JP2023516357A - パワーデバイスの駆動回路及び駆動システム - Google Patents

パワーデバイスの駆動回路及び駆動システム Download PDF

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Abstract

この出願の実施形態は、少ない数のコンポーネントを用いてパワーデバイスを駆動するための、パワーデバイスの駆動回路及び駆動システムを開示する。パワーデバイスの当該駆動回路は、駆動信号を生成するように構成された駆動信号生成回路と、直列に接続された抵抗及びキャパシタであり、駆動信号生成回路とパワーデバイスとに結合され、駆動信号に基づいてパワーデバイスのターンオン及びターンオフを制御するように構成された抵抗及びキャパシタと、パワーデバイスに結合された電圧クランプ回路であり、パワーデバイスのゲート電圧をゲート耐圧以下に制御するように構成された電圧クランプ回路と、を含む。

Description

この出願は、“パワーデバイスの駆動回路及び駆動システム”と題されて２０２０年３月４日に中国国家知的所有権管理局に出願された中国特許出願第２０２０１０１４２６４７．３号に対する優先権を主張するものであり、それをその全体にてここに援用する。
この出願は、半導体技術の分野に関し、特に、パワーデバイスの駆動回路及び駆動システムに関する。
パワーデバイスは、特定の条件下で良好なターンオン特性及びターンオフ特性を持つトライオードである。パワーデバイスをターンオン及びターンオフさせるために、パワーデバイスの制御端（例えば、ゲート）に制御信号が与えられる。パワーデバイスは、様々な種類の回路で広く使用されている。具体的には、パワーデバイスは、以下に限られないが、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor、ＭＯＳＦＥＴ）、窒化ガリウム（gallium nitride、ＧａＮ）トランジスタ、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（insulated gate bipolar transistor、ＩＧＢＴ）、バイポーラ接合トランジスタ（bipolar junction transistor、ＢＪＴ）を含む。
パワーデバイスが駆動されるとき、パワーデバイスの制御端の電圧を変化させることによって、パワーデバイスのターンオン及びターンオフが実現され得る。例えば、ＭＯＳＦＥＴ及びＧａＮトランジスタでは、ゲート電圧とソース電圧との間の差が電圧閾値以上であるとき、パワーデバイスがターンオンされ、ゲート電圧とソース電圧との間の差が電圧閾値未満であるとき、パワーデバイスがターンオフされる。実際の適用では、パワーデバイスのターンオン及びターンオフは、パワーデバイスのゲートに異なる電圧を印加することによって制御され得る。
例えば、図１は、例えば従来技術で提供されているＭＯＳＦＥＴ及びＧａＮトランジスタなどの電圧型スイッチングデバイスの駆動ソリューションを示している。図１では、ゲートドライバが駆動信号を生成するように構成され、駆動信号はハイ（high）レベル又はロー（low）レベルにあるとし得る。ゲートドライバは、電源ＶＤＲＶ、スイッチＳ１、及びスイッチＳ２を含み、Ｓ１とＳ２が交互にオンにされてハイレベル又はローレベルを生成する。駆動回路は、ＲＧ＿ＯＮ、ＲＧ＿ＯＦＦ、Ｄ１、及びＤＺを含んでいる。駆動信号がハイレベルにあるとき、ＲＧ＿ＯＮを用いてパワーデバイス内のゲートソース容量ＣＧＳが充電されてゲート電圧がターンオン電圧に達し、パワーデバイスがターンオンされる。駆動信号がローレベルにあるとき、Ｄ１及びＲＧ＿ＯＦＦを用いてＣＧＳが放電し、ゲート電圧がターンオン電圧未満になり、パワーデバイスがターンオフされる。また、ツェナーダイオードＤＺは、ゲート電圧がゲート耐圧未満となるようにゲート電圧をクランプし得る。
難なく分かることには、図１の駆動ソリューションでは、ＣＧＳの充電ループの経路と放電ループの経路とが異なっており、駆動回路が多数のコンポーネントを含んでいる。
この出願の実施形態は、少ない数のコンポーネントを用いてパワーデバイスを駆動するための、パワーデバイスの駆動回路及び駆動システムを提供する。
第１の態様によれば、この出願の一実施形態は、パワーデバイスの駆動回路を提供し、当該駆動回路は、駆動信号生成回路と、直列に接続された抵抗及びキャパシタとを含み、さらに電圧クランプ回路を含む。駆動信号生成回路は、駆動信号を生成するように構成される。直列に接続された抵抗及びキャパシタは、駆動信号生成回路とパワーデバイスとに結合され、駆動信号に基づいてパワーデバイスのターンオン及びターンオフを制御するように構成される。電圧クランプ回路は、パワーデバイスに結合され、パワーデバイスのゲート電圧をゲート耐圧以下に制御するように構成される。
パワーデバイスは、例えば窒化ガリウム（ＧａＮ）パワートランジスタ又は金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）などの電圧型スイッチデバイスである。
第１の態様で提供される駆動回路によれば、パワーデバイスをターンオンさせるために、パワーデバイスのゲート－ソースキャパシタが、直列に接続された抵抗とキャパシタを用いて充電され得る。あるいは、パワーデバイスをターンオフさせるために、パワーデバイスのゲート－ソースキャパシタが、直列に接続された抵抗とキャパシタを用いて放電され得る。また、電圧クランプ回路が、パワーデバイスのターンオン過程又はターンオフ過程においてパワーデバイスが大きい電流衝撃を負うことを防止し得る。従って、パワーデバイスのターンオン過程及びターンオフ過程の信頼性が向上される。当該駆動回路は単純な構造を持ち、少ない数のコンポーネントを含む。従って、第１の態様で提供される駆動回路によれば、パワーデバイスの周辺駆動回路が単純化され、少ない数のコンポーネントを用いてパワーデバイスが駆動される。故に、駆動回路によって占有されるボード面積が小さくなり、電力密度が向上される。
取り得る一設計において、直列に接続された抵抗及びキャパシタは具体的に、駆動信号がハイレベルであるときに、パワーデバイスをターンオンさせるように制御し、駆動信号がローレベルであるときに、パワーデバイスをターンオフさせるように制御する、ように構成される。
換言すれば、駆動信号がハイレベルであるとき、直列に接続された抵抗とキャパシタを用いてパワーデバイスのゲート－ソースキャパシタが充電されて、パワーデバイスをターンオンさせることができる。駆動信号がローレベルであるとき、直列に接続された抵抗とキャパシタを用いてパワーデバイスのゲート－ソースキャパシタが放電されて、パワーデバイスをターンオフさせることができる。
第１の態様で提供される駆動回路では、抵抗の第１端が駆動信号生成回路に結合され、抵抗の第２端がキャパシタの第１端に結合され、キャパシタの第２端がパワーデバイスのゲートに結合される。あるいは、キャパシタの第１端が駆動信号生成回路に結合され、キャパシタの第２端が抵抗の第１端に結合され、抵抗の第２端がパワーデバイスのゲートに結合される。
換言すれば、直列に接続された抵抗とキャパシタについて、抵抗とキャパシタの一端が駆動信号生成回路に結合され、抵抗とキャパシタの他端がパワーデバイスのゲートに結合される。しかしながら、抵抗とキャパシタを直列に接続する順番は限定されない。
取り得る一設計において、電圧クランプ回路はツェナーダイオードを含む。ツェナーダイオードのカソードがパワーデバイスのゲートに結合され、ツェナーダイオードのアノードがパワーデバイスのソースに結合され、ツェナーダイオードのツェナー降伏電圧はゲート耐圧以下である。
上述のソリューションによれば、ツェナーダイオードを使用することにより、パワーデバイスのゲート電圧を、ゲート耐圧以下の値に安定化させることができる。従って、パワーデバイスの信頼性が向上される。
取り得る他の一設計において、電圧クランプ回路は静電放電（ＥＳＤ）回路を含む。パワーデバイスのゲート電圧をゲート耐圧以下に制御することに加えて、ＥＳＤ回路が更に、パワーデバイスのゲートとソースとの間に静電気が発生されたときに該静電気を放電するように構成される。
上述のソリューションによれば、ＥＳＤ回路を用いて、パワーデバイスのゲート電圧をゲート耐圧以下の値に安定化させ得る。従って、パワーデバイスの信頼性が向上される。また、ＥＳＤ回路が更に静電放電機能を持つ。ＥＳＤ回路を使用して静電気を放電させ、パワーデバイスのゲート電圧を制御することで、パワーデバイスの周辺回路が更に単純化され、駆動回路の寄生パラメータが低減され、信号品質が向上される。
取り得る一設計において、駆動信号生成回路は、直流電圧源、第１スイッチ、及び第２スイッチを含む。第１スイッチの第１端が直流電圧源に結合され、第１スイッチの第２端が第２スイッチの第２端に結合され、第２スイッチの第２端がグランド端に結合される。第１スイッチと第２スイッチとが交互にターンオフされ、第１スイッチの第１端が駆動信号を出力するように構成される。
上述のソリューションによれば、第１スイッチがターンオフされ、第２スイッチがターンオンされるとき、駆動信号生成回路はハイレベルを出力する。第１スイッチがターンオンされ、第２スイッチがターンオフされるとき、駆動信号生成回路はローレベルを出力する。斯くして、駆動信号生成回路の機能が実現される。
第２の態様によれば、この出願の一実施形態は駆動システムを提供し、当該駆動システムは、第１の態様及び第１の態様の取り得る設計のうちのいずれかで提供される駆動回路とパワーデバイスとを含み、駆動回路がパワーデバイスを駆動するように構成される。
また、第２の態様における取り得る設計様式によってもたらされる技術的効果については、第１の態様における複数の異なる設計様式によってもたらされる技術的効果を参照されたい。詳細をここで再び説明することはしない。
従来技術における駆動回路の構成の概略図である。 この出願の一実施形態に従った、パワーデバイスの第１の駆動回路の構成の概略図である。 この出願の一実施形態に従った静電放電回路の構成の概略図である。 この出願の一実施形態に従った、パワーデバイスの第２の駆動回路の構成の概略図である。 この出願の一実施形態に従った、パワーデバイスの第３の駆動回路の構成の概略図である。 この出願の一実施形態に従った駆動システムの構成の概略図である。
この出願の実施形態は、少ない数のコンポーネントを用いてパワーデバイスを駆動するための、パワーデバイスの駆動回路及び駆動システムを提供する。
以下、添付の図面を参照して、この出願の実施形態で提供されるパワーデバイスの駆動ソリューションを具体的に説明する。
なお、この出願で使用される“複数の”は、２つ以上を意味する。また、理解されるべきことには、この出願の説明において、例えば“第１”及び“第２”などの用語は、単に区別及び説明のために使用されているに過ぎず、相対的な重要性の指示若しくは暗示、又は順序の指示若しくは暗示として理解されてはならない。
図２は、この出願の一実施形態に従ったパワーデバイスの駆動回路の構成の概略図である。パワーデバイスの駆動回路２００（以下、“駆動回路２００”として参照する）は、駆動信号生成回路２０１と、直列に接続された抵抗２０２及びキャパシタ２０３と、電圧クランプ回路２０４とを含む。
駆動信号生成回路２０１は、駆動信号を生成するように構成される。直列に接続された抵抗２０２及びキャパシタ２０３は、駆動信号生成回路２０１とパワーデバイスとに結合され、駆動信号に基づいてパワーデバイスのターンオン及びターンオフを制御するように構成される。電圧クランプ回路２０４は、パワーデバイスに結合され、パワーデバイスのゲート電圧をゲート耐圧以下に制御するように構成される。
パワーデバイスは、ＭＯＳＦＥＴ又はＧａＮトランジスタとすることができ、あるいは、別の電圧型スイッチングデバイスであってもよい。ＧａＮ材料は、低い熱発生率、及び高い絶縁破壊電界を持ち、電界効果トランジスタを製造するのに使用されることができる。ゲートプロセスの制限により、ＧａＮトランジスタの駆動レンジは狭く、すなわち、ターンオン電圧とＧａＮトランジスタの耐圧の上限との間の差が小さい。例えば、ＭＯＳＦＥＴのゲート耐圧は、－２０Ｖから２０Ｖであり、ＧａＮトランジスタのゲート耐圧は、－１０Ｖから７Ｖである。トランジスタのターンオン電圧は通常６Ｖである。従って、ＧａＮトランジスタでは、ゲート電圧が６Ｖに等しいときにＧａＮトランジスタが導通される。しかし、ゲート電圧が１Ｖ上がると、ＧａＮトランジスタのゲート耐圧を超えてしまう。これは、ＧａＮトランジスタが絶縁破壊を生じさせる。しかしながら、ＭＯＳＦＥＴのゲート耐圧とターンオン電圧との間には、なおも１４Ｖのマージンが存在する。従って、ＧａＮトランジスタは、ＭＯＳＦＥＴよりも弱い干渉耐性能力を持ち、駆動回路について、より高い要求を有する。
駆動回路２００では、抵抗２０２の一端が駆動信号生成回路２０１に結合され、抵抗２０２の他端がキャパシタ２０３の一端に結合され、キャパシタ２０３の他端がパワーデバイスのゲートに結合されている（図２では一例として接続様式を用いている）。あるいは、キャパシタ２０３の一端が駆動信号生成回路２０１に結合され、キャパシタ２０３の他端が抵抗２０２の一端に結合され、抵抗２０２の他端がパワーデバイスのゲートに結合される。
換言すれば、直列に接続された抵抗２０２とキャパシタ２０３について、抵抗２０２とキャパシタ２０３の一端が駆動信号生成回路２０１に結合され、抵抗２０２とキャパシタ２０３の他端がパワーデバイスのゲートに結合される。抵抗２０２とキャパシタ２０３を直列に接続する順番は、この出願のこの実施形態において限定されることではない。換言すれば、抵抗２０２とキャパシタ２０３の位置は入れ替えられ得る。図２は、抵抗２０２が駆動信号生成回路２０１に結合され、キャパシタ２０３がパワーデバイスに結合される例を用いて示されている。実際の適用では、キャパシタ２０３が駆動信号生成回路２０１に結合され、抵抗２０２がパワーデバイスに結合される接続様式も用いられ得る。
具体的には、この出願のこの実施形態において、直列に接続された抵抗２０２及びキャパシタ２０３は具体的に、駆動信号がハイレベルにあるとき、パワーデバイスのゲート－ソースキャパシタを充電して、パワーデバイスがターンオンされるように制御し、駆動信号がローレベルにあるとき、パワーデバイスのゲート－ソースキャパシタを放電して、パワーデバイスがターンオフされるように制御するように構成される。
確かなことには、駆動信号のハイレベルとローレベルは、同じ基準グランドに対してのものである。相異なる基準グランドが用いられる場合、この出願に記載される“ローレベル”もある妥当なレベルとなり得る。
また、理解されるべきことには、ゲート－ソースキャパシタは、パワーデバイス内でゲートとソースとの間に架けられたキャパシタである。この出願のこの実施形態では、直列に接続された抵抗２０２とキャパシタ２０３が、ゲート－ソースキャパシタを充電及び放電するように構成される。ゲート－ソースキャパシタが充電されるとき、ゲートとソースとの間の電圧が上昇し、ゲート電圧がパワーデバイスのターンオン電圧に達すると、パワーデバイスがターンオンされる。ゲート－ソースキャパシタが放電されるとき、ゲートとソースとの間の電圧が低下し、ゲート電圧がパワーデバイスのターンオン電圧よりも低くなると、パワーデバイスがターンオフされる。
また、駆動回路２００において、駆動信号生成回路２０１は、直流電圧源、第１スイッチ、及び第２スイッチを含み得る。第１スイッチの第１端が直流電圧源に結合され、第１スイッチの第２端が第２スイッチの第２端に結合され、第２スイッチの第２端がグランド端に結合される。第１スイッチと第２スイッチとが交互にターンオフされ、第１スイッチの第１端が駆動信号を出力するように構成される。
上述の駆動信号生成回路２０１を用いることにより、第１スイッチがターンオンされ、第２スイッチがターンオフされるとき、駆動信号生成回路２０１はハイレベルを出力する。第１スイッチがターンオフされ、第２スイッチがターンオンされるとき、駆動信号生成回路２０１はローレベルを出力する。第１スイッチ及び第２スイッチの具体的な種類は、この出願のこの実施形態において限定されることではない。例えば、第１スイッチ及び第２スイッチは、一般的な単極単投スイッチであってもよいし、例えばトランジスタなどの制御可能なスイッチであってもよい。
確かなことには、駆動信号生成回路２０１の構成は一例に過ぎない。実際の適用では、駆動信号生成回路２０１がハイレベル又はローレベルの駆動信号を出力することができる限りにおいて、駆動信号生成回路２０１は複数の構造を有し得る。
この出願の本実施形態で提供される駆動回路２００によれば、パワーデバイスをターンオンさせるために、ゲート－ソースキャパシタが、直列に接続された抵抗２０２とキャパシタ２０３を用いて充電され得る。あるいは、パワーデバイスをターンオフさせるために、ゲート－ソースキャパシタが、直列に接続された抵抗２０２とキャパシタ２０３を用いて放電され得る。また、電圧クランプ回路２０４が、パワーデバイスのターンオン過程又はターンオフ過程においてパワーデバイスが大きい電流衝撃を負うことを防止し得る。従って、パワーデバイスのターンオン過程及びターンオフ過程の信頼性が向上される。駆動回路２００は単純な構造を持ち、少ない数のコンポーネントを含む。従って、少ない数のコンポーネントを用いてパワーデバイスを駆動し得る。
また、パワーデバイスがターンオンされる必要がある状況では、駆動信号生成回路２０１がハイレベルを出力し、直列に接続された抵抗２０２とキャパシタ２０３がゲート－ソースキャパシタを充電することで、ゲート電圧がターンオン電圧よりも高くなり、パワーデバイスがターンオンされる。パワーデバイスがターンオフされる必要がある状況では、駆動信号生成回路２０１がローレベルを出力することができる。駆動信号生成回路２０１の出力がハイレベルからローレベルにジャンプするとき、キャパシタ２０３の電圧は急には変化することができないため、パワーデバイスのゲート電圧が突然に負の値に変化する。従って、負のゲート駆動が実現される（すなわち、ゲートに負電圧を印加することによってパワーデバイスがターンオフされる）。正電圧駆動ソリューションを使用することによってのみパワーデバイスをターンオフさせることができる従来技術におけるソリューションと比較して、この出願のこの実施形態で提供される駆動回路２００を用いることは、パワーデバイスの、いっそう良好なターンオフ効果を有する。
例として図１を用いる。駆動信号がハイレベルにあるとき、電流がキャパシタ２０３の左側から右側に流れ、キャパシタ２０３の左側の電圧がキャパシタ２０３の右側の電圧よりも高くなる。駆動信号がローレベルにジャンプすると、電流がキャパシタ２０３の右側から左側に流れる。キャパシタ２０３の電圧は急には変化しないため、なおもキャパシタ２０３の左側の電圧がキャパシタ２０３の右側の電圧よりも高い。この場合、キャパシタ２０３の左側はローレベルにあるため、キャパシタ２０３の右側の電圧は過渡的に負の電圧に引っ張られる。換言すれば、パワーデバイスのゲート電圧が負電圧に変化する。従って、負のゲート駆動が実現される。
具体的に、電圧クランプ回路２０４は、ツェナーダイオードを含むことができ、ツェナーダイオードのカソードがパワーデバイスのゲートに結合され、ツェナーダイオードのアノードがパワーデバイスのソースに結合され、ツェナーダイオードのツェナー降伏電圧は、パワーデバイスのゲート耐圧以下である。ツェナーダイオードが使用され、パワーデバイスのゲート電圧はゲート耐圧より高くならないようにし得る。従って、パワーデバイスの信頼性が向上される。
例えば、パワーデバイスのゲート耐圧は７Ｖであり、パワーデバイスの電源は接地される。この場合、駆動信号がハイレベルにあるときにパワーデバイスのゲート電圧が７Ｖよりも高くならないことを保証するように、６．２Ｖのツェナー降伏電圧を持つツェナーダイオードが選択され得る。
パワーデバイスの適用において、静電放電（electro-static discharge、ＥＳＤ）は非常にパワーデバイスを損傷させやすい。静電気が発生すると、パワーデバイスのゲート（例えば、ゲート）が過渡的に大電流を発生する。これがパワーデバイスを損傷させる。従来技術では一般にパワーデバイスの内部にＥＳＤ回路が配置され、ＥＳＤが発生すると、静電気によって発生した大電流を該ＥＳＤ回路が放電して、パワーデバイスを保護し得る。
例えば、図３はＥＳＤ回路の構成の概略図である。当該ＥＳＤ回路は、パワーデバイスのゲートとソースとの間に架かり、トランジスタＴ１、Ｔ２、Ｔ３、及びＴ４と、抵抗Ｒとを含んでいる。パワーデバイスのゲートとソースとの間に静電気が発生すると、ゲートとソースとの間に大電流が流れ、ゲート電圧が急に上昇する。この場合、トランジスタＴ１、Ｔ２、及びＴ３が全てターンオンされて抵抗Ｒに電圧が印加され、トランジスタＴ４のゲート電圧がトランジスタＴ４のターンオン電圧に達し、その結果、トランジスタＴ４がターンオンされる。また、静電気によってゲートとソースとの間に発生した電流が、トランジスタＴ４を用いて放電される。従って、静電放電の機能が実現される。
この出願のこの実施形態において、電圧クランプ回路２０４はＥＳＤ回路を含み得る。パワーデバイスのゲート電圧をゲート耐圧以下に制御することに加えて、ＥＳＤ回路が更に、パワーデバイスのゲートとソースとの間に静電気が発生されたときに該静電気を放電するように構成される。ＥＳＤ回路は、静電放電保護のために複数の方式を用い得る。例えば、ＥＳＤ回路は、順方向、逆方向、及び順－逆方向に静電放電保護を行い得る。ＥＳＤ回路の具体的な構成については、従来技術を参照されたい。詳細をここで説明することはしない。
換言すれば、ＥＳＤ回路を駆動回路２００に配置し得る。斯くして、ＥＳＤ回路をパワーデバイス内に配置しなくてよい。駆動回路２００内のＥＳＤ回路は、電圧クランプ回路２０４の電圧レギュレーション機能を実装することができるだけでなく、ＥＳＤ保護機能も実装することができる。上述のソリューションによれば、少ない数のコンポーネントしか追加しないという前提に基づいて、ＥＳＤ保護機能を実装することができる。従って、パワーデバイスの周辺回路が更に単純化され、駆動回路２００の寄生パラメータが低減され、信号品質が向上される。
まとめるに、この出願の本実施形態で提供される駆動回路２００によれば、パワーデバイスをターンオンさせるために、パワーデバイスのゲート－ソースキャパシタが、直列に接続された抵抗２０２とキャパシタ２０３を用いて充電され得る。あるいは、パワーデバイスをターンオフさせるために、ゲート－ソースキャパシタが、直列に接続された抵抗２０２とキャパシタ２０３を用いて放電され得る。また、電圧クランプ回路２０４が、パワーデバイスのターンオン過程又はターンオフ過程においてパワーデバイスが大きい電流衝撃を負うことを防止し得る。従って、パワーデバイスのターンオン過程及びターンオフ過程の信頼性が向上される。駆動回路２００は単純な構造を持ち、少ない数のコンポーネントを含む。従って、この出願のこの実施形態で提供される駆動回路２００によれば、パワーデバイスの周辺駆動回路が単純化され、少ない数のコンポーネントを用いてパワーデバイスが駆動される。故に、駆動回路２００によって占有されるボード面積が小さくなり、電力密度が向上される。
例えば、図４は、この出願に従ったパワーデバイスの駆動回路の構成の概略図である。パワーデバイスの当該駆動回路は、駆動回路２００の一具体例と見なされ得る。図４に示すように、当該駆動回路は、駆動信号生成回路、抵抗ＲＧ、キャパシタＣ、及びツェナーダイオードＤＺを含む。駆動信号生成回路は、電源ＶＤＲＶ、スイッチＳ１、及びスイッチＳ２を含み、Ｓ１とＳ２とが交互にターンオフされてハイレベル又はローレベルを生成する。
駆動信号がハイレベルにあるとき、ＲＧ及びＣを用いて駆動電流がＣＧＳを充電する。また、７Ｖのゲート耐圧をゲート電圧が超えないことを保証するよう、ＤＺがゲートの最高電圧をクランプし得る。駆動信号がローレベルにあるとき、ＣＧＳの電圧が、ＲＧ及びＣを用いてグランドに放電される。キャパシタＣの電圧は急には変化することができないため、キャパシタＣを用いてゲートの負ゲート駆動を実現することができ、ＤＺがゲート上の負電圧をクランプし得る。
例えば、図５は、この出願に従ったパワーデバイスの駆動回路の構成の概略図である。パワーデバイスの当該駆動回路は、駆動回路２００の一具体例と見なされ得る。図５に示すように、当該駆動回路は、駆動信号生成回路、抵抗ＲＧ、キャパシタＣ、及びＥＳＤ回路を含む。駆動信号生成回路は、電源ＶＤＲＶ、スイッチＳ１、及びスイッチＳ２を含み、Ｓ１とＳ２とが交互にターンオフされてハイレベル又はローレベルを生成する。ＥＳＤ回路は、パワーデバイスのゲート電圧をゲート耐圧以下に制御し、パワーデバイスのゲートとソースとの間に静電気が発生したときに静電気を放電するように構成される。
駆動信号がハイレベルにあるとき、ＲＧ及びＣを用いて駆動電流がＣＧＳを充電する。また、７Ｖのゲート耐圧をゲート電圧が超えないことを保証するよう、ＥＳＤ回路がゲートの最高電圧をクランプすることができる。駆動信号がローレベルにあるとき、ＣＧＳの電圧が、ＲＧ及びＣを用いてグランドに放電される。キャパシタＣの電圧は急には変化することができないため、キャパシタＣを用いてゲートの負ゲート駆動を実現することができ、ＥＳＤ回路がゲート上の負電圧をクランプし得る。また、ＥＳＤ回路は更に、パワーデバイスのゲートとソースとの間に静電気が発生したときに該静電気を放電し得る。
なお、図４及び図５に示す駆動回路は、駆動回路２００の具体例に過ぎない。図４及び図５に示した駆動回路において詳細に説明されていない実装及び技術的効果については、駆動回路２００の関連説明を参照されたい。詳細をここで再び説明することはしない。
同じ発明概念に基づき、この出願の一実施形態は更に駆動システムを提供する。図６を参照されたい。駆動システム６００は、上述の駆動回路２００と、パワーデバイス６０１とを含む。駆動回路２００がパワーデバイス６０１を駆動するように構成される。
パワーデバイス６０１は、ＭＯＳＦＥＴとすることができ、又はＧａＮトランジスタとすることができる。駆動回路２００の構成及び機能については、上述の説明を参照されたい。詳細をここで再び説明することはしない。
明らかなことには、当業者は、この出願の範囲から逸脱することなく、この出願に様々な変更及び変形を為すことができる。この出願は、この出願のそれら変更及び変形を、以下の請求項及びそれらの均等技術によって定められる保護の範囲に入る限りにおいてカバーすることを意図している。
取り得る一設計において、駆動信号生成回路は、直流電圧源、第１スイッチ、及び第２スイッチを含む。第１スイッチの第１端が直流電圧源に結合され、第１スイッチの第２端が第２スイッチの第１端に結合され、第２スイッチの第２端がグランド端に結合される。第１スイッチと第２スイッチとが交互にターンオフされ、第１スイッチの第２端が駆動信号を出力するように構成される。
上述のソリューションによれば、第１スイッチがターンオフされ、第２スイッチがターンオンされるとき、駆動信号生成回路はローレベルを出力する。第１スイッチがターンオンされ、第２スイッチがターンオフされるとき、駆動信号生成回路はハイレベルを出力する。斯くして、駆動信号生成回路の機能が実現される。
また、駆動回路２００において、駆動信号生成回路２０１は、直流電圧源、第１スイッチ、及び第２スイッチを含み得る。第１スイッチの第１端が直流電圧源に結合され、第１スイッチの第２端が第２スイッチの第１端に結合され、第２スイッチの第２端がグランド端に結合される。第１スイッチと第２スイッチとが交互にターンオフされ、第１スイッチの第２端が駆動信号を出力するように構成される。
例として図２を用いる。駆動信号がハイレベルにあるとき、電流がキャパシタ２０３の左側から右側に流れ、キャパシタ２０３の左側の電圧がキャパシタ２０３の右側の電圧よりも高くなる。駆動信号がローレベルにジャンプすると、電流がキャパシタ２０３の右側から左側に流れる。キャパシタ２０３の電圧は急には変化しないため、なおもキャパシタ２０３の左側の電圧がキャパシタ２０３の右側の電圧よりも高い。この場合、キャパシタ２０３の左側はローレベルにあるため、キャパシタ２０３の右側の電圧は過渡的に負の電圧に引っ張られる。換言すれば、パワーデバイスのゲート電圧が負電圧に変化する。従って、負のゲート駆動が実現される。

Claims (8)

  1. パワーデバイスの駆動回路であって、
    駆動信号を生成するように構成された駆動信号生成回路と、
    直列に接続された抵抗及びキャパシタであり、前記駆動信号生成回路と前記パワーデバイスとに結合され、前記駆動信号に基づいて前記パワーデバイスのターンオン及びターンオフを制御するように構成された抵抗及びキャパシタと、
    前記パワーデバイスに結合された電圧クランプ回路であり、前記パワーデバイスのゲート電圧をゲート耐圧以下に制御するように構成された電圧クランプ回路と、
    を有する駆動回路。
  2. 直列に接続された前記抵抗及び前記キャパシタは具体的に、
    前記駆動信号がハイレベルであるときに、前記パワーデバイスをターンオンさせるように制御し、前記駆動信号がローレベルであるときに、前記パワーデバイスをターンオフさせるように制御する、
    ように構成される、請求項１に記載の駆動回路。
  3. 前記抵抗の第１端が前記駆動信号生成回路に結合され、前記抵抗の第２端が前記キャパシタの第１端に結合され、前記キャパシタの第２端が前記パワーデバイスのゲートに結合される、又は
    前記キャパシタの第１端が前記駆動信号生成回路に結合され、前記キャパシタの第２端が前記抵抗の第１端に結合され、前記抵抗の第２端が前記パワーデバイスのゲートに結合される、
    請求項１又は２に記載の駆動回路。
  4. 前記電圧クランプ回路はツェナーダイオードを有し、
    前記ツェナーダイオードのカソードが前記パワーデバイスの前記ゲートに結合され、前記ツェナーダイオードのアノードが前記パワーデバイスのソースに結合され、前記ツェナーダイオードのツェナー降伏電圧は前記ゲート耐圧以下である、
    請求項１乃至３のいずれか一項に記載の駆動回路。
  5. 前記電圧クランプ回路は静電放電（ＥＳＤ）回路を有し、
    前記ＥＳＤ回路は更に、前記パワーデバイスの前記ゲートとソースとの間に静電気が発生されたときに該静電気を放電するように構成される、
    請求項１乃至３のいずれか一項に記載の駆動回路。
  6. 前記駆動信号生成回路は、直流電圧源、第１スイッチ、及び第２スイッチを有し、前記第１スイッチの第１端が前記直流電圧源に結合され、前記第１スイッチの第２端が前記第２スイッチの第２端に結合され、第２スイッチの第２端がグランド端に結合され、前記第１スイッチと前記第２スイッチとが交互にターンオフされ、前記第１スイッチの前記第１端が前記駆動信号を出力するように構成される、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の駆動回路。
  7. 前記パワーデバイスは、窒化ガリウム（ＧａＮ）パワートランジスタ又は金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）である、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の駆動回路。
  8. 請求項１乃至７のいずれか一項に記載の駆動回路とパワーデバイスとを有し、前記駆動回路が前記パワーデバイスを駆動するように構成されている、駆動システム。
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