５０がｎチャネルまたはｐチャネルデバイスであるかに応じて、それぞれ、第１のドレインおよび第１のソースまたは第１のソースおよび第１のドレインである。ドライバ回路１３０は、接続１１１、１１２を介して、第１のトランジスタ１５０と並列電気連通する。ドライバ回路１３０は、接続１１１、１１２において回収される第１の端子１１０と第２の端子１２０との間の電圧等の入力電圧を受電し、入力電圧を変換された電圧または放出可能に貯蔵される電圧に変換し、これを第１のゲート１５３におけるゲート電圧として印加するように構成される、電圧コンバータ回路１４０を備える。電圧コンバータ回路１４０は、任意の好適な電圧コンバータ回路から成ることができる。例えば、電圧コンバータ回路１４０は、ジャンプスタート電圧コンバータ、ワンショット電圧コンバータ、長期使用電圧コンバータ、またはそれらの組み合わせを採用することができる。過電流条件中、ドライバ回路１３０は、第１のトランジスタ１５０を遮断空乏モードに駆動する、ゲート電圧を第１のゲート１５３において印加するように構成される。通常の電流条件または過電流条件に続く安全な電流条件中、ドライバ回路１３０は、第１のトランジスタ１５０を遮断空乏モードから、および随意に、強化モードに駆動するように構成される。
第１のトランジスタ１５０は、任意の好適なトランジスタであり得る。例えば、第１のトランジスタ１５０は、ｎチャネル空乏モードトランジスタまたは任意の負のゲート閾値特性のノーマリオントランジスタであり得る。それは、ピン１５１を第１のトランジスタ１５０の第１のドレインにし、ピン１５２をその第１のソースにするであろう。代替実施例では、第１のトランジスタ１５０は、ｐチャネル空乏モードトランジスタまたは任意の正のゲート閾値特性のノーマリオントランジスタであり得る。ピン１５１は、第１のトランジスタ１５０の第１のソースであり、ピン１５２は、その第１のドレインであろう。本明細書に説明および例示されるもの等の任意の好適なドライバ回路１３０ならびに電圧コンバータ回路１４０が、使用されることができる。
図２は、スイッチ１６０をさらに備える、デバイス１００と類似する別の実施形態、すなわち、デバイス２００を概念的に描写する。デバイス２００では、接続１１３が、一方では、ドライバ回路１３０内の電圧コンバータ回路１４０と、他方では、第１のトランジスタ１５０の第１のゲート１５３との間にスイッチ１６０を付与する。他のコンポーネントは、図１に関して説明されるものと同様である。ここでは、スイッチ１６０は、例えば、過電流条件中等、ドライバ回路１３０が第１のゲート１５３においてゲート電圧を選択的に印加することを可能にし、第１のトランジスタ１５０を遮断空乏モードに駆動または維持するように構成される。本明細書に例示されるものに説明されるもの等の任意の好適なスイッチ１６０が、使用されることができる。いくつかの場合では、スイッチ１６０は、少なくとも１つのスイッチトランジスタから成る。他の場合では、スイッチ１６０は、少なくとも１つのダイオードから成る。またさらなる場合では、スイッチ１６０は、プッシュ／プル構成におけるトランジスタの対から成る。任意の好適なトランジスタの対が、使用されることができる。例えば、ある事例は、トーテムポール構成におけるバイポーラ接合トランジスタの対から成るトランジスタの対をスイッチ１６０において提供する。他の事例は、トーテムポール構成におけるＭＯＳＦＥＴの対から成るトランジスタの対を提供する。
図３は、第１のゲート１５３においてゲート電圧を印加するように構成される、電圧コンバータ回路３４０および電荷保持回路３７０を有するデバイス３００を備える、本発明の別の実施形態を概念的に描写する。本実施形態では、ドライバ回路３３０は、接続１１４を介して第１のゲート１５３においてゲート電圧を印加するように構成される。電圧コンバータ回路３４０は、任意の好適な電圧コンバータ回路から成ることができる。例えば、電圧コンバータ回路３４０は、入力電圧を受電し、これを放出可能に貯蔵される電圧に変換するために、ジャンプスタート電圧コンバータ、ワンショット電圧コンバータ、長期使用電圧コンバータ、またはそれらの組み合わせを採用することができる。電荷保持回路３７０は、任意の好適な電荷保持回路から成ることができる。電荷保持回路３７０は、保持された電荷を印加し、それによって、好適なゲート電圧を第１のゲート１５３において維持することができる一方、電圧コンバータ回路３４０は、電圧を変換し、また、ゲート電圧として印加することでビジー状態にある。ともに機能することで、電荷保持回路３７０および電圧コンバータ回路３４０は、第１のトランジスタ１５０を所望の遮断または導通モードに維持することができる。過電流条件中、ドライバ回路３３０は、第１のトランジスタ１５０を遮断空乏モードに駆動するゲート電圧を第１のゲート１５３において印加するように構成される。通常の電流条件または過電流条件に続く安全な電流条件中、ドライバ回路３３０は、第１のトランジスタ１５０を遮断空乏モードから、および随意に、強化モードに駆動するように構成される。本明細書に例示されるものに説明されるもの等の任意の好適なドライバ回路３３０、電圧コンバータ回路３４０、および電荷保持回路３７０が、使用されることができる。
図４は、ドライバ回路４３０がワンショット電圧コンバータ４４２と、長期使用電圧コンバータ４４４とを備える、さらなる実施形態、すなわち、デバイス４００を概念的に描写する。ドライバ回路４３０のいくつかの代替動作モードが、図４に描写される。１つの場合では、ワンショット電圧コンバータ４４２が、過電流条件の開始時に、接続１１４を介してゲート電圧を迅速に印加し、第１のトランジスタ１５０を遮断空乏モードに駆動し得る。次いで、長期使用電圧コンバータ４４４が、過電流条件が続く限り、第１のトランジスタ１５０を遮断空乏モードに維持することができる。代替として、または加えて、ワンショット電圧コンバータ４４２が、長期使用電圧コンバータ４４４を作用させるように駆動することができ、長期使用電圧コンバータ４４４は、接続１１４を介してゲート電圧を印加し、過電流条件が続く限り、第１のトランジスタ１５０を遮断空乏モードに駆動および維持する。随意に、ワンショット電圧コンバータ４４２および／または長期使用電圧コンバータ４４４は、接続１１４を介して好適なゲート電圧を印加し、第１のトランジスタ１５０を遮断空乏モードから、および随意に、強化モードに駆動するように構成されることができる。デバイス４００は、デバイス１００、２００、および３００と同様に、それぞれ、いかなる補助電力も受電しないように構成され、接続１１１、１１２を介して第１の端子１１０および第２の端子１２０に出現する電気エネルギーからそのエネルギー需要の全てを導出することができる。本明細書に例示されるものに説明されるもの等の任意の好適なドライバ回路４３０、ワンショット電圧コンバータ４４２、長期使用電圧コンバータ４４４が、使用されることができる。
図５、６、および７は、ジャンプスタート電圧コンバータ５４１、電圧コンバータ５４３、および負荷５５０の代替構成を示す、いくつかの実施形態を概念的に描写する。図５では、ジャンプスタート電圧コンバータ５４１は、例えば、トランジスタのゲートであり得る、負荷５５０に電圧を迅速に印加するように構成される。別の電圧コンバータ５４３もまた、負荷５５０に電圧を印加するように構成される。このように、ジャンプスタート電圧コンバータ５４１および電圧コンバータ５４３は、ともに機能し、同様または異なる電圧を負荷５５０に印加する。随意に、ジャンプスタート電圧コンバータ５４１はまた、破線によって示されるように、その変換を開始または実施するように電圧コンバータ５４３を補助することができる。図６では、ジャンプスタート電圧コンバータ５４１は、任意の好適な目的のために、おそらく、電圧コンバータ５４３が電圧を負荷５５０に供給することを迅速に可能にするために、電圧を電圧コンバータ５４３に供給するように構成される。図７は、電圧を負荷５５０に印加するように構成されるジャンプスタート電圧コンバータ５４１を図示する。電圧コンバータ５４３は、フィードバックループにおいて構成され、それによって、電圧コンバータ５４３は、電圧を負荷５５０に印加し、これは、次いで、入力電圧を電圧コンバータ５４３に供給し、電圧コンバータ５４３は、これを変換し、負荷５５０に印加する。例えば、負荷５５０が、トランジスタであると仮定する。ジャンプスタート電圧コンバータ５４１は、電圧を負荷５５０によって表されるトランジスタのゲートに供給し、そのトランジスタを遮断空乏に駆動する。遮断された電圧は、負荷５５０であるそのトランジスタのドレインおよびソースを横断して発生し、電圧コンバータ５４３は、次いで、これを回収し、変換し、負荷５５０であるトランジスタのゲートに印加することができる。電圧コンバータ５４３によって印加される変換された電圧が、トランジスタを遮断空乏に維持する場合、電圧コンバータ５４３は、本デバイスがリセットされる、または遮断された電圧が負荷５５０から除去されるまで、負荷５５０であるトランジスタを遮断空乏に維持するように構成され得る。例えば、本明細書に例示され、説明されるもの等の任意の好適なジャンプスタート電圧コンバータ５４１、電圧コンバータ５４３、および負荷５５０が、使用されることができる。
図８は、ドライバ回路８３０が電圧浮動回路８８０に結合される電圧コンバータ回路８４０を備える、付加的実施形態のデバイス８００を概念的に描写する。ここでは、電圧コンバータ回路８４０は、接続１１１、１１２において回収される第１の端子１１０と第２の端子１２０との間の電圧等の入力電圧を受電し、その電圧を放出可能に貯蔵される電圧に変換するように構成される。電圧浮動回路８８０は、スイッチ１６０が可能にされると、第１のゲート１５３におけるゲート電圧として印加され得る浮動電圧を提供するために、放出可能に貯蔵される電圧を偏移または浮動させる。例えば、過電流条件が生じると、スイッチ１６０は、閉にされ、ドライバ回路８３２が浮動電圧を第１のゲート１５３に印加することを可能にし、第１のトランジスタ１５０を遮断空乏モードに駆動することができる。例えば、本明細書に例示されるものに説明されるもの等の任意の好適なドライバ回路８３０、電圧コンバータ回路８４０、および電圧浮動回路８８０が、使用されることができる。
図９は、電圧レベルリセット回路９６５と、電流監視回路１０７５と、組み合わせられた電圧コンバータおよび電圧フロータ９４５と、随意に、タイマ回路１０８５とを備える、別の実施形態のデバイス９００を概念的に描写する。本発明の種々の実施形態は、複数の機能を同時に実施するか、複数の機能を連続的に実施するか、またはそれらの組み合わせで実施するかのいずれかで、１つを上回る機能を果たす回路を採用することができる。デバイス９００では、ドライバ回路９３０は、随意に自己触媒的である電圧コンバータおよび電圧フロータ回路９４５を提供する。後の図に見られるであろうように、効率的な回路設計は、電圧コンバータおよび電圧浮動機能の両方を実施するコンポーネントを採用し得る。ここでは、電圧コンバータおよび電圧フロータ回路９４５は、例えば、接続１１６、１１９において回収される、例えば、第１の端子１１０と第２の端子１２０との間の電圧またはその微分電圧等の入力電圧を受電するであろう。その入力電圧は、放出可能に貯蔵される電圧を提供するために、随意に、自己触媒的に変換され、浮動電圧を提供するために、浮動されるであろう。過電流条件が生じるとき、ドライバ回路９３０は、スイッチ１６０が閉にされると、浮動電圧を第１のゲート１５３において印加し、第１のトランジスタ１５０を遮断空乏に駆動するであろう。
加えて、電流監視回路１０７５は、接続９１１、９１２を介して、第１のトランジスタ１５０を通して流動する、またはそれを通して流動するであろう電流を監視する。これは、例えば、接続１１１、１１２間の電圧降下を監視すること等、任意の好適なプロトコルを通して行われることができる。電流監視回路１０７５は、（Ａ）生じる過電流条件を検出し、（Ｂ）電圧コンバータおよび電圧フロータ回路９４５に動作を開始させ、（Ｃ）スイッチ１６０を閉にするように構成され、それによって、ドライバ回路９３０が第１のトランジスタ１５０を遮断空乏モードに駆動することを可能にする。電流監視回路１０７５は、電圧レベルリセット回路９６５とともに、また、過電流条件の終了を検出し、ドライバ回路９３０に、第１のトランジスタ１５０を遮断空乏モードから、および随意に、強化モードに駆動するゲート電圧を第１のゲート１５３において印加させるように構成される。該当する場合では、スイッチ１６０は、少なくとも所望のゲート電圧を印加するために十分に長く閉にされるであろう。
随意に、デバイス９００はさらに、接続９１１、９１２間に添着されるタイマ回路１０８５を備える。本明細書に説明および例示されるもの等の任意の好適なタイマ回路１０８５が、使用されることができる。いくつかの場合では、タイマ回路１０８５は、過電流条件が持続的過電流条件になるまで、ドライバ回路９３０が第１のトランジスタ１５０を遮断空乏モードに駆動しないように遅延させるように構成される、遮断遅延タイマ回路を備える。他の場合では、タイマ回路１０８５は、安全な電流条件が持続的な安全な電流条件になるまで、ドライバ回路９３０が第１のトランジスタ１５０を遮断空乏モードから駆動しないように遅延させるように構成される、リセット遅延タイマ回路を備える。さらに他の場合では、タイマ回路１０８５は、遮断遅延タイマ回路およびリセット遅延タイマ回路の両方を備える、またはそのように機能する。
随意に、電圧レベルリセット回路９６５は、随意のタイマ回路１０８５と協調し、安全な電流条件が持続的な安全な電流条件であるかどうかを判定する。電圧レベルリセット回路９６５は、安全な電流条件または持続的な安全な電流条件が存在するとき、第１のトランジスタ１５０を遮断空乏モードから駆動するようにドライバ回路９３０を構成する。本明細書に説明および例示されるもの等の任意の好適なタイマ回路１０８５、電流監視回路１０７５、電圧レベルリセット回路９６５、電圧コンバータおよび電圧フロータ回路９４５、ならびにドライバ回路９３０が、使用されることができる。
図１０は、発振器１０９５と、タイマ回路１０８５と、電流監視回路１０７５とを備える、付加的実施形態のデバイス１０００を概念的に描写する。ここでは、ドライバ回路１０３０は、接続１１６、１１９を介して、接続１１１、１１２において回収される、例えば、第１の端子１１０および第２の端子１２０を横断する電圧等の入力電圧をその電圧コンバータ回路１０４０が受電することを可能にするように構成される。入力電圧は、放出可能に貯蔵される電圧に変換され、電圧浮動回路１０８０によって偏移され、浮動電圧を提供する。変換および浮動動作は、発振器１０９５によって変調される。いくつかの場合では、発振器１０９５は、電圧コンバータ回路１０４０が入力電圧を放出可能に貯蔵される電圧に繰り返し変換することを可能にする。他の場合では、発振器１０９５は、電圧浮動回路１０８０が放出可能に貯蔵される電圧を繰り返し浮動させ、浮動電圧を提供することを可能にする。さらに他の場合では、発振器１０９５は、電圧コンバータ回路１０４０および電圧浮動回路１０８０の両方がその動作を繰り返し実施することを可能にする。選択的に、過電流条件が生じるとき等、スイッチ１６０は、閉にされ、ドライバ回路１０３０が浮動電圧を第１のゲート１５３におけるゲート電圧として印加することを可能にし、第１のトランジスタ１５０を遮断空乏モードに駆動する。
加えて、電流監視回路１０７５は、接続１１７、１１８を介して、第１のトランジスタ１５０を通して流動する、またはそれを通して流動するであろう電流を監視する。これは、例えば、接続１１１、１１２間の電圧降下を監視すること等、任意の好適なプロトコルを通して行われることができる。次いで、過電流条件が生じると、電流監視回路１０７５は、最終的に、スイッチ１６０を閉にさせる。随意に、過電流条件の終了時、安全な電流条件が生じると、電流監視回路１０７５は、最終的に、スイッチ１６０を開にさせることができる。または、電流監視回路１０７５は、（Ａ）生じる過電流条件を検出し、（Ｂ）電圧コンバータ回路１０４０、発振器１０９５、および電圧浮動回路１０８０のうちの１つまたはそれを上回るものに動作を開始させ、（Ｃ）スイッチ１６０を閉にするように構成され、それによって、ドライバ回路１０３０が第１のトランジスタ１５０を遮断空乏モードに駆動することを可能にすることができる。本明細書に説明および例示されるもの等の任意の好適な電流監視回路１０７５、電圧コンバータ回路１０４０、発振器１０９５、電圧浮動回路１０８０、およびドライバ回路１０３０が、使用されることができる。
図１１は、ゲート保護回路のいくつかの実施形態を図示する。ゲート保護回路１１３０は、限定ではないが、第１のトランジスタを含む、本発明のデバイス内の任意のトランジスタ１１４０の任意のゲートに印加されることができる。図式的に示されるゲート保護回路１１３０およびトランジスタ１１４０は、それぞれ、トランジスタ１１５０、１１６０、１１７０、１１８０、および１１９０のゲートを保護するいくつかの部分的回路によって例示されることができる。トランジスタ１１５０は、ピン１１５１を介して接続１１１１と、およびピン１１５２を介して接続１１１３と電気連通する。ゲート１１５３は、抵抗器１１２３との接続１１１２を介して接続１１１１に、ならびにツェナーダイオード１１２５およびダイオード１１０５を介して接続１１１３に接続する。所望のツェナー電圧を伴うツェナーダイオード１１２５の選択は、ゲート１１５３に見られる電圧に対する制御を可能にする。抵抗器１１２３の抵抗の大きさを調節することは、ツェナーダイオード１１２５を通して、かつゲート１１５３を通した電流に対する制御を可能にする。ダイオード１１０５は、接続１１１３からの負のサージに対して保護される。故に、いくつかの実施形態は、第１のピンとゲートとの間で電気連通する抵抗器を備えるトランジスタと、ゲートと第２のピンとの間のツェナーダイオードおよびダイオードのためのゲート保護を提供する。
代替として、接続１１１４と電気連通するピン１１６１およびピン１１６２を有するトランジスタ１１６０が、接続１１１５を介してソース１１２８によってゲート１１６３に接続されるトランジスタ１１２４を採用することができる。ドレイン１１２７が、例えば、ドライバ回路（図示せず）等の任意の好適なコンポーネントに接続する。ここでは、トランジスタ１１２４は、ｎチャネル空乏モードトランジスタであり、そのゲート１１２６は、最終的に、接続１１１６、１１１４を介してピン１１６２に接続する。抵抗器１１２９が、接続１１１５、１１１６間に見られ、トランジスタ１１２４が、これを横断するその閾値電圧を下回る、またはそれに等しい電圧を確実に維持することを可能にするために十分に低いインピーダンスを有するように選定される。トランジスタ１１２４は、正の電流および電圧に対してゲート１１６３を保護する。ソース１１２８が、接続１１１４に接続されるゲート１１２６よりも高い電位にある場合、ゲート１１６３とソース１１６２との間の電圧差は、およそトランジスタ１１２４の閾値電圧のものに限定される。同様に、ソース１１２８が、接続１１１４に接続されるゲート１１２６よりも高い電位にある場合、トランジスタ１１２４を通した、かつゲート１１６３を通した電流は、トランジスタ１１２４の特性曲線上に規定されたものに限定される。他の実施形態は、抵抗器と並列電気連通するそのソースおよびゲートを有し、順に、抵抗器は、保護されるべきトランジスタのゲートおよびピンと並列電気連通する、ゲート保護ｎチャネル空乏モードトランジスタを備える、保護されるべきトランジスタのためのゲート保護回路に関する。
別の代替部分的回路が、トランジスタ１１７０のゲート１１７３を保護する。ピン１１７１が、いくつかの場合では、最終的に、第１の端子（図示せず）に接続し、ピン１１７２が、最終的に、接続１１２１を介して第２の端子（図示せず）に接続する。本部分的回路は、接続１１１７、１１１８を介してソース１１３２によってゲート１１７３に接続されるトランジスタ１１３０を採用する。ドレイン１１３１が、例えば、ドライバ回路（図示せず）等の任意の好適なコンポーネントに接続する。ここでは、トランジスタ１１３０は、最終的に、接続１１１９、１１２０、１１２１を介して第２の端子（図示せず）に接続し得る、そのゲート１１３３を伴うｎチャネル空乏モードトランジスタである。接続１１１７および１１１９間のコンデンサ１１３４ならびに接続１１１８および１１２０間の抵抗器１１３５がさらに、コンデンサが１１３４がバイパスコンデンサとして作用し、初期電流サージがゲート１１７３の代わりにこれを通して流動することを可能にするため、ゲート１１７３を保護する。さらに他の実施形態は、抵抗器と並列電気連通し、コンデンサと並列電気連通するそのソースおよびゲートを有し、順に、抵抗器およびコンデンサは、保護されるべきトランジスタのゲートおよびピンと並列電気連通する、ゲート保護ｎチャネル空乏モードトランジスタを備える、保護されるべきトランジスタのためのゲート保護回路に関する。
さらなる代替では、ｎチャネル空乏モードのノーマリオントランジスタであるトランジスタ１１８０が、最終的に第１の端子（図示せず）に接続するドレイン１１８１と、例えば、最終的に接続１１３７を介して第２の端子（図示せず）等の任意の好適なコンポーネントに接続するソース１１８２とを有する。ゲート１１８３が、接続１１３６において継合される抵抗器１１３８、１１３９によって保護される。抵抗器１１３８は、ゲート１１８３ならびに接続１１３６および１１３７間のダイオード１１４１、１１４２を通して電流を限定する。抵抗器１１３９は、ダイオード１１４１、１１４２によって限定されるその電圧を有し、それによって、ゲート１１８３への電流を限定する。したがって、さらに他の実施形態は、保護されるべきトランジスタのゲートと電気連通する２つの抵抗器を備える、保護されるべきトランジスタのためのゲート保護回路に関し、抵抗器は、保護されるべきトランジスタのソースと電気連通する１つ、２つ、または３つのダイオードを有する接続点によって分割される。トランジスタ１１９０を伴う部分的回路は、これの別の実施例を提供する。
ｐチャネル空乏モードのノーマリオントランジスタ１１９０が、最終的に、例えば、接続１１４４を介して第１の端子（図示せず）等の任意の好適なコンポーネントに接続するソース１１９１を有する。ドレイン１１９２が、最終的に、例えば、第２の端子（図示せず）等の任意の好適なコンポーネントと接続する。ゲート１１９３が、接続１１４３において分割される抵抗器１１４６、１１４７と電気連通する。接続１１４３から、２つのダイオード１１４８、１１４９が、接続１１４４に接続する。ダイオード１１４８、１１４９は、それぞれ、ゲート１１９３への電圧を限定し、それによって、抵抗器１１４６、１１４７を用いて、ゲート１１９３への電流を限定するように配向されることに留意されたい。
図１２は、ドライバ回路１２３０が電圧を変換するための並列／直列スイッチコンデンサ回路網１２４０を備える、ある実施形態のデバイス１２００を概念的に描写する。ここでは、ドライバ回路１２３０は、接続１１１、１１２において回収される、第１の端子１１０および第２の端子１２０におけるデバイス１２００を横断する電圧等の入力電圧を受電するように構成される、並列／直列スイッチコンデンサ回路網１２４０を備える。入力電圧は、回路網１２４０のコンデンサを並列に充電し、次いで、第１のトランジスタ１５０を制御するために第１のゲート１５３において変換された電圧を提供する、直列構成に充電コンデンサを切り替える。いくつかの場合では、その変換された電圧は、第１のトランジスタ１５０を遮断空乏モードに駆動することができ、したがって、いかなる電流も、ピン１５１とピン１５２との間の第１のトランジスタ１５０を通して流動しない。他の場合では、変換された電圧は、第１のトランジスタ１５０を遮断空乏モードから、および随意に、強化モードに駆動することができる。本明細書に説明および例示されるもの等の任意の好適なドライバ回路１２３０ならびに並列／直列スイッチコンデンサ回路網１２４０が、使用されることができる。
図１３は、ドライバ回路１３３０が電圧を自己触媒的に変換するための自己触媒並列／直列スイッチコンデンサ回路網１３４０を備える、ある実施形態のデバイス１３００を概念的に描写する。デバイス１２００と同様に、デバイス１３００は、接続１１１、１１２において回収される、第１の端子１１０および第２の端子１２０におけるデバイス１３００を横断する電圧等の入力電圧を受電するように構成される、自己触媒並列／直列スイッチコンデンサ回路網１３４０を備えるドライバ回路１３３０を備える。入力電圧は、回路網１３４０のコンデンサを並列に充電し、次いで、第１のトランジスタ１５０を制御するために、入力電圧を自己触媒的に変換し、第１のゲート１５３において変換された電圧を提供する、直列構成に充電コンデンサを切り替える。いくつかの場合では、その変換された電圧は、第１のトランジスタ１５０を遮断空乏モードに駆動することができ、したがって、いかなる電流も、ピン１５１とピン１５２との間の第１のトランジスタ１５０を通して流動しない。他の場合では、変換された電圧は、第１のトランジスタ１５０を遮断空乏モードから、および随意に、強化モードに駆動することができる。本明細書に説明および例示されるもの等の任意の好適なドライバ回路１３３０ならびに自己触媒並列／直列スイッチコンデンサ回路網１３４０が、使用されることができる。
図１４は、ドライバ回路１４３０が電圧を自己触媒的に変換するための自己触媒電圧コンバータ１４４０を備える、ある実施形態のデバイス１４００を概念的に描写する。自己触媒電圧コンバータ１４４０は、接続１１１、１１２において回収される、第１の端子１１０および第２の端子１２０におけるデバイス１４００を横断する電圧等の入力電圧を受電するように構成される。いったん自己触媒電圧コンバータ１４４０が、自己触媒的に変換された入力電圧を有すると、ドライバ回路１４３０は、変換された電圧を第１のゲート１５３におけるゲート電圧として印加し、それによって、第１のトランジスタ１５０を制御するように構成される。いくつかの場合では、その変換された電圧は、第１のトランジスタ１５０を遮断空乏モードに駆動することができ、したがって、いかなる電流も、ピン１５１とピン１５２との間の第１のトランジスタ１５０を通して流動しない。他の場合では、変換された電圧は、第１のトランジスタ１５０を遮断空乏モードから、および随意に、強化モードに駆動することができる。本明細書に説明および例示されるもの等の任意の好適なドライバ回路１４３０ならびに自己触媒電圧コンバータ１４４０が、使用されることができる。いくつかの事例では、自己触媒電圧コンバータ１４４０は、並列／直列スイッチコンデンサ回路網を備えることができる。他の場合では、自己触媒電圧コンバータ１４４０は、電圧を自己触媒的に変換する任意の電圧コンバータを採用することができ、その変換は、本明細書に説明される通りである。随意に、１つもしくはそれを上回るインダクタおよび／または１つもしくはそれを上回る変圧器が、その変換において使用されることができる。
図１５は、回路を持続的過電流条件から保護するための発明的方法をフローチャート形態で描写する。例えば、図１に示される電圧コンバータ回路１４０内に、図５−７のうちのいずれか１つのジャンプスタート電圧コンバータ５４１および電圧コンバータ５４３を含むもの等の任意の好適なデバイスが、図１５の方法１５００を実践するために使用されることができる。開始する（１５１０）ために、電圧が、本デバイスを横断して発生し（１５２０）、これは、随意に、ジャンプスタート電圧コンバータによって、放出可能に貯蔵される電圧に変換されることができる（１５３０）。変換された、または放出可能に貯蔵される電圧は、本デバイスの第１のトランジスタの第１のゲートを横断して発生され（１５４０）、第１のトランジスタを遮断空乏モードに駆動する。随意に、本デバイスは、相互に並列の複数のトランジスタを備え、変換された電圧は、複数の各トランジスタのゲートに印加され、各トランジスタを遮断空乏モードに駆動する。第１のトランジスタまたは複数のトランジスタは、電流を通過させないため、電圧が、本デバイスを横断して発生する（１５５０）。その遮断された電圧は、電圧コンバータ、随意に、長期使用電圧コンバータによって回収および変換されることができ（１５６０）、これは、次いで、第１のトランジスタまたは複数のトランジスタを遮断空乏モードに維持するために、その変換された電圧を第１のゲートを横断して印加する（１５４０）。ステップ１５４０、１５５０、および１５６０は、随意に、繰り返され、本デバイスは、遮断モードにおいて確立および維持される（１５７０）。
図１６は、回路を持続的過電流条件から保護するための別の発明的方法をフローチャート形態で描写する。任意の好適なデバイスが、図１６の方法１６００を実践することができる。開始する（１６１０）ために、過電流条件が存在するかどうかが、判定される（１６１５）。該当する場合、本デバイスは、変換された電圧または放出可能に貯蔵される電圧を取得するために、例えば、本デバイスを横断する電圧またはそれから導出される電圧等の電圧を変換することができる（１６２０）。その電圧は、次いで、第１のトランジスタのゲートへの、または随意に、並列に配列される複数のトランジスタのゲートへのゲート電圧として浮動され（１６３０）、印加される（１６４０）。ゲート電圧は、第１のトランジスタまたは複数のトランジスタを遮断空乏モードに駆動する（１６５０）。本デバイスは、安全な電流条件が過電流条件に取って代わったかどうかを監視し（１６５５）、該当しない場合、遮断空乏モードは、維持される（１６５０）。遮断空乏は、変換するステップ１６２０、浮動させるステップ１６３０、および印加するステップ１６４０のうちの１つまたはそれを上回るもの等の任意の好適なプロセスによって維持されることができる。いったん安全な電流条件が過電流条件に取って代わると、第１のトランジスタまたは複数のトランジスタは、遮断空乏モード（１６６０）、通常モードに駆動される（１６７０）。それは、任意の好適な様式で遂行されることができる。いくつかの場合では、同一または異なる回路が、安全な電圧を変換し、安全な放出可能に貯蔵される電圧を取得し、随意に、安全な放出可能に貯蔵される電圧を浮動させ、安全な放出可能に貯蔵される電圧または安全な浮動された電圧を第１のトランジスタもしくは複数のトランジスタのゲートに印加し、それらを遮断空乏から駆動する。通常モードでは、電流は、第１の端子と第２の端子との間を通過することを可能にされ、第１のトランジスタまたは複数のトランジスタは、遮断空乏モードになく、それらは、部分的に強化モードにあり得る、またはそれらは、完全に強化モードにあり得る。本デバイスは、次いで、過電流条件に関して継続して監視する（１６１５）。
図１７は、回路を持続的過電流条件から保護するための発明的方法をフローチャート形態で描写する。方法１７００は、過電流条件の不在下であっても、電圧が変換され（１７２０）、浮動され得る（１７３０）点において、方法１６００とは異なる。任意の好適なデバイスが、方法１７００を実践するために使用されることができる。開始する（１７１０）ために、本デバイスを横断する電圧またはその微分等の電圧が、変換された電圧または放出可能に貯蔵される電圧をもたらすために、変換され（１７２０）、これは、次いで、浮動された電圧を提供するために、浮動される（１７３０）。本デバイスは、過電流条件に関して本デバイスを通して流動する電流を監視し（１７４０）、いかなる過電流条件も存在しない場合、本デバイスは、通常モードのままである（１７８０）。いったん過電流条件が検出されると（１７４０）、浮動された電圧は、第１のトランジスタのゲートまたは複数のトランジスタのゲートに印加され（１７５０）、それらを遮断空乏モードに駆動する（１７６０）。本デバイスを通過するであろう電流は、安全な電流条件に関して監視される（１７６５）。過電流条件が持続する場合、本デバイスは、遮断空乏モードにおいて維持される（１７６０）。遮断空乏は、変換するステップ１７２０、浮動させるステップ１７３０、および印加するステップ１７５０のうちの１つまたはそれを上回るもの等の任意の好適なプロセスによって維持されることができる。安全な電流が存在するとき（１７６５）、トランジスタまたは複数のトランジスタは、遮断空乏モードから駆動され（１７７０）、本デバイスは、通常モード１７８０に戻る（１７８０）。
図１８は、回路を持続的過電流条件から保護するための発明的方法をフローチャート形態で描写する。図１０に描写されるデバイス１０００等の好適なコンポーネントを伴うデバイスを採用して、図１８に描写される方法１８００が、実施されることができる。開始する（１８１０）ために、デバイス１０００が持続的過電流を遮断しているかどうかが、判定される（１８１１）。該当しない場合、本デバイスは、通常モード（１８１２）に関して構成され、第１のトランジスタ１５０は、電流が第１の端子１１０と第２の端子１２０との間を通過することを可能にする。デバイス１０００を通過する電流は、電流監視回路１０７５によって監視され、電流が安全なレベルにおいて持続しているかどうかが、判定される（１８１３）。該当する場合、通常モード（１８１２）が、継続する。該当しない場合、過電流条件の持続時間が、タイマ回路１０８５によって監視される（１８１４）。過電流条件が事前判定された持続時間にわたって持続していない場合、安全ではない電流（１８１３）およびその持続時間（１８１４）が、継続して監視される。いったん事前判定された持続時間が達成されると（１８１６）、タイマ回路１０８５は、無視またはリセットされ、デバイス１０００は、図１０に関して説明されるように、ドライバ回路１０３０に、第１のトランジスタ１５０を遮断空乏モードに駆動させることによって、遮断モードに入る（１８２０）。過電流条件は、電流監視回路１０７５によって、第１の端子１１０と第２の端子１２０との間の電圧を測定することによって、監視され（１８２１）、電圧が事前判定された閾値を上回ったままである場合、本デバイスは、ドライバ回路１０３０が、閉にされたゲート１６０を介して第１のトランジスタ１５０を遮断空乏モードに維持し得るように、電圧を連続的に変換および浮動させるように電圧コンバータ回路１０４０および／または電圧浮動回路１０８０を促す発振器１０９５等によって、遮断モードに留まる（１８２０）。しかしながら、デバイス１０００を横断する電圧が、安全なレベルに戻る場合（１８２１）、安全な電圧の持続時間は、タイマ回路１０８５によって監視される（１８２４）。安全な電圧または通常の電流条件が、十分な持続時間にわたって持続しない場合（１８２５）、本デバイスは、タイマ回路１０８５を使用して、安全な電流条件を継続して計時する（１８２５）。いったん（電圧が安全な電圧であるかどうかを判定する、電流監視回路１０７５によって測定されるような）安全な電流条件が好適な持続時間にわたって持続すると（１８２６）、デバイス１０００は、通常モードに入り（１８１２）、タイマ回路１０８５は、リセットされ、電流は、再度、第１のトランジスタ１５０を介して第１の端子と第２の端子１２０との間を通過し得る。
図１９は、並列／直列スイッチコンデンサ回路網を使用して、電圧を自己触媒的に変換するための発明的方法をフローチャート形態で描写する。本明細書に説明および例示されるもの等の任意の好適な並列／直列スイッチコンデンサ回路網が、図１９に示される方法１９００を実践するために使用されることができる。開始する（１９１０）ために、複数のコンデンサが、トランジスタ、ダイオード、またはそれらの組み合わせであり得るスイッチが、それらのコンデンサを相互に並列に配置し、電圧を受けることを可能にすること等によって、並列に構成される（１９２０）。コンデンサは、充電電圧によって測定されるように、部分的または完全にのいずれかで、並列に充電される（１９３０）。次いで、コンデンサは、並列から直列に部分的に切り替えられる（１９４０）。部分的に切り替えられることは、コンデンサがもはや完全には並列ではないことを意味する。例えば、回路網内のコンデンサのうちの２つは、直列に切り替えられることができる一方、コンデンサのうちの少なくとも１つは、並列のままである。別の実施例に関して、回路網内のコンデンサのうちの２つまたはそれを上回るもの、もしくはさらには全てが、遮断モードから部分的にオンに遷移するトランジスタ等によって、「わずかに」直列配列に向かって切り替えられることができる。部分的な切替の結果、貯蔵される電圧は、コンデンサの全てが完全に直列に構成された場合にもたらされるであろう電圧を下回る電圧まで部分的に逓倍される（１９５０）。部分的に逓倍された電圧は、次いで、回路網にフィードされ、コンデンサの直列へのさらなる切替を駆動する（１９６０）。電圧を部分的に逓倍するステップ（１９５０）および部分的に逓倍された電圧を用いた切替を駆動するステップ（１９６０）は、相互に増幅され、コンデンサの切替および貯蔵される電圧の逓倍を完了するように回路網を駆動する（１９７０）。いったん完了すると、逓倍された電圧が、利用可能である（１９８０）。随意に、逓倍された電圧は、コンデンサを直列に放電する（１９９０）こと等による、任意の好適な様式で印加されることができる。いくつかの場合では、自己触媒的に変換された電圧が、トランジスタのゲートを駆動することができる。他の場合では、自己触媒的に変換された電圧は、第１のトランジスタのゲートを遮断空乏モードに、遮断空乏モードから、または強化モードに駆動することができる。またさらなる場合では、自己触媒的に変換された電圧は、第１のトランジスタの第１のゲートを遮断空乏モードに駆動し、それによって、回路を過電流条件から保護することができる。
図２０は、第１のトランジスタ２０５０に、過電流条件中に第１の端子２０１０と第２の端子２０２０との間の電流を遮断させるように構成される、デバイス２０００に関する配線図を提供する。第１のトランジスタ２０５０は、接続２０１１を介して第１の端子２０１０と、かつ接続２０１２を介して第２の端子２０２０と直列電気連通する、ｎチャネル空乏モードのノーマリオントランジスタである。第１のドレイン２０５５は、接続２０１１に接続される一方、第１のソース２０５４は、接続２０１２に接続される。一次電流経路が、接続２０１１、２０１２を介して、第１のトランジスタ２０５０を通して、第１の端子２０１０と第２の端子２０２０との間に見られる。第１のゲート２０５３が、ゲート保護回路、すなわち、抵抗器２０３８を有する。電荷保持回路が、第１のゲート２０５３を中心として接続される、コンデンサ２０７２と、ダイオード２０７１とから成る。コンデンサの負の端部は、ダイオードのアノードに電気的に接続され、第１のゲートおよび第１のソースは、コンデンサと並列電気連通する。コンデンサ２０３０と、ダイオード２０３１と、バイポーラ接合トランジスタ２０３２とを備える電圧変換回路が、接続２０１１、２０１２を介して、本デバイスを横断する電圧を変換し、これをコンデンサ２０３０における放出可能に貯蔵される電圧として貯蔵する。コンデンサ２０３０は、トランジスタ２０７５がオンになり、これがトランジスタ２０３２のベースを低にし、これをオフにし、それによって、充電電流を切断させるまで、トランジスタ２０３２を通して充電される。電圧浮動回路が、プッシュ／プル構成におけるバイポーラトランジスタ２０８１、２０８２を備え、これはまた、トーテムポール構成である。したがって、本発明のある実施形態は、電圧浮動回路が、プッシュ／プル構成またはトーテムポール構成におけるトランジスタの対を備えることを提供する。ここで示されるように、バイポーラ接合トランジスタまたはＭＯＳＦＥＴの対等の任意の好適なトランジスタが、使用されることができる。抵抗器２０６３、２０６４が、それぞれ、トランジスタ２０８１、２０８２のためのゲート保護を提供する。ショットキーダイオード２０８３もまた、コンデンサ２０３０において放出可能に貯蔵される電圧がショットキーダイオード２０８３と並列に配置され、これを適切な瞬間に偏移させるため、電圧浮動回路に関与する。通常の電流条件中、電流監視ＭＯＳＦＥＴトランジスタ２０７５は、オフであり、これは、電流をｎｐｎバイポーラ接合トランジスタ２０８１のベースを通して流動させ、したがって、それは、オンにされ、トランジスタ２０８２は、オフにされる。過電流条件が起こると、電流監視回路２０７５は、オンになり、したがって、トランジスタ２０８１のベースを低に駆動し、これをオフにする。また、ほぼ同時に起こることとして、ｐｎｐバイポーラ接合トランジスタ２０８２のベースは、これがトランジスタ２０８１のベースに接続されるため、低に駆動されている。コンデンサ２０３０は、ｐｎｐバイポーラ接合トランジスタ２０８２を駆動し、これをオンにする。トランジスタ２０８２がオンにされるように、電流が、コンデンサ２０３０から、ｐｎｐバイポーラ接合トランジスタ２０８２のエミッタおよびベースを通して、次いで、トランジスタ２０７５を通して、かつコンデンサ２０３０の負の端子に戻るように流動する。トランジスタ２０８１のオフおよびトランジスタ２０８２のオンは、コンデンサ２０３０をダイオード２０８３と並列に配置する。電流監視回路が、トランジスタ２０７５および抵抗器２０７６によって提供される。
図２１は、デバイス２０００と類似するが、相互に並列に配列され、過電流条件中に第１の端子２０１０と第２の端子２０２０との間の電流を遮断するように構成される、２つのトランジスタ２０５１、２０５２を有するデバイス２１００に関する配線図を提供する。トランジスタ２０５１、２０５２は、ｎチャネル空乏モードのノーマリオントランジスタであり、それぞれ、抵抗器２０３７、２０３９の形態におけるゲート保護回路を有する。図２１から分かり得るように、トランジスタ２０５１、２０５２のドレインは、相互に電気的に接続され、同一の電位にあるであろう。同様に、トランジスタ２０５１、２０５２のソースは、相互に電気的に接続され、同一の電位にあるであろう。そのいくつかが標識化される、他のコンポーネントは、図２０に関して説明されるものと同様である。
図２２は、デバイス２０００と類似するが、付加的電荷保持回路を追加する、デバイス２２００に関する配線図を提供する。さらに、第１のトランジスタ２０５０は、通常の電流条件中に強化モードにおいて動作するように構成される。ダイオード２０７１およびコンデンサ２０７２に加えて、ダイオード２２７３およびトランジスタ２２７４がさらに、第１のトランジスタ２０５０の第１のゲートにおいて電荷保持機能を補助する。ｐチャネルノーマリオントランジスタ２２７４のソースは、電流監視抵抗器２０７６と電流監視トランジスタ２０７５との間に接続される。通常の条件中、コンデンサ２０７２は、抵抗器２０７６およびトランジスタ２２７４ならびにダイオード２２７３を通して充電され、したがって、コンデンサ２０７２の正の端子は、ダイオード２２７３のカソードにあり、コンデンサ２０７２の負の端子は、第１のトランジスタ２０５０の第１のソースにあり、したがって、コンデンサ２０７２は、第１のトランジスタ２０５０を強化モードに駆動する。過電流が起こると、トランジスタ２０７５は、オンに切り替えられ、コンデンサ２０７２は、ダイオード２０７１を通して反対極性に充電され、したがって、コンデンサ２０７２の正の端子は、ここでは第１のトランジスタ２０５０の第１のソースにあり、コンデンサ２０７２の負の端子は、ここではダイオード２２７３のカソードにある。電流監視トランジスタ２０７５をオンにすることはまた、トランジスタ２２７４のソースを低にプルし、これは、トランジスタ２２７４のゲートを、そのソースよりも比較的に高い電位にあるようにさせ、したがって、これが遮断空乏にあるようにトランジスタ２２７４をオフにする。これは、コンデンサ２０７２を放電させ、場合によっては第１のトランジスタ２０５０を遮断空乏から早期に駆動するであろう、正の電荷がトランジスタ２２７４およびダイオード２２７３を通して進入することを防止する。ダイオード２０７１もまた、正の電荷が第１のトランジスタ２０５０を遮断空乏から早期に駆動しないように防止する。このように、ダイオード２０７１およびトランジスタ２２７４は、コンデンサ２０７２上に空乏電荷を保持することによって、電荷保持機能を補助し、ダイオード２２７３は、コンデンサ２０７２上に強化電荷を保持することによって、電荷保持機能を補助する。抵抗器２２７５が、トランジスタ２２７４のためのゲート保護を提供する。ここでは、抵抗器２２３３もまた、電圧変換プロセスでコンデンサ２０３０を補助する。
図２３は、スイッチトランジスタ２０６１、２０６２を追加する、デバイス２２００と類似するデバイス２３００に関する配線図を提供する。ここでは、ドライバ回路は、通常の電流条件中および第１のトランジスタ２０１５を遮断空乏モードに駆動または維持するときの両方においてゲート電圧を印加するように構成される、スイッチトランジスタ２０６１、２０６２を備える。バイポーラ接合トランジスタ２０６１、２０６２が、プッシュ／プル構成およびトーテムポール構成において配列される。通常モード中、２つの端子を横断する電圧が十分に高い場合、トランジスタ２０６１のベースは、トランジスタ２０６１をオンにするように駆動される。その結果、コンデンサ２０７２は、トランジスタ２０６１を通して正常に充電され、したがって、コンデンサ２０７２は、図２１の場合のような強化電荷を保持する。過電流条件が生じると、トランジスタ２０６１および２０６２は、反対に切り替えられ、したがって、トランジスタ２０６１は、オフ（遮断）であり、トランジスタ２０６２は、オン（導通）であり、したがって、いずれの正の電荷もトランジスタ２０６１を通して進入しないように防止する。
図２４は、デバイス２３００と類似するが、発振器２４９５を追加する、デバイス２４００に関する配線図を提供する。発振器２４９５は、トランジスタ２０３２のゲートにおける電圧コンバータ回路およびトランジスタ２０８１、２０８２のゲートにおける電圧浮動回路の両方と相互作用する。抵抗器２４７７およびトランジスタ２４７８は、電流監視回路機能においてトランジスタ２０７５および抵抗器２０７６を補助する。トランジスタ２０７５がオンになると、これは、トランジスタ２４７８もまたオンにさせる。発振器２４９５の入力が、接続２４９６においてトランジスタ２４７８と抵抗器２４７７との間に接続され、したがって、発振は、電流監視トランジスタ２０７５がオンにされるまで開始しないであろう。トランジスタ２０８１および２０８２を備える電圧浮動ｂｊｔトーテムポール構造は、接続２４９７において発振器２４９５の出力に接続されるそのベースを有し、したがって、発振器出力が高いと、トーテムポールの出力も、高く、逆もまた同様である。コンバータトランジスタ２０３２のベースもまた、発振器出力に接続され、したがって、トランジスタ２０８１および２０３２は、同時にオンになり、同時にオフになる。発振器出力が高いと、トランジスタ２０３２は、オンになり、コンデンサ２０３０は、これを通して充電される。発振器出力が低いと、２０３２は、オフにされ、２０８１は、オフにされ、２０８２は、オンにされる。トランジスタ２０８２をオンにすることによって、コンデンサ２０３０は、ダイオード２０８３と並列に配置され、したがって、コンデンサ２０３０における放出可能に貯蔵される電圧は、浮動される。トランジスタ２０３２を通して、ダイオード２０３１を通して、トランジスタ２０８２を通して、かつ第２の端子２０２０を通して出る短絡経路を防止するために、トランジスタ２０８２がオンであるとき、トランジスタ２０３２がオフであることが、必要である。
図２５は、デバイス２４００と類似するが、電流監視トランジスタ２０７５のゲートにおいてコンデンサ２５８５および抵抗器２５８６を備える遮断遅延タイマ回路を追加する、デバイス２５００に関する配線図を提供する。
図２６は、デバイス２５００と類似するが、ツェナーダイオード２６３１、２６３２の形態におけるゲート保護回路を追加する、デバイス２６００に関する配線図を提供する。
図２７は、デバイス２６００と類似するが、トランジスタ２７３３および抵抗器２７３４の形態におけるさらなるゲート保護回路を追加する、デバイス２７００に関する配線図を提供する。トランジスタ２７３３のゲートは、接続２７１５を介して第２の端子２０２０と電気連通する。有意な負電圧が、ｎチャネル空乏モードのノーマリオントランジスタ２７３３のゲートおよびソース間に発生する場合、トランジスタ２７３３は、遮断空乏モードに駆動され、それによって、そのソースと電気連通するトランジスタのゲートを保護し得る。但し、通常、トランジスタ２７３３は、そのドレインおよびソースを横断するいずれの付加的電圧も遮断することによって、そのソースとゲートとの間に発生した電圧を、そのピンチオフ電圧を下回る値に限定するであろう。
図２８は、デバイス２７００と類似するが、いったん過電流条件が規定された持続時間にわたって消失すると、デバイス２８００がリセットすることを可能にするリセット遅延タイマ回路を伴う電圧レベルリセット回路２７９０を追加する、デバイス２８００に関する配線図を提供する。つまり、デバイス２８００は、安全な電流条件が持続的な安全な電流条件であると判定されると、リセットするであろう。第１の端子２０１０と第２の端子２０２０との間の電圧が、規定された時間の長さにわたって規定された電圧を下回って降下すると、電圧レベルリセット回路２７９０は、トランジスタ２０７５を備える電流監視回路をリセットし、それによって、第１のトランジスタ２０５０を強化モードに駆動する。コンデンサ２７９５は、規定された時間の長さを判定することを補助し、つまり、コンデンサ２７９５は、デバイス２８００内のリセット遅延タイマ回路の一部として機能する。デバイス２８００では、抵抗器２７９２および２７９３を備える分圧器は、トランジスタ２７９１の閾値電圧とともに、それにおいて本デバイスがリセットするであろう電圧を判定し、電流が第１の端子２０１０と第２の端子２０２０との間で流動することを可能にする。分圧器が安全な電圧を検出すると、リセット遅延タイマ回路は、コンデンサ２７９５を充電することによって、計時を開始する。コンデンサ２７９５が適切なレベルに充電されると、電流監視トランジスタ２０７５は、オフに切り替わり、第１のトランジスタ２０５０は、遮断空乏から駆動される。故に、いくつかの実施形態では、リセット遅延タイマ回路は、安全な電圧または安全な電流条件が生じると、充電を開始し、安全な電圧または安全な電流条件の事前判定された持続時間後に、ドライバ回路に、第１のトランジスタを遮断空乏から駆動させるコンデンサを備える。
図２９は、並列に充電し（左側）、直列に放電する（右側）、並列／直列スイッチコンデンサ回路網２９００の一実施形態を描写する配線図を提供する。回路網２９００は、端子５１、５２を横断して出現する入力電圧によって、並列に充電されるようにフレキシブルに構成される、複数のコンデンサ１１、１２、１３を備える。スイッチ２１、２２、２３、４１、４２、および４３が、図２９の左側上の図において閉にされる一方、スイッチ３１、３２、および３３は、開である。例えば、トランジスタ、ダイオード、電気機械的スイッチ、およびそれらの組み合わせ等の任意の好適なスイッチが、使用されることができる。図２９の右側では、スイッチ２１、２２、および２３、４１、４２、４３が、ここでは開である一方、スイッチ３１、３２、および３３は、閉にされ、それによって、コンデンサ１１、１２、および１３を直列にフレキシブルに構成する。それらのコンデンサを充電するために使用される電圧は、それによって、逓倍され、放出可能に貯蔵される電圧として利用可能にされる。回路網２９００は、複数の基礎的要素１０から構成され、各基礎的要素は、少なくとも１つのコンデンサと、他のコンデンサと並列に少なくとも１つのコンデンサを充電し、他のコンデンサと直列に少なくとも１つのコンデンサを放電するように構成される複数のスイッチとを備えることが、分かり得る。
図３０は、並列に充電し（左側）、直列に放電する（右側）、並列／直列スイッチコンデンサ回路網３０００の一実施形態を描写する配線図を提供する。回路網３０００は、充電中に閉にされ、放電中に開にされる、スイッチ５３を回路網２９００に追加する。
図３１は、並列に充電し（左側）、直列に放電する（右側）、並列／直列スイッチコンデンサ回路網３１００の一実施形態を描写する配線図を提供する。回路網３１００は、スイッチ２１、２２、および２３を除去し、それらをスイッチ６１、６２、および６３と置換することによって、回路網３０００とは異なる。スイッチ６１、６２、および６３は、充電中に閉にされ、放電中に開である。
図３２は、並列に充電し（左側）、直列に放電する（右側）、並列／直列スイッチコンデンサ回路網３２００の一実施形態を描写する配線図を提供する。回路網３２００は、スイッチ４１、４２、および４２を除去し、それらをスイッチ７１、７２、および７３と置換することによって、回路網３０００とは異なる。スイッチ７１、７２、および７３は、充電中に閉にされ、放電中に開である。例えば、回路網３０００に優る回路網３２００の利点は、コンデンサ１１、１２、および１３が、回路網３２００内のより少ないスイッチを通して充電されることである。回路網３０００内のコンデンサ１１は、スイッチ５３、２１、４１、４２、および４３を通して充電される。それらのスイッチがダイオードを表し、各ダイオードが電流を通過させるために０．５〜０．８Ｖの電圧を要求する場合、回路網３０００内のコンデンサ１１を充電するステップは、端子５１、５２を横断して２．５〜４．０Ｖの電圧差を要求する。対照的に、回路網３２００では、コンデンサ１１は、スイッチ５３、２１、および７１を通して充電される。その構成は、本実施例では、端子５１、５２を横断して必要な電圧差を１．５〜２．４Ｖまで逓降させる。回路網３２００は、より低い電圧設定において動作し得る。
図３３は、並列／直列スイッチコンデンサ回路網を構築するために有用な基礎的要素１−９および１４の配線図を提供する。基礎的要素１は、端子３２５１および３２５２間に、ダイオード３２２１と、コンデンサ３２１１と、ｐ型強化モードのノーマリオフトランジスタ３２３１と、ダイオード３２４１とを備える。充電中、ダイオード３２２１、３２４１は、閉にされる、または順方向にバイアスされ、トランジスタ３２３１は、開またはオフであり、逓倍および放電中、ダイオード３２２１、３２４１は、開である、または逆方向にバイアスされ、トランジスタ３２３１は、閉またはオンであろう。
基礎的要素２は、トランジスタ３２３２がトランジスタ３２３１に取って代わっている点において、基礎的要素１とは異なる。トランジスタ３２３２は、ｎチャネル強化モードのノーマリオフトランジスタである。
基礎的要素３は、ダイオード３２４１と並列のｎチャネル空乏モードのノーマリオントランジスタ３２７１の追加において、基礎的要素２とは異なる。
基礎的要素４は、ダイオード３２４１が除去されているにおいて、基礎的要素３とは異なる。
基礎的要素５は、ダイオード３２４１が、そのドレインに電気的に接続されるそのゲートを有する、ｎチャネル強化モードのノーマリオフトランジスタ３２８１によって置換されている点において、基礎的要素２とは異なる。
基礎的要素６は、トランジスタ３２８１が、接続３２８２においてコンデンサ３２１１の正の端部に接続されるそのゲートを有する点において、基礎的要素５とは異なる。トランジスタ３２３２がオンに切り替えられた後、トランジスタ３２８１のゲートは、殆どそのドレインにあり、したがって、トランジスタ３２８１は、基礎的要素５と同様に接続された状態になる。
基礎的要素７は、ダイオード３２２１がｎチャネル強化モードのノーマリオフトランジスタ３２９１によって置換されている点において、基礎的要素６とは異なる。随意に、トランジスタ３２９１は、「接続されたダイオード」であり、また、回路内で逆転されたその配向を有することができ、したがって、トランジスタ３２９１のドレインは、点３２５１に接続され、トランジスタ３２９１のソースは、コンデンサ３２１１の正の端子に接続される。
基礎的要素８は、トランジスタ３２８１がダイオード３２６１によって置換され、ダイオード３２６１のカソードがトランジスタ３２５２のソースに接続されていない点において、基礎的要素５とは異なる。基礎的要素８は、回路網３２００において使用され得、例えば、ダイオード３２２１は、スイッチ２１に対応し、コンデンサ３２１１は、コンデンサ１１に対応し、ダイオード３２６１は、スイッチ７１に対応し、トランジスタ３２３２は、スイッチ３１に対応する。
基礎的要素９は、ダイオード３２２１と並列の抵抗器３２７２およびダイオード３２６１と並列の抵抗器３２７３を追加することによって、基礎的要素８とは異なる。本構成は、端子３２５１、３２５２を横断する電圧が低すぎ、ダイオード３２２１、３２６１を通して電流を駆動できないとき、抵抗器３２７２、３２７３を通したコンデンサ３２１１の充電を可能にする。電圧がダイオード３２２１、３２６１を順方向にバイアスするために十分に引き上げられると、コンデンサ３２１１は、それらのダイオード３２２１、３２６１を通して充電される。本構成は、低電圧設定における基礎的要素９におけるコンデンサ３２１１の充電を可能にする。基礎的要素９もまた、回路網３２００において使用され得る。
基礎的要素１４は、ダイオード３２２１をｎチャネルＪＦＥＴ３２２５と置換し、ダイオード３２６１をｐチャネルＪＦＥＴ３２２６と置換することによって、基礎的要素８とは異なる。基礎的要素１４もまた、回路網３２００において使用され得る。殆どまたは全くダイオードが各コンデンサの充電経路内に見られ得ないため、空乏モードＪＦＥＴは、低電圧設定における動作性をなおもさらに強化する。
図３４は、入力電圧を放出可能に貯蔵される電圧に変換するように構成される、並列／直列スイッチコンデンサ回路網３３００の配線図を提供する。基礎的要素２ａ、２ｂは、図３３の基礎的要素２と類似することが分かり得る。動作時、入力電圧が、端子３３５１、３３５２を横断して出現し、コンデンサ３３１１等のコンデンサは、相互に並列に充電される。トランジスタ３３３２は、オフであり、遮断している一方、ダイオード３３４１は、順方向にバイアスされるであろう。トランジスタ３３５３は、端子３３５４における適切な電圧に起因して、オンであり、導通しているであろう。電圧逓倍および放電に関して、トランジスタ３３５３は、オフになる一方、トランジスタ３３３２は、オンになり、ダイオード３３４１は、逆方向にバイアスされるであろう。
図３５は、入力電圧を放出可能に貯蔵される電圧に変換するように構成される、並列／直列スイッチコンデンサ回路網３４００の配線図を提供する。基礎的要素５ｂは、図３３の基礎的要素５と類似する。動作時、入力電圧が、端子３４５１、３４５２を横断して出現し、コンデンサ３４１１等のコンデンサは、相互に並列に充電される。トランジスタ３４３２は、オフであり、遮断している一方、トランジスタ３４４１は、オンであり、導通しているであろう。トランジスタ３４５３は、端子３４５４における適切な電圧に起因して、オンであり、導通しているであろう。電圧逓倍および放電に関して、トランジスタ３４５３は、オンになる一方、トランジスタ３４４１が「接続されたダイオード」であるため、トランジスタ３４４１は、トランジスタ３４４１の閾値電圧に近似するようにコンデンサ３４１１上の電圧を調整するであろう。各直列接続されたコンデンサの電圧を調整することによって、逓倍された電圧は、より正確かつ精密にされ、また、安全なレベルに保たれることができる。
図３６は、図３７のデータを生成するために使用される、自己触媒並列／直列スイッチコンデンサ回路網を備えるデバイス３５００の一実施形態の配線図を提供する。第１の導線３５１０および第２の導線３５２０が、デバイス３５００に、デバイス３５００が使用するエネルギーの全てをもたらす。スイッチコンデンサ回路網は、３５１１、３５１２、３５１６、３５１９等のいくつかの基礎的要素を備える。デバイス３５００のコンポーネントの視認を容易にするために、全ての基礎的要素が、標識化されるわけではない。基礎的要素のいくつか、例えば、３５１１、３５１２は、ｎチャネルトランジスタを採用する一方、他の基礎的要素、例えば、３５１６、３５１９は、ｐチャネルトランジスタを採用する。各基礎的要素におけるトランジスタの特性は、スイッチコンデンサ回路網内の基礎的要素の位置を考慮して、各そのようなトランジスタのゲートとソースとの間の電圧降下を考慮するように選定される。切替プロセスが図３６の左から右に進むにつれて、ｎチャネルトランジスタのゲート電圧は、コンデンサ上に貯蔵される電圧が部分的に逓倍されるため、減少するであろう。大きい回路網では、または大きい逓倍に関して、ｎチャネルトランジスタを切り替えることは、ますます困難になるであろう。同様に、ｐチャネルトランジスタのみが使用される場合、初期逓倍および切替は、ｐチャネルトランジスタ上のゲート電圧に起因して、困難であり得る。故に、いくつかの実施形態では、並列／直列スイッチコンデンサ回路網は、（ａ）少なくとも１つのｎチャネルトランジスタと、コンデンサとを備える基礎的要素と、（ｂ）少なくとも１つのｐチャネルトランジスタと、コンデンサとを備える基礎的要素との組み合わせを備え、少なくとも１つのｎチャネルトランジスタおよび少なくとも１つのｐチャネルトランジスタは、放電のために、コンデンサを並列にフレキシブルに構成し、コンデンサを直列にフレキシブルに構成するように構成される。
図２９−４０に描写される並列／直列スイッチコンデンサ回路網およびその一部は、入力電圧を放出可能に貯蔵される電圧に変換するであろう。多くの場合、最終的な放出可能に貯蔵される電圧は、入力電圧または本デバイス内で別様に利用可能な任意の電圧をはるかに上回るであろう。その変換が自己触媒的に起こるかどうかは、いくつかの単純な設計選択肢に依存する。自己触媒変換では、入力電圧は、最初に、部分的に逓倍すること等によって、部分的に変換され、次いで、部分的に変換または部分的に逓倍された電圧自体が、放出可能に貯蔵される電圧へのそのさらなる変換または逓倍を駆動し始める。例えば、図３４を見ると、トランジスタ３３３２がオンになり始め、ダイオード３３４１が逆方向にバイアスされ始めると、電圧変換が自己触媒的になるかどうかは、コンデンサ３３１１および他のコンデンサ上に貯蔵された電圧が、トランジスタ３３３２と、例えば、基礎的要素２ａ、２ｂ内の複数のトランジスタのゲートとに印加されるかどうかに依存し、その電圧を印加するステップは、変換を進めるようにそれらのゲートを駆動し始める。部分的に変換された電圧がそれらのゲートに印加される場合、切替は、変換によって駆動された状態になり、変換は、切替を駆動する。切替および変換は、変換が自己触媒的になった瞬間に相互を互いに駆動する。それは、自己触媒電圧変換の一実施例を提供する。図３６では、コンデンサは、回路網内のトランジスタのゲートに接続し、自己触媒電圧コンバータの実施例を図示する。図３４−３５では、トランジスタのゲートは、自己触媒的または非自己触媒的であり得る電圧変換に関する並列／直列スイッチコンデンサ回路網を図示するために、接続されていないままである。コンデンサ上に貯蔵される電圧に接続されていないゲート駆動回路が、図３４−３５のトランジスタを駆動する場合、それらの回路網は、自己触媒電圧変換を提供しないであろう。本発明のいくつかの実施形態は、そのような非自己触媒電圧コンバータを含む。一方、図３４−３５のトランジスタのゲートが、コンデンサ上に貯蔵される電圧によって駆動される場合、変換は、自己触媒的であり得る。そのような自己触媒電圧コンバータは、本発明の他の実施形態を表す。
デバイス３５００が、約７Ｖの第１の導線３５１０および第２の導線３５２０を横断する入力電圧を約２０マイクロ秒にわたって印加することによって、シミュレーションにおいて試験された。入力電圧は、変換が完了する前に急激に除去された。出力電圧が、ダイオード３５５７を横断して測定された。結果が、図３７に見られる。
図３７は、デバイス３５００を使用するシミュレートされた自己触媒電圧変換を図示する。曲線３６１０が、入力電圧を表し、曲線３６２０が、出力電圧を表す。７Ｖのパルスが、第１の導線３５１０および第２の導線３５２０を横断して約２０マイクロ秒にわたって印加され、その最後の１５ナノ秒が、図３７に見られる。そのパルスは、デバイス３５００を充電するためにかかる時間ｔｃｈｒｇを表す。次いで、デバイス３５００は、貯蔵される電圧を約１５ナノ秒において約２５Ｖに自己触媒的に変換し、これは、デバイス３５００が電圧を変換するためにかかる時間ｔｃｏｎｖを表す。自己触媒電圧逓倍が起きたのは、曲線３６２０の正の傾斜領域中である。本領域では、部分的に逓倍された電圧が、デバイス３５００のスイッチングトランジスタのゲートにフィードバックされ、したがって、部分的に逓倍された電圧は、その独自の逓倍を駆動した。電圧逓倍は、スイッチが完全にオンにされ、コンデンサが完全に直列になるまで継続し、これは、曲線３６２０のピークに近似して起こる。トランジスタは、部分的にオンに切り替えられ、自己触媒変換をトリガしたため、自己触媒変換は、それぞれ、コンデンサが約２．５Ｖを貯蔵したときに開始したと推定される。変換は、したがって、２．５Ｖから２５Ｖへの１０倍の逓倍であった。
図３８は、図３９のデータを生成するために使用される、自己触媒並列／直列スイッチコンデンサデバイス３８０１の一実施形態の配線図を提供する。デバイス３８０１は、入力電圧を放出可能に貯蔵される電圧に変換するように構成される、並列／直列スイッチコンデンサ回路網を含む。図３８のデバイス３８０１は、図３２の回路網３２００と類似するトポロジを使用し、それによって、より多くの電圧が、基礎的要素８ｂにおけるコンデンサ３８１１等の並列／直列スイッチコンデンサ等の内部コンポーネントに到達するため、動作のために必要な第１のトランジスタ２０５０を横断する電圧降下のサイズを逓降させる。基礎的要素８ｂ、８ｃは、図３３の基礎的要素８と類似することが分かり得る。ＭＯＳＦＥＴトランジスタ３２３４、３２３５は、ｎチャネル強化モードトランジスタである一方、ＭＯＳＦＥＴトランジスタ３２３６、３２３７は、ｐチャネル強化モードトランジスタである。これは、（ａ）少なくとも１つのｎチャネルトランジスタと、コンデンサとを備える基礎的要素と、（ｂ）少なくとも１つのｐチャネルトランジスタと、コンデンサとを備える基礎的要素との組み合わせを備える、並列／直列スイッチコンデンサ回路網の別の実施形態であり、少なくとも１つのｎチャネルトランジスタおよび少なくとも１つのｐチャネルトランジスタは、放電のために、コンデンサを並列にフレキシブルに構成し、コンデンサを直列にフレキシブルに構成するように構成される。
図３９は、デバイス３８０１を使用する自己触媒電圧変換を図示する。シミュレートされた電圧３９１０が、デバイス３８０１および抵抗負荷の直列組み合わせを横断して印加され、９０Ｖにスパイクさせ、持続的過電流条件をシミュレートした。デバイス３８０１を通して流動するであろう対応する電流３９２０が、記録された。電流３９２０が、時間３９４０において約５８Ａの閾値電流３９３０に到達すると、デバイス３８０１は、デバイス３８０１が端子２０１０、２０２０を横断する電圧を、第１のトランジスタ２０５０を遮断モードに駆動し得る放出可能に貯蔵される電圧に自己触媒的に変換し始めるまで、コンデンサ３８１１等のそのコンデンサを継続して充電した。デバイス３８０１を通過するであろう電流は、時間３９４０の２２１ナノ秒後である、時間３９５０までに５ｍＡに到達した。
図４０は、自己触媒並列／直列スイッチコンデンサデバイス４００１の一実施形態の配線図を提供する。デバイス４００１は、入力電圧を、過電流条件が端子２０１０、２０２０を横断して生じる場合、第１のトランジスタ２０５０を遮断モードに駆動し得る放出可能に貯蔵される電圧に変換するように構成される、並列／直列スイッチコンデンサ回路網を含む。基礎的要素１４ｂは、図３３の基礎的要素１４と類似することが分かり得る。基礎的要素１４ｂは、低電圧環境であってもコンデンサ４０１１を充電するために、ｎチャネルＪＦＥＴ４０２５およびｐチャネルＪＦＥＴ４０２６を採用する。図３８のデバイス３８０１と同様に、図４０のデバイス４００１もまた、図３２の回路網３２００と類似するトポロジを使用し、また、より低い電圧から動作することが可能である。しかしながら、ダイオード（例えば、ダイオード３８２１）を空乏モードトランジスタ（例えば、ＪＦＥＴ４０２５）と置換することによって、デバイス４００１は、いくつかの事例では、デバイス３８０１よりもさらに低い入力電圧から動作し得る。例えば、コンデンサ４０１１の充電経路内のダイオードの数を削減または排除することによって、コンデンサ４０１１を充電するために必要とされる電圧は、減少する。さらに低い電圧動作が所望される場合、デバイス４００１は、閾値下形態において動作するように構成され得、関与する電圧は、強化モードトランジスタを完全にオンにするために十分ではない。その閾値電圧をわずかに下回るそのようなトランジスタは、依然として、ある程度の少量の電流を導通させ、その性質が、使用可能な信号を提供するために使用されることができる。例えば、高インピーダンスを伴う直列のトランジスタは、トランジスタのゲート電圧が閾値下形態にあるとき、それらの間のノードにおいて使用可能な信号を生産し得る。図４０のノード１９が、そのようなノードを表す。しかしながら、そのような閾値下動作は、図４０のデバイス４００１に限定されないことに留意されたい。実際には、本明細書に説明または描写される任意のデバイスが、閾値下形態を含む、任意の好適な電圧範囲内の動作のために構成され、随意に、そのために最適化されることができる。コンデンサの並列／直列スイッチ回路網を備えるデバイスは、いくつかの事例では、小さい電圧を自己触媒的に変換し、第１のトランジスタ２０５０を遮断モードに駆動することができる。閾値下形態において電圧を変換することは、本発明のある実施形態では、断続的または持続的に実施されることができる。つまり、いくつかの場合では、変換された電圧は、次いで、回路網の動作を閾値下形態から駆動することができる一方、他の場合では、回路網は、持続的に、閾値下形態のままである。デバイス４００１は、他の用途の中でもとりわけ、過電流条件が、第１のトランジスタ２０５０を横断して非常に小さい使用可能な電圧降下のみを供給するが、それにもかかわらず、過電流条件によって繊細な回路を脅かす状況において使用されることができる。それは、例えば、第１のトランジスタ２０５０または並列の複数のトランジスタの組み合わせ（例えば、図２１のトランジスタ２０５１、２０５２）が、非常に低いオン状態抵抗を提供する場合であり得る。他の場合では、オン状態抵抗は、比較的に大きくあり得るが、過電流は、第１のトランジスタ２０５０を横断して小さい使用可能な電圧降下のみを提供するほど十分に小さくあり得る。したがって、本発明のいくつかの実施形態は、その回路網内のコンデンサの充電経路内にいかなるダイオードも備えていない並列／直列スイッチコンデンサ回路網を提供する。
図４１は、並列／直列スイッチコンデンサ回路網３７００の一実施形態の配線図を提供する。回路網３７００は、デバイス３５００内に見られる回路網と類似する。後の図の簡易化のために、いくつかのピンまたは接続９０−９９が、回路網３７００に関して示される。
図４２は、並列／直列スイッチコンデンサ回路網３７００を表す概略図３８００を提供する。概略図３８００に関する接続９０−９９は、回路網３７００に関して図４１に示されるものと同一である。
図４３は、概略図３８００を使用する、一実施形態のデバイス３９００の配線図を提供する。第１のトランジスタ２０５０が、デバイス３９００内の第１の端子２０１０と第２の端子２０２０との間の一次電流経路内で直列電気連通する。本デバイスでは、概略図３８００は、過電流条件が生じると、トランジスタ２０５０を遮断空乏に駆動するように構成される、自己触媒ワンショットジャンプスタート電圧コンバータおよび電圧フロータの一部として機能する。コンデンサ２０７２およびダイオード２０７４の形態における電荷保持回路が、第１のトランジスタ２０５０をある時間にわたって空乏モードにおいて維持する。電圧変換は、「ワンショット」であり、これはまた、第１のトランジスタ１５０を遮断空乏に迅速に配置するように設計される急速作用ジャンプスタート変換である。トランジスタ４０７５および抵抗器４０７６の形態における電流監視回路が、第１の端子２０１０と第２の端子２０２０との間を流動する電流を監視し、最終的に、ピン９９を通して、電圧コンバータおよび電圧フロータを制御する。
図４４は、また、概略図３８００を採用する、さらなる実施形態のデバイス４０００の配線図を提供する。概略図３８００の内側の並列／直列スイッチコンデンサ回路網は、自己触媒ワンショットジャンプスタート電圧変換を提供し、これは、次いで、非自己触媒長期使用電圧変換のために、回路網を直列配列において係止する。結果として生じる（自己触媒ワンショット変換からの、入力電圧を大きさにおいて上回る）放出可能に貯蔵される電圧は、第１のトランジスタ２０５０を遮断空乏に駆動し、それによって、過電流が第１の端子２０１０と第２の端子２０２０との間を流動しないように遮断する。トランジスタ４０８３もまた、駆動され、デバイス４０００がリセットされるまで遮断空乏にラッチされる。放出可能に貯蔵される電圧はまた、トランジスタ４０９４を開にし、これは、発振器トリガ電圧を用いて発振器４０９５をイネーブルにする。発振器４０９５は、電圧コンバータ４０３０および概略図３８００の内側の回路網を変調し、また、発振器４０９５によって駆動されるバイポーラ接合トランジスタ４０８１、４０８２の補助によって、非自己触媒長期使用電圧変換を実施する。長期使用電圧変換は、ここでは、恒等変換の動作である。不可避の損失に起因して、長期使用電圧変換からの放出可能に貯蔵される電圧は、入力電圧をわずかに下回る。トランジスタ４０８１、４０８２はまた、放出可能に貯蔵される電圧を浮動させる役割を果たす。電荷保持回路４０７０もまた、第１のトランジスタ２０５０のゲートに見られ、発振器４０９５が電圧コンバータ４０３０を動作させる間にゲート電圧を維持する。ダイオード４０３４は、浮動電圧がダイオード４０３４と並列に配置される点において、浮動動作おける役割を果たす。
図４５は、概略図３８００を採用する、別の実施形態のデバイス４１００の配線図を提供する。デバイス４１００は、同じではないが、デバイス４０００と類似する。自己触媒ジャンプスタート電圧コンバータおよびフロータ４１３１が、概略図３８００を備え、過電流条件が生じると、第１のトランジスタ２０５０を遮断空乏に駆動する、ワンショット電圧変換およびワンショット浮動を提供する。発振器イネーブル回路４１７５が、見られ、ある電圧が第１の端子２０１０および第２の端子２０２０を横断して発生するときのみ、そのトランジスタをオンにし、発振器４１９５をイネーブルにする分圧器を提供する。自己触媒ジャンプスタート電圧コンバータおよびフロータ４１３１は、コンバータおよびフロータ４１３１が発振器イネーブル回路４１７５のトランジスタをオンにすると、発振器イネーブル回路に発振器トリガ電圧を提供すると考えられ得る。随意に、それは、発振器４１９５が、第１のトランジスタ２０５０が遮断空乏になるまでオンにならないであろうことを意味する。長期使用電圧コンバータ４１３２が、過電流条件が持続する限り、その独自のコンデンサ上で放出可能に貯蔵される電圧を連続的に変換および貯蔵するために、発振器４１９５によって給電される、プッシュ／プルトーテムポール配列におけるバイポーラ接合トランジスタの対を備える。長期使用浮動回路４１８１もまた、いったんデバイス４１００が遮断モードになると、長期使用電圧コンバータ４１３２と同相で発振器４１９５によって変調される。ダイオード４１８３が、ジャンプスタートコンバータおよびフロータ４１３１によるワンショット浮動動作ならびに長期使用浮動回路４１８１の両方を補助し、浮動電圧は、ダイオード４１８３と並列に配置される。スイッチトランジスタ２０６１、２０６２が、第１のトランジスタ２０５０におけるゲート電圧として浮動電圧を印加するように動作する。図４５は、図７に示される配列と類似し、少なくとも図１５に描写される方法を実践するために使用されることができる。
図４６は、概略図３８００を採用する、付加的実施形態のデバイス４２００の配線図を提供する。デバイス４２００は、デバイス４１００と同じではないが、類似する。第１のトランジスタ２０５０が、自己触媒ジャンプスタート電圧コンバータおよびフロータ（図４５の４１３１）によって遮断空乏に駆動している際、ワイヤ４０９７およびその接続が、概略図３８００を備える自己触媒ジャンプスタート電圧コンバータ（図４５の４１３１）が、過電流条件の早期に発振器（図４５の４１９５）に給電することを可能にする。デバイス４２００は、図５に示される配列とある意味では類似し、ワイヤ４０９７は、図５の破線と類似する。
図４７は、並列／直列スイッチコンデンサ回路網４３１０を採用する、付加的実施形態のデバイス４３００の配線図を提供する。デバイス４３００は、第１のトランジスタ２０５０における、遮断モードをジャンプスタートさせるための自己触媒電圧変換および遮断空乏を維持するための自己触媒電圧変換を例証する。動作時、過電流条件の発生は、少なくともトランジスタ４３３１の閾値電圧まで充電するために、並列にフレキシブルに構成される回路網４３１０のコンデンサに給電するであろう。コンデンサ４３３５がその閾値電圧に到達すると、トランジスタ４３３１は、コンデンサを直列にフレキシブルに構成することによって、オンになり、回路網４３１０内で自己触媒電圧変換をトリガし、第１のトランジスタ２０５０は、遮断空乏に駆動される。トランジスタ４３３２は、トランジスタ４３３１、４３３３、４３３４、および４３６２がオンになると、オフになる。トランジスタ４３６１は、遮断空乏に駆動され、本デバイスの残りに対する電流を遮断し、放出可能に貯蔵される電圧は、減衰する。トランジスタ４３６２および４３３１は、オフになり始める。いったんトランジスタ４３３１がオフになると、回路網４３１０は、並列配列に戻るように切り替わる。トランジスタ４３３２は、遮断空乏のままであり、回路網４３１０のコンデンサは、再充電され、本プロセスは、繰り返され、回路網４３１０は、電圧を自己触媒的に変換し、第１のトランジスタ２０５０を遮断空乏において維持する。
図４８は、インダクタ４４３０を採用する、ある実施形態のデバイス４４００の配線図を提供する。第１のトランジスタ４５５０が、第１の端子４４１０と第２の端子４４２０との間で直列電気連通する一次電流経路内に位置付けられる。抵抗器４４９２、４４９３によって提供される分圧器が、トランジスタ４４９１の閾値電圧とともに、過電流が本デバイスを遮断モードに向かわせるであろう、デバイス４４００を横断する電圧を判定する。第１の端子４４１０および第２の端子４４２０を横断する電圧が、トランジスタ４４９５の閾値電圧に近似して増加するにつれて、インダクタ４４３０を通した電流は、増加する。第１の端子４４１０および第２の端子４４２０を横断する電圧がさらに増加すると、トランジスタ４４９１は、オンになる。トランジスタ４４９５のゲートは、トランジスタ４４９１のドレインに接続され、したがって、トランジスタ４４９１のオンは、トランジスタ４４９５を急激にオフにし、これは、インダクタ４４３０への電流を迅速に分断する。インダクタ４４３０への電流の急激な分断は、インダクタ４４３０を横断する極性を反転させ、ダイオード２０７１を通してコンデンサ２０７２を充電するフライバック電圧を生産し、それによって、第１のトランジスタ４４５０を遮断空乏に駆動する。インダクタ４４３０によって生産されるフライバック電圧は、トランジスタ４４９５によって、これがオフになると浮動される。コンデンサ２０７２およびダイオード２０７１の形態における電荷保持回路が、第１のトランジスタ４４５０を遮断空乏モードにおいて保持する際に補助する。
図４９は、交流環境において過電流を遮断するように構成され得る、両方がｎチャネル空乏モードのノーマリオントランジスタである、２つのトランジスタ４５５１、４５５２に関する配線図を提供する。そのソースが接続されると、トランジスタ４５５１および４５５２は、相互に離れるように向くその遮断端部を有する。コンデンサ４５７２が、ある程度の電荷保持回路を提供し、抵抗器４５３７、４５３８が、トランジスタ４５５１、４５５２のゲートを保護する。
図５０は、交流環境において過電流を遮断するように構成され得る、２つのトランジスタ４５５１、４５５２および整流器ブリッジ４６４０に関する配線図を提供する。整流器ブリッジ４６４０は、ダイオード４６４１、４６４２、４６４３、４３４４を備え、トランジスタ４５５１、４５５２のドレインに示されるように接続されることができる。
図５１は、交流環境において過電流を遮断するように構成される、トランジスタ４５５１、４５５２および整流器ブリッジ４６４０を採用する、ある実施形態のデバイス４７００に関する配線図を提供する。デバイス４３００と同様に、デバイス４７００は、過電流条件が第１の端子４７１０および第２の端子４７２０を横断して生じる場合、第１のトランジスタ４５５１、４５５２を遮断空乏に駆動および維持するために、並列／直列スイッチコンデンサ回路網４７１５を採用する、自己触媒ジャンプスタート電圧変換および自己触媒長期使用電圧変換を提供する。整流器ブリッジ４６４０は、過電流の極性にかかわらず、デバイス４７００が過電流に対して保護され得ることを確実にする。デバイス４７００では、トランジスタ４５５１、４５５２、および随意に、整流器ブリッジ４６４０は、いずれかの極性を有する電流を遮断することに好適な単一の双方向トランジスタによって置換されることができる。例えば、双方向機能性のために構成される、あるＧａＮ空乏モードのノーマリオントランジスタが、挙げられ得る。
図５２は、過電流を遮断するように構成され、コンポーネントの少なくともいくつかが本明細書に説明される機能のうちの１つを上回るものを実施する、さらなる実施形態のデバイス４８００に関する配線図を提供する。第１の端子２０１０および第２の端子２０２０が、第１のトランジスタ２０５０のドレインおよびソースを通して、デバイス４８００を通して一次電流経路を画定する。ダイオード２０７１と、コンデンサ２０７２と、抵抗器２０７９とを備える電荷保持回路が、ゲート保護抵抗器２０３８を介して、第１のトランジスタ２０５０の第１のゲート上のゲート電圧を維持する。プッシュ／プルトーテムポール配列において配列されるバイポーラ接合トランジスタ４８８１、４８８２が、電圧変換および電圧浮動機能の両方を提供し、第１のトランジスタ２０５０を遮断空乏に駆動する必要に応じて、コンデンサ４８３０上の放出可能に貯蔵される電圧をダイオード４８８３と並列に配置する。回路４８９５は、電圧コンバータ、電圧フロータ、発振器、電流監視装置、および遮断遅延タイマ回路を表す。ある意味では、回路４８９５は、図１０のドライバ回路１０３０と類似する。通常の電流条件下では、トランジスタ４８８１は、オンであり、トランジスタ４８８２は、オフであり、コンデンサ４８３０は、放出可能に貯蔵される電圧を提供するために充電される。トランジスタ４８３２は、電流監視装置として作用し、持続的過電流条件が生じると、オンになる。コンデンサ４８３０はさらに、遮断遅延タイミング回路タイミング要素として作用し、瞬間的に、トランジスタ４８３２がオンにならないように遅延させ、遮断空乏モードの開始を遅延させる一方、コンデンサ４８３０はさらに、過電流条件のより高い電圧下で充電される。トランジスタ４８８１は、オフになり、トランジスタ４８８２は、オンになり、コンデンサ４８３０における放出可能に貯蔵される電圧は、ダイオード４８８３を横断して浮動される。その浮動電圧は、ここでは、コンデンサ２０７２を充電し、第１のトランジスタ２０５０を遮断空乏に駆動し、第１の端子２０１０と第２の端子２０２０との間の電流を分断する。回路４８９５の内側のトランジスタは、発振し、代替として、コンデンサ４８３０において電圧を充電および浮動させ、第１のトランジスタ２０５０を遮断空乏モードにおいて持続させる。コンデンサ４８３０は、発振におけるタイミング要素として作用する。トランジスタ４８３１は、通常、オフであり、これは、コンデンサ２０７２が充電されることを可能にし、これは、通常、第１のトランジスタ２０５０を強化モードにおいて保持する。トランジスタ４８８２がオンになり、コンデンサ４８３０における放出可能に貯蔵される電圧を浮動させると、トランジスタ４８３１は、オンになり、第１のトランジスタ２０５０は、遮断空乏に駆動される。ある意味では、トランジスタ４８３１は、図１０のスイッチ１６０と類似する。デバイス４８００は、コンデンサ２０７２を放電するために十分な時間にわたって電源を切ることによって、リセットする。例えば、本明細書に説明される電圧レベルリセット回路等の任意の好適なリセット回路が、デバイス４８００に追加されることができる。故に、いくつかの実施形態は、一次電流経路を有する回路を過電流条件から保護するためのデバイスを提供し、本デバイスを通して一次電流経路を配索するように構成される、第１の端子および第２の端子と、第１のゲートと、第１のドレインと、第１のソースとを備える、第１のトランジスタであって、第１のトランジスタは、空乏モードのノーマリオントランジスタであり、第１の端子と第２の端子との間の一次電流経路内で直列に配列される、第１のトランジスタと、第１の端子と第２の端子との間の電圧のみから導出される入力電圧を放出可能に貯蔵される電圧に変換し、放出可能に貯蔵される電圧を浮動させ、浮動電圧を取得し、過電流条件の発生に応じて、放出可能に貯蔵される電圧またはその微分電圧を、第１のソースに対する第１のゲートにおけるゲート電圧として印加し、少なくとも過電流条件の持続時間にわたって、遮断された電圧を繰り返し変換し、浮動させ、印加するように発振し、第１のトランジスタを遮断空乏モードに駆動および維持し、それによって、回路を過電流条件から保護するように構成される、発振電圧コンバータおよびフロータ回路を備えるドライバ回路とを備える。
図５３は、過電流条件が生じると、電流を限定するように構成される、別の実施形態のデバイス５３００に関する配線図を提供する。図６８は、図５３からのデバイス５３００の区分Ａを示し、図６９は、区分Ｂを示す。デバイス５３００では、第１のトランジスタ５３５０は、ｎチャネル空乏モードＪＦＥＴである。第１の端子２０１０および第２の端子２０２０が、保護されるべき回路の一次電流経路内で直列に配置されるであろう。限定トランジスタ５３３２は、過電流条件が生じると、第１のトランジスタ５３５０が遮断空乏モードに入るかどうかを制御し、代わりに、第１のトランジスタ５３５０を電流限定モードに配置する、ｎチャネル強化モードＭＯＳＦＥＴである。いくつかの構成では、デバイス５３００は、電流を限定することしかできず、電流を遮断することはできない。発振器回路５３９５が、電流限定モードが開始されると発振し始め、電流限定モードを維持するために、第１のトランジスタ５３５０に対する好適なゲート電圧を維持する。
デバイス５３００は、デバイス３８０１と別様に類似する。例えば、デバイス５３００は、入力電圧を放出可能に貯蔵される電圧に変換するように構成される、自己触媒並列／直列スイッチコンデンサ回路網を含む。図５３のデバイス５３００は、図３２の回路網３２００と類似するトポロジを使用し、それによって、より多くの電圧が、基礎的要素８ｂにおけるもの等の内部コンポーネントに到達するため、動作のために必要な第１のトランジスタ５３５０を横断する電圧降下のサイズを逓降させる。基礎的要素８ｂは、図３３の基礎的要素８と類似することが分かり得る。これは、（ａ）少なくとも１つのｎチャネルトランジスタと、コンデンサとを備える基礎的要素と、（ｂ）少なくとも１つのｐチャネルトランジスタと、コンデンサとを備える基礎的要素との組み合わせを備える、並列／直列スイッチコンデンサ回路網の別の実施形態であり、少なくとも１つのｎチャネルトランジスタおよび少なくとも１つのｐチャネルトランジスタは、放電のために、コンデンサを並列にフレキシブルに構成し、コンデンサを直列にフレキシブルに構成するように構成される。ここでは、その並列／直列スイッチコンデンサ回路網は、過電流条件中に電流を限定するために、デバイス５３００によって採用される。
図５４は、シミュレートされた過電流条件中のデバイス５３００の電流限定挙動を図示する。保護される回路をシミュレートする抵抗負荷が、第２の端子２０２０から接地に直列に接続され、電圧が、第１の端子２０１０から接地まで監視された。シミュレートされた電圧５４１０が、第１の端子２０１０において印加され、デバイス５３００を通過するであろう電流５４２０が、記録された。電圧が臨界電圧５４３０に到達すると、デバイス５３００は、電流限定モードに入ることによって、電流５４４０を約３５Ａに限定するように作用した。電圧がある電圧５４５０を下回って降下すると、デバイス５３００は、対応して電流５４６０を通過させた。
図５５は、本デバイスが電流を限定し始める電流（ほぼ５０Ａ）が限定された電流（約３５Ａ）を上回る、デバイス５３００の電流限定挙動を図示する。図５４に関するものと同一のシミュレートされた試験条件を使用して、シミュレートされた電圧５５１０が、同一の過電流条件を呈した。しかしながら、今回、デバイス５３００は、わずかに異なるように構成された。最初に、デバイス５３００は、電流５５２０を通過させた。電流限定モードが電圧５５３０によってトリガされると、デバイス５３００は、過電流条件の開始時に許容されたものよりもわずかに低い電流５５４０に限定された。これは、本発明の実施形態が、所望に応じて、本場合では、電圧における短い、より危険性のない妨害スパイクに起因して電流を限定することを回避するように構成され得ることを示すが、過電流条件が持続する場合、本デバイスは、電流限定モードに入ることができる。
本場合では、電圧がある電圧５５５０を下回って戻ると、デバイス５３００は、対応して電流５５６０を通過させた。
デバイス５３００は、図５４および５５のいずれにおいても、「リセット」しなかった、または電流限定モードを終了しなかったことに留意することが重要である。点５４６０および５５６０の後、デバイス５３００は、依然として、電流を限定するであろうが、しかしながら、シミュレートされた電圧は、単純に、デバイス５３００を通して限定された電流を上回るものを供給するほど十分に大きくなかった。故に、本発明のいくつかの実施形態は、リセット回路を提供しないが、それらは、依然として、回路を保護するように機能する。
図５６は、導通リセット回路５６９０を含む、また別の実施形態のデバイス５６００に関する配線図を提供する。別様に、デバイス５６００は、デバイス５３００と類似する。図７０は、図５６からのデバイス５６００の区分Ａを示し、図７１は、区分Ｂを示し、図７２は、区分Ｃを示す。コンデンサ５６８６、コンデンサ５６８７、抵抗器５６８５、および抵抗器５６８９等の他の抵抗器が、デバイス５６００が過電流条件が消失した後に完全導通モードに戻ることを可能にするように構成可能なリセットタイマ回路を提供する。
図５７は、シミュレートされた過電流条件中のデバイス５６００の電流限定挙動を図示する。図５４に関するものと同一の試験構成を使用して、シミュレートされた電圧５７１０が、印加され、デバイス５６００を通過する電流５７２０が、記録された。電圧５７３０が過電流条件を表すと、デバイス５６００は、電流限定モードに入ることによって、電流５７４０を限定するように作用した。電圧が安全な電圧５７５０を下回って降下すると、デバイス５６００は、完全導通モードにリセットし、電流５７６０が限定された電流５７４０を上回るレベルにおいて流動することを可能にした。
図５８は、リトライおよびラッチ回路５８８８を含む、別の実施形態のデバイス５８００に関する配線図を提供する。図７３は、図５８からのデバイス５８００の区分Ａを示し、図７４は、区分Ｂを示す。デバイス５８００は、デバイス５６００と類似するが、リトライおよびラッチ回路５８８８が、デバイス５８００が過電流事象の数をカウントすることを可能にし、その数が事前選択された限界を超える場合、デバイス５８００は、完全導通モードにラッチされる。そのようなデバイスは、例えば、デバイス５８００が機械的スイッチまたはヒューズと直列に配置される場合に有用である。ある過電流条件中、デバイス５８００は、電流を限定するように作用するであろう。しかしながら、過電流条件が多くなりすぎる場合、デバイス５８００は、完全導通モードにラッチされ、これは、スイッチが開になる、またはヒューズが飛ぶことを可能にする。したがって、本発明のいくつかの実施形態は、過電流事象の数をカウントし、事前判定された数の過電流事象後にリセットし、次いで、過電流事象の数が事前判定された数を超える場合、完全導通モードにラッチされるように構成される。
図５９は、デバイス５８００を完全導通モードにラッチさせる、一連のシミュレートされた過電流条件を受けるデバイス５８００の電流限定挙動を図示する。図５４に関するものと同一の構成を使用して、３つの過電流事象５９１０、５９１１、および５９１２が、シミュレートされた。第１の過電流事象５９１０中、デバイス５８００は、電流５９２０を許容する電流限定モードに入り、完全導通モード５９３０にリセットした。第２の過電流事象５９１１中、デバイス５８００は、電流５９４０を許容する電流限定モードに入り、完全導通モード５９５０にリセットした。デバイス５８００が耐えるであろう事前選択された過電流事象の数は、２であり、したがって、第３の過電流事象５９１２の発生に応じて、デバイス５８００は、完全導通モードにラッチされ、電流５９６０は、限定または遮断されなかった。
図６０は、過電流条件が消失すると、遮断空乏モードから電流限定モードにリセットするように構成される、付加的実施形態のデバイス６０００に関する配線図を提供する。図７５は、図６０からのデバイス６０００の区分Ａを示し、図７６は、区分Ｂを示す。デバイス６０００は、デバイス５３００と類似するが、限定リセット回路６０９０を追加し、電流を限定するだけではなく、電流を遮断するように構成される。ここでは、限定トランジスタ５３３２が、第１のトランジスタ５３５０が遮断空乏モードに入ることを可能にするように構成され、デバイス６０００が電流限定モードに遷移する際に限定リセット回路６０９０を補助する。比較器６０９１が、分圧器として構成される抵抗器６０８４、６０８５等の抵抗器とともに、種々のモード間の遷移が起こる電圧を判定する。ダイオード６４、６６が、比較器６０９１の反転入力における基準電圧を設定する。比較器６０９１の非反転（「＋」）および反転（「−」）入力間の差異が、十分に大きくなると、比較器の出力は、高になる。比較器６０９１の「高」出力は、遮断空乏モードに対応する。加えて、コンデンサ６０８７等のコンデンサおよび抵抗器６０８４、６０８５等の抵抗器が、あるレベルにおける電圧の持続時間を測定し、１つのモードから別のモードへの遷移を遅延させる。例えば、コンデンサ６０８７および抵抗器６０８４は、遮断空乏モードに入ることを遅延させる。抵抗器６０８５は、コンデンサ６０８７の放電を緩慢にすることによって、遮断空乏モードの終了および電流限定モードに再び戻ることを遅延させることに役立つ。故に、デバイス６０００は、種々の過電流条件中に電流の限定および遮断の両方を行うことができ、遮断空乏モードから電流限定モードにリセットする。本明細書に開示される多くの実施形態のように、種々のコンポーネントは、１つを上回る機能を果たす。例えば、限定リセット回路６０９０はまた、デバイス６０００を遮断空乏モードに入らせる際に関与する。
図６１は、シミュレートされた過電流条件中のデバイス６０００の電流限定、電流遮断、および電流限定へのリセット挙動を図示する。電圧６１１０が、過電流条件６１３０に増大する。デバイス６０００が、完全導通モードにおいて電流６１２０を通過させ、電流限定モードに入り、電流６１４０を限定する。過電流条件が、事前判定されたレベルよりも高い電圧を提示し、事前判定された時間６１５０よりも長く持続するため、デバイス６０００は、遮断モード６１６０に入り、いかなる電流も、通過させない。電流は、電流限定モードの間にほぼ一定であるため、本動作は、時として、放散された電力の観点から説明されることができ、したがって、放散された電力（Ｉ×Ｖ）がある時間にわたって事前選択されたレベルを上回ると、デバイス６０００は、遮断空乏モードに入る。本アプローチは、放散された電力を測定または近似する方法を提供し、したがって、有用であり得る。電圧が安全な電圧６１７０に到達し、ある時間にわたってこれを維持すると、デバイス６０００は、電流６１８０を限定するようにリセットする。依然として電流限定モードにおいて、デバイス６０００は、より低い電圧６１９０と相応する電流６１９５を通過させる。デバイス６０００は、完全導通モードにリセットされないことに留意されたい。
図６２は、所望に応じて、電流を限定する、電流を遮断する、遮断空乏モードから完全導通モードにリセットする、または遮断空乏モードから電流限定モードにリセットするように構成され得る、また付加的実施形態のデバイス６２００に関する配線図を提供する。図７７は、図６２からのデバイス６２００の区分Ａを示し、図７８は、区分Ｂを示し、図７９は、区分Ｃを示す。デバイス６２００は、導通リセット回路５６９０と、限定リセット回路６０９０とを含む。故に、デバイス６２００は、デバイス５６００およびデバイス６０００との類似性を有する。デバイス６２００は、限定リセット回路６０９０を使用して、遮断空乏モードから電流限定モードにリセットすることができ、導通リセット回路５６９０を使用して、完全導通にリセットすることができる。
図６３は、シミュレートされた過電流条件中のデバイス６２００の電流限定、電流遮断、およびリセット挙動を図示する。図５４に関するものと同一の試験構成を採用して、デバイス６２００は、電圧６３１０を受け、デバイス６２００を通過するであろう電流６３２０が、記録された。電圧が、わずかな過電流条件を表す安全ではない電圧６３３０に到達すると、デバイス６２００は、限定された電流６３４０を通過させる電流限定モードに入った。電圧が電圧６３５０までさらに増加すると、デバイス６２００は、いかなる電流６３６０も通過させない遮断空乏モードに入った。電圧があまり深刻ではない、またはわずかな過電流条件を表すより安全な電圧６３７０に戻ると、デバイス６２００は、遮断された電流６３８０から電流限定モードにリセットした。電圧が安全な電圧６３９０まで下落すると、デバイス６２００は、回路を横断する電圧に対応する電流６３９２を通過させる完全導通モードにリセットした。故に、本発明のいくつかの実施形態は、通常の電流条件中に電流を通過させ、わずかな過電流条件中に電流を限定し、深刻な過電流条件中に電流を遮断し、深刻な過電流条件に続いて電流を限定するようにリセットし、わずかな過電流条件に続く通常の電流条件中に電流を通過させるようにリセットするように構成される。
図６４は、本デバイスを横断する電圧が、限定および遮断モードをトリガした電圧を上回るときであっても、限定された電流モードにリセットするように構成される、別の実施形態のデバイス６４００に関する配線図を提供する。図８０は、図６４からのデバイス６４００の区分Ａを示し、図８１は、区分Ｂを示し、図８２は、区分Ｃを示す。本発明のある実施形態等のデバイスが、過電流条件に起因して電流を遮断するときに生じる１つの困難は、本デバイスを横断する電圧が、遮断空乏モード中に増加することである。それは、単純に、オームの法則の結果であり、完全導通モードでは、本デバイスは、低抵抗を有し、これを横断して小さい電圧降下を被るはずであるが、しかしながら、遮断空乏モードまたはさらには電流限定モードでは、デバイスは、より高い抵抗を有し、したがって、これを横断してより大きい電圧降下に遭遇するであろう。したがって、本デバイスがリセットすべきときよりも、本デバイスがより小さい電圧降下を被るとき、デバイスは、過電流条件に応答する必要があろうことが、起こり得る。本デバイスが限定または遮断し始める電圧は、いくつかの実施形態では、本デバイスがリセットする電圧よりも低くあり得る。デバイス６４００に示される、これを可能にするための１つの方法は、限定リセット回路６４９０内で比較器６４９１の非反転入力（比較器６４９１の「＋」入力）への負のフィードバックと組み合わせて、タイマリセット回路６４９２を採用する。比較器出力が高になると、ＭＯＳＦＥＴ６４９３は、オンになり、比較器の非反転入力とその負の供給との間に見られる抵抗を効果的に低下させ、それによって、比較器６４９１が「高」出力を維持するためのより高い電圧を要求する。比較器６４９１の「高」出力は、遮断空乏モードに対応する。故に、限定リセット回路６４９０はまた、遮断空乏モードに入る際に関与する。導通リセット回路５６９０もまた、デバイス６４００内で使用される。したがって、デバイス６４００は、遮断空乏モードから電流限定モードに、および電流限定モードから完全導通モードにリセットすることができる。それらのリセットが起こる条件は、限定および遮断モードをトリガする条件から独立して選定され、ある意味では、より深刻であり得る。
図６５は、シミュレートされた過電流条件中のデバイス６４００の電流限定、電流遮断、およびリセット挙動を図示する。図５４に関するものと同一の構成を採用して、電圧６５１０が、デバイス６４００に印加され、デバイス６４００を通過する電流６５２０が、記録される。デバイス６４００の第１のトランジスタ５３５０のドレインからソースへの電圧降下６５３０ ＶＤＳもまた、記録される。通常の電流条件下で、電流６５２０は、電圧６５１０とともに増加し、ＶＤＳ ６５３０は、ほぼゼロである。過電流条件が、安全ではないレベルに到達する電圧６５１１に起因して発生すると、デバイス６４００は、限定された電流６５２１によって示されるように、電流限定モードに入る。デバイス６４００はまた、安全ではない電流レベルに応答するように構成される。これは、例えば、保護される回路内の過電圧または短絡の両方が限定もしくは遮断を引き起こし得ることを意味する。ＶＤＳは、ほぼ０から電圧６５３１にジャンプし、これは、約４０Ｖである。デバイス６４００は、増加する電圧６５１２に遭遇し、これは、デバイス６４００を遮断空乏モードに入らせ、電流６５２２は、ほぼ０Ａである。ＶＤＳは、電圧６５３２から回路全体を横断しておよそ電圧６５１２にジャンプし、約６５Ｖである。電圧６５１３（これは、本デバイスを遮断モードに入らせた電圧よりも高い）によって示されるように、過電流条件が消失し始めると、デバイス６４００は、遮断空乏モードから電流限定モードにリセットし、限定された電流６５２３を通過させる。ＶＤＳは、電圧６５３３から降下し、これは、約５０Ｖである。電圧６５１４がさらに降下すると、デバイス６４００は、完全導通モードにリセットし、電流６５２４を通過させ、ＶＤＳは、電圧６５３４からほぼ０Ｖに降下する。したがって、デバイス６４００は、ＶＤＳが約４０Ｖであるときに遮断空乏モードに入り、ＶＤＳが約５０Ｖであるときに遮断空乏モードからリセットする。
図６６は、リトライおよびラッチ回路６６８８を含む、さらなる実施形態のデバイス６６００に関する配線図を提供する。図８３は、図６６からのデバイス６６００の区分Ａを示し、図８４は、区分Ｂを示し、図８５は、区分Ｃを示す。デバイス６６００は、デバイス５６００と類似するが、リトライおよびラッチ回路６６８８が、デバイス６６００がある時間間隔以内に起こる遮断モードからのリセットの数をカウントすることを可能にし、その数が事前設定された限界を超える場合、デバイス６６００は、遮断空乏モードにラッチされる。遮断モードからのリセットの数が、事前設定された限界よりも少ないと、限定リセット回路６６９０は、デバイス６６００を遮断空乏モードから電流限定モードにリセットする。また、リセットの数が事前設定された限界よりも少ないとき、導通リセット回路５６９０は、デバイス６６００を完全導通モードに戻すように動作する。
図６７は、デバイス６６００を遮断空乏モードにラッチさせる、一連のシミュレートされた過電流条件を受けるデバイス６６００の電流限定、電流遮断、およびリセット挙動を図示する。図６５に関するものと同一の構成を使用して、４つの過電流事象６７１０、６７１１、６７１２、および６７１３が、デバイス６６００に提示された。電圧が第１の過電流事象６７１０において増加するにつれて、デバイス６６００は、完全導通モードから、電流限定モードに、そこから遮断空乏モードに遷移する。過電流事象６７１０が消失すると、デバイス６６００は、電流限定モードに、次いで、完全導通モードにリセットした。遮断空乏モードから電流限定モードへのリセットに応じて、リセットカウントは、１だけ増加し、本場合では、「１」に増加した。第２の過電流事象６７１１が開始されると、デバイス６６００は、完全導通モードから電流限定モード６７２１に遷移した。過電流条件がより深刻になると、デバイス６６００は、遮断空乏モード６７２２に遷移した。事前設定された限界は、ここでは、２であり、したがって、デバイス６６００が、２回目に遮断空乏モード６７２２からリセットすると、デバイス６６００は、リセットを実装することなく遮断空乏モードにラッチされた。これは、カウントとリセットとの間にわずかな遅延を実装し、カウントが最初に起こることを可能にし、次いで、リセットが起こる時間を有する前にラッチすることによって達成される。第２の過電流事象６７１１が消失したにもかかわらず、デバイス６６００は、遮断空乏モードからリセットせず、過電流事象６７１２および６７１３中に遮断空乏モードのままであった。そのようなデバイスは、限定された数の過電流事象から回路を保護し、必要に応じて電流を限定する、または電流を遮断する（６７２０）ために有用である。しかしながら、過電流事象の数が許容できないほど多くなる場合、デバイス６６００は、遮断空乏モードに「恒久的に」ラッチすることによって回路を保護するであろう。
図８６は、第３の端子１２１をさらに備える、デバイス１００と類似する別の実施形態、すなわち、デバイス８６００を概念的に描写する。デバイス８６００は、ピン１５２を介して接続１１２を通して第２の端子に接続する、第１のトランジスタ１５０のピン１５１に接続する第１の端子１１０を備える。ゲート１５３が、電圧コンバータ回路１４０を有するドライバ回路１３０に接続する。ここでは、電圧コンバータ回路１４０は、第２の端子１２０と第３の端子１２１との間の電圧等の入力電圧を受電し、その入力電圧を変換された電圧または放出可能に貯蔵される電圧に変換し、ドライバ回路１３０がこれを第１のゲート１５３におけるゲート電圧として印加することを可能にするように構成される。過電流条件中、ドライバ回路１３０は、第１のトランジスタ１５０を電流限定モードまたは遮断空乏モードに駆動するゲート電圧を印加するように構成される。通常の電流条件または過電流条件に続く安全な電流条件中、ドライバ回路１３０は、第１のトランジスタ１５０を遮断空乏モードから、電流限定モードから、および随意に、強化モードに駆動するように構成される。
第１のトランジスタ１５０は、任意の好適なトランジスタであり得る。例えば、第１のトランジスタ１５０は、ｎチャネル空乏モードトランジスタまたは任意の負のゲート閾値特性のノーマリオントランジスタであり得る。それは、ピン１５１を第１のトランジスタ１５０の第１のドレインにし、ピン１５２をその第１のソースにするであろう。代替実施例では、第１のトランジスタ１５０は、ｐチャネル空乏モードトランジスタまたは任意の正のゲート閾値特性のノーマリオントランジスタであり得る。ピン１５１は、第１のトランジスタ１５０の第１のソースであり、ピン１５２は、その第１のドレインであろう。本明細書に説明および例示されるもの等の任意の好適なドライバ回路１３０ならびに電圧コンバータ回路１４０が、使用されることができる。
第１の端子１１０および第２の端子１２０は、デバイス８６００を通して一次電流経路を画定する。第３の端子１２１は、一次電流経路内にない電流または電圧を感知するために使用されるが、第２の端子１２０に接続される保護回路または負荷（図示せず）が被る電流および電圧についての重要な情報を提供する。随意に、第２の端子１２０と第３の端子１２１との間の電圧が、本明細書に開示されるように、自己触媒的に逓倍されることができる。
図８７は、負荷８７７５を保護する、第１の端子８７１０、第２の端子８７２０、および第３の端子８７２１を有する、デバイス８７００を概念的に描写する。第１の端子８７１０は、第１のゲート８７５３および第１のソース８７５２を有する第１のトランジスタ８７５０の第１のドレイン８７５１に接続される。第１のトランジスタ８７５０は、ｎチャネルノーマリオン空乏モードトランジスタである。第１のソース８７５２は、接続８７１１を介して第２の端子８７２０に接続する。ドライバ回路８７３０が、接続８７１２および８７１１を介して第２の端子８７２０と電気連通し、接続８７１３を介して第３の端子８７２１と電気連通する。それらの接続は、デバイス８７００が負荷８７７５を保護している間、ドライバ回路８７３０が抵抗器８７７０を横断する電圧降下を監視することを可能にする。抵抗器８７７０は、第２の端子８７２０と第３の端子８７２１との間に位置付けられ、一次電流経路の分岐監視を可能にする。第１の端子８７１０および第２の端子８７２０が、負荷８７７５と直列に配置され、これが、次いで、第１の端子８７１０において正に給電され、負荷８７７５の下方で接地に接続されると、一次電流経路が、第１の端子８７１０と第２の端子８７２０との間の第１のトランジスタ８７５０を通して提供される。第３の端子８７２１が、第２の端子８７２０と分岐電気連通する。抵抗器８７７０は、例えば、１ｍΩ、１０ｍΩ、１００ｍΩ、１Ω、１０Ω、１００Ω、１，０００Ω、または１０，０００Ω等の任意の好適な抵抗器であり得る。抵抗器８７７０は、一次電流経路についての情報を提供する任意の好適なコンポーネントによって置換されることができる。一次電流経路内にない、接続８７１１から第３の端子８７２１への経路は、分岐経路である、または一次電流経路と分岐電気連通すると考えられ得る。
本分岐経路は、例えば、金属酸化物バリスタ、過渡電圧抑制ダイオード、気体放電管、サイリスタ、またはそれらの組み合わせ等の過電圧サージ保護デバイスの場合のように、通常は非導通経路であり得る。一実施例では、ｎチャネルノーマリオンの第１のトランジスタ１５０が、有利なこととして、過電圧サージ保護デバイスと併用され、第３の端子８７２１から直列に取り付けられることができる。そのような配列の１つまたはそれを上回る利点は、過電圧サージ保護デバイスに関する増加された寿命、過電圧サージ保護デバイスの劣化の問題を伴わずに逓降されたレットスルー電圧、低減されたレットスルーエネルギー、および熱暴走の低減または防止を含み得る。本実施例では、接続８７１１から、抵抗器８７７０および第３の端子８７２１を通し、過電圧サージ保護デバイスを通した（次いで、接地への）分岐電流経路は、第２の端子８７２０から負荷８７７５を通した（接地への）一次電流経路と平行に延設される。通常の電流条件中、過電圧事象の不在下で、分岐経路は、電流を殆どまたは全く通過させず、第１のトランジスタ８７５０は、電流が負荷８７７５に流動することを可能にする。過電圧事象が開始されると、ドライバ回路８７３０は、抵抗器８７７０を横断して増加された電圧降下を検出し、第１のトランジスタ８７５０を電流限定モードまたは遮断空乏モードに入らせるであろう。その際、デバイス８７００は、負荷８７７５および過電圧サージ保護デバイス（図示せず）の両方を保護する。
分岐経路を採用することによって、第１のトランジスタ８７５０のオン抵抗によって引き起こされるもの等のある複雑性が、回避され得る。ラッチ挙動が所望される場合、第１のドレイン８７５１から第１のソース８７５２への電圧降下（Ｖｄｓ）は、先の図およびテキストに実証されるように、第１のトランジスタ８７５０を電流限定モードまたは遮断空乏モードにおいて維持するために、初期トリガ後に利用されることができる。抵抗器８７７０を横断する電圧降下は、小さすぎて、有用ではない状態になり得るため、初期トリガ後にＶｄｓに切り替えることが、有用であり得る。抵抗器８７７０を横断する電圧、Ｖｄｓ、またはその両方を使用するかどうかにかかわらず、自己触媒電圧変換は、いくつかの場合では、有利であり得る。例えば、電光によって誘発されるもの等のある過渡波形は、不規則に、短い時間フレーム内で挙動することができる。
電流および電圧条件を監視するために分岐経路を使用することのさらなる利点は、抵抗器８７７０が回路の通常の電力損失に寄与せず、負荷８７７５において電圧降下を引き起こさないため、デバイス８７００によるより低い電力消費を含み得る。さらに、抵抗器８７７０が分岐経路内にあるため、第１のトランジスタ８７５０のオン抵抗は、デバイス８７００の性能を損なうことなく、恣意的に小さいように選択され得る。加えて、分岐経路内の電流および電圧を監視することは、過渡の場所を示し得る。例えば、唯一のトリガが抵抗器８７７０に由来する場合、過渡は、抵抗器８７７０の場所において生じることが把握されることができる。故に、複数の分岐経路を監視する本発明の１つまたはそれを上回るデバイスを採用するより複雑な回路では、過渡は、回路全体に対する最小限度の途絶を伴って制御されることができる。いくつかの場合に享受され得るまた別の利点は、抵抗器８７７０が所望の効果のために任意の所望の抵抗を有し得ることである。例えば、抵抗器８７７０は、比較的に小さい抵抗を有し、したがって、レットスルー電圧を累積的に追加する電圧降下を低下させることができる。それは、より低いレットスルー電圧を可能にすることによって、第１のゲート８７５３への、また、負荷８７７５への過電圧損傷の可能性を低減させる。さらに低いレットスルー電圧が所望される場合、ドライバ回路８７３０内の抵抗器８７７０を横断する電圧を逓倍することが、補助することができる。
図８８は、第４の端子１２２をさらに備える、デバイス８６００と類似する別の実施形態、すなわち、デバイス８８００を概念的に描写する。デバイス８８００内のドライバ回路１３０は、第２の端子１２０に接続せず、むしろ、第３の端子１２１および第４の端子１２２から入力電圧を導出する。第３の端子１２１および第４の端子１２２は、過電流条件を監視するために、一次電流経路と分岐電気連通して配置されるように適合されると考えられ得る。ここでは、電圧コンバータ回路１４０は、第３の端子１２１と第４の端子１２２との間の電圧等の入力電圧を受電し、その入力電圧を変換された電圧または放出可能に貯蔵される電圧に変換し、ドライバ回路１３０がこれを第１のゲート１５３におけるゲート電圧として印加することを可能にするように構成される。第３の端子１２１および第４の端子１２２を横断して判定されるような過電流条件中、ドライバ回路１３０は、第１のトランジスタ１５０を電流限定モードまたは遮断空乏モードに駆動するゲート電圧を印加するように構成される。本デバイス８８００内の第３の端子１２１および第４の端子１２２を横断して判定されるような、通常の電流条件または過電流条件に続く安全な電流条件中、ドライバ回路１３０は、第１のトランジスタ１５０を遮断空乏モードから、電流限定モードから、および随意に、強化モードに駆動するように構成される。
有意なこととして、第３の端子１２１および第４の端子１２２は、保護されるべき回路を脅かす過電流条件を検出するために有用な任意の場所に配置されることができる。例えば、リチウムイオンバッテリ等の再充電可能バッテリが、バッテリ管理ユニットまたはＢＭＵとして公知の回路を頻繁に採用する。デバイス８８００は、回路に給電する電流が、最初に、第１の端子１１０、第１のトランジスタ１５０、および第２の端子１２０に配索され、次いで、バッテリによって給電され、デバイス８８００によって保護される回路に配索され得るように展開されることができる。第３の端子１２１および第４の端子１２２は、バッテリから生じる電圧を監視するために、ＢＭＵの内側の抵抗を横断して配置され、それによって、一次電流経路と分岐電気連通して配置されることができる。その抵抗を横断する電圧の任意の急増が、電圧コンバータ回路１４０によって、随意に自己触媒的に変換され、ドライバ回路１３０によって第１のゲート１５３に印加され、第１のトランジスタ１５０を電流限定モード、遮断空乏モード、または連続的にその両方に駆動し、それによって、バッテリによって給電される回路を保護することができる。本実施例は、図８９を参照することによってさらに例証されることができる。
図８９は、負荷８９７５を保護する、第１の端子８９１０、第２の端子８９２０、第３の端子８９２１、および第４の端子８９２２を有する、デバイス８９００を概念的に描写する。第１の端子８９１０は、第２の端子８９２０に接続する第１のソース８９５２を有する第１のトランジスタ８９５０の第１のドレイン８９５１に接続し、これは、デバイス８９００を通して一次電流経路を画定する。第１のトランジスタ８９５０は、ｎチャネルノーマリオン空乏モードデバイスである。ドライバ回路８９３０は、示されるように第１のソース８９５２に接続し、また、第１のゲート８９５３においてゲート電圧を提供する。そのゲート電圧は、抵抗器８９７０を横断する電圧降下を測定することによって、第３の端子８９２１および第４の端子８９２２を横断して検出される電圧から導出される。第２の端子８９２０は、負荷８９７５への一次電流経路を継続する。抵抗器８９７０は、負荷８９７５の保護に関連する任意の有用な抵抗または電圧降下であり得る。デバイス８９００が第１の端子８９１０において正の電圧を受電し、負荷８９７５が接地に接続されるとき、第３の端子８９２１および第４の端子８９２２は、一次電流経路と分岐電気連通して配置されている。先の段落に記載される実施例では、抵抗器８９７０は、再充電可能リチウムイオンバッテリからの過電圧スパイク等の過電流条件の開始を示すであろうＢＭＵ内のいずれかの場所の電圧降下を表すことができる。
図９０は、負荷９０７５を保護する、第１の端子９０１０、第２の端子９０２０、および第３の端子９０２１を有する、また別の実施形態のデバイス９０００に関する配線図を提供する。本配線図では、電力供給源９０９０、負荷９０７５、および金属酸化物バリスタ９０７８もまた、示される。図３３の基礎的要素８と類似する基礎的要素８ｂ、８ｃが、第２の端子９０２０と第３の端子９０２１との間、またはより具体的には、抵抗器９０７０を横断する接続９０１２、９０１３間で検出される電圧を自己触媒的に変換するために好適な並列／直列スイッチコンデンサ回路網の一部を形成する。抵抗器９０７０が、例証を目的として追加され、種々の実施形態では、任意の好適なコンポーネントが、第２の端子９０２０と第３の端子９０２１との間に見られることができる。抵抗器９０７０を横断するその電圧は、負荷９０７５を保護するために必要なとき、自己触媒的に変換され、第１のトランジスタ９０５０を遮断空乏モードに駆動するように印加される。金属酸化物バリスタ９０７８は、これが直面する過電圧事象の数によって判定される限定された寿命を有する、過電圧サージ保護デバイスである。いくつかの状況では、第１のトランジスタ９０５０を遮断空乏モードに向かわせることは、金属酸化物バリスタ９０７８および負荷９０７５を保護し、金属酸化物バリスタ９０７８の運用寿命を延長させる。図９１は、Ｃｏｃｋｒａｆｔ−Ｗａｌｔｏｎ逓倍器の形態におけるスイッチコンデンサ回路網を備える、電圧コンバータ回路のある実施形態に関する配線図を提供する。デバイス９１００は、電圧源９１１０から発振する入力電圧を受電するように適合される。入力コンデンサ９１２１、９１２２、９１２３、および９１２４は、ショットキーダイオード９１３１、９１３２、９１３３、および９１３４が、それらのコンデンサの相対電圧に起因してオンおよびオフに切り替わる際、段階的に充電されるように構成される。入力コンデンサ９１２１、９１２２、９１２３、９１２４、および出力コンデンサ９１２５は、任意の好適な容量を有することができる。いくつかの場合では、入力コンデンサは、コンデンサ９１２５の出力容量に対する組み合わせられた入力容量の比率が１を上回るように、組み合わせられた入力容量を有することができる。例えば、入力コンデンサ９１２１は、１００ｎＦの容量を有することができ、入力コンデンサ９１２２は、５０ｎＦの容量を有することができ、入力コンデンサ９１２３は、２５ｎＦの容量を有することができ、入力コンデンサ９１２４は、１５ｎＦの容量を有することができる。出力コンデンサ９１２５は、例えば、１０ｎＦの容量を有することができる。その実施例では、デバイス９１００は、電源９１１０からの入力電圧を出力コンデンサ９１２５において利用可能な変換された電圧に変換するように構成される、スイッチコンデンサ回路網を描写し、入力電圧は、組み合わせられた入力容量を有する複数の入力コンデンサ９１２１、９１２２、９１２３、および９１２４を充電し、変換された電圧は、出力容量９１２５を充電するように適合され、出力容量に対する組み合わせられた入力容量の比率は、１を上回る。
実施形態
実施形態１。一次電流経路を有する回路を過電流条件から保護するためのデバイスであって、
本デバイスを通して一次電流経路を配索するように構成される、第１の端子および第２の端子と、
第１のゲートと、第１のドレインと、第１のソースとを備える、第１のトランジスタであって、
第１のトランジスタは、空乏モードのノーマリオントランジスタであり、
第１の端子と第２の端子との間の一次電流経路内で直列に配列される、
第１のトランジスタと、
ドライバ回路であって、
第１の端子と第２の端子との間の電圧のみから導出される入力電圧を受電し、入力電圧を放出可能に貯蔵される電圧に変換するように適合される電圧コンバータ回路を備える、ドライバ回路であって、放出可能に貯蔵される電圧またはその微分電圧を、第１のソースに対する第１のゲートにおけるゲート電圧として印加するように構成される、
ドライバ回路と、
を備え、
第１の正の電圧および通常の電流条件が第１の端子から第２の端子に存在するとき、
第１のトランジスタは、電流を第１の端子と第２の端子との間に通過させるように構成され、
第２の正の電圧および過電流条件が第１の端子から第２の端子に存在するとき、
ドライバ回路は、放出可能に貯蔵される電圧またはその微分電圧をゲート電圧として印加することによって、第１のトランジスタを遮断空乏モードに駆動するように構成され、
本デバイスは、通常の電流条件中に電流を通過させ、過電流条件中に電流を実質的に遮断するように構成される、
デバイス。
実施形態２。本デバイスは、第１の端子および第２の端子以外にいかなる端子も備えていない、実施形態１に記載のデバイス。
実施形態３。一次電流経路を有する回路を過電流条件から保護するためのデバイスであって、
本デバイスを通して一次電流経路を配索するように構成される、第１の端子および第２の端子と、
第２の端子と分岐電気連通して配置されるように適合される、第３の端子と、
第１のゲートと、第１のドレインと、第１のソースとを備える、第１のトランジスタであって、
第１のトランジスタは、空乏モードのノーマリオントランジスタであり、
第１の端子と第２の端子との間の一次電流経路内で直列に配列される、
第１のトランジスタと、
ドライバ回路であって、
第２の端子と第３の端子との間の電圧から導出される入力電圧を受電し、入力電圧を放出可能に貯蔵される電圧に変換するように適合される電圧コンバータ回路を備える、ドライバ回路であって、放出可能に貯蔵される電圧またはその微分電圧を、第１のソースに対する第１のゲートにおけるゲート電圧として印加するように構成される、
ドライバ回路と、
を備え、
第１の正の電圧が第２の端子と第３の端子との間に存在し、第１の端子から第２の端子に通常の電流条件を示すとき、
第１のトランジスタは、電流を第１の端子と第２の端子との間に通過させるように構成され、
第２の正の電圧が第２の端子と第３の端子との間に存在し、第１の端子から第２の端子に過電流条件を示すとき、
ドライバ回路は、放出可能に貯蔵される電圧またはその微分電圧をゲート電圧として印加することによって、第１のトランジスタを遮断空乏モードに駆動するように構成され、
本デバイスは、通常の電流条件中に電流を通過させ、過電流条件中に電流を実質的に遮断するように構成される、
デバイス。
実施形態４。一次電流経路を有する回路を過電流条件から保護するためのデバイスであって、
本デバイスを通して一次電流経路を配索するように構成される、第１の端子および第２の端子と、
一次電流経路と分岐電気連通して配置されるように適合される、第３の端子および第４の端子と、
第１のゲートと、第１のドレインと、第１のソースとを備える、第１のトランジスタであって、
第１のトランジスタは、空乏モードのノーマリオントランジスタであり、
第１の端子と第２の端子との間の一次電流経路内で直列に配列される、
第１のトランジスタと、
ドライバ回路であって、
第３の端子と第４の端子との間の電圧から導出される入力電圧を受電し、入力電圧を放出可能に貯蔵される電圧に変換するように適合される電圧コンバータ回路を備える、ドライバ回路であって、放出可能に貯蔵される電圧またはその微分電圧を、第１のソースに対する第１のゲートにおけるゲート電圧として印加するように構成される、
ドライバ回路と、
を備え、
第１の正の電圧が第３の端子と第４の端子との間に存在し、第１の端子から第２の端子に通常の電流条件を示すとき、
第１のトランジスタは、電流を第１の端子と第２の端子との間に通過させるように構成され、
第２の正の電圧が第３の端子と第４の端子との間に存在し、第１の端子から第２の端子に過電流条件を示すとき、
ドライバ回路は、放出可能に貯蔵される電圧またはその微分電圧をゲート電圧として印加することによって、第１のトランジスタを遮断空乏モードに駆動するように構成され、
本デバイスは、通常の電流条件中に電流を通過させ、過電流条件中に電流を実質的に遮断するように構成される、デバイス。
実施形態５。一次電流経路を有する回路を過電流条件から保護するためのデバイスであって、
本デバイスを通して一次電流経路を配索するように構成される、第１の端子および第２の端子と、
第１のゲートと、第１のドレインと、第１のソースとを備える、第１のトランジスタであって、
第１のトランジスタは、空乏モードのノーマリオントランジスタであり、
第１の端子と第２の端子との間の一次電流経路内で直列に配列される、
第１のトランジスタと、
ドライバ回路であって、
第１の端子と第２の端子との間の電圧のみから導出される入力電圧を受電し、入力電圧を放出可能に貯蔵される電圧に変換するように適合される電圧コンバータ回路を備える、ドライバ回路であって、放出可能に貯蔵される電圧またはその微分電圧を、第１のソースに対する第１のゲートにおけるゲート電圧として印加するように構成される、
ドライバ回路と、
を備え、
第１の正の電圧および通常の電流条件が第１の端子から第２の端子に存在するとき、
第１のトランジスタは、電流を第１の端子と第２の端子との間に通過させるように構成され、
第２の正の電圧および過電流条件が第１の端子から第２の端子に存在するとき、
ドライバ回路は、放出可能に貯蔵される電圧またはその微分電圧をゲート電圧として印加することによって、第１のトランジスタを遮断空乏モードに駆動するように構成され、
本デバイスは、通常の電流条件中に電流を通過させ、過電流条件中に電流を実質的に遮断するように構成され、
電圧コンバータ回路は、入力電圧を逓倍し、反転させることによって、入力電圧を放出可能に貯蔵される電圧に変換し、
電圧コンバータ回路は、スイッチコンデンサ回路網を備え、１００マイクロ秒以内に入力電圧を放出可能に貯蔵される電圧に変換する、
デバイス。
実施形態６。本デバイスは、いずれの補助電力供給源も伴わずに動作するように構成される、実施形態１−５のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
実施形態７。本デバイスは、インダクタを備えていない、実施形態１−６のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
実施形態８。本デバイスは、変圧器を備えていない、実施形態１−７のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
実施形態９。第１の正の電圧および通常の電流条件が第１の端子から第２の端子に存在するとき、第１のトランジスタは、強化モードにおいて動作するように構成される、実施形態１−８のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
実施形態１０。過電流条件は、持続的過電流条件である、実施形態１−９のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
実施形態１１。ドライバ回路はさらに、ドライバ回路が過電流条件中のみゲート電圧を印加することを可能にするように構成される、少なくとも１つのスイッチトランジスタを備える、実施形態１−１０のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
実施形態１２。ドライバ回路はさらに、ドライバ回路が第１のトランジスタを遮断空乏モードに駆動または維持するときのみゲート電圧を印加することを可能にするように構成される、少なくとも１つのスイッチトランジスタを備える、実施形態１−１１のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
実施形態１３。少なくとも１つのスイッチトランジスタは、抵抗器と直列なトランジスタから成る、実施形態１２に記載のデバイス。
実施形態１４。少なくとも１つのスイッチトランジスタは、プッシュ／プル構成におけるトランジスタの対から成る、実施形態１１−１３のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
実施形態１５。トランジスタの対は、トーテムポール構成におけるバイポーラ接合トランジスタの対から成る、実施形態１４に記載のデバイス。
実施形態１６。トランジスタの対は、トーテムポール構成におけるＭＯＳＦＥＴの対から成る、実施形態１４に記載のデバイス。
実施形態１７。ドライバ回路は、保持された電圧をゲート電圧として印加するように構成される、電荷保持回路を備える、実施形態１−１６のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
実施形態１８。電荷保持回路は、直列電気連通するダイオードおよびコンデンサを備え、コンデンサの負の端部は、ダイオードのアノードに電気的に接続され、したがって、コンデンサは、ダイオードを通して充電されるが、ダイオードは、放電しないようにコンデンサを実質的に遮断し、
第１のゲートは、ダイオードとコンデンサとの間に接続される、
実施形態１７に記載のデバイス。
実施形態１９。電荷保持回路は、コンデンサ上に遮断電荷を保持するように構成される、コンデンサと直列なダイオードを備える、実施形態１７に記載のデバイス。
実施形態２０。コンデンサ上に強化電荷を保持するように構成される第２のダイオードをさらに備える、実施形態１９に記載のデバイス。
実施形態２１。コンデンサ上に空乏電荷または強化電荷を保持するように構成されるトランジスタをさらに備える、実施形態１９−２０のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
実施形態２２。トランジスタは、コンデンサ上に空乏電荷を保持するように構成される、実施形態２１に記載のデバイス。
実施形態２３。コンデンサ上の電荷を第１のゲートに指向させるように構成されるトランジスタをさらに備える、実施形態１８に記載のデバイス。
実施形態２４。電荷保持回路は、直列電気連通して充電され、放電のために並列電気連通に切り替えられ、したがって、第１のゲートおよび第１のソースがコンデンサおよび少なくとも１つのダイオードと並列電気連通するように構成される、少なくとも１つのダイオードおよびコンデンサを備える、実施形態１７に記載のデバイス。
実施形態２５。少なくとも１つのダイオードは、直列電気連通する複数のダイオードから成る、実施形態２４に記載のデバイス。
実施形態２６。電荷保持回路は、第１のゲートに接続される電荷保持トランジスタを備える、実施形態１７−２５のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
実施形態２７。電荷保持トランジスタは、第１のゲートと直列電気連通する、実施形態２６に記載のデバイス。
実施形態２８。電圧コンバータ回路は、ワンショット電圧コンバータを備える、実施形態１−２７のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
実施形態２９。電圧コンバータ回路は、長期使用電圧コンバータを備える、実施形態１−２８のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
実施形態３０。長期使用電圧コンバータは、発振器に結合される、実施形態２９に記載のデバイス。
実施形態３１。発振器は、発振器が発振器トリガ電圧を受電した後でのみ、長期使用電圧コンバータに放出可能に貯蔵される電圧を提供させるように構成される、実施形態３０に記載のデバイス。
実施形態３２。電圧コンバータ回路は、ジャンプスタート電圧コンバータを備える、実施形態１−３１のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
実施形態３３。電圧コンバータ回路は、入力電圧を逓倍する、逓降する、反転させる、恒等変換する、またはそれらの２つもしくはそれを上回るものの組み合わせを行うように適合される、実施形態１−３２のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
実施形態３４。電圧コンバータ回路は、入力電圧を自己触媒的に変換するように適合される、実施形態１−３３のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
実施形態３５。電圧コンバータ回路は、入力電圧を放出可能に貯蔵される電圧に変換するように構成される、並列／直列スイッチコンデンサ回路網を備える、実施形態１−３４のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
実施形態３６。並列／直列スイッチコンデンサ回路網は、入力電圧を逓倍することによって、入力電圧を放出可能に貯蔵される電圧に変換するように構成される、実施形態３５に記載のデバイス。
実施形態３７。並列／直列スイッチコンデンサ回路網は、入力電圧を放出可能に貯蔵される電圧に自己触媒的に変換するように構成される、実施形態３５−３６のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
実施形態３８。並列／直列スイッチコンデンサ回路網は、
入力電圧によって充電され、放出可能に貯蔵される電圧を提供するために放電するように構成される、複数のコンデンサと、
「オフ」状態にあるとき、複数のコンデンサを並列電気連通において構成し、「オン」状態にあるとき、複数のコンデンサを直列電気連通において構成する、複数のトランジスタと、
を備える、実施形態３５−３７のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
実施形態３９。並列／直列スイッチコンデンサ回路網は、
入力電圧によって充電され、放出可能に貯蔵される電圧を提供するために放電するように構成される、複数のコンデンサと、
順方向にバイアスされるとき、複数のコンデンサを並列電気連通において構成し、逆方向にバイアスされるとき、複数のコンデンサを直列電気連通において構成する、複数のダイオードと、
を備える、実施形態３５−３７のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
実施形態４０。電圧コンバータ回路は、入力電圧を放出可能に貯蔵される電圧に変換するように構成される、スイッチコンデンサ回路網を備える、実施形態１−３４のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
実施形態４１。スイッチコンデンサ回路網は、Ｃｏｃｋｒａｆｔ−Ｗａｌｔｏｎ逓倍器およびＤｉｃｋｓｏｎ電荷ポンプ、ならびにそれらの組み合わせから選定される、実施形態３９に記載のデバイス。
実施形態４２。電圧コンバータ回路は、入力電圧を放出可能に貯蔵される電圧に過電流損傷限定時間内に変換するように構成される、実施形態１−４１のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
実施形態４３。電圧コンバータ回路は、入力電圧を放出可能に貯蔵される電圧に１００マイクロ秒以内に変換するように構成される、実施形態１−４２のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
実施形態４４。電圧コンバータ回路は、入力電圧を放出可能に貯蔵される電圧に１０マイクロ秒以内に変換するように構成される、実施形態１−４３のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
実施形態４５。電圧コンバータ回路は、入力電圧を放出可能に貯蔵される電圧に１マイクロ秒以内に変換するように構成される、実施形態１−４４のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
実施形態４６。電圧コンバータ回路は、入力電圧を放出可能に貯蔵される電圧に１００ナノ秒以内に変換するように構成される、実施形態１−４５のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
実施形態４７。電圧コンバータ回路は、入力電圧を放出可能に貯蔵される電圧に２０ナノ秒以内に変換するように構成される、実施形態１−４６のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
実施形態４８。電圧コンバータ回路は、インダクタを備えていない、実施形態１−６および８−４７のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
実施形態４９。電圧コンバータ回路は、コンデンサを備える、実施形態１−４８のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
実施形態５０。ドライバ回路はさらに、放出可能に貯蔵される電圧を浮動させ、浮動電圧を取得するように構成される電圧浮動回路を備え、
ドライバ回路は、浮動電圧または浮動電圧の微分をゲート電圧として印加するように構成される、
実施形態１−４９のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
実施形態５１。電圧浮動回路は、コンデンサと、少なくとも１つのトランジスタとを備える、実施形態５０に記載のデバイス。
実施形態５２。電圧浮動回路は、プッシュ／プル構成において配列されるトランジスタの対を備える、実施形態５０−５１のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
実施形態５３。電圧浮動回路は、コンデンサと、ダイオードとを備え、コンデンサの正の端子は、ダイオードのカソードに接続され、コンデンサの負の端子は、ダイオードのアノードに接続される、実施形態５０−５２のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
実施形態５４。電圧浮動回路は、コンデンサと、ダイオードとを備え、コンデンサの負の端子は、ダイオードのアノードに接続され、
コンデンサの正の端子をダイオードのカソードに選択的に接続し、それによって、コンデンサをダイオードと並列に選択的に配置するように構成される、フロータスイッチトランジスタをさらに備える、
実施形態５０−５２のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
実施形態５５。電圧浮動回路は、コンデンサと、ダイオードとを備え、コンデンサの正の端子は、ダイオードのカソードに接続され、
コンデンサの負の端子をダイオードのアノードに選択的に接続し、それによって、コンデンサをダイオードと並列に選択的に配置するように構成される、フロータスイッチトランジスタをさらに備える、
実施形態５０−５２のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
実施形態５６。ダイオードのカソードはさらに、第１のソースに接続される、実施形態５３−５５のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
実施形態５７。ダイオードのアノードはさらに、第１のソースに接続される、実施形態５３−５５のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
実施形態５８。電圧浮動回路は、コンデンサと、フロータ充電トランジスタとを備え、コンデンサは、フロータ充電トランジスタの第１の端部に直列に接続され、
コンデンサをフロータ充電トランジスタの第２の端部と選択的に接続し、コンデンサをフロータ充電トランジスタと並列にフレキシブルに配置するように構成される、フロータスイッチトランジスタをさらに備える、
実施形態５０−５２のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
実施形態５９。電圧浮動回路は、過電流条件中のみ、放出可能に貯蔵される電圧を浮動させるように構成される、実施形態５０−５８のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
実施形態６０。電圧浮動回路は、ドライバ回路が第１のトランジスタを遮断空乏モードに駆動または維持しているときのみ、放出可能に貯蔵される電圧を浮動させるように構成される、実施形態５０−５９のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
実施形態６１。電圧浮動回路は、ワンショット電圧フロータを備え、ドライバ回路は、過電流条件の開始時のみ、浮動電圧または浮動電圧の微分をゲート電圧として印加するように構成される、実施形態５０−６０のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
実施形態６２。電圧浮動回路は、長期使用電圧フロータを備える、実施形態５０−６１のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
実施形態６３。長期使用電圧フロータは、発振器に結合される、実施形態６２に記載のデバイス。
実施形態６４。発振器は、プッシュ／プル構成におけるトランジスタの対を変調することによって、長期使用電圧フロータに放出可能に貯蔵される電圧を浮動させるように構成される、実施形態６３に記載のデバイス。
実施形態６５。第１の端子と第２の端子との間を通過するであろう電流を監視し、
電流が過電流条件を表すとき、第１のトランジスタを遮断空乏モードに駆動するようにドライバ回路を構成する、
ように構成される、電流監視回路をさらに備える、実施形態１−６４のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
実施形態６６。電流監視回路は、第１の端子と第２の端子との間の電圧を測定することによって、電流を監視する、実施形態６５に記載のデバイス。
実施形態６７。過電流条件が持続的過電流条件になるまで、ドライバ回路が第１のトランジスタを遮断空乏モードに駆動しないように遅延させるように構成される、遮断遅延タイマ回路をさらに備える、実施形態１−６６のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
実施形態６８。遮断遅延タイマ回路は、第１の端子および第２の端子と並列に抵抗器およびコンデンサを備える、実施形態６７に記載のデバイス。
実施形態６９。遮断遅延タイマ回路は、第１の端子および第２の端子と並列に遮断遅延トランジスタおよびコンデンサを備える、実施形態６７に記載のデバイス。
実施形態７０。遮断遅延トランジスタは、バイポーラ接合トランジスタ、強化モードＭＯＳＦＥＴ、空乏モードＭＯＳＦＥＴ、ゼロ閾値トランジスタ、および空乏モードＪＦＥＴから選定される、実施形態６９に記載のデバイス。
実施形態７１。本デバイス内のトランジスタにおけるゲート電圧を逓降するように構成される、ゲート保護回路をさらに備える、実施形態１−７０のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
実施形態７２。ゲート保護回路は、ツェナーダイオードを備える、実施形態７１に記載のデバイス。
実施形態７３。ゲート保護回路は、第１のトランジスタと並列のゲート保護トランジスタと、ゲート保護トランジスタのゲートと第２の端子との間で直列電気連通するゲート抵抗器とを備える、実施形態７１に記載のデバイス。
実施形態７４。過電流条件がもはや存在しないとき、第１のトランジスタを遮断空乏モードから駆動するようにドライバ回路を構成するように構成される、リセット回路をさらに備える、実施形態１−７３のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
実施形態７５。安全な電流条件が持続的な安全な電流条件になるまで、リセット回路がドライバ回路を構成しないように遅延させるように構成される、リセット遅延タイマ回路をさらに備える、実施形態７４に記載のデバイス。
実施形態７６。第１のトランジスタと一次電流経路内で、第１の端子と第２の端子との間で直列に配列される、感知抵抗器をさらに備える、実施形態１−７５のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
実施形態７７。感知抵抗器は、第１のトランジスタと第２の端子との間で直列に配列される、実施形態７６に記載のデバイス。
実施形態７８。第１のトランジスタと一次電流経路内で、第１の端子と第２の端子との間で直列に配列される、温度応答要素をさらに備える、実施形態１−７７のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
実施形態７９。温度応答要素は、事前判定された温度閾値を上回る電流を遮断するように構成される、ポリマー正温度係数デバイスから成る、実施形態７８に記載のデバイス。
実施形態８０。１つまたはそれを上回るトランジスタをさらに備え、１つまたはそれを上回るトランジスタの各トランジスタは、第１のドレインと直接並列電気連通するドレインと、第１のソースと直接並列電気連通するソースと、第１のゲートと並列電気連通するゲートとを有する、実施形態１−７９のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
実施形態８１。第２のゲートと、第２のドレインと、第２のソースとを有する、第２のトランジスタをさらに備え、
第２のトランジスタは、第１のトランジスタと一次電流経路内で、第１の端子と第２の端子との間に直列に配列され、
第２のトランジスタは、第１のトランジスタよりも低いゲート容量を呈し、
第２のトランジスタは、第２のドレインおよび第２のソースを横断する電圧降下が第１のゲートに印加されるように構成される、
実施形態１−８０のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
実施形態８２。電圧コンバータ回路を備えるドライバ回路は、
第１の端子と第２の端子との間の電圧のみから導出される入力電圧を放出可能に貯蔵される電圧に変換し、放出可能に貯蔵される電圧を浮動させ、浮動電圧を取得し、過電流条件の発生に応じて、放出可能に貯蔵される電圧またはその微分電圧を、第１のソースに対する第１のゲートにおけるゲート電圧として印加し、少なくとも過電流条件の持続時間にわたって、遮断された電圧を繰り返し変換し、浮動させ、印加するように発振し、第１のトランジスタを遮断空乏モードに駆動および維持するように構成される、発振電圧コンバータおよびフロータ回路を備え、
それによって、回路を過電流条件から保護する、
実施形態１−８１のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
実施形態８３。第１のトランジスタは、ＧａＮ空乏モードのノーマリオントランジスタから成る、実施形態１−８２のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
実施形態８４。ＧａＮ空乏モードのノーマリオントランジスタは、電界効果トランジスタである、実施形態８３に記載のデバイス。
実施形態８５。ＧａＮ空乏モードのノーマリオントランジスタは、双方向トランジスタである、実施形態８３に記載のデバイス。
実施形態８６。第１の正の電圧および通常の電流条件が第１の端子から第２の端子に存在するとき、電圧コンバータ回路を備えるドライバ回路は、放出可能に貯蔵される電圧またはその微分電圧をゲート電圧として印加することによって、第１のトランジスタを強化モードに駆動するように構成される、実施形態１−８５のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
実施形態８７。電圧コンバータ回路は、第１の正の電圧またはその微分電圧を変換し、放出可能に貯蔵される電圧を取得するように構成される、実施形態８６に記載のデバイス。
実施形態８８。電圧コンバータ回路は、第１の正の電圧またはその微分電圧を自己触媒的に変換し、放出可能に貯蔵される電圧を取得するように構成される、実施形態８６−８７のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
実施形態８９。第２の正の電圧および過電流条件が、第１の端子から第２の端子への安全な電圧および安全な電流条件によって置換されると、
電圧コンバータ回路を備えるドライバ回路は、安全な電圧またはその微分電圧を変換し、安全な放出可能に貯蔵される電圧を取得するように構成され、
安全な放出可能に貯蔵される電圧またはその微分電圧をゲート電圧として印加することによって、第１のトランジスタを強化モードに駆動する、
実施形態１−８８のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
実施形態９０。電圧コンバータ回路は、安全な電圧またはその微分電圧を自己触媒的に変換し、安全な放出可能に貯蔵される電圧を取得するように構成される、実施形態８９に記載のデバイス。
実施形態９１。その安全な微分電圧は、安全な浮動電圧である、実施形態８９−９０のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
実施形態９２。実施形態１−９１のうちのいずれか１項に記載のデバイスを形成する方法であって、第１の端子と第２の端子との間の一次電流経路内で第１のトランジスタを直列に配列するステップを含む、方法。
実施形態９３。一次電流経路を有する回路を過電流条件から保護するための方法であって、回路内を流動する全ての電流が、本デバイスを通して流動する、またはそれによって遮断されるように、一次電流経路内に実施形態１−９１のうちのいずれか１項に記載のデバイスを配置するステップを含む、方法。
実施形態９４。過電流条件に対して回路を保護するための方法であって、
実施形態１−９１のうちのいずれか１項に記載のデバイスを提供するステップと、
回路内を流動する全ての電流が、本デバイスを通して流動する、またはそれによって遮断されるように、第１の端子および第２の端子を回路内で直列電気連通するように配置するステップと、
非ゼロ電圧が第１の端子と第２の端子との間に存在するとき、
非ゼロ電圧を変換し、放出可能に貯蔵される電圧を取得するステップと、
放出可能に貯蔵される電圧を浮動させ、浮動電圧を取得するステップと、
過電流条件が第１の端子と第２の端子との間に存在するとき、
浮動電圧を第１のゲートに印加し、第１のトランジスタを遮断空乏モードに駆動するステップと、
それによって、第１の端子と第２の端子との間の実質的に全ての電流を遮断するステップと、
それによって、回路を過電流条件から保護するステップと、
を含む、方法。
実施形態９５。過電流条件に対して回路を保護するための方法であって、
実施形態１−９１のうちのいずれか１項に記載のデバイスを提供するステップと、
回路内を流動する全ての電流が、本デバイスを通して流動する、またはそれによって遮断されるように、第１の端子および第２の端子を回路内で直列電気連通するように配置するステップと、
非ゼロ電圧および過電流条件が第１の端子と第２の端子との間に存在するとき、
非ゼロ電圧を変換し、放出可能に貯蔵される電圧を取得するステップと、
放出可能に貯蔵される電圧を浮動させ、浮動電圧を取得するステップと、
浮動電圧を第１のゲートに印加し、第１のトランジスタを遮断空乏モードに駆動するステップと、
それによって、第１の端子と第２の端子との間の実質的に全ての電流を遮断するステップと、
それによって、回路を過電流条件から保護するステップと、
を含む、方法。
実施形態９６。非ゼロ電圧を変換するステップは、非ゼロ電圧を自己触媒的に変換するステップを含む、実施形態９４−９５のうちのいずれか１項に記載の方法。
実施形態９７。過電流条件に対して回路を保護するための方法であって、
実施形態１−９１のうちのいずれか１項に記載のデバイスを提供するステップと、
回路内を流動する全ての電流が、本デバイスを通して流動する、またはそれによって遮断されるように、第１の端子および第２の端子を回路内で直列電気連通するように配置するステップと、
非ゼロ電圧および過電流条件が第１の端子と第２の端子との間に存在するとき、
非ゼロ電圧を自己触媒的に変換し、放出可能に貯蔵される電圧を取得するステップと、
放出可能に貯蔵される電圧を浮動させ、浮動電圧を取得するステップと、
浮動電圧を第１のゲートに印加し、第１のトランジスタを遮断空乏モードに駆動するステップと、
それによって、第１の端子と第２の端子との間の実質的に全ての電流を遮断するステップと、
それによって、回路を過電流条件から保護するステップと、
を含む、方法。
実施形態９８。過電流条件に対して回路を保護するための方法であって、
デバイスであって、
第１の端子および第２の端子と、
第１のゲートと、第１のドレインと、第１のソースとを備える、第１のトランジスタと、
を有し、
第１のトランジスタは、空乏モードのノーマリオントランジスタであり、
第１のトランジスタは、第１の端子と第２の端子との間の一次電流経路内で直列に配列され、
いかなる補助電力も受電しないように構成される、
デバイスを提供するステップと、
回路内を流動する全ての電流が、本デバイスを通して流動する、またはそれによって遮断されるように、第１の端子および第２の端子を回路内で直列電気連通するように配置するステップと、
非ゼロ電圧が第１の端子と第２の端子との間に存在するとき、
非ゼロ電圧を変換し、放出可能に貯蔵される電圧を取得するステップと、
放出可能に貯蔵される電圧を浮動させ、浮動電圧を取得するステップと、
過電流条件が第１の端子と第２の端子との間に存在するとき、
浮動電圧を第１のゲートに印加し、第１のトランジスタを遮断空乏モードに駆動するステップと、
それによって、第１の端子と第２の端子との間の実質的に全ての電流を遮断するステップと、
それによって、回路を過電流条件から保護するステップと、
を含む、方法。
実施形態９９。過電流条件に対して回路を保護するための方法であって、
デバイスであって、
第１の端子および第２の端子と、
第１のゲートと、第１のドレインと、第１のソースとを備える、第１のトランジスタと、
を有し、
第１のトランジスタは、空乏モードのノーマリオントランジスタであり、
第１のトランジスタは、第１の端子と第２の端子との間の一次電流経路内で直列に配列され、
いかなる補助電力も受電しないように構成される、
デバイスを提供するステップと、
回路内を流動する全ての電流が、本デバイスを通して流動する、またはそれによって遮断されるように、第１の端子および第２の端子を回路内で直列電気連通するように配置するステップと、
非ゼロ電圧および過電流条件が第１の端子と第２の端子との間に存在するとき、
非ゼロ電圧を変換し、放出可能に貯蔵される電圧を取得するステップと、
放出可能に貯蔵される電圧を浮動させ、浮動電圧を取得するステップと、
浮動電圧を第１のゲートに印加し、第１のトランジスタを遮断空乏モードに駆動するステップと、
それによって、第１の端子と第２の端子との間の実質的に全ての電流を遮断するステップと、
それによって、回路を過電流条件から保護するステップと、
を含む、方法。
実施形態１００。放出可能に貯蔵される電圧を取得するステップは、非ゼロ電圧を自己触媒的に変換するステップを含む、実施形態９８−９９のうちのいずれか１項に記載の方法。
実施形態１０１。過電流条件に対して回路を保護するための方法であって、
デバイスであって、
第１の端子および第２の端子と、
第１のゲートと、第１のドレインと、第１のソースとを備える、第１のトランジスタと、
有し、
第１のトランジスタは、空乏モードのノーマリオントランジスタであり、
第１のトランジスタは、第１の端子と第２の端子との間の一次電流経路内で直列に配列される、
デバイスを提供するステップと、
回路内を流動する全ての電流が、本デバイスを通して流動する、またはそれによって遮断されるように、第１の端子および第２の端子を回路内で直列電気連通するように配置するステップと、
過電流条件が第１の端子と第２の端子との間に存在するとき、
非ゼロ電圧を自己触媒的に変換し、放出可能に貯蔵される電圧を取得するステップと、
放出可能に貯蔵される電圧を第１のゲートに印加し、第１のトランジスタを遮断空乏モードに駆動するステップと、
それによって、第１の端子と第２の端子との間の実質的に全ての電流を遮断するステップと、
それによって、回路を過電流条件から保護するステップと、
を含む、方法。
実施形態１０２。非ゼロ電圧は、第１の端子と第２の端子との間の電圧である、またはそれから導出される、実施形態１０１に記載の方法。
実施形態１０３。非ゼロ電圧は、本デバイスに供給される補助電力から導出される、実施形態１０１に記載の方法。
実施形態１０４。補助電力は、バッテリ、熱エネルギーコンバータ、無線周波数コンバータ、光／電気コンバータ、独立した主供給源、またはそれらの組み合わせから選定される、実施形態１０３に記載の方法。
実施形態１０５。本デバイスは、いかなる補助電力も受電しないように構成される、実施形態１０１−１０２のうちのいずれか１項に記載の方法。
実施形態１０６。過電流条件に対して回路を保護するための方法であって、
デバイスであって、
第１の端子および第２の端子と、
第１のゲートと、第１のドレインと、第１のソースとを備える、第１のトランジスタと、
を有し、
第１のトランジスタは、空乏モードのノーマリオントランジスタであり、
第１のトランジスタは、第１の端子と第２の端子との間の一次電流経路内で直列に配列される、
デバイスを提供するステップと、
回路内を流動する全ての電流が、本デバイスを通して流動する、またはそれによって遮断されるように、第１の端子および第２の端子を回路内で直列電気連通するように配置するステップと、
過電流条件が第１の端子と第２の端子との間に存在するとき、
非ゼロ電圧を自己触媒的に変換し、放出可能に貯蔵される電圧を取得するステップと、
放出可能に貯蔵される電圧を浮動させ、浮動電圧を取得するステップと、
浮動電圧を第１のゲートに印加し、第１のトランジスタを遮断空乏モードに駆動するステップと、
それによって、第１の端子と第２の端子との間の実質的に全ての電流を遮断するステップと、
それによって、回路を過電流条件から保護するステップと、
を含む、方法。
実施形態１０７。第１の端子と第２の端子との間の一次電流経路は、低抵抗経路を画定し、第１のトランジスタのみ、または随意に、第１のトランジスタと並列の１つもしくはそれを上回るトランジスタが、低抵抗経路内で直列に配列される、実施形態９２−１０６のうちのいずれか１項に記載の方法。
実施形態１０８。放出可能に貯蔵される電圧を取得するステップは、非ゼロ電圧を放出可能に貯蔵される電圧に変換するように構成される、並列／直列スイッチコンデンサ回路網を備える電圧コンバータ回路を採用する、実施形態９４−１０７のうちのいずれか１項に記載の方法。
実施形態１０９。放出可能に貯蔵される電圧を取得するステップは、非ゼロ電圧を逓倍するステップを含む、実施形態１０８に記載の方法。
実施形態１１０。過電流条件は、持続的過電流条件である、実施形態９３−１０９のうちのいずれか１項に記載の方法。
実施形態１１１。変換するステップは、過電流条件が存在するまで起こらない、実施形態９４−１１０のうちのいずれか１項に記載の方法。
実施形態１１２。浮動させるステップは、過電流条件が存在するまで起こらない、実施形態９４−１１１のうちのいずれか１項に記載の方法。
実施形態１１３。変換するステップは、逓倍するステップ、逓降するステップ、反転させるステップ、および恒等変換するステップのうちの１つまたはそれを上回るものを含む、実施形態９４−１１２のうちのいずれか１項に記載の方法。
実施形態１１４。本デバイスは、インダクタを備えていない、実施形態９３−１１３のうちのいずれか１項に記載の方法。
実施形態１１５。本デバイスは、変圧器を備えていない、実施形態９３−１１３のうちのいずれか１項に記載の方法。
実施形態１１６。放出可能に貯蔵される電圧を浮動させるステップは、放出可能に貯蔵される電圧を切り替えるステップを含む、実施形態９４−１００および１０６−１１５のうちのいずれか１項に記載の方法。
実施形態１１７。切り替えるステップは、浮動スイッチトランジスタを採用する、実施形態１１６に記載の方法。
実施形態１１８。切り替えるステップは、浮動スイッチダイオードを採用する、実施形態１１６に記載の方法。
実施形態１１９。切り替えるステップは、放出可能に貯蔵される電圧をダイオードと並列に配置するステップを含み、放出可能に貯蔵される電圧の正の端部は、ダイオードのカソードに接続され、放出可能に貯蔵される電圧の負の端部は、ダイオードのアノードに接続される、実施形態１１６−１１８のうちのいずれか１項に記載の方法。
実施形態１２０。切り替えるステップは、放出可能に貯蔵される電圧をフロータ充電トランジスタと並列に配置するステップを含み、放出可能に貯蔵される電圧の第１の導線が、フロータ充電トランジスタの第１の端部に接続され、放出可能に貯蔵される電圧の第２の導線が、フロータ充電トランジスタと並列にフレキシブルに構成されるように適合される、実施形態１１６−１１８のうちのいずれか１項に記載の方法。
実施形態１２１。放出可能に貯蔵される電圧を第１のゲートに印加し、第１のトランジスタを遮断空乏に駆動するステップは、放出可能に貯蔵される電圧を第１のゲートおよび第１のソースと並列に配置するステップを含む、実施形態１０１−１０５、１０７−１１１、および１１３−１１５のうちのいずれか１項に記載の方法。
実施形態１２２。浮動電圧を第１のゲートに印加し、第１のトランジスタを遮断空乏に駆動するステップは、浮動電圧を第１のゲートおよび第１のソースと並列に配置するステップを含む、実施形態９４−１００および１０６−１２０のうちのいずれか１項に記載の方法。
実施形態１２３。第１のトランジスタは、過電流条件の不在下で強化モードにない、実施形態９３−１２１のうちのいずれか１項に記載の方法。
実施形態１２４。本デバイスは、過電流条件の不在下で電圧を逓倍しない、または反転させない、実施形態９３−１２３のうちのいずれか１項に記載の方法。
実施形態１２５。第１の端子と第２の端子との間の安全な電圧を判定することによって、過電流条件がもはや存在しないことを検出するステップと、
安全な電圧を変換し、安全な放出可能に貯蔵される電圧を取得するステップと、
安全な放出可能に貯蔵される電圧を第１のゲートに印加し、第１のトランジスタを遮断空乏モードから駆動するステップと、
それによって、電流が第１の端子と第２の端子との間を流動することを可能にするステップと、
をさらに含む、実施形態９４−１２４のうちのいずれか１項に記載の方法。
実施形態１２６。安全な放出可能に貯蔵される電圧を第１のゲートに印加するステップは、第１のトランジスタを強化モードに駆動するステップを含む、実施形態１２５に記載の方法。
実施形態１２７。第１の端子と第２の端子との間の安全な電圧を判定することによって、過電流条件がもはや存在しないことを検出するステップと、
安全な電圧を変換し、安全な放出可能に貯蔵される電圧を取得するステップと、
安全な放出可能に貯蔵される電圧を浮動させ、安全な浮動電圧を取得するステップと、
安全な浮動電圧を第１のゲートに印加し、第１のトランジスタを遮断空乏モードから駆動するステップと、
それによって、電流が第１の端子と第２の端子との間を流動することを可能にするステップと、
をさらに含む、実施形態９４−１２４のうちのいずれか１項に記載の方法。
実施形態１２８。安全な浮動電圧を第１のゲートに印加するステップは、第１のトランジスタを強化モードに駆動するステップを含む、実施形態１２７に記載の方法。
実施形態１２９。安全な電圧を変換するステップは、逓倍するステップ、逓降するステップ、反転させるステップ、および恒等変換するステップのうちの１つまたはそれを上回るものを含む、実施形態１２５−１２８のうちのいずれか１項に記載の方法。
実施形態１３０。非ゼロ電圧を変換するステップは、
非ゼロ電圧から２つまたはそれを上回るコンデンサを充電し、２つまたはそれを上回るコンデンサは、２つまたはそれを上回るコンデンサを並列に構成するスイッチング配列によって、電気的に接続され、それによって、貯蔵される電圧を提供するステップと、
２つまたはそれを上回るコンデンサを直列に構成するようにスイッチング配列を切り替えることによって、貯蔵される電圧を逓倍し、それによって、放出可能に貯蔵される電圧を提供するステップと、
を含み、
放出可能に貯蔵される電圧は、切替を駆動することによって、逓倍を促し、実施形態９４−９６、９８−１００、および１０７−１２９のうちのいずれか１項に記載の方法。
実施形態１３１。自己触媒的に変換するステップは、
非ゼロ電圧から２つまたはそれを上回るコンデンサを充電し、２つまたはそれを上回るコンデンサは、２つまたはそれを上回るコンデンサを並列に構成するスイッチング配列によって、電気的に接続され、それによって、貯蔵される電圧を提供するステップと、
２つまたはそれを上回るコンデンサを直列に構成するようにスイッチング配列を切り替えることによって、貯蔵される電圧を逓倍し、それによって、放出可能に貯蔵される電圧を提供するステップと、
を含み、
放出可能に貯蔵される電圧は、切替を駆動することによって、逓倍を促し、実施形態９７および１０７−１２９のうちのいずれか１項に記載の方法。
実施形態１３２。自己触媒的に変換するステップは、
スイッチング配列によって、並列電気連通するようにフレキシブルに構成される複数のコンデンサを提供するステップと、
非ゼロ電圧と並列の複数のコンデンサを充電し、貯蔵される電圧を取得するステップと、
複数のコンデンサが、少なくとも部分的に電気的に直列に接続された状態になり、逓倍された電圧を生産するように、スイッチング配列を切り替えることによって、貯蔵される電圧を逓倍するステップと、
複数のコンデンサが、完全に電気的に直列に接続された状態になるように、逓倍された電圧を用いて切替を駆動することによって、逓倍された電圧を増加させ、それによって、非ゼロ電圧を自己触媒的に変換し、放出可能に貯蔵される電圧を取得するステップと、
を含む、実施形態９７および１０１−１２９のうちのいずれか１項に記載の方法。
実施形態１３３。自己触媒的に変換するステップは、
スイッチング配列によって、並列電気連通するようにフレキシブルに構成される複数のコンデンサを提供するステップと、
入力電圧と並列の複数のコンデンサを充電するステップと、
複数のコンデンサの一部が、直列電気連通するようにフレキシブルに構成された状態になり、部分的に逓倍された電圧を提供するように、スイッチング配列を部分的に切り替えるステップと、
部分的に逓倍された電圧を使用して、部分的に切り替えるステップの少なくとも一部を駆動するステップと、
複数のコンデンサが、完全に直列電気連通するまで、部分的に切り替えるステップおよび駆動するステップを繰り返し、それによって、入力電圧を自己触媒的に変換し、放出可能に貯蔵される電圧を取得するステップと、
を含む、実施形態９７および１０１−１２９のうちのいずれか１項に記載の方法。
実施形態１３４。スイッチング配列は、並列または直列構成における複数のコンデンサにフレキシブルに接続するように構成される、複数のトランジスタを備える、実施形態１３０−１３３のうちのいずれか１項に記載の方法。
実施形態１３５。複数のコンデンサは、複数のトランジスタ内のトランジスタのゲートの少なくとも一部を駆動するように構成される、実施形態１３４に記載の方法。
実施形態１３６。過電流条件に対して回路を保護するための方法であって、
実施形態３−４および６−９１のうちのいずれか１項に記載のデバイスを提供するステップと、
回路内を流動する全ての電流が、本デバイスを通して流動する、またはそれによって遮断されるように、第１の端子および第２の端子を回路内で直列電気連通するように配置するステップと、
第３の端子を第２の端子と分岐電気連通するように配置するステップ、または実施形態４に記載の第４の端子が存在する場合、第３の端子および第４の端子を一次電流経路と分岐電気連通するように配置するステップと、
非ゼロ電圧が第２の端子と第３の端子との間に存在するとき、
または実施形態４に記載の第４の端子が存在する場合、非ゼロ電圧が第３の端子と第４の端子との間に存在するとき、
非ゼロ電圧を変換し、放出可能に貯蔵される電圧を取得するステップと、
放出可能に貯蔵される電圧を浮動させ、浮動電圧を取得するステップと、
過電流条件が第１の端子と第２の端子との間に存在するとき、
浮動電圧を第１のゲートに印加し、第１のトランジスタを遮断空乏モードに駆動するステップと、
それによって、第１の端子と第２の端子との間の実質的に全ての電流を遮断するステップと、
それによって、回路を過電流条件から保護するステップと、
を含む、方法。
実施形態１３７。過電流条件に対して回路を保護するための方法であって、
実施形態３−４および６−９１のうちのいずれか１項に記載のデバイスを提供するステップと、
回路内を流動する全ての電流が、本デバイスを通して流動する、またはそれによって遮断されるように、第１の端子および第２の端子を回路内で直列電気連通するように配置するステップと、
第３の端子を第２の端子と分岐電気連通するように配置するステップ、または実施形態４に記載の第４の端子が存在する場合、第３の端子および第４の端子を一次電流経路と分岐電気連通するように配置するステップと、
非ゼロ電圧が第２の端子と第３の端子との間、または第４の端子が存在するとき、第３の端子と第４の端子との間に存在し、そのような非ゼロ電圧が、過電流条件が第１の端子と第２の端子との間に存在することを示すとき、
非ゼロ電圧を変換し、放出可能に貯蔵される電圧を取得するステップと、
放出可能に貯蔵される電圧を浮動させ、浮動電圧を取得するステップと、
浮動電圧を第１のゲートに印加し、第１のトランジスタを遮断空乏モードに駆動するステップと、
それによって、第１の端子と第２の端子との間の実質的に全ての電流を遮断するステップと、
それによって、回路を過電流条件から保護するステップと、
を含む、方法。
実施形態１３８。非ゼロ電圧を変換するステップは、非ゼロ電圧を自己触媒的に変換するステップを含む、実施形態１３６−１３７のうちのいずれか１項に記載の方法。
実施形態１３９。過電流条件に対して回路を保護するための方法であって、
実施形態３−４および６−９１のうちのいずれか１項に記載のデバイスを提供するステップと、
回路内を流動する全ての電流が、本デバイスを通して流動する、またはそれによって遮断されるように、第１の端子および第２の端子を回路内で直列電気連通するように配置するステップと、
第３の端子を第２の端子と分岐電気連通するように配置するステップ、または実施形態４に記載の第４の端子が存在する場合、第３の端子および第４の端子を一次電流経路と分岐電気連通するように配置するステップと、
非ゼロ電圧が第２の端子と第３の端子との間、または第４の端子が存在するとき、第３の端子と第４の端子との間に存在し、そのような非ゼロ電圧が、過電流条件が第１の端子と第２の端子との間に存在することを示すとき、
非ゼロ電圧を自己触媒的に変換し、放出可能に貯蔵される電圧を取得するステップと、
放出可能に貯蔵される電圧を浮動させ、浮動電圧を取得するステップと、
浮動電圧を第１のゲートに印加し、第１のトランジスタを遮断空乏モードに駆動するステップと、
それによって、第１の端子と第２の端子との間の実質的に全ての電流を遮断するステップと、
それによって、回路を過電流条件から保護するステップと、
を含む、方法。
実施形態１４０。過電流条件に対して回路を保護するための方法であって、
デバイスであって、
第１の端子および第２の端子と、
第１のゲートと、第１のドレインと、第１のソースとを備える、第１のトランジスタであって、
第１のトランジスタは、空乏モードのノーマリオントランジスタであり、
第１の端子と第２の端子との間の一次電流経路内で直列に配列される、
第１のトランジスタと、
第２の端子と分岐電気連通して配置されるように適合される、第３の端子または一次電流経路と分岐電気連通して配置されるように適合される、第３の端子および第４の端子と、
を有し、
いかなる補助電力も受電しないように構成される、
デバイスを提供するステップと、
回路内を流動する全ての電流が、本デバイスを通して流動する、またはそれによって遮断されるように、第１の端子および第２の端子を回路内で直列電気連通するように配置するステップと、
第３の端子を第２の端子と分岐電気連通するように配置するステップ、または第４の端子が存在するとき、第３の端子および第４の端子を一次電流経路と分岐電気連通するように配置するステップと、
非ゼロ電圧が第２端子と第３の端子との間、または第４の端子が存在するとき、第３の端子と第４の端子との間に存在するとき、
非ゼロ電圧を変換し、放出可能に貯蔵される電圧を取得するステップと、
放出可能に貯蔵される電圧を浮動させ、浮動電圧を取得するステップと、
過電流条件が第１の端子と第２の端子との間に存在するとき、
浮動電圧を第１のゲートに印加し、第１のトランジスタを遮断空乏モードに駆動するステップと、
それによって、第１の端子と第２の端子との間の実質的に全ての電流を遮断するステップと、
それによって、回路を過電流条件から保護するステップと、
を含む、方法。
実施形態１４１。過電流条件に対して回路を保護するための方法であって、
デバイスであって、
第１の端子および第２の端子と、
第１のゲートと、第１のドレインと、第１のソースとを備える、第１のトランジスタであって、
第１のトランジスタは、空乏モードのノーマリオントランジスタであり、
第１の端子と第２の端子との間の一次電流経路内で直列に配列される、
第１のトランジスタと、
第２の端子と分岐電気連通して配置されるように適合される、第３の端子または一次電流経路と分岐電気連通して配置されるように適合される、第３の端子および第４の端子と、
を有し、
いかなる補助電力も受電しないように構成される、
デバイスを提供するステップと、
回路内を流動する全ての電流が、本デバイスを通して流動する、またはそれによって遮断されるように、第１の端子および第２の端子を回路内で直列電気連通するように配置するステップと、
第３の端子を第２の端子と分岐電気連通するように配置するステップ、または第４の端子が存在するとき、第３の端子および第４の端子を一次電流経路と分岐電気連通するように配置するステップと、
非ゼロ電圧が第２の端子と第３の端子との間、または第４の端子が存在するとき、第３の端子と第４の端子との間に存在し、非ゼロ電圧が、過電流条件が第１の端子と第２の端子との間に存在することを示すとき、
非ゼロ電圧を変換し、放出可能に貯蔵される電圧を取得するステップと、
放出可能に貯蔵される電圧を浮動させ、浮動電圧を取得するステップと、
浮動電圧を第１のゲートに印加し、第１のトランジスタを遮断空乏モードに駆動するステップと、
それによって、第１の端子と第２の端子との間の実質的に全ての電流を遮断するステップと、
それによって、回路を過電流条件から保護するステップと、
を含む、方法。
実施形態１４２。放出可能に貯蔵される電圧を取得するステップは、非ゼロ電圧を自己触媒的に変換するステップを含む、実施形態１４０−１４１のうちのいずれか１項に記載の方法。
実施形態１４３。過電流条件に対して回路を保護するための方法であって、
デバイスであって、
第１の端子および第２の端子と、
第１のゲートと、第１のドレインと、第１のソースとを備える、第１のトランジスタであって、
第１のトランジスタは、空乏モードのノーマリオントランジスタであり、
第１の端子と第２の端子との間の一次電流経路内で直列に配列される、
第１のトランジスタと、
第２の端子と分岐電気連通して配置されるように適合される、第３の端子または一次電流経路と分岐電気連通して配置されるように適合される、第３の端子および第４の端子と、
を有する、デバイスを提供するステップと、
回路内を流動する全ての電流が、本デバイスを通して流動する、またはそれによって遮断されるように、第１の端子および第２の端子を回路内で直列電気連通するように配置するステップと、
第３の端子を第２の端子と分岐電気連通するように配置するステップ、または第４の端子が存在するとき、第３の端子および第４の端子を一次電流経路と分岐電気連通するように配置するステップと、
過電流条件が第１の端子と第２の端子との間に存在するとき、
非ゼロ電圧を自己触媒的に変換し、放出可能に貯蔵される電圧を取得するステップと、
放出可能に貯蔵される電圧を第１のゲートに印加し、第１のトランジスタを遮断空乏モードに駆動するステップと、
それによって、第１の端子と第２の端子との間の実質的に全ての電流を遮断するステップと、
それによって、回路を過電流条件から保護するステップと、
を含む、方法。
実施形態１４４。非ゼロ電圧は、第２の端子と第３の端子との間の電圧である、またはそれから導出される、実施形態１４３に記載の方法。
実施形態１４５。非ゼロ電圧は、第３の端子と第４の端子との間の電圧である、またはそれから導出される、実施形態１４４に記載の方法。
実施形態１４６。非ゼロ電圧は、本デバイスに供給される補助電力から導出される、実施形態１４４に記載の方法。
実施形態１４７。補助電力は、バッテリ、熱エネルギーコンバータ、無線周波数コンバータ、光／電気コンバータ、独立した主供給源、またはそれらの組み合わせから選定される、実施形態１４６に記載の方法。
実施形態１４８。本デバイスは、いかなる補助電力も受電しないように構成される、実施形態１４３−１４５のうちのいずれか１項に記載の方法。
実施形態１４９。過電流条件に対して回路を保護するための方法であって、
デバイスであって、
第１の端子および第２の端子と、
第１のゲートと、第１のドレインと、第１のソースとを備える、第１のトランジスタであって、
第１のトランジスタは、空乏モードのノーマリオントランジスタであり、
第１の端子と第２の端子との間の一次電流経路内で直列に配列される、
第１のトランジスタと、
第２の端子と分岐電気連通して配置されるように適合される、第３の端子または一次電流経路と分岐電気連通して配置されるように適合される、第３の端子および第４の端子と、
を有する、デバイスを提供するステップと、
回路内を流動する全ての電流が、本デバイスを通して流動する、またはそれによって遮断されるように、第１の端子および第２の端子を回路内で直列電気連通するように配置するステップと、
第３の端子を第２の端子と分岐電気連通するように配置するステップ、または第４の端子が存在するとき、第３の端子および第４の端子を一次電流経路と分岐電気連通するように配置するステップと、
過電流条件が第１の端子と第２の端子との間に存在するとき、
非ゼロ電圧を自己触媒的に変換し、放出可能に貯蔵される電圧を取得するステップと、
放出可能に貯蔵される電圧を浮動させ、浮動電圧を取得するステップと、
浮動電圧を第１のゲートに印加し、第１のトランジスタを遮断空乏モードに駆動するステップと、
それによって、第１の端子と第２の端子との間の実質的に全ての電流を遮断するステップと、
それによって、回路を過電流条件から保護するステップと、
を含む、方法。
実施形態１５０。第１の端子と第２の端子との間の一次電流経路は、低抵抗経路を画定し、第１のトランジスタのみ、または随意に、第１のトランジスタと並列の１つもしくはそれを上回るトランジスタが、低抵抗経路内で直列に配列される、実施形態１３６−１４９のうちのいずれか１項に記載の方法。
実施形態１５１。放出可能に貯蔵される電圧を取得するステップは、非ゼロ電圧を放出可能に貯蔵される電圧に変換するように構成される、並列／直列スイッチコンデンサ回路網を備える電圧コンバータ回路を採用する、実施形態１３６−１５０のうちのいずれか１項に記載の方法。
実施形態１５２。放出可能に貯蔵される電圧を取得するステップは、非ゼロ電圧を逓倍するステップを含む、実施形態１５１に記載の方法。
実施形態１５３。過電流条件は、持続的過電流条件である、実施形態１３６−１５２のうちのいずれか１項に記載の方法。
実施形態１５４。変換するステップは、過電流条件が存在するまで起こらない、実施形態１３６−１５３のうちのいずれか１項に記載の方法。
実施形態１５５。浮動させるステップは、過電流条件が存在するまで起こらない、実施形態１３６−１５４のうちのいずれか１項に記載の方法。
実施形態１５６。変換するステップは、逓倍するステップ、逓降するステップ、反転させるステップ、および恒等変換するステップのうちの１つまたはそれを上回るものを含む、請求項１３６−１５５のうちのいずれか１項に記載の方法。
実施形態１５７。本デバイスは、インダクタを備えていない、実施形態１３６−１５６のうちのいずれか１項に記載の方法。
実施形態１５８。本デバイスは、変圧器を備えていない、実施形態１３６−１５７のうちのいずれか１項に記載の方法。
実施形態１５９。放出可能に貯蔵される電圧を浮動させるステップは、放出可能に貯蔵される電圧を切り替えるステップを含む、実施形態１３６−１４２および１４９−１５８のうちのいずれか１項に記載の方法。
実施形態１６０。切り替えるステップは、浮動スイッチトランジスタを採用する、実施形態１５９に記載の方法。
実施形態１６１。切り替えるステップは、浮動スイッチダイオードを採用する、実施形態１５９に記載の方法。
実施形態１６２。切り替えるステップは、放出可能に貯蔵される電圧をダイオードと並列に配置するステップを含み、放出可能に貯蔵される電圧の正の端部は、ダイオードのカソードに接続され、放出可能に貯蔵される電圧の負の端部は、ダイオードのアノードに接続される、実施形態１５９−１６１のうちのいずれか１項に記載の方法。
実施形態１６３。切り替えるステップは、放出可能に貯蔵される電圧をフロータ充電トランジスタと並列に配置するステップを含み、放出可能に貯蔵される電圧の第１の導線が、フロータ充電トランジスタの第１の端部に接続され、放出可能に貯蔵される電圧の第２の導線が、フロータ充電トランジスタと並列にフレキシブルに構成されるように適合される、実施形態１５９−１６１のうちのいずれか１項に記載の方法。
実施形態１６４。放出可能に貯蔵される電圧を第１のゲートに印加し、第１のトランジスタを遮断空乏モードに駆動するステップは、放出可能に貯蔵される電圧を第１のゲートおよび第１のソースと並列に配置するステップを含む、実施形態１４３−１４８、１５０−１５４、および１５６−１５８のうちのいずれか１項に記載の方法。
実施形態１６５。浮動電圧を第１のゲートに印加し、第１のトランジスタを遮断空乏モードに駆動するステップは、浮動電圧を第１のゲートおよび第１のソースと並列に配置するステップを含む、実施形態１３６−１４２および１４９−１６３のうちのいずれか１項に記載の方法。
実施形態１６６。第１のトランジスタは、過電流条件の不在下で強化モードにない、実施形態１３６−１６５のうちのいずれか１項に記載の方法。
実施形態１６７。本デバイスは、過電流条件の不在下で電圧を逓倍しない、または反転させない、実施形態１３６−１６６のうちのいずれか１項に記載の方法。
実施形態１６８。第１の端子と、第２の端子、第３の端子、および存在する場合、第４の端子のうちの１つまたはそれを上回るものとの間の安全な電圧を判定することによって、過電流条件がもはや存在しないことを検出するステップと、
安全な電圧を変換し、安全な放出可能に貯蔵される電圧を取得するステップと、
安全な放出可能に貯蔵される電圧を第１のゲートに印加し、第１のトランジスタを遮断空乏モードから駆動するステップと、
それによって、電流が第１の端子と第２の端子との間を流動することを可能にするステップと、
をさらに含む、実施形態１３６−１６７のうちのいずれか１項に記載の方法。
実施形態１６９。安全な放出可能に貯蔵される電圧を第１のゲートに印加するステップは、第１のトランジスタを強化モードに駆動するステップを含む、実施形態１６８に記載の方法。
実施形態１７０。第１の端子と、第２の端子、第３の端子、および存在する場合、第４の端子のうちの１つまたはそれを上回るものとの間の安全な電圧を判定することによって、過電流条件がもはや存在しないことを検出するステップと、
安全な電圧を変換し、安全な放出可能に貯蔵される電圧を取得するステップと、
安全な放出可能に貯蔵される電圧を浮動させ、安全な浮動電圧を取得するステップと、
安全な浮動電圧を第１のゲートに印加し、第１のトランジスタを遮断空乏モードから駆動するステップと、
それによって、電流が第１の端子と第２の端子との間を流動することを可能にするステップと、
をさらに含む、実施形態１３６−１６７のうちのいずれか１項に記載の方法。
実施形態１７１。安全な浮動電圧を第１のゲートに印加するステップは、第１のトランジスタを強化モードに駆動するステップを含む、実施形態１７０に記載の方法。
実施形態１７２。安全な電圧を変換するステップは、逓倍するステップ、逓降するステップ、反転させるステップ、および恒等変換するステップのうちの１つまたはそれを上回るものを含む、実施形態１６８−１７１のうちのいずれか１項に記載の方法。
実施形態１７３。非ゼロ電圧を変換するステップは、
非ゼロ電圧から２つまたはそれを上回るコンデンサを充電し、２つまたはそれを上回るコンデンサは、２つまたはそれを上回るコンデンサを並列に構成するスイッチング配列によって、電気的に接続され、それによって、貯蔵される電圧を提供するステップと、
２つまたはそれを上回るコンデンサを直列に構成するようにスイッチング配列を切り替えることによって、貯蔵される電圧を逓倍し、それによって、放出可能に貯蔵される電圧を提供するステップと、
を含み、
放出可能に貯蔵される電圧は、切替を駆動することによって、逓倍を促し、実施形態１３６−１３８、１４０−１４２、および１５０−１７２のうちのいずれか１項に記載の方法。
実施形態１７４。自己触媒的に変換するステップは、
非ゼロ電圧から２つまたはそれを上回るコンデンサを充電し、２つまたはそれを上回るコンデンサは、２つまたはそれを上回るコンデンサを並列に構成するスイッチング配列によって、電気的に接続され、それによって、貯蔵される電圧を提供するステップと、
２つまたはそれを上回るコンデンサを直列に構成するようにスイッチング配列を切り替えることによって、貯蔵される電圧を逓倍し、それによって、放出可能に貯蔵される電圧を提供するステップと、
を含み、
放出可能に貯蔵される電圧は、切替を駆動することによって、逓倍を促し、実施形態１３９および１４３−１７２のうちのいずれか１項に記載の方法。
実施形態１７５。自己触媒的に変換するステップは、
スイッチング配列によって、並列電気連通するようにフレキシブルに構成される複数のコンデンサを提供するステップと、
非ゼロ電圧と並列の複数のコンデンサを充電し、貯蔵される電圧を取得するステップと、
複数のコンデンサが、少なくとも部分的に電気的に直列に接続された状態になり、逓倍された電圧を生産するように、スイッチング配列を切り替えることによって、貯蔵される電圧を逓倍するステップと、
複数のコンデンサが、完全に電気的に直列に接続された状態になるように、逓倍された電圧を用いて切替を駆動することによって、逓倍された電圧を増加させ、それによって、非ゼロ電圧を自己触媒的に変換し、放出可能に貯蔵される電圧を取得するステップと、
を含む、実施形態１３９および１４３−１７２のうちのいずれか１項に記載の方法。
実施形態１７６。自己触媒的に変換するステップは、
スイッチング配列によって、並列電気連通するようにフレキシブルに構成される複数のコンデンサを提供するステップと、
入力電圧と並列の複数のコンデンサを充電するステップと、
複数のコンデンサの一部が、直列電気連通するようにフレキシブルに構成された状態になり、部分的に逓倍された電圧を提供するように、スイッチング配列を部分的に切り替えるステップと、
部分的に逓倍された電圧を使用して、部分的に切り替えるステップの少なくとも一部を駆動するステップと、
複数のコンデンサが、完全に直列電気連通するまで、部分的に切り替えるステップおよび駆動するステップを繰り返し、それによって、入力電圧を自己触媒的に変換し、放出可能に貯蔵される電圧を取得するステップと、
を含む、実施形態１３９および１４３−１７２のうちのいずれか１項に記載の方法。
実施形態１７７。スイッチング配列は、並列または直列構成における複数のコンデンサにフレキシブルに接続するように構成される、複数のトランジスタを備える、実施形態１７１−１７６のうちのいずれか１項に記載の方法。
実施形態１７８。複数のコンデンサは、複数のトランジスタ内のトランジスタのゲートの少なくとも一部を駆動するように構成される、実施形態１７７に記載の方法。
実施形態１７９。電圧コンバータ回路であって、
入力電圧を受電するように構成される、第１の入力導線および第２の入力導線と、
変換された電圧を送達するように構成される、少なくとも１つの出力導線と、
入力電圧を変換された電圧に変換するように構成される、スイッチコンデンサ回路網と、
を備え、
スイッチコンデンサ回路網は、入力電圧を変換された電圧に自己触媒的に変換するように構成される、電圧コンバータ回路。
実施形態１８０。電圧コンバータ回路であって、
入力電圧を受電し、変換された電圧を送達するように構成される、第１の導線および第２の導線と、入力電圧を変換された電圧に変換するように構成される、並列／直列スイッチコンデンサ回路網と、
を備え、
並列／直列スイッチコンデンサ回路網は、入力電圧を変換された電圧に自己触媒的に変換するように構成される、電圧コンバータ回路。
実施形態１８１。電圧コンバータ回路であって、入力電圧を変換された電圧に変換するように構成される、並列／直列スイッチコンデンサ回路網を備え、並列／直列スイッチコンデンサ回路網は、入力電圧を変換された電圧に自己触媒的に変換するように構成される、電圧コンバータ回路。
実施形態１８２。並列／直列スイッチコンデンサ回路網は、入力電圧を逓倍することによって、入力電圧を変換された電圧に変換するように構成される、実施形態１８０−１８１のうちのいずれか１項に記載の電圧コンバータ回路。
実施形態１８３。第２の入力導線および第１の出力導線は、変換された電圧を送達するように構成される、実施形態１７９に記載の電圧コンバータ回路。
実施形態１８４。第２の出力導線をさらに備え、第１の出力導線および第２の出力導線は、変換された電圧を送達するように構成される、実施形態１７９に記載の電圧コンバータ回路。
実施形態１８５。スイッチコンデンサ回路網または並列／直列スイッチコンデンサ回路網は、
入力電圧によって充電され、変換された電圧を提供するために放電するように構成される、複数のコンデンサと、
「オフ」状態にあるとき、複数のコンデンサを並列電気連通において構成し、「オン」状態にあるとき、複数のコンデンサを直列電気連通において構成する、複数のトランジスタと、
を備える、実施形態１７９−１８４のうちのいずれか１項に記載の電圧コンバータ回路。
実施形態１８６。スイッチコンデンサ回路網または並列／直列スイッチコンデンサ回路網は、
入力電圧によって充電され、変換された電圧を提供するために放電するように構成される、複数のコンデンサと、
順方向にバイアスされるとき、複数のコンデンサを並列電気連通において構成し、逆方向にバイアスされるとき、複数のコンデンサを直列電気連通において構成する、複数のダイオードと、
を備える、実施形態１７９−１８４のうちのいずれか１項に記載の電圧コンバータ回路。
実施形態１８７。電圧コンバータ回路であって、
入力電圧を受電するように構成される、第１の入力導線および第２の入力導線と、
変換された電圧を送達するように構成される、少なくとも１つの出力導線と、
を備え、
入力電圧を変換された電圧に自己触媒的に変換するように構成される、電圧コンバータ回路。
実施形態１８８。入力電圧によって充電され、変換された電圧を提供するために放電するように構成される、複数のコンデンサと、
「オフ」状態にあるとき、複数のコンデンサを並列電気連通において構成し、「オン」状態にあるとき、複数のコンデンサを直列電気連通において構成する、複数のトランジスタと、
を備える、並列／直列スイッチコンデンサ回路網を備え、
複数のトランジスタの少なくとも一部はさらに、変換された電圧またはその一部を受電し、複数のトランジスタを「オン」状態に駆動するように構成される、実施形態１８７に記載の電圧コンバータ回路。
実施形態１８９。ゲートを有するトランジスタを駆動する方法であって、
入力電圧を自己触媒的に変換し、放出可能に貯蔵される電圧を取得するステップと、
放出可能に貯蔵される電圧をゲートに印加し、それによって、トランジスタを駆動するステップと、
を含む、方法。
実施形態１９０。入力電圧を変換された電圧に自己触媒的に変換する方法であって、
入力電圧と並列電気連通してフレキシブルに構成される、複数のコンデンサを充電するステップと、
複数のコンデンサが、直列電気連通してフレキシブルに構成され、変換された電圧を提供するように、複数のコンデンサをソリッドステートにおいて切り替えるステップであって、
変換された電圧またはその一部は、切り替えるステップの少なくとも一部を駆動する、
ステップと、
それによって、入力電圧を変換された電圧に自己触媒的に変換するステップと、
を含む、方法。
実施形態１９１。ソリッドステートにおいて切り替えるステップは、複数のコンデンサをフレキシブルに構成する複数のトランジスタによって提供される、実施形態１９０に記載の方法。
実施形態１９２。ソリッドステートにおいて切り替えるステップは、複数のコンデンサをフレキシブルに構成する複数のダイオードによって提供される、実施形態１９０に記載の方法。
実施形態１９３。ソリッドステートにおいて切り替えるステップは、複数のコンデンサをフレキシブルに構成する複数のトランジスタおよびダイオードによって提供される、実施形態１９０に記載の方法。
実施形態１９４。本デバイスはさらに、わずかな過電流条件中に電流を限定し、深刻な過電流条件中に電流を実質的に遮断するように構成される、実施形態１−９１のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
実施形態１９５。わずかな過電流条件中に第１のトランジスタを電流限定モードに駆動し、深刻な過電流条件中に第１のトランジスタを遮断空乏モードに駆動するように構成される、限定トランジスタをさらに備える、実施形態１９４に記載のデバイス。
実施形態１９６。一次電流経路を有する回路を過電流条件から保護するためのデバイスであって、
本デバイスを通して一次電流経路を配索するように構成される、第１の端子および第２の端子と、
第１のゲートと、第１のドレインと、第１のソースとを備える、第１のトランジスタであって、
第１のトランジスタは、空乏モードのノーマリオントランジスタであり、
第１の端子と第２の端子との間の一次電流経路内で直列に配列される、
第１のトランジスタと、
ドライバ回路であって、
第１の端子と第２の端子との間の電圧のみから導出される入力電圧を受電し、入力電圧を放出可能に貯蔵される電圧に変換するように適合される電圧コンバータ回路を備える、ドライバ回路であって、放出可能に貯蔵される電圧またはその微分電圧を、第１のソースに対する第１のゲートにおけるゲート電圧として印加するように構成される、
ドライバ回路と、
を備え、
第１の正の電圧および通常の電流条件が第１の端子から第２の端子に存在するとき、
第１のトランジスタは、電流を第１の端子と第２の端子との間に通過させるように構成され、
第２の正の電圧およびわずかな過電流条件が第１の端子から第２の端子に存在するとき、
ドライバ回路は、放出可能に貯蔵される電圧またはその微分電圧をゲート電圧として印加することによって、第１のトランジスタを電流限定モードに駆動するように構成され、
第３の正の電圧および深刻な過電流条件が第１の端子から第２の端子に存在するとき、
ドライバ回路は、放出可能に貯蔵される電圧またはその微分電圧をゲート電圧として印加することによって、第１のトランジスタを遮断空乏モードに駆動するように構成され、
本デバイスは、通常の電流条件中に電流を通過させ、わずかな過電流条件中に電流を限定し、深刻な過電流条件中に電流を実質的に遮断するように構成される、
デバイス。
実施形態１９７。一次電流経路を有する回路を過電流条件から保護するためのデバイスであって、
本デバイスを通して一次電流経路を配索するように構成される、第１の端子および第２の端子と、
第２の端子と分岐電気連通して配置されるように適合される、第３の端子または一次電流経路と分岐電気連通して配置されるように適合される、第３の端子および第４の端子と、
第１のゲートと、第１のドレインと、第１のソースとを備える、第１のトランジスタであって、
第１のトランジスタは、空乏モードのノーマリオントランジスタであり、
第１の端子と第２の端子との間の一次電流経路内で直列に配列される、
第１のトランジスタと、
ドライバ回路であって、
第２の端子と第３の端子との間、または第４の端子が存在する場合、第３の端子と第４の端子との間の電圧から導出される入力電圧を受電し、入力電圧を放出可能に貯蔵される電圧に変換するように適合される電圧コンバータ回路を備える、ドライバ回路であって、放出可能に貯蔵される電圧またはその微分電圧を、第１のソースに対する第１のゲートにおけるゲート電圧として印加するように構成される、
ドライバ回路と、
を備え、
通常の電流条件が第１の端子から第２の端子に存在するとき、
第１のトランジスタは、電流を第１の端子と第２の端子との間に通過させるように構成され、
わずかな過電流条件が第１の端子から第２の端子に存在するとき、
ドライバ回路は、放出可能に貯蔵される電圧またはその微分電圧をゲート電圧として印加することによって、第１のトランジスタを電流限定モードに駆動するように構成され、
深刻な過電流条件が第１の端子から第２の端子に存在するとき、
ドライバ回路は、放出可能に貯蔵される電圧またはその微分電圧をゲート電圧として印加することによって、第１のトランジスタを遮断空乏モードに駆動するように構成され、
本デバイスは、通常の電流条件中に電流を通過させ、わずかな過電流条件中に電流を限定し、深刻な過電流条件中に電流を実質的に遮断するように構成される、
デバイス。
実施形態１９８。わずかな過電流条件は、回路に関する最大の予期される電流負荷の１０％、５０％、１００％、２００％、５００％、または１，０００％未満の電流を備える、実施形態１９４−１９７のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
実施形態１９９。わずかな過電流条件は、回路に関する最大の予期される電流負荷を０．１Ａ、０．５Ａ、１Ａ、５Ａ、１０Ａ、５０Ａ、１００Ａ、１，０００Ａ、１０，０００Ａ、または１００，０００Ａ上回るもの未満の電流を備える、実施形態１９４−１９７のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
実施形態２００。第１のトランジスタが電流限定モードに入るときに発振し、わずかな過電流条件中に第１のトランジスタを電流限定モードにおいて維持するように構成される、発振器回路をさらに備える、実施形態１９４−１９９のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
実施形態２０１。わずかな過電流条件が生じると、これを判定するように構成される比較器をさらに備える、実施形態１９４−２００のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
実施形態２０２。深刻な過電流条件が生じると、これを判定するように構成される比較器をさらに備える、実施形態１９４−２０１のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
実施形態２０３。わずかな過電流条件または深刻な過電流条件に続いて、第１のトランジスタを完全導通モードに駆動するように構成される、導通リセット回路を備える、実施形態１９４−２０２のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
実施形態２０４。深刻な過電流条件に続いて、第１のトランジスタを電流限定モードに駆動するように構成される、限定リセット回路をさらに備える、実施形態１９４−２０３のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
実施形態２０５。限定リセット回路は、深刻な過電流条件が終了したことを判定するように構成される比較器を備える、実施形態２０４に記載のデバイス。
実施形態２０６。限定リセット回路はさらに、深刻な過電流条件に続いて、第１のトランジスタを電流限定モードに駆動することを遅延させるように構成される、タイマリセット回路を備える、実施形態２０４−２０５のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
実施形態２０７。ある時間間隔以内の過電流条件の数をカウントし、その数が事前選択された限界に到達すると、第１のトランジスタを完全導通モードまたは遮断空乏モードにラッチするように構成される、リトライおよびラッチ回路をさらに備える、実施形態２０３−２０４のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
実施形態２０８。実施形態１９４−２０７のうちのいずれか１項に記載のデバイスを形成する方法であって、第１の端子と第２の端子との間の一次電流経路内で第１のトランジスタを直列に配列するステップを含む、方法。
実施形態２０９。一次電流経路を有する回路を過電流条件から保護するための方法であって、回路内を流動する全ての電流が、本デバイスを通して流動する、それによって限定される、またはそれによって遮断されるように、一次電流経路内に、実施形態１９４−２０７のうちのいずれか１項に記載のデバイスを配置するステップを含む、方法。
実施形態２１０。過電流条件に対して回路を保護するための方法であって、
実施形態１９４−２０７のうちのいずれか１項に記載のデバイスを提供するステップと、
回路内を流動する全ての電流が、本デバイスを通して流動する、それによって限定される、またはそれによって遮断されるように、第１の端子および第２の端子を回路内で直列電気連通するように配置するステップと、
非ゼロ電圧が第１の端子と第２の端子との間、または第３の端子が存在するとき、第２の端子と第３の端子との間、もしくは第４の端子が存在するとき、第３の端子と第４の端子との間に存在するとき、
非ゼロ電圧を変換し、放出可能に貯蔵される電圧を取得するステップと、
放出可能に貯蔵される電圧を浮動させ、浮動電圧を取得するステップと、
過電流条件が第１の端子と第２の端子との間に存在するとき、
浮動電圧を第１のゲートに印加し、第１のトランジスタを電流限定モードに駆動するステップと、
それによって、第１の端子と第２の端子との間の電流を限定するステップと、
それによって、回路を過電流条件から保護するステップと、
を含む、方法。
実施形態２１１。過電流条件に対して回路を保護するための方法であって、
実施形態１９４−２０７のうちのいずれか１項に記載のデバイスを提供するステップと、
回路内を流動する全ての電流が、本デバイスを通して流動する、それによって限定される、またはそれによって遮断されるように、第１の端子および第２の端子を回路内で直列電気連通するように配置するステップと、
過電流条件が第１の端子と第２の端子との間に存在し、
非ゼロ電圧が第１の端子と第２の端子との間、または第３の端子が存在するとき、第２の端子と第３の端子との間、もしくは第４の端子が存在するとき、第３の端子と第４の端子との間に存在するとき、
非ゼロ電圧を変換し、放出可能に貯蔵される電圧を取得するステップと、
放出可能に貯蔵される電圧を浮動させ、浮動電圧を取得するステップと、
浮動電圧を第１のゲートに印加し、第１のトランジスタを電流限定モードに駆動するステップと、
それによって、第１の端子と第２の端子との間の電流を限定するステップと、
それによって、回路を過電流条件から保護するステップと、
を含む、方法。
実施形態２１２。非ゼロ電圧を変換するステップは、非ゼロ電圧を自己触媒的に変換するステップを含む、実施形態２１０−２１１のうちのいずれか１項に記載の方法。
実施形態２１３。過電流条件に対して回路を保護するための方法であって、
実施形態１９４−２０７のうちのいずれか１項に記載のデバイスを提供するステップと、
回路内を流動する全ての電流が、本デバイスを通して流動する、それによって限定される、またはそれによって遮断されるように、第１の端子および第２の端子を回路内で直列電気連通するように配置するステップと、
過電流条件が第１の端子と第２の端子との間に存在し、
非ゼロ電圧が第１の端子と第２の端子との間、または第３の端子が存在するとき、第２の端子と第３の端子との間、もしくは第４の端子が存在するとき、第３の端子と第４の端子との間に存在するとき、
非ゼロ電圧を自己触媒的に変換し、放出可能に貯蔵される電圧を取得するステップと、
放出可能に貯蔵される電圧を浮動させ、浮動電圧を取得するステップと、
浮動電圧を第１のゲートに印加し、第１のトランジスタを電流限定モードに駆動するステップと、
それによって、第１の端子と第２の端子との間の電流を限定するステップと、
それによって、回路を過電流条件から保護するステップと、
を含む、方法。
実施形態２１４。過電流条件に対して回路を保護するための方法であって、
デバイスであって、
第１の端子および第２の端子と、
第１のゲートと、第１のドレインと、第１のソースとを備える、第１のトランジスタと、
を有し、
第１のトランジスタは、空乏モードのノーマリオントランジスタであり、
第１のトランジスタは、第１の端子と第２の端子との間の一次電流経路内で直列に配列され、
いかなる補助電力も受電しないように構成される、
デバイスを提供するステップと、
回路内を流動する全ての電流が、本デバイスを通して流動する、それによって限定される、またはそれによって遮断されるように、第１の端子および第２の端子を回路内で直列電気連通するように配置するステップと、
非ゼロ電圧が第１の端子と第２の端子との間に存在するとき、
非ゼロ電圧を変換し、放出可能に貯蔵される電圧を取得するステップと、
放出可能に貯蔵される電圧を浮動させ、浮動電圧を取得するステップと、
過電流条件が第１の端子と第２の端子との間に存在するとき、
浮動電圧を第１のゲートに印加し、第１のトランジスタを電流限定モードに駆動するステップと、
それによって、第１の端子と第２の端子との間の電流を限定するステップと、
それによって、回路を過電流条件から保護するステップと、
を含む、方法。
実施形態２１５。過電流条件に対して回路を保護するための方法であって、
デバイスであって、
第１の端子および第２の端子と、
第１のゲートと、第１のドレインと、第１のソースとを備える、第１のトランジスタと、
を有し、
第１のトランジスタは、空乏モードのノーマリオントランジスタであり、
第１のトランジスタは、第１の端子と第２の端子との間の一次電流経路内で直列に配列され、
いかなる補助電力も受電しないように構成される、
デバイスを提供するステップと、
回路内を流動する全ての電流が、本デバイスを通して流動する、それによって限定される、またはそれによって遮断されるように、第１の端子および第２の端子を回路内で直列電気連通するように配置するステップと、
非ゼロ電圧および過電流条件が第１の端子と第２の端子との間に存在するとき、
非ゼロ電圧を変換し、放出可能に貯蔵される電圧を取得するステップと、
放出可能に貯蔵される電圧を浮動させ、浮動電圧を取得するステップと、
浮動電圧を第１のゲートに印加し、第１のトランジスタを電流限定モードに駆動するステップと、
それによって、第１の端子と第２の端子との間の電流を限定するステップと、
それによって、回路を過電流条件から保護するステップと、
を含む、方法。
実施形態２１６。過電流条件に対して回路を保護するための方法であって、
デバイスであって、
第１の端子および第２の端子と、
第１のゲートと、第１のドレインと、第１のソースとを備える、第１のトランジスタであって、
第１のトランジスタは、空乏モードのノーマリオントランジスタであり、
第１の端子と第２の端子との間の一次電流経路内で直列に配列される、
第１のトランジスタと、
第２の端子と分岐電気連通して配置されるように適合される、第３の端子または一次電流経路と分岐電気連通して配置されるように適合される、第３の端子および第４の端子と、
を有し、
いかなる補助電力も受電しないように構成される、
デバイスを提供するステップと、
回路内を流動する全ての電流が、本デバイスを通して流動する、それによって限定される、またはそれによって遮断されるように、第１の端子および第２の端子を回路内で直列電気連通するように配置するステップと、
第３の端子を第２の端子と分岐電気連通するように配置するステップ、または第４の端子が存在するとき、第３の端子および第４の端子を一次電流経路と分岐電気連通するように配置するステップと、
非ゼロ電圧が第２端子と第３の端子との間、または第４の端子が存在するとき、第３の端子と第４の端子との間に存在するとき、
非ゼロ電圧を変換し、放出可能に貯蔵される電圧を取得するステップと、
放出可能に貯蔵される電圧を浮動させ、浮動電圧を取得するステップと、
過電流条件が第１の端子と第２の端子との間に存在するとき、
浮動電圧を第１のゲートに印加し、第１のトランジスタを電流限定モードに駆動するステップと、
それによって、第１の端子と第２の端子との間の電流を限定するステップと、
それによって、回路を過電流条件から保護するステップと、
を含む、方法。
実施形態２１７。過電流条件に対して回路を保護するための方法であって、
デバイスであって、
第１の端子および第２の端子と、
第１のゲートと、第１のドレインと、第１のソースとを備える、第１のトランジスタであって、
第１のトランジスタは、空乏モードのノーマリオントランジスタであり、
第１の端子と第２の端子との間の一次電流経路内で直列に配列される、
第１のトランジスタと、
第２の端子と分岐電気連通して配置されるように適合される、第３の端子または一次電流経路と分岐電気連通して配置されるように適合される、第３の端子および第４の端子と、
を有し、
いかなる補助電力も受電しないように構成される、
デバイスを提供するステップと、
回路内を流動する全ての電流が、本デバイスを通して流動する、それによって限定される、またはそれによって遮断されるように、第１の端子および第２の端子を回路内で直列電気連通するように配置するステップと、
第３の端子を第２の端子と分岐電気連通するように配置するステップ、または第４の端子が存在するとき、第３の端子および第４の端子を一次電流経路と分岐電気連通するように配置するステップと、
過電流条件が第１の端子と第２の端子との間に存在し、非ゼロ電圧が第２の端子と第３の端子との間、または第４の端子が存在するとき、第３の端子と第４の端子との間に存在するとき、
非ゼロ電圧を変換し、放出可能に貯蔵される電圧を取得するステップと、
放出可能に貯蔵される電圧を浮動させ、浮動電圧を取得するステップと、
浮動電圧を第１のゲートに印加し、第１のトランジスタを電流限定モードに駆動するステップと、
それによって、第１の端子と第２の端子との間の電流を限定するステップと、
それによって、回路を過電流条件から保護するステップと、
を含む、方法。
実施形態２１８。放出可能に貯蔵される電圧を取得するステップは、非ゼロ電圧を自己触媒的に変換するステップを含む、実施形態２１４−２１７のうちのいずれか１項に記載の方法。
実施形態２１９。過電流条件に対して回路を保護するための方法であって、
デバイスであって、
第１の端子および第２の端子と、
第１のゲートと、第１のドレインと、第１のソースとを備える、第１のトランジスタであって、
第１のトランジスタは、空乏モードのノーマリオントランジスタであり、
第１の端子と第２の端子との間の一次電流経路内で直列に配列される、
第１のトランジスタと、
随意に、第２の端子と分岐電気連通して配置されるように適合される、第３の端子または一次電流経路と分岐電気連通して配置されるように適合される、第３の端子および第４の端子と、
を有する、デバイスを提供するステップと、
回路内を流動する全ての電流が、本デバイスを通して流動する、それによって限定される、またはそれによって遮断されるように、第１の端子および第２の端子を回路内で直列電気連通するように配置するステップと、
過電流条件が第１の端子と第２の端子との間に存在するとき、
非ゼロ電圧を自己触媒的に変換し、放出可能に貯蔵される電圧を取得するステップと、
放出可能に貯蔵される電圧を第１のゲートに印加し、第１のトランジスタを電流限定モードに駆動するステップと、
それによって、第１の端子と第２の端子との間の電流を限定するステップと、
それによって、回路を過電流条件から保護するステップと、
を含む、方法。
実施形態２２０。非ゼロ電圧は、第１の端子と第２の端子との間の電圧である、またはそれから導出される、実施形態２１９に記載の方法。
実施形態２２１。非ゼロ電圧は、第２の端子と第３の端子との間の電圧である、またはそれから導出される、実施形態２１９に記載の方法。
実施形態２２２。非ゼロ電圧は、第３の端子と第４の端子との間の電圧である、またはそれから導出される、実施形態２１９に記載の方法。
実施形態２２３。非ゼロ電圧は、本デバイスに供給される補助電力から導出される、実施形態２１９に記載の方法。
実施形態２２４。補助電力は、バッテリ、熱エネルギーコンバータ、無線周波数コンバータ、光／電気コンバータ、独立した主供給源、またはそれらの組み合わせから選定される、実施形態２２３に記載の方法。
実施形態２２５。本デバイスは、いかなる補助電力も受電しないように構成される、実施形態２１９−２２２のうちのいずれか１項に記載の方法。
実施形態２２６。過電流条件に対して回路を保護するための方法であって、
実施形態１９４−２０７のうちのいずれか１項に記載のデバイスを提供するステップと、
回路内を流動する全ての電流が、本デバイスを通して流動する、それによって限定される、またはそれによって遮断されるように、第１の端子および第２の端子を回路内で直列電気連通するように配置するステップと、
わずかな過電流条件が本デバイスによって検出されると、第１のトランジスタを電流限定モードに入らせるステップと、
を含む、方法。
実施形態２２７。わずかな過電流条件が消失したことを検出するステップと、
第１のトランジスタを完全導通モードにリセットさせるステップと、
をさらに含む、実施形態２２６に記載の方法。
実施形態２２８。所与の時間周期以内のリセット事象の数をカウントするステップと、
所与の時間周期以内のリセット事象の数が事前選択された数を超えると、第１のトランジスタを完全導通モードまたは電流遮断モードにラッチするステップと、
をさらに含む、実施形態２２６−２２７のうちのいずれか１項に記載の方法。
実施形態２２９。過電流条件に対して回路を保護するための方法であって、
実施形態１９４−２０７のうちのいずれか１項に記載のデバイスを提供するステップと、
回路内を流動する全ての電流が、本デバイスを通して流動する、それによって限定される、またはそれによって遮断されるように、第１の端子および第２の端子を回路内で直列電気連通するように配置するステップと、
深刻な過電流条件が本デバイスによって検出されると、第１のトランジスタを空乏遮断モードに入らせるステップと、
を含む、方法。
実施形態２３０。深刻な過電流条件が消失したことを検出するステップと、
第１のトランジスタを電流限定モードまたは完全導通モードにリセットさせるステップと、
をさらに含む、実施形態２２９に記載の方法。
実施形態２３１。所与の時間周期以内のリセット事象の数をカウントするステップと、
所与の時間周期以内のリセット事象の数が事前選択された数を超えると、第１のトランジスタを完全導通モード、電流限定モード、または電流遮断モードにラッチするステップと、
をさらに含む、実施形態２３０に記載の方法。
実施形態２３２。第１のトランジスタは、ＭＥＭＳである、前述のデバイス実施形態のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
実施形態２３３。第１のトランジスタは、ＭＥＭＳである、前述の方法実施形態のうちのいずれか１項に記載の方法。
実施形態２３４。電圧コンバータ回路であって、
入力電圧を変換された電圧に変換するように構成される、スイッチコンデンサ回路網であって、複数の入力コンデンサを備える、スイッチコンデンサ回路網を備え、入力コンデンサは、相互に直接並列電気連通し、突入電流を受電する、電圧コンバータ回路。
実施形態２３５。直接並列電気連通は、１つもしくはそれを上回るトランジスタ、１つもしくはそれを上回るダイオード、またはそれらの組み合わせによって提供される、実施形態２３４に記載の電圧コンバータ回路。
実施形態２３６。直接並列電気連通は、ある量の突入電流後に終了する、実施形態２３４−２３５のうちのいずれか１項に記載の電圧コンバータ回路。
実施形態２３７。突入電流の量は、時間の関数として測定される、実施形態２３６に記載の電圧コンバータ回路。
実施形態２３８。突入電流の量は、電荷によって測定される、実施形態２３６に記載の電圧コンバータ回路。
実施形態２３９。電圧コンバータ回路であって、入力電圧を変換された電圧に変換するように構成され、入力電圧は、組み合わせられた入力容量を有する複数の入力コンデンサを充電し、変換された電圧は、出力容量を充電するように適合される、スイッチコンデンサ回路網を備え、出力容量に対する組み合わせられた入力容量の比率は、１を上回る、電圧コンバータ回路。
実施形態２４０。電圧コンバータ回路であって、入力電圧を変換された電圧に変換するように構成され、入力電圧は、複数の入力コンデンサを充電し、各入力コンデンサは、入力容量を有し、変換された電圧は、出力容量を充電するように適合される、スイッチコンデンサ回路網を備え、出力容量に対する複数の入力コンデンサにおける少なくとも１つの入力コンデンサの入力容量の比率は、１を上回る、電圧コンバータ回路。
実施形態２４１。複数の入力コンデンサは、組み合わせられた入力容量を有し、出力容量に対する組み合わせられた入力容量の比率は、１を上回る、実施形態２４０に記載の電圧コンバータ回路。
実施形態２４２。電圧コンバータ回路であって、入力電圧を変換された電圧に変換するように構成され、入力電圧は、入力容量を有する少なくとも１つの入力コンデンサを充電し、変換された電圧は、出力容量を充電するように適合される、スイッチコンデンサ回路網を備え、出力容量に対する入力容量の比率は、１を上回る、電圧コンバータ回路。
実施形態２４３。複数の入力コンデンサのうちの少なくとも１つは、フライングコンデンサとして機能するように構成される、実施形態２３４−２４２のうちのいずれか１項に記載の電圧コンバータ回路。
実施形態２４４。少なくとも１つの入力コンデンサは、フライングコンデンサとして機能するように構成される、実施形態２４２に記載の電圧コンバータ回路。
実施形態２４５。スイッチコンデンサ回路網は、複数の入力コンデンサを備える並列／直列スイッチコンデンサ回路網であり、複数の入力コンデンサは、フライング容量として機能する、実施形態２３４−２４４のうちのいずれか１項に記載の電圧コンバータ回路。
実施形態２４６。出力容量に対する直列構成された入力コンデンサの等価容量の比率は、１を上回る、実施形態２４５に記載の電圧コンバータ回路。
実施形態２４７。スイッチコンデンサ回路網は、Ｃｏｃｋｒａｆｔ−Ｗａｌｔｏｎ逓倍器およびＤｉｃｋｓｏｎ電荷ポンプから選定される、実施形態２３４−２４４のうちのいずれか１項に記載の電圧コンバータ回路。
実施形態２４８。変換された電圧は、トランジスタのゲートに印加され、出力容量は、トランジスタのゲート容量を備える、実施形態２３４−２４７のうちのいずれか１項に記載の電圧コンバータ回路。
実施形態２４９。トランジスタは、実施形態１−９１のうちのいずれか１項に記載の第１のトランジスタである、実施形態２４８に記載の電圧コンバータ回路。
実施形態２５０。複数の入力コンデンサにおけるある入力コンデンサは、複数の入力コンデンサにおける別の入力コンデンサを上回る容量を有する、実施形態２３４−２４９のうちのいずれか１項に記載の電圧コンバータ回路。
実施形態２５１。複数の入力コンデンサにおけるある入力コンデンサは、複数の入力コンデンサにおける次の入力コンデンサを上回る容量を有する、実施形態２５０に記載の電圧コンバータ回路。
実施形態２５２。複数の入力コンデンサにおけるある入力コンデンサは、複数の入力コンデンサにおける後続入力コンデンサを上回る容量を有する、実施形態２５０に記載の電圧コンバータ回路。
実施形態２５３。出力容量に最も近接する複数の入力コンデンサにおけるある入力コンデンサは、出力容量を上回る入力容量を有する、実施形態２３４−２５２のうちのいずれか１項に記載の電圧コンバータ回路。
実施形態２５４。出力容量を上回るフライング容量を有する少なくとも１つのフライングコンデンサを備える、実施形態２３４−２５３のうちのいずれか１項に記載の電圧コンバータ回路。
実施形態２５５。それぞれ、出力容量を上回る容量を有する複数のフライングコンデンサを備える、実施形態２３４−２５４のうちのいずれか１項に記載の電圧コンバータ回路。
実施形態２５６。複数の入力コンデンサにおける最初の入力コンデンサは、１００ｎＦの容量を有し、複数の入力コンデンサにおける最後の入力コンデンサは、１５ｎＦの容量を有する、実施形態２３４−２５５のうちのいずれか１項に記載の電圧コンバータ回路。
実施形態２５７。複数の入力コンデンサにおける各入力コンデンサは、複数の入力コンデンサにおける次の入力コンデンサを上回る容量を有し、出力容量に最も近接する入力コンデンサは、複数の入力コンデンサにおいて最も小さい容量を有する、実施形態２３４−２５６のうちのいずれか１項に記載の電圧コンバータ回路。
実施形態２５８。スイッチコンデンサ回路網が入力電圧を変換された電圧に変換するために必要とされるクロックサイクルの回数を低減させるための方法であって、
入力電圧と出力容量との間のスイッチコンデンサ回路網内に複数の入力コンデンサを取得するステップであって、各入力コンデンサは、入力電圧から出力容量に次の入力コンデンサを上回る容量を有する、ステップと、
入力電圧を用いて第１の入力コンデンサを充電するステップと、
複数の入力コンデンサにおける前の入力コンデンサを用いて、複数の入力コンデンサにおける後続入力コンデンサを充電するステップと、
出力容量を充電し、変換された電圧を取得するステップと、
を含む、方法。
実施形態２５９。スイッチコンデンサ回路網を備え、高周波数発振器と、電流を高周波数発振器またはスイッチコンデンサ回路網に供給するように構成されるタンクコンデンサとをさらに備える、入力電圧を放出可能に貯蔵される電圧に変換するための電圧コンバータ回路。
実施形態２６０。入力電圧を放出可能に貯蔵される電圧に自己触媒的に変換するための電圧コンバータ回路であって、約７５０ｋＨｚにおいて、またはそれを上回って動作するように適合される、電圧コンバータ回路。
実施形態２６１。電圧コンバータ回路であって、
入力電圧を変換された電圧に変換するように構成される、スイッチコンデンサ回路網であって、複数の入力コンデンサを備える、スイッチコンデンサ回路網と、
突入電流を複数の入力コンデンサに許容し、いったん複数の入力コンデンサが充電されると、電流を分断する、または実質的に限定するように構成される、複数の入力コンデンサと直列電気連通する突入保護トランジスタと、
を備える、電圧コンバータ回路。
実施形態２６２。突入保護トランジスタは、ＪＦＥＴまたは空乏モードトランジスタである、実施形態２６１に記載の電圧コンバータ回路。
実施形態２６３。入力電圧を放出可能に貯蔵される電圧に変換するための電圧コンバータ回路であって、２Ｖ／マイクロ秒を上回る速度で変化する入力電圧を受電するように適合される、回路。
実施形態２６４。入力電圧を放出可能に貯蔵される電圧に自己触媒的に変換する方法であって、２Ｖ／マイクロ秒を上回る速度で変化している入力電圧を供給するステップを含む、方法。
実施形態２６５。入力電圧を放出可能に貯蔵される電圧に変換するための電圧コンバータ回路であって、放出可能に貯蔵される電圧は、入力電圧を少なくとも２倍上回り、変換は、約１００マイクロ秒未満かかる、電圧コンバータ回路。
実施形態２６６。放出可能に貯蔵される電圧は、入力電圧を少なくとも３倍、少なくとも５倍、少なくとも８倍、または少なくとも１０倍上回る、実施形態２６５に記載の電圧コンバータ回路。
実施形態２６７。変換は、約５０マイクロ秒未満、約２０マイクロ秒未満、約１０マイクロ秒未満、約５マイクロ秒未満、または約１マイクロ秒未満かかる、実施形態２６５−２６６のうちのいずれか１項に記載の電圧コンバータ回路。
実施形態２６８。スイッチコンデンサ回路網は、その入力コンデンサの容量と相関する各入力コンデンサにおける電流を受電するように構成される、実施形態２３４−２５７、２５９、および２６１−２６２のうちのいずれか１項に記載の電圧コンバータ回路。
実施形態２６９。複数の入力コンデンサを備えるスイッチコンデンサ回路網を備え、スイッチコンデンサ回路網は、その入力コンデンサの容量と相関する各入力コンデンサにおける電流を受電するように構成される、実施形態２６０、２６３、および２６５−２６７のうちのいずれか１項に記載の電圧コンバータ回路。
実施形態２７０。入力電圧を供給するステップは、複数の入力コンデンサを備えるスイッチコンデンサ回路網において起こり、スイッチコンデンサ回路網は、その入力コンデンサの容量と相関する各入力コンデンサにおける電流を受電するように構成される、実施形態２６４に記載の方法。
実施形態２７１。スイッチコンデンサ回路網が入力電圧を変換された電圧に変換するために必要とされるクロックサイクルの回数を低減させるための方法であって、
入力電圧と出力容量との間のスイッチコンデンサ回路網内に複数の入力コンデンサを取得するステップであって、入力コンデンサは、入力電圧から出力容量に後続入力コンデンサを上回る容量を有する、ステップと、
入力電圧を用いて第１の入力コンデンサを充電するステップと、
複数の入力コンデンサにおける前の入力コンデンサを用いて、複数の入力コンデンサにおける後続入力コンデンサを充電するステップと、
出力容量を充電し、変換された電圧を取得するステップと、
を含む、方法。
実施形態２７２。スイッチコンデンサ回路網は、その入力コンデンサの容量と相関する各入力コンデンサにおける電流を受電するように構成される、実施形態２５８および２７１のうちのいずれか１項に記載の方法。
先に記載されるように、本発明の詳細な実施形態が、本明細書に開示されるが、しかしながら、開示される実施形態は、単に、種々の形態において具現化され得る本発明の例示であることを理解されたい。多くの修正および他の変形例が、以下に請求されるような本発明の意図される範囲内にあることを理解されたい。さらに、種々の実施形態の前述の説明は、必ずしも、除外を示唆しない。例えば、「いくつかの」実施形態は、本発明の範囲内の「他の」および「さらなる」実施形態の全てまたは一部を含み得る。加えて、「ａ」は、「１つおよび１つのみ」を意味せず、「ａ」は、「１つおよび１つを上回るもの」を意味することができる。

Claims (22)

  1. 一次電流経路を有する回路を過電流条件から保護するためのデバイスであって、
    前記デバイスを通して前記一次電流経路を配索するように構成される、第１の端子および第２の端子と、
    第１のゲートと、第１のドレインと、第１のソースとを備える、第１のトランジスタであって、
    前記第１のトランジスタは、空乏モードのノーマリオントランジスタであり、
    前記第１のトランジスタは、前記第１の端子と前記第２の端子との間の前記一次電流経路内で直列に配列される、
    第１のトランジスタと、
    ドライバ回路であって、
    前記ドライバ回路は、前記第１の端子と前記第２の端子との間の電圧のみから導出される入力電圧を受電し、前記入力電圧を放出可能に貯蔵される電圧に変換するように適合される電圧コンバータ回路を備え、前記ドライバ回路は、前記放出可能に貯蔵される電圧またはその微分電圧を、前記第１のソースに対する前記第１のゲートにおけるゲート電圧として印加するように構成される、
    ドライバ回路と、
    を備え、
    第１の正の電圧および通常の電流条件が前記第１の端子から前記第２の端子に存在するとき、
    前記第１のトランジスタは、電流を前記第１の端子と前記第２の端子との間に通過させるように構成され、
    第２の正の電圧および深刻な過電流条件が前記第１の端子から前記第２の端子に存在するとき、
    前記ドライバ回路は、前記放出可能に貯蔵される電圧またはその微分電圧を前記ゲート電圧として印加することによって、前記第１のトランジスタを遮断空乏モードに駆動するように構成され、
    前記デバイスは、通常の電流条件中に電流を通過させ、深刻な過電流条件中に電流を実質的に遮断するように構成される、
    デバイス。
  2. 前記電圧コンバータ回路は、前記入力電圧を２０ナノ秒以内に変換するように構成される、請求項１に記載のデバイス。
  3. 前記ドライバ回路は、前記入力電圧を逓倍し、反転させることによって、前記入力電圧を放出可能に貯蔵される電圧に変換し、
    前記電圧コンバータ回路は、スイッチコンデンサ回路網を備え、１００マイクロ秒以内に前記入力電圧を前記放出可能に貯蔵される電圧に変換する、
    請求項１に記載のデバイス。
  4. 前記スイッチコンデンサ回路網は、並列／直列スイッチコンデンサ回路網である、請求項３に記載のデバイス。
  5. 第３の正の電圧およびわずかな過電流条件が前記第１の端子から前記第２の端子に存在するとき、
    前記ドライバ回路は、前記放出可能に貯蔵される電圧またはその微分電圧を前記ゲート電圧として印加することによって、前記第１のトランジスタを電流限定モードに駆動するように構成され、
    前記デバイスは、わずかな過電流条件中に電流を限定するように構成される、
    請求項１−４のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
  6. 前記電圧コンバータ回路は、前記入力電圧を自己触媒的に変換するように構成される、請求項１−５のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
  7. 前記デバイスは、いずれの補助電力供給源も伴わずに動作するように構成される、請求項１−６のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
  8. 前記デバイスは、インダクタを備えていない、請求項１−７のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
  9. 前記デバイスは、変圧器を備えていない、請求項１−８のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
  10. 前記デバイスは、前記第１の端子および前記第２の端子以外にいかなる端子も備えていない、請求項１−９のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
  11. 前記第１のトランジスタは、空乏モードのノーマリオンＧａＮトランジスタである、請求項１−１０のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
  12. 前記第１のトランジスタと並列電気連通して配列される、少なくとも１つの第２のトランジスタをさらに備え、
    前記少なくとも１つの第２のトランジスタの各第２のトランジスタは、第２のゲートと、第２のドレインと、第２のソースとを備え、
    前記少なくとも１つの第２のトランジスタは、前記第２の正の電圧および前記深刻な過電流条件が前記第１の端子から前記第２の端子に存在するとき、遮断空乏モードに駆動されるように構成され、
    前記少なくとも１つの第２のトランジスタは、前記第３の正の電圧および前記わずかな過電流条件が前記第１の端子から前記第２の端子に存在するとき、電流限定モードに駆動されるように構成される、
    請求項５−１１のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
  13. 前記ドライバ回路はさらに、前記放出可能に貯蔵される電圧を浮動させ、浮動電圧を取得するように構成される電圧浮動回路を備え、
    前記ドライバ回路は、前記浮動電圧または前記浮動電圧の微分を前記ゲート電圧として印加するように構成される、
    請求項１−１２のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
  14. 温度応答要素をさらに備え、前記温度応答要素は、前記第１のトランジスタと、存在する場合には前記少なくとも１つの第２のトランジスタとに一次電流経路内で直列に配列され、
    前記温度応答要素は、前記深刻な過電流条件が存在するとき、前記ドライバ回路に、前記第１のトランジスタを遮断空乏モードに駆動させるように構成される、
    請求項１−１３のうちのいずれか１項に記載のデバイス。
  15. 過電流条件に対して回路を保護するための方法であって、
    デバイスを提供するステップであって、前記デバイスは、
    第１の端子および第２の端子と、
    第１のゲートと、第１のドレインと、第１のソースとを備える、第１のトランジスタと、
    を有し、
    前記第１のトランジスタは、空乏モードのノーマリオントランジスタであり、
    前記第１のトランジスタは、前記第１の端子と前記第２の端子との間の一次電流経路内で直列に配列され、
    前記デバイスは、いかなる補助電力も受電しないように構成される、
    ステップと、
    前記回路内を流動する全ての電流が、前記デバイスを通して流動する、またはそれによって遮断されるように、前記第１の端子および前記第２の端子を前記回路内で直列電気連通するように配置するステップと、
    非ゼロ電圧が前記第１の端子と前記第２の端子との間に存在するとき、
    前記非ゼロ電圧を変換し、放出可能に貯蔵される電圧を取得するステップと、
    前記放出可能に貯蔵される電圧を浮動させ、浮動電圧を取得するステップと、
    過電流条件が前記第１の端子と前記第２の端子との間に存在するとき、
    前記浮動電圧を前記第１のゲートに印加し、前記第１のトランジスタを遮断空乏モードに駆動するステップと、
    それによって、前記第１の端子と前記第２の端子との間の実質的に全ての電流を遮断するステップと、
    それによって、前記回路を前記過電流条件から保護するステップと、
    を含む、方法。
  16. 前記非ゼロ電圧を変換し、放出可能に貯蔵される電圧を取得するステップは、自己触媒的に起こる、請求項１４に記載の方法。
  17. 過電流条件に対して回路を保護するための方法であって、
    デバイスを提供するステップであって、前記デバイスは、
    第１の端子および第２の端子と、
    第１のゲートと、第１のドレインと、第１のソースとを備える、第１のトランジスタと、
    を有し、
    前記第１のトランジスタは、空乏モードのノーマリオントランジスタであり、
    前記第１のトランジスタは、前記第１の端子と前記第２の端子との間の一次電流経路内で直列に配列され、
    前記デバイスは、いかなる補助電力も受電しないように構成される、
    ステップと、
    前記回路内を流動する全ての電流が、前記デバイスを通して流動する、またはそれによって限定されるように、前記第１の端子および前記第２の端子を前記回路内で直列電気連通するように配置するステップと、
    非ゼロ電圧が前記第１の端子と前記第２の端子との間に存在するとき、
    前記非ゼロ電圧を変換し、放出可能に貯蔵される電圧を取得するステップと、
    前記放出可能に貯蔵される電圧を浮動させ、浮動電圧を取得するステップと、
    過電流条件が前記第１の端子と前記第２の端子との間に存在するとき、
    前記浮動電圧を前記第１のゲートに印加し、前記第１のトランジスタを電流限定モードに駆動するステップと、
    それによって、前記第１の端子と前記第２の端子との間の電流を限定するステップと、
    それによって、前記回路を前記過電流条件から保護するステップと、
    を含む、方法。
  18. 前記非ゼロ電圧を変換し、放出可能に貯蔵される電圧を取得するステップは、自己触媒的に起こる、請求項１６に記載の方法。
  19. 電圧コンバータ回路であって、
    入力電圧を変換された電圧に変換するように構成される、スイッチコンデンサ回路網
    を備え、
    前記スイッチコンデンサ回路網は、前記入力電圧を前記変換された電圧に自己触媒的に変換するように構成される、電圧コンバータ回路。
  20. 前記スイッチコンデンサ回路網は、
    前記入力電圧によって充電され、前記変換された電圧を提供するために放電するように構成される、複数のコンデンサと、
    「オフ」状態にあるとき、前記複数のコンデンサを並列電気連通において構成し、「オン」状態にあるとき、前記複数のコンデンサを直列電気連通において構成する、複数のトランジスタと、
    を備える、請求項１８に記載の電圧コンバータ回路。
  21. 前記スイッチコンデンサ回路網は、
    前記入力電圧によって充電され、前記変換された電圧を提供するために放電するように構成される、複数のコンデンサと、
    順方向にバイアスされるとき、前記複数のコンデンサを並列電気連通において構成し、逆方向にバイアスされるとき、前記複数のコンデンサを直列電気連通において構成する、複数のダイオードと、
    を備える、請求項１８に記載の電圧コンバータ回路。
  22. ゲートを有するトランジスタを駆動する方法であって、前記方法は、
    入力電圧を自己触媒的に変換し、放出可能に貯蔵される電圧を取得するステップと、
    前記放出可能に貯蔵される電圧を前記ゲートに印加し、それによって、前記トランジスタを駆動するステップと、
    を含む、方法。
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