JP2020054233A - 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

【課題】回路を保護するための好適な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を提供すること。【解決手段】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。【選択図】なし

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。
本願明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
(項目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。
(項目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、項目1に記載のデバイス。
(項目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、
項目1に記載のデバイス。
(項目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、項目3に記載のデバイス。
(項目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、
項目1−4のうちのいずれか1項に記載のデバイス。
(項目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、項目1−5のうちのいずれか1項に記載のデバイス。
(項目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、項目1−6のうちのいずれか1項に記載のデバイス。
(項目8)
前記デバイスは、インダクタを備えていない、項目1−7のうちのいずれか1項に記載のデバイス。
(項目9)
前記デバイスは、変圧器を備えていない、項目1−8のうちのいずれか1項に記載のデバイス。
(項目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、項目1−9のうちのいずれか1項に記載のデバイス。
(項目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、項目1−10のうちのいずれか1項に記載のデバイス。
(項目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、
項目5−11のうちのいずれか1項に記載のデバイス。
(項目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、
項目1−12のうちのいずれか1項に記載のデバイス。
(項目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、
項目1−13のうちのいずれか1項に記載のデバイス。
(項目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。
(項目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、項目14に記載の方法。
(項目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。
(項目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、項目16に記載の方法。
(項目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。
(項目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、項目18に記載の電圧コンバータ回路。
(項目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、項目18に記載の電圧コンバータ回路。
(項目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。
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 (18)

  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第1の入力電圧を受電し、前記第1の入力電圧を第1の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第1の電圧コンバータ回路を備え、
    前記ドライバ回路は、前記第1の電圧コンバータが前記第1の入力電圧を変換するよりも迅速に第2の入力電圧を第2の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ジャンプスタート電圧コンバータをさらに備え、
    前記ドライバ回路は前記第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印加するように構成され、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、前記第1の放出可能に貯蔵される電圧またはその微分電圧か、前記第2の放出可能に貯蔵される電圧またはその微分電圧か、それらの組み合わせか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として動作するように構成される、請求項1に記載のデバイス。
  3. 前記ジャンプスタート電圧コンバータは、長期使用電圧コンバータとして動作するように構成される、請求項1に記載のデバイス。
  4. 前記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および長期使用電圧コンバータとして動作するように構成される、請求項1に記載のデバイス。
  5. 前記ジャンプスタート電圧コンバータは、発振器に発振器トリガ電圧を提供するように構成される、請求項1に記載のデバイス。
  6. 前記発振器トリガ電圧は、前記深刻な過電流条件中に前記第1のトランジスタを遮断空乏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前記発振器に前記ジャンプスタート電圧コンバータを駆動させるように構成される、請求項5に記載のデバイス。
  7. 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、前記第1の放出可能に貯蔵される電圧またはその微分電圧か、前記第2の放出可能に貯蔵される電圧またはその微分電圧か、それらの組み合わせか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記載のデバイス。
  8. 前記ジャンプスタート電圧コンバータは、発振器に発振器トリガ電圧を提供するように構成される、請求項7に記載のデバイス。
  9. 前記発振器トリガ電圧は、前記わずかな過電流条件中に前記第1のトランジスタを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前記発振器に前記ジャンプスタート電圧コンバータを駆動させるように構成される、請求項8に記載のデバイス。
  10. 前記ジャンプスタート電圧コンバータは、前記第2の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ことにより、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る、請求項1に記載のデバイス。
  11. 前記ジャンプスタート電圧コンバータは、前記第2の放出可能に貯蔵される電圧またはその微分を、前記第1の電圧コンバータ回路に印加するように構成される、請求項1に記載のデバイス。
  12. 前記ジャンプスタート電圧コンバータは、前記第2の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ことにより、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、
    前記第1の電圧コンバータ回路は、前記深刻な過電流条件中に前記第1のトランジスタを遮断空乏モードに維持するために前記第1の放出可能に貯蔵される電圧またはその微分を印加するように構成される、請求項1に記載のデバイス。
  13. 前記第1の電圧コンバータ回路は、前記第1のトランジスタを伴うフィードバックループにおいて構成される、請求項12に記載のデバイス。
  14. 前記ドライバ回路は、電圧フロータを備え、前記第1の放出可能に貯蔵される電圧またはその微分電圧か、前記第2の放出可能に貯蔵される電圧またはその微分か、それらの組み合わせかは、浮動電圧である、請求項1に記載のデバイス。
  15. 前記ドライバ回路は、電圧フロータをさらに備え、前記ゲート電圧は、浮動電圧である、請求項1に記載のデバイス。
  16. 前記ジャンプスタート電圧コンバータは、スイッチコンデンサ回路網を含む、請求項1に記載のデバイス。
  17. 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を含む、請求項16に記載のデバイス。
  18. 前記ジャンプスタート電圧コンバータは、自己触媒電圧変換を提供するように構成される、請求項1に記載のデバイス。
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