JP6703983B2 - 高電圧ゼロqrrブートスタート電源 - Google Patents
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Description
図1は、従来のハーフブリッジトポロジ10を示す。図示のように、従来のトポロジ10は、Q1及びQ2の符号が付された一対のトランジスタ12及び14を含む。そのようなトポロジは、例えば、エンハンスメント形電界効果トランジスタ(FETs)で実現されてもよい。典型的には、トランジスタ12及び14はハイサイド及びローサイドスイッチと見なされる。ハイサイドトランジスタ12のソース16は、ハーフブリッジの出力でローサイドトランジスタ14のドレイン18に結合されている。ハイサイドトランジスタ12のドレイン20は高電圧源22(VMain)に結合され、ローサイドトランジスタ14のソース24はグランド26に結合されている。さらに、ハイサイドトランジスタ12のゲート28は、ゲートドライバ・レベルシフタ30に結合されており、ローサイドトランジスタ14のゲート32はゲートドライバ34に結合される。ゲートドライバ・レベルシフタ30とゲートドライバ34とは、当技術分野で周知であり、ここでは詳細には説明しない。しかしながら、この構成は、動作中に1つのトランジスタ12又は14(Q1又はQ2)をスイッチオンし、他のトランジスタをスイッチオフすることを可能にし、逆も同様であることが理解されるべきである。
本発明は、ハーフブリッジトポロジのためのブートストラップサプライ(bootstrap supply)に関し、より詳細には、窒化ガリウム(GaN)FETを用いたブートストラップサプライに関する。有利には、GaN FETは、ゼロ逆回復電荷QRRを有し、ハーフブリッジ回路のローサイドトランジスタと同期してスイッチングすることができるので、高電圧アプリケーションに有用である。同期スイッチングは、FETのボディダイオードが導通した場合に、高ブートストラップサプライ電圧を阻止する。さらに、ブートストラップデバイスのゼロ逆回復電荷QRRは、スイッチング性能を、特に超低用量キャパシタデバイス対して著しく改善し、ハイサイドデバイス内への損失の誘発を低減する。
適切なオフ状態マージンの一例を図4に示す。
Claims (23)
- ハーフブリッジトポロジで配置された電気回路であって、
ハイサイドトランジスタと、
ローサイドトランジスタと、
前記ハイサイドトランジスタのゲートに電気的に結合された第1ゲートドライバ・レベルシフタと、
前記ローサイドトランジスタのゲートに電気的に結合された第2ゲートドライバと、
前記第1ゲートドライバ・レベルシフタと並列に電気的に結合されたキャパシタと、
前記第1ゲートドライバ・レベルシフタの入力と前記第2ゲートドライバの入力とに電気的に結合された駆動電圧源と、
前記駆動電圧源と前記キャパシタとの間に電気的に結合されたブートストラップデバイスと、
を備え、
前記ブートストラップデバイスは、前記ローサイドトランジスタと同期してスイッチングされるGaN電界効果トランジスタである、電気回路。 - 前記ブートストラップデバイスは、デプレション形トランジスタであり、前記デプレション形トランジスタのゲートは、前記第2ゲートドライバの出力に電気的に結合されている、請求項1に記載の電気回路。
- 前記デプレション形トランジスタは、前記第1ゲートドライバ・レベルシフタの前記入力に電気的に結合されている、請求項2に記載の電気回路。
- 前記ブートストラップデバイスは、エンハンスメント形トランジスタである、請求項1に記載の電気回路。
- 前記エンハンスメント形トランジスタはクランプされていない、請求項4に記載の電気回路。
- 前記エンハンスメント形トランジスタは、前記キャパシタと並列なツェナーダイオードでクランプされている、請求項4に記載の電気回路。
- 前記第1ゲートドライバ・レベルシフタ及び/又は前記第2ゲートドライバに供給されるよりも高い電圧が、前記エンハンスメント形トランジスタに供給される、請求項4に記載の電気回路。
- さらに、前記第1ゲートドライバ・レベルシフタ及び/又は前記第2ゲートドライバと電気的に通信するレギュレータを備える、請求項4に記載の電気回路。
- さらに、前記エンハンスメント形トランジスタのドレインと前記ツェナーダイオードとの間に直列に抵抗を備える、請求項6に記載の電気回路。
- 前記抵抗は、前記エンハンスメント形トランジスタ内に集積化されている、請求項9に記載の電気回路。
- 前記エンハンスメント形トランジスタは、それぞれのソースに短絡された各ゲートに直列に結合された、2つのエンハンスメント形GaN電界効果トランジスタでクランプされている、請求項4に記載の電気回路。
- さらに、前記のブートストラップデバイスであるトランジスタのゲートと前記駆動電圧源との間に電気的に結合されたダイオードと、前記のブートストラップデバイスであるトランジスタのゲートと前記第2ゲートドライバの出力との間に結合された第2キャパシタと、を備える、請求項1に記載の電気回路。
- 前記ブートストラップデバイスは、前記ハイサイドトランジスタ及び前記ローサイドトランジスタと集積化されている、請求項1に記載の電気回路。
- 回路をブートストラップする方法であって、
前記回路は、ハーフブリッジトポロジで配置された電気回路であって、
ハイサイドトランジスタと、
ローサイドトランジスタと、
前記ハイサイドトランジスタのゲートに電気的に結合されたゲートドライバ・レベルシフタと、
前記ゲートドライバ・レベルシフタと並列に電気的に結合されたキャパシタと、
前記ゲートドライバ・レベルシフタの入力に電気的に結合された駆動電圧源と、
前記駆動電圧源と前記キャパシタとの間に電気的に結合されたブートストラップGaN電界効果トランジスタと、
を備え、
当該方法は、
前記電気回路のローサイドトランジスタで、前記ブートストラップGaN電界効果トランジスタを同期してスイッチングするステップを含む、方法。 - 前記ローサイドトランジスタは、GaN電界効果トランジスタである、請求項14に記載の方法。
- 前記ブートストラップGaN電界効果トランジスタは、デプレション形トランジスタであって、そのゲートが、前記ローサイドトランジスタの前記ゲートと電気的に通信するゲートドライバの出力と電気的に通信する、請求項14に記載の方法。
- 前記ブートストラップGaN電界効果トランジスタのソースとドレインにわたる電圧は、前記ローサイドトランジスタとしてのGaN電界効果トランジスタのソースとドレインにわたる電圧に等しい、請求項15に記載の方法。
- 前記のローサイドトランジスタとしてのGaN電界効果トランジスタであるトランジスタのゲートとソースにわたる電圧は、ゼロ(0)ボルトであり、前記ブートストラップGaN電界効果トランジスタのゲートとドレインにわたる電圧は、ドレイン電流の値が最低の場合に、マイナス5(−5)ボルトである、請求項17に記載の方法。
- 前記ブートストラップGaN電界効果トランジスタは、クランプされていないエンハンスメント形トランジスタであり、
追加電圧は前記ブートストラップGaN電界効果トランジスタに供給され、増加し、前記ブートストラップGaN電界効果トランジスタのボディダイオードにわたる電圧降下を克服する、請求項14に記載の方法。 - 前記ブートストラップGaN電界効果トランジスタはエンハンスメント形トランジスタであり、前記キャパシタ、前記ゲートドライバ・レベルシフタと並列なツェナーダイオードでクランプされ、前記ゲートドライバ・レベルシフタは、ハーフブリッジ回路のアッパーサイドデバイスと電気的に通信する、請求項14に記載の方法。
- 前記ツェナーダイオードは、前記キャパシタにわたる電圧をローサイドデバイスの安全レベルにクランプする、請求項20に記載の方法。
- 前記エンハンスメント形トランジスタのドレインと前記ツェナーダイオードの間に、抵抗が直列に結合されている、請求項20に記載の方法。
- 前記駆動電圧源と前記ブートストラップGaN電界効果トランジスタのゲートとの間にダイオードが電気的に結合されており、
前記ブートストラップGaN電界効果トランジスタのゲートと前記ローサイドトランジスタに対するゲートドライバの出力の間にキャパシタが電気的に結合されている、請求項14記載の方法。
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