JP7121507B2

JP7121507B2 - カスコード電流検出のための多段ゲート駆動

Info

Publication number: JP7121507B2
Application number: JP2018046330A
Authority: JP
Inventors: ダヴンジャクラジコ
Original assignee: パワー・インテグレーションズ・インコーポレーテッド
Priority date: 2017-06-12
Filing date: 2018-03-14
Publication date: 2022-08-18
Anticipated expiration: 2038-03-14
Also published as: US20180358904A1; US20190149062A1; CN109039027A; JP2019004686A; EP3416288B1; US20210211065A1; US10218286B2; US10637368B2; US9954461B1; EP3416288A1; CN109039027B; US20200220476A1; US10924028B2; US11444545B2

Description

本発明は、概して、電力コンバーターに関し、特に、電力コンバーターにおけるカスコードスイッチのための電流検出を改善する最適な駆動のためのものに関する。

電子デバイス（例えば、携帯電話、タブレット、ラップトップなど）は、動作に電力を使用する。現在の多くの電子機器に給電するために、高効率、小寸法、および軽量であることを理由にスイッチング電力コンバーターが一般的に使用される。従来の壁のソケットは、高電圧の交流電流を提供する。スイッチング電力コンバーターにおいて、高電圧の交流電流（ＡＣ：ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇｃｕｒｒｅｎｔ）入力が変換されて、エネルギー伝達要素を通して負荷に適切に調節された直流電流（ＤＣ：ｄｉｒｅｃｔｃｕｒｒｅｎｔ）出力を提供する。動作時、スイッチがオンとオフとに切り替えられて、デューティサイクル（典型的には、総スイッチング周期に対するスイッチのオン期間の比）を変化させることにより、スイッチング周波数を変化させることにより、またはスイッチング電力コンバーター内におけるスイッチの単位時間当たりのオン／オフパルスの数を変化させることにより所望の出力を提供する。

以下の図を参照しながら、本発明の非限定的かつ非網羅的な実施形態が説明され、異なる図の中の同様な参照符号は、別段の指定がない限り、同様な部分を示す。

本発明の教示に従った、制御装置とカスコードスイッチとを含む例示的な電力コンバーターを示すブロック図である。本発明の教示に従った、図１の例示的な電流検出回路を示すブロック図である。本発明の教示に従った、図１の例示的なドライバ回路を示すブロック図である。本発明の教示に従った、制御信号、駆動信号、ソース信号、およびドレイン電圧を示す波形の一例を描いた例示的なタイミング図である。本発明の教示に従った、制御信号、駆動信号、ソース信号、およびドレイン電圧を示す波形の別の例を示す例示的なタイミング図である。本発明の教示に従った、制御装置およびカスコードスイッチの別の例である。本発明の教示に従った、図６の例示的な制御装置の例示的な電流検出回路を示すブロック図である。

図面中の複数の図にわたり、対応する参照符号が、対応する構成要素を示す。当業者は、図中の要素が簡潔かつ明確であるように描かれることと、一定の縮尺で描かれるとは限らないこととを理解すると考えられる。例えば、図中のいくつかの要素の寸法は、本発明の様々な実施形態をより理解しやすくするために、他の要素より誇張される場合があり得る。さらに、市販に適した実施形態において有用または必要な、一般的だがよく理解される要素は、多くの場合、本発明に係るこれらの様々な実施形態の図が見づらくなるのを防ぐために、描かれない。

電流検出を使用してカスコード回路のオン切り替えを改善するための制御装置を含む電力コンバーターの例が、本明細書において説明される。以下の説明では、本発明を十分に理解できるように、多くの特定の詳細事項が記載される。しかし、本発明を実施する際に特定の詳細事項を必ずしも使用する必要がないことが、当業者には明らかだと考えられる。他の例では、よく知られた材料または方法については、本発明が理解しにくくなるのを防ぐために、詳細には説明されない。

本明細書中での、「一実施形態（ｏｎｅｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」、「一実施形態（ａｎｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」、「一例（ｏｎｅｅｘａｍｐｌｅ）」、または「一例（ａｎｅｘａｍｐｌｅ）」についての言及は、実施形態または例との関連で説明される特定の特徴、構造、または特性が本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。従って、本明細書中の様々な場所で使用する「一実施形態において（ｉｎｏｎｅｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」、「一実施形態において（ｉｎａｎｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」、「一例（ｏｎｅｅｘａｍｐｌｅ）」または「例（ａｎｅｘａｍｐｌｅ）」という語句は、すべてが同じ実施形態または例に関するとは限らない。さらに、特定の特徴、構造、または特性は、１つまたは複数の実施形態または例において、任意の適切な組み合わせ、および／または部分的組み合わせで組み合わされ得る。特定の特徴、構造、または特性は、説明される機能を提供する集積回路、電子回路、結合論理回路、または他の適切な構成要素に含まれ得る。加えて、本明細書とともに提供される図が当業者への説明を目的としていることと、図面が一定の縮尺で描かれるとは限らないこととが理解される。

カスコード回路は、スイッチのオン切り替え中のスイッチに関係する電磁妨害（ＥＭＩ：ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）を低減するために、多段ゲート駆動を使用し得る。カスコード回路の電流検出は、低電圧スイッチにかかる電圧を検出することにより実装され得る。制御スイッチが十分に拡張されないとき、ドレイン・ソース抵抗（ＲＤＳ_ＯＮ）は公称値になく、不正確な電流値を返す。過電流保護などの関係する回路は、不正確な電流検出に起因して、適切に機能しない場合がある。正確な電流検出を提供するために、公称値にＲＤＳ_ＯＮをもつために、制御スイッチが十分に拡張されなければならない。しかし、制御スイッチを迅速にオンに切り替えることは、ＥＭＩを増やす。

一例において、カスコード回路のための最適な動作は、スイッチから低いＥＭＩを提供するために、弱いオン切り替え駆動信号を使用してスイッチをゆっくりとオンに切り替える多段ゲート駆動を含む。遅延後、多段ゲート駆動は、次に、本発明の教示に従って、スイッチの正確な電流検出を迅速に提供するために、強いオン切り替え駆動信号を使用してスイッチを完全にオンに切り替える。言い換えると、駆動信号の駆動は、駆動信号の弱いオン切り替え中、まず最初に弱い。遅延後、駆動信号の駆動は、駆動信号の強いオン切り替え中に、より強い。駆動信号の弱いオン切り替え中、スイッチがゆっくりとオンに切り替えられ、このことが、ＥＭＩを低減する。しかし、遅延後、駆動信号は、スイッチを迅速に完全にオンに切り替える強いオン切り替え駆動信号となり、このことが、本発明の教示に従った正確な電流検出を可能にする。

説明のために、図１は、ＡＣ入力電圧Ｖ_ＡＣ１０２、整流器１０４、整流された電圧Ｖ_ＲＥＣＴ１０６、入力コンデンサＣ_ＩＮ１０８、クランプ回路１１０、エネルギー伝達要素Ｔ１１１４、エネルギー伝達要素Ｔ１１１４の一次巻線１１２、エネルギー伝達要素Ｔ１１１４の二次巻線１１６、入力戻り１１７、整流器Ｄ１１１８、出力戻り１１９、負荷１２６に結合された出力コンデンサＣ１１２０、カスコード回路１２９、検出回路１３０、および制御装置１３８を含んで示される例示的な電力コンバーター１００の機能ブロック図を示す。

図１は、出力電圧Ｖ_Ｏ１２４、出力電流Ｉ_Ｏ１２２、出力量Ｕ_Ｏ１２８、フィードバック信号Ｕ_ＦＢ１３１、トランジスタ１３２のソース信号Ｕ_Ｓ１４８、第１の検出フィンガー信号Ｕ_Ｃ１１４９、および第２の検出フィンガー信号Ｕ_Ｃ２１５０をさらに示す。

制御装置１３８は、電流検出回路１４０、制御回路１４２、駆動回路１４４、電流源１４６および１４７、ならびに抵抗器１５１をさらに含む。

図１に示される例示的なスイッチング電力コンバーター１００は、フライバック構成で結合されるが、これは、本発明の教示による利益を享受し得るスイッチング電力コンバーターの一つの例示的なトポロジーにすぎない。スイッチング電力コンバーターの他のよく知られたトポロジーおよび構成も本発明の教示による利益を享受し得ることが理解される。加えて、図１に示される例示的な電力コンバーターは、絶縁電力コンバーターである。非絶縁電力コンバーターも本発明の教示による利益を享受し得ることが理解されなければならない。

電力コンバーター１００は、未調節入力電圧から負荷１２６に出力電力を提供。一実施形態において、入力電圧は、ＡＣ入力電圧Ｖ_ＡＣ１０２である。別の一実施形態において、入力電圧は、整流された電圧Ｖ_ＲＥＣＴ１０６などの、整流されたＡＣ入力電圧である。整流器１０４は、整流された電圧Ｖ_ＲＥＣＴ１０６を出力する。一実施形態において、整流器１０４は、ブリッジ整流器であり得る。整流器１０４は、エネルギー伝達要素Ｔ１１１４にさらに結合する。本発明のいくつかの実施形態において、エネルギー伝達要素Ｔ１１１４は、結合インダクタであり得る。他の実施形態において、エネルギー伝達要素Ｔ１１１４は、変圧器であり得る。さらなる一例において、エネルギー伝達要素Ｔ１１１４は、インダクタであり得る。図１に示す例において、エネルギー伝達要素Ｔ１１１４は、一次巻線１１２と二次巻線１１６との２つの巻線を含む。しかし、エネルギー伝達要素Ｔ１１１４が、２つを上回る巻線を含み得ることが理解されなければならない。図１に示す例において、一次巻線１１２が入力巻線とみなされ得、二次巻線１１６が出力巻線とみなされ得る。一次巻線１１２は、ノーマリーオンスイッチ１３２と制御スイッチ１３５とにさらに結合され、制御スイッチ１３５は入力戻り１１７にさらに結合される。

加えて、図１に示す例においてクランプ回路１１０が、エネルギー伝達要素Ｔ１１１４の一次巻線１１２をまたいで結合されるように示される。入力コンデンサＣ_ＩＮ１０８は、一次巻線１１２とノーマリーオンスイッチ１３２とをまたいで結合され得る。言い換えると、入力コンデンサＣ_ＩＮ１０８は、整流器１０４と入力戻り１１７とに結合され得る。

エネルギー伝達要素Ｔ１１１４の二次巻線１１６は、整流器Ｄ１１１８に結合される。図１に示す例において、整流器Ｄ１１１８は、ダイオードとして例示される。出力コンデンサＣ１１２０と負荷１２６の両方が、図１において、整流器Ｄ１１１８に結合されるように示される。出力が負荷１２６に提供され、調節対象出力電圧Ｖ_Ｏ１２４、調節対象出力電流Ｉ_Ｏ１２２、またはその２つの組み合わせとして提供され得る。

電力コンバーター１００は、出力量Ｕ_Ｏ１２８として例示される出力を調節する回路をさらに備える。概して、出力量Ｕ_Ｏ１２８は、出力電圧Ｖ_Ｏ１２４、出力電流Ｉ_Ｏ１２２、またはその２つの組み合わせである。検出回路１３０は、出力量Ｕ_Ｏ１２８を検出するために、および出力量Ｕ_Ｏ１２８を表すフィードバック信号Ｕ_ＦＢ１３１を提供するために結合される。フィードバック信号Ｕ_ＦＢ１３１は、電圧信号または電流信号であり得る。一例において、検出回路１３０は、エネルギー伝達要素Ｔ１１１４内に含まれる追加的な巻線から出力量Ｕ_Ｏ１２８を検出し得る。

別の一例において、制御装置１３８と検出回路１３０との間に、ガルバニック絶縁（図示せず）が存在し得る。ガルバニック絶縁は、光結合器、コンデンサ、または磁気結合などのデバイスを使用することにより実装され得る。さらなる一例において、検出回路１３０は、分圧器を使用して、電力コンバーターの出力１００からの出力量Ｕ_Ｏ１２８を検出し得る。

カスコード回路１２９は、ノーマリーオンスイッチ１３２と制御スイッチ１３５とを含む。一例において、ノーマリーオンスイッチは、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ：ｈｉｇｈｅｌｅｃｔｒｏｎｍｏｂｉｌｉｔｙｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）である。この例において、ノーマリーオンスイッチは、窒化ガリウム（ＧａＮ）材料により構成される。別の一例において、ノーマリーオンスイッチは、炭化ケイ素（ＳｉＣ）材料により構成されるＪＦＥＴと同様に動作する。

制御スイッチ１３５は、ノーマリーオフスイッチ１３４、ならびに第１の検出フィンガー１３６および第２の検出フィンガー１３７を含む。ノーマリーオフスイッチ１３４のゲートは、第１の検出フィンガー１３６のゲートと第２の検出フィンガー１３７のゲートとに結合される。電流検出の精度を改善するために、第１の検出フィンガー１３６と第２の検出フィンガー１３７とに関して、ノーマリーオフスイッチ１３４の抵抗ＲＤＳ_ＯＮに対する、概括的な抵抗比が存在する。

直列のノーマリーオフスイッチ１３４がオフであるときに、ノーマリーオンスイッチ１３２がオフであるように、ノーマリーオンスイッチ１３２のゲートが結合される。本例において、ノーマリーオンスイッチ１３２のゲートは、ノーマリーオフスイッチ１３４のソース端子に結びつけられ、このことは、ノーマリーオンスイッチ１３２のチャネルをピンチオフ状態にするノーマリーオフスイッチ１３４に対する負のゲート・ソース電圧を、ノーマリーオフスイッチ１３４にかかるドレイン・ソース電圧がもたらしたときに、ノーマリーオンスイッチ１３２がオフに切り替えられることをもたらす。

電流検出回路１４０は、ノーマリーオンスイッチ１３２のソース信号Ｕ_Ｓ１４８、第１の検出フィンガー信号Ｕ_Ｃ１１４９、第２の検出フィンガー信号Ｕ_Ｃ２１５０を受信するように結合され、電流制限信号Ｕ_ＣＬ１５３および過電流信号Ｕ_ＯＣ１５２を出力する。制御回路１４２は、フィードバック信号Ｕ_ＦＢ１３１、電流制限信号Ｕ_ＣＬ１５３、過電流信号Ｕ_ＯＣ１５２に応答して、制御信号Ｕ_ＣＯＮＴ１５４を出力するように結合される。

動作時、第１の検出フィンガー信号Ｕ_Ｃ１１４９は、検出フィンガー１３６のドレインと電流源Ｉ_ＭＯＤ１４７とにより生成される。電流源Ｉ_ＭＯＤ１４７の基準値は、一例において、出力電圧、またはカスコード回路１２９のオン期間を調節するために使用され得る。第１の検出フィンガー１３６と第２の検出フィンガー１３７とは、ノーマリーオフスイッチ１３４に対して比例した抵抗を提供する。第２の検出フィンガー信号Ｕ_Ｃ２１５０は、検出フィンガー１３７のドレインと電流源Ｉ_ＭＡＸ１４６とにより生成される。電流源Ｉ_ＭＡＸ１４６の基準値は、電力コンバーターの最大電流限界を表すように選択される。ノーマリーオフスイッチ１３５における追加的な第２の検出フィンガーが、温度およびパーツの変動に対して検出フィンガー信号Ｕ_Ｃ２１５０の精度を改善し得る。しかし、いくつかの用途では、検出フィンガー信号Ｕ_Ｃ２１５０が、コンバーターの保護を提供するために使用される信号を生成するために使用されるので、検出フィンガー信号Ｕ_Ｃ２１５０のより低い精度が許容され得る。一例において、第２の検出フィンガー信号Ｕ_Ｃ２１５０は、電流源Ｉ_ＭＡＸ１４６と抵抗器（図示せず）とにより生成され得る。いくつかの例において、費用効果の高い、およびより複雑でない実装例を提供するために、ノーマリーオフスイッチ１３５の第２のフィンガーを使用する代わりに抵抗器を使用して、第２の検出フィンガー信号Ｕ_Ｃ２１５０のより大きな公差が許容され得る。

駆動回路１４４は、制御信号Ｕ_ＣＯＮＴ１５４に応答して、駆動信号Ｕ_ＤＲ１３３を提供するように結合される。駆動信号Ｕ_ＤＲ１３３は、多段ゲート駆動を含み、多段ゲート駆動において、第１段は、弱いオン切り替え駆動信号Ｕ_ＤＲ１３３を提供し、制御スイッチ１３５をゆっくりとオンに切り替えて、ＥＭＩを下げ、第２段は、制御スイッチ１３５を完全にオンに切り替えて制御スイッチ１３５の正確な電流検出を迅速に提供するために、遅延期間後、強いオン切り替え駆動信号Ｕ_ＤＲ１３３を提供する。駆動回路の詳細な説明が図３において提供される。

図２は、電流検出回路２４０の一例を示すブロック図であり、電流検出回路２４０は、図１に示す電流検出回路１４０の一例であり得、以下で参照される同様に命名および番号付けされた要素は、従って、上述のものと同様に結合され、上述のものと同様に機能し得る。電流検出回路２４０は、ノーマリーオンスイッチ１３２のソース信号Ｕ_Ｓ２４８、第１の検出フィンガー信号Ｕ_Ｃ１２４９、および第２の検出フィンガー信号Ｕ_Ｃ２２５０を受信するように結合され、電流制限信号Ｕ_ＣＬ２５２および過電流信号Ｕ_ＯＣ２５１を出力する。電流検出回路２４０は、比較器２５４および比較器２５６と、任意選択的なクランプ回路２５７とを含む。比較器２５４は、非反転入力においてソース信号Ｕ_Ｓ２４８を、および、反転入力において第１の検出フィンガー信号Ｕ_Ｃ１２４９を受信するように、および電流制限値信号Ｕ_ＣＬ２５２を出力するように結合される。ソース信号Ｕ_Ｓ２４８が検出フィンガー信号Ｕ_Ｃ１２４９より大きいとき、電流制限信号Ｕ_ＣＬ２５２が論理ハイに遷移する。比較器２５６は、非反転入力においてソース信号Ｕ_Ｓ２４８を、および反転入力において第２の検出フィンガー信号Ｕ_Ｃ２２５０を受信するように結合される。ソース信号Ｕ_Ｓ２４８が第２の検出フィンガー信号Ｕ_Ｃ２２５０より大きいとき、過電流信号Ｕ_ＯＣ２５１が論理ハイに遷移する。クランプ回路２５７は、ソース信号Ｕ_Ｓ２４８の電圧範囲をクランプするように結合される。

図３は、図１に示す駆動回路１４４の一例であり得る駆動回路３４４の一例を示すブロック図であり、以下で参照される同様に命名および番号付けされた要素は、従って、上述のものと同様に結合され、上述のものと同様に機能し得る。駆動回路３４４は、制御信号Ｕ_ＣＯＮＴ３５３を受信するように、および駆動信号Ｕ_ＤＲ３３３を出力するように結合される。駆動回路３４４は、トランジスタ３４６、３４８、および３５１、ならびに遅延回路３４９をさらに含む。

トランジスタ３４６と３５１とは、多段ゲート駆動の弱いオン切り替え段と強いオン切り替え段とを提供する。制御信号Ｕ_ＣＯＮ３５３は、トランジスタ３４６のゲート、トランジスタ３４８、および遅延回路３４９に結合される。多段ゲート駆動の第１段は、駆動信号Ｕ_ＤＲ３３３が制御スイッチをゆっくりとオンに切り替えてＥＭＩを低減するために、トランジスタ３４６を使用して弱いオン切り替えを提供する。弱いオン切り替え段は、駆動信号Ｕ_ＤＲ３３３が駆動回路電源電圧（図示せず）に対してより低い値にあるときに、トランジスタ３４６を使用して弱いオン切り替え駆動信号Ｕ_ＤＲ３３３を提供する。強いオン切り替え段は、駆動信号Ｕ_ＤＲ３３３がより低い値より高い値にあり、駆動回路電源電圧（図示せず）に近いときに、トランジスタ３５１を使用して強いオン切り替え駆動信号Ｕ_ＤＲ３３３を提供する。トランジスタ３４６は、トランジスタ３５１より高い抵抗をもつ。遅延回路３４９は、制御信号Ｕ_ＣＯＮ３５３に応答して、トランジスタ３４６の活性化に対してトランジスタ３５１の活性化を遅延させるために、遅延信号Ｕ_ＤＥＬ３５０を出力するように結合される。多段ゲート駆動の第２段において、駆動信号Ｕ_ＤＲ３３３は、より強いオン切り替えを含み、これは、本発明の教示に従って正確な電流検出を提供するために制御スイッチ１３５を迅速に拡張するためにトランジスタ３５１の低抵抗により生成される。

動作時、制御信号Ｕ_ＣＯＮＴ３５３が論理ローに遷移したとき、トランジスタ３４８がオフに切り替えられ、トランジスタ３４６がオンに切り替えられ、このことが、駆動信号Ｕ_ＤＲ３３３に対する弱いオン切り替えを提供して、制御スイッチ１３５をゆっくりとオンに切り替えてＥＭＩを低減する。遅延回路３４９は、制御信号Ｕ_ＣＯＮＴ３５０を遅延させるように結合され、遅延された制御信号Ｕ_ＤＥＬ３５３を出力する。弱いオン切り替えに応答して、駆動信号Ｕ_ＤＲ３３３が上昇し始め、ノーマリーオフスイッチ１３４を充電し、ノーマリーオフスイッチ１３４は、駆動信号Ｕ_ＤＲ３３３がノーマリーオフスイッチ１３４の閾値電圧に達するまでオフに切り替えられたまま留まる。駆動信号Ｕ_ＤＲ３３３がノーマリーオフスイッチ１３４の閾値電圧に達したとき、ノーマリーオフスイッチ１３４のドレインにおける電圧がノーマリーオンスイッチ１３２のオン切り替え閾値より大きいので、ノーマリーオフスイッチ１３４がオン切り替えを開始し、ソース信号が低下し始め、ノーマリーオンスイッチ１３２がオフに留まる。ノーマリーオフスイッチのドレインにおける電圧がノーマリーオンスイッチ１３２の閾値に達したとき、ノーマリーオンスイッチ１３２がオン切り替えを開始し、ノーマリーオンスイッチ１３２が完全にオンに切り替えられたとき、ノーマリーオンスイッチ１３２のドレイン電圧が最終的に０Ｖに近い値に達する。しかし、その瞬間は、ノーマリーオフスイッチ１３４が十分に拡張されず、そのドレイン・ソース抵抗（ＲＤＳ_ＯＮ）が公称値にない。遅延回路３４９の遅延が終わったとき、遅延された制御信号Ｕ_ＤＥＬ３５３が、トランジスタ３５１をオンに切り替えるように結合され、これが、駆動信号Ｕ_ＤＲ３３３のための強いオン切り替えを提供する。駆動信号Ｕ_ＤＲ３３３は、この時点で、第１段のトランジスタ３４６により提供される弱いオン切り替えと比較して、トランジスタ３５１により提供される強いオン切り替えを伴って、より大きな傾きで上昇する。その結果、制御スイッチ１３４は、この時点で十分に拡張され、ドレイン・ソース抵抗（ＲＤＳ_ＯＮ）が公称値にあり、このことが、本発明の教示に従った正確な電流検出を提供する。

図４は、本発明の教示に従った、制御信号、駆動信号、ソース信号、およびドレイン電圧を示す波形の一例を描いた例示的なタイミング図である。この例において、制御スイッチが十分に拡張されることになるための期間（ｔ_ＦＥ４５７）は、多段ゲート駆動を提供しない制御装置の場合には、より長くかかる。

時点ｔ０前、制御信号Ｕ_ＣＯＮＴ４５３が論理ハイであり、駆動信号Ｕ_ＤＲ４３３は約ゼロである。ソース信号Ｕ_Ｓ４４８は、ノーマリーオンスイッチをオンに切り替えるための閾値を表す閾値Ｖ_ＴＨ４５５を上回る値である。ノーマリーオンスイッチのドレイン電圧Ｖ_Ｄ４５６は、高い値である。

時点ｔ０において、制御信号Ｕ_ＣＯＮＴ４５３は論理ローに遷移する。駆動信号Ｕ_ＤＲ４４３が電源電圧まで上昇し始める。ソース信号Ｕ_Ｓ４４８は、閾値Ｖ_ＴＨ４５５を上回る値にある。ノーマリーオンスイッチのドレイン電圧Ｖ_Ｄ４５６は、論理ハイに留まる。

時間ｔ１において、ソース信号Ｕ_Ｓ４８８が低下し始めるが、閾値Ｖ_ＴＨ４５５より大きい。ドレイン電圧Ｖ_Ｄ４５６は、同じまま留まる。

ｔ１からｔ２の間の期間に、ソース信号Ｕ_Ｓ４４８が下りの傾きで低下する。

時間ｔ２において、駆動信号Ｕ_ＤＲ４３３は、ミラーキャパシタンスに起因してほぼ同じ値に留まる。ソース信号Ｕ_Ｓ４４８は、時点ｔ１におけるソース信号Ｕ_Ｓ４４８より低い値にあり、時点ｔ２において電圧閾値Ｖ_ＴＨ４５５に達する。ドレイン電圧Ｖ_Ｄ４５６は、下りの傾きで低下し始める。

ｔ２からｔ３の間の期間に、駆動信号Ｕ_ＤＲ４３３は、ミラーキャパシタンスに起因してほぼ一定値に留まる。ソース信号Ｕ_Ｓ４４８は、電圧閾値Ｖ_ＴＨ４５５未満に立ち下がる。ドレイン電圧Ｖ_Ｄ４５６は、下りの傾きでゼロに向かって低下する。

時点ｔ３において、駆動信号は、ほぼ同じ値に留まる。ソース信号Ｕ_Ｓ４４８は、既に電圧閾値Ｖ_ＴＨ４５５未満に立ち下がっており、ｔ２からｔ３の期間中の傾きより大きな下りの傾きで低下し続ける。ドレイン電圧Ｖ_Ｄ４５６は、ほぼ０ボルトである。

時点ｔ４において、駆動信号は、駆動回路の電源電圧に向かって上昇し始める。ソース信号Ｕ_Ｓ４４８は、ゼロに近い。ドレイン電圧Ｖ_Ｄ４５６は、０ボルトに近い。

ｔ４からｔ５の間の期間に、駆動信号は、上昇し続ける。制御スイッチがオンに切り替えられるが、駆動信号Ｕ_ＤＲ４３３は、ノーマリーオフスイッチを十分に拡張するには十分大きいとはいえず、制御は、制御スイッチが公称抵抗ＲＤＳ_ＯＮを提供することができる十分に拡張される期間Ｔ_ＦＥ４５７として規定された間の期間を必要とする。

時点ｔ５において、駆動信号Ｕ_ＤＲ４３３は、ドライバの電源レールに近い。制御スイッチは、完全にオンに切り替えられ、公称抵抗ＲＤＳ_ＯＮをもつ。ソース信号Ｕ_Ｓ４４８は、ゼロに近い非常に低い値である。ドレイン電圧Ｖ_Ｄ４５６は、０ボルトであり、ノーマリーオンスイッチは、完全にオンに切り替えられる。

図５は、本発明の教示に従った制御信号、駆動信号、ソース信号、およびドレイン電圧を示す波形の一例を描いた例示的なタイミング図である。図４とは対照的に、制御スイッチが十分に拡張されて、公称ＲＤＳ_ＯＮを提供するための期間（ｔ_ＦＥ５５７）は、図１および図２において説明される駆動回路を使用することにより、ここまでに示される期間より著しく短い。

時点ｔ０前、制御信号Ｕ_ＣＯＮＴ５５３は、論理ハイにある。駆動信号Ｕ_ＤＲ５３３は低い。遅延信号Ｕ_ＤＥＬ５５０は、論理ハイである。ソース信号Ｕ_Ｓ５４８は、ノーマリーオンスイッチをオンに切り替えるための閾値を表す電圧閾値Ｖ_ＴＨ５５５より大きい。ドレイン電圧Ｖ_Ｄ５５６は、高い値であるノーマリーオンスイッチのドレインを表す。

時点ｔ０において、制御信号Ｕ_ＣＯＮＴ５５３が、論理ローに遷移する。駆動信号Ｕ_ＤＲ５３３は、低い値にある。ソース信号Ｕ_Ｓ５４８は、電圧閾値Ｖ_ＴＨ５５５より大きい。ドレイン電圧Ｖ_Ｄ５５６は、高い値にある。

ｔ０からｔ１の間の期間に、駆動信号Ｕ_ＤＲ５３３は、登りの傾きで駆動回路電源電圧に向かって上昇する。遅延信号Ｕ_ＤＥＬ５５０は、論理ハイに留まる。ソース信号Ｕ_Ｓ５４８は同じ値であり、電圧閾値Ｖ_ＴＨ５５５より大きく留まる。ドレイン電圧Ｖ_Ｄ５５６は、高い値にある。

時点ｔ１において、駆動信号Ｕ_ＤＲ５３３が制御スイッチの閾値に達し、オンに切り替わり始める。遅延信号Ｕ_ＤＥＬ５５０は、論理ハイ値に留まる。ソース信号Ｕ_Ｓ５４８は、電圧閾値Ｖ_ＴＨ５５５より大きい。

ｔ１からｔ２の間の期間に、駆動信号Ｕ_ＤＲ５３３は、ミラーキャパシタンスに起因して制御スイッチの閾値に留まり、制御スイッチが、オン切り替えを続ける。遅延信号Ｕ_ＤＥＬ５５０は、論理ハイ値に留まる。ソース信号Ｕ_Ｓ５４８は、下りの傾きで低下し始めるが、依然として電圧閾値Ｖ_ＴＨ５５５より大きい。ドレイン電圧Ｖ_Ｄ５５６は、高い値にある。

時点ｔ２において、駆動信号Ｕ_ＤＲ５５３は、ミラーキャパシタンスに起因して制御スイッチのほぼ閾値に留まり、制御スイッチは、オン切り替えを続ける。遅延信号Ｕ_ＤＥＬ５５０は、論理ハイ値に留まる。ソース信号Ｕ_Ｓ５４８は、ノーマリーオンスイッチの電圧閾値Ｖ_ＴＨに近づく。ソース信号Ｕ_Ｓ５４８が電圧閾値Ｖ_ＴＨに達すると、ノーマリーオンスイッチがオンに切り替わり始める。

ｔ２からｔ３の間の期間に、駆動信号Ｕ_ＤＲ５５３がミラーキャパシタンスに起因して制御スイッチのほぼ閾値に留まり、制御スイッチがオン切り替えを続ける。ソース信号Ｕ_Ｓ５４８が、ノーマリーオンスイッチの電圧閾値Ｖ_ＴＨ５５５をわずかに下回り、オン切り替えを続ける。

時点ｔ３において、駆動信号Ｕ_ＤＲ５５３がミラーキャパシタンスに起因して制御スイッチのほぼ閾値に留まり、制御スイッチがオン切り替えを続ける。遅延信号Ｕ_ＤＥＬ５５０は、論理ハイ値に留まる。ソース信号Ｕ_Ｓ５４８が、ノーマリーオンスイッチの電圧閾値未満であり、ノーマリーオンスイッチは、完全にオンに切り替えられる。ドレイン電圧Ｖ_Ｄ５５６は、ゼロに近い。

ｔ３とｔ４との間において、駆動信号Ｕ_ＤＲ５５３がミラーキャパシタンスに起因して制御スイッチのほぼ閾値に留まり、制御スイッチはオン切り替えを続ける。遅延信号Ｕ_ＤＥＬ５５０は、論理ハイ値に留まる。ソース信号Ｕ_Ｓ５４８は、下りの傾きでゼロに向かって低下する。ドレイン電圧Ｖ_Ｄ５５６は、ゼロに近い。

時点ｔ４において、駆動信号Ｕ_ＤＲ５５３がミラーキャパシタンスに起因して制御スイッチのほぼ閾値に留まり、制御スイッチはオン切り替えを続ける。遅延信号Ｕ_ＤＥＬ５５０は、論理ハイ値に留まる。ソース信号Ｕ_Ｓ５４８は、ゼロまでの非常に低い値である。ドレイン電圧Ｖ_Ｄ５５６は、ゼロに近い。

ｔ４からｔ５の間の期間に、駆動信号Ｕ_ＤＲ５５３は、駆動回路の電圧源レールに向かって傾斜し始めるが、制御スイッチは十分に拡張されない。駆動信号が上昇するにつれて、制御スイッチのＲＤＳ_ＯＮが低下する。遅延信号Ｕ_ＤＥＬ５５０は、論理ハイ値に留まる。ソース信号Ｕ_Ｓ５４８は、ゼロに近い。ドレイン電圧Ｖ_Ｄ５５６は、ゼロに近い。

時点ｔ５において、遅延信号Ｕ_ＤＥＬ５５０が論理ローに遷移し、多段ゲート駆動の第２段が有効化される。多段駆動の第２段は、トランジスタ３４６より低い抵抗をもつ図３に示すトランジスタ３５１をオンに切り替える。ソース信号Ｕ_Ｓ５４８は、ゼロに近づく。ドレイン電圧Ｖ_Ｄ５５６は、ゼロに近い。

ｔ５からｔ６の間の期間に、駆動信号Ｕ_ＤＲ５３３は、駆動回路の電源電圧に向かって上昇する。ソース信号Ｕ_Ｓ５４８は、負の傾きでゼロに近づく。ドレイン電圧Ｖ_Ｄは、ゼロに近い。

時点ｔ６において、駆動信号は、ドライバの電源レールの電圧に近い。制御スイッチは、完全にオンに切り替えられ、十分に拡張される。電力スイッチが十分に拡張されることになるための期間（ｔ_ＦＥ５５７）は、図４に示されるような十分に拡張されるための期間未満である。

図６は、本発明の教示に従ったカスコードスイッチの電流を検出するための制御装置の別の例である。カスコードスイッチは、制御スイッチ６３５とノーマリーオンスイッチ６３２とを含む。

制御スイッチ６３５は、ノーマリーオフスイッチ６３４と第１の検出フィンガー６３６とを含む。

制御装置６３８は、ソース信号Ｕ_Ｓ６４８、第１の検出フィンガー信号Ｕ_Ｃ１６４９、フィードバック信号Ｕ_ＦＢ６３１を受信するように結合され、制御スイッチ６３５に駆動信号Ｕ_ＤＲ６３３を出力する。制御装置６３８は、電流検出回路６４０、制御回路６４２、および駆動回路６４４をさらに含む。

電流検出回路６４０は、ノーマリーオンスイッチ６３２のソース信号Ｕ_Ｓ６４８、第１の検出フィンガー信号Ｕ_Ｃ１６４９、第２の検出フィンガー信号Ｕ_Ｃ２６５０を受信するように結合され、電流制限信号Ｕ_ＣＬ６５３および過電流信号Ｕ_ＯＣ６５２を出力する。

制御回路６４２は、フィードバック信号Ｕ_ＦＢ６３１、電流制限信号Ｕ_ＣＬ６５３、過電流信号Ｕ_ＯＣ６５２を受信するように結合され、制御信号Ｕ_ＣＯＮＴ６５４を出力する。

動作時、第１の検出フィンガー信号Ｕ_Ｃ１６４９は、第１の検出フィンガー６３６のドレインおよび電流源Ｉ_ＭＯＤ６４７により生成される。電流源Ｉ_ＭＯＤ６４７の値は、出力電圧またはカスコード回路のオン期間を調節するために選択される。第１の検出フィンガー６３６は、スイッチ６３４に比例した抵抗を提供する。第２の検出フィンガー信号Ｕ_Ｃ２６５０は、電流源Ｉ_ＭＡＸ６４６と抵抗器６５１とにより生成される。電流源Ｉ_ＭＡＸ６４６の基準値は、電力コンバーターの最大電流限界を表すように選択される。

駆動回路６４４は、制御信号Ｕ_ＣＯＮＴ６５４に応答して、駆動信号Ｕ_ＤＲ６３３を提供するように結合される。本発明の教示に従った正確な電流検出を提供するために、駆動信号Ｕ_ＤＲ６３３は、多段ゲート駆動を含み、多段ゲート駆動において、第１段が、ＥＭＩを下げるための弱いオン切り替えであり、第２段が、遅延期間後の強いオン切り替えである。

図７は、図１に示す電流検出回路１４０または図６に示す６４０の一例であり得る電流検出回路７４０の一例を示すブロック図であり、以下で参照される同様に命名および番号付けされた要素は、従って、上述のものと同様に結合され、上述のものと同様に機能し得る。電流検出回路７４０は、ソース信号Ｕ_Ｓ７４８、第１の検出フィンガー信号Ｕ_Ｃ１７４９、および第２の検出フィンガー信号Ｕ_Ｃ２７５０を受信するように結合され、電流制限信号Ｕ_ＣＬ７５２および過電流信号Ｕ_ＯＣ７５１を出力する。電流検出回路７４０は、比較器７５４および比較器７５６と、任意選択的なクランプ回路７５７とを含む。比較器７５４は、一例において任意選択的なクランプ回路７５７を通して受信され得るソース信号Ｕ_Ｓ７４８を非反転入力において受信するように、および、反転入力において検出フィンガー信号Ｕ_Ｃ１７４９を受信するように結合され、および電流制限値信号Ｕ_ＣＬ７５２を出力する。ソース信号Ｕ_Ｓ７４８が検出フィンガー信号Ｕ_Ｃ１７４９より大きいとき、電流制限信号Ｕ_ＣＬ７５２が論理ハイに遷移する。比較器７５６は、一例において任意選択的なクランプ回路７５７を通して受信され得るソース信号Ｕ_Ｓ２４８を非反転入力において受信するように、および反転入力において第２の検出フィンガー信号Ｕ_Ｃ２７５０を受信するように結合される。ソース信号Ｕ_Ｓ７４８が第２の検出フィンガー信号Ｕ_Ｃ２７５０より大きいとき、過電流信号Ｕ_ＯＣ７５１は論理ハイに遷移する。

本発明に関して示される例についての上述の説明は、要約で説明される事項を含め、網羅的であることも、開示される形態そのものへの限定であることも意図されない。本発明の特定の実施形態および例が、本明細書において例示を目的として説明されるが、本発明のより広い趣旨および範囲から逸脱することなく様々な同等な変更が可能である。実際、具体的で例示的な電圧、電流、周波数、出力範囲値、時間などが説明のために提示されることと、本発明の教示に従った他の実施形態および例において他の値も使用し得ることとが理解される。

前述の詳細な説明を考慮して、本発明の例に対してこれらの変更が適用され得る。後述の請求項で使用される用語は、本発明を明細書と請求項とに開示される特定の実施形態に限定するように解釈されてはならない。むしろ、範囲は、後述の請求項により完全に定義されなければならず、確立された請求項の解釈の原則に従って解釈されなければならない。従って、本明細書および図は、限定するものではなく例示的なものとみなされる。
［付記項１］
ソース信号と第１の検出フィンガー信号と第２の検出フィンガー信号とに応答して、電流制限信号と過電流信号とを生成するように結合された電流検出回路と、
前記電流制限信号と前記過電流制限信号とに応答して、制御信号を生成するように結合された制御回路と、
前記制御信号に応答して、多段ゲート駆動を含む駆動信号を生成するように結合された駆動回路と、
を備え、
前記多段ゲート駆動の第１段における前記駆動信号が、スイッチをゆっくりとオンに切り替えて電磁妨害（ＥＭＩ）を低減するように構成された弱いオン切り替え駆動信号であり、
前記多段ゲート駆動の第２段における前記駆動信号が、前記スイッチを迅速に完全にオンに切り替えて前記スイッチの正確な電流検出を可能にするように構成された強いオン切り替え駆動信号である、
電力コンバーターにおける使用のための制御装置。
［付記項２］
前記電流検出回路が、
前記ソース信号を受信するように結合された第１の入力と、前記第１の検出フィンガー信号を受信するように結合された第２の入力とを含み、前記電流制限信号を生成する第１の比較器と、
前記ソース信号を受信するように結合された第１の入力と、前記第２の検出フィンガー信号を受信するように結合された第２の入力とを含み、前記過電流信号を生成する第２の比較器と、
をさらに備える、
付記項１に記載の制御装置。
［付記項３］
前記電流検出回路が、前記ソース信号を受信するように結合された、および前記第１の比較器の前記第１の入力と前記第２の比較器の前記第１の入力とに結合されたクランプ回路をさらに備える、
付記項２に記載の制御装置。
［付記項４］
前記駆動回路が、
前記制御信号を受信するように結合された、および、前記多段ゲート駆動の前記第１段における前記弱いオン切り替え駆動信号を生成するように結合された、第１の抵抗をもつ第１のトランジスタと、
前記制御信号を受信するように結合された、および遅延された制御信号を出力するように結合された遅延回路と、
前記遅延された制御信号を受信するように結合された、第２の抵抗をもつ第２のトランジスタと、
をさらに備え、
前記第２のトランジスタが、前記多段ゲート駆動の前記第２段における前記強いオン切り替え駆動信号を生成するように結合され、
前記強いオン切り替え駆動信号の駆動が、前記弱いオン切り替え駆動信号の駆動より大きく、
前記第１のトランジスタの前記第１の抵抗が、前記第２のトランジスタの前記第２の抵抗より大きい、
付記項１に記載の制御装置。
［付記項５］
前記第２の検出フィンガー信号が、抵抗器に結合された電流源により生成される、
付記項１に記載の制御装置。
［付記項６］
電力コンバーターであって、
前記電力コンバーターの入力と前記電力コンバーターの出力との間に結合されたエネルギー要素と、
前記電力コンバーターの前記入力と前記エネルギー伝達要素とに結合されたカスコード回路と、
前記カスコード回路のスイッチングを制御して、前記電力コンバーターの前記入力から前記電力コンバーターの前記出力へのエネルギーの伝達を制御するように結合された制御装置と、
を備え、
前記制御装置が、
前記カスコード回路から受信されるように結合されたソース信号と第１の検出フィンガー信号と第２の検出フィンガー信号とに応答して、電流制限信号と過電流信号とを生成するように結合された電流検出回路と、
前記電流制限信号と過電流制限信号とに応答して、制御信号を生成するように結合された制御回路と、
前記制御信号に応答して、多段ゲート駆動を含む駆動信号を生成して、前記カスコード回路の前記スイッチングを制御するように結合された駆動回路と、
を含み、
前記多段ゲート駆動の第１段における前記駆動信号が、前記カスコード回路をゆっくりとオンに切り替えて電磁妨害（ＥＭＩ）を低減するように構成された弱いオン切り替え駆動信号であり、
前記多段ゲート駆動の第２段における前記駆動信号が、前記カスコード回路を迅速に完全にオンに切り替えて前記カスコード回路の正確な電流検出を可能にするように構成された強いオン切り替え駆動信号である、
電力コンバーター。
［付記項７］
前記カスコード回路が、
ノーマリーオンスイッチと、
前記ノーマリーオンスイッチに結合された制御スイッチと、
を備え、
前記制御スイッチが、第１の検出フィンガーに結合されたノーマリーオフスイッチを含み、
前記第１の検出フィンガーのゲートが、前記ノーマリーオフスイッチのゲートに結合された、
付記項６に記載の電力コンバーター。
［付記項８］
前記制御スイッチが、前記ノーマリーオフスイッチに結合された第２の検出フィンガーをさらに備え、
前記第２の検出フィンガーのゲートが、前記ノーマリーオフスイッチの前記ゲートに結合された、
付記項７に記載の電力コンバーター。
［付記項９］
前記ノーマリーオンスイッチが、窒化ガリウム（ＧａＮ）により構成される材料である、
付記項６に記載の電力コンバーター。
［付記項１０］
前記第１の検出フィンガー信号が、前記第１の検出フィンガーのドレインに結合された第１の電流源により生成される、
付記項７に記載の電力コンバーター。
［付記項１１］
前記第２の検出フィンガー信号が、前記第２の検出フィンガーのドレインに結合された第２の電流源により生成される、
付記項８に記載の電力コンバーター。
［付記項１２］
前記電流検出回路が、
前記ソース信号を受信するように結合された第１の入力と、前記第１の検出フィンガー信号を受信するように結合された第２の入力とを含み、前記電流制限信号を生成する第１の比較器と、
前記ソース信号を受信するように結合された第１の入力と、前記第２の検出フィンガー信号を受信するように結合された第２の入力とを含み、前記過電流信号を生成する第２の比較器と、
をさらに備える、
付記項６に記載の電力コンバーター。
［付記項１３］
前記電流検出回路が、前記ソース信号を受信するように結合された、および前記第１の比較器の前記第１の入力と前記第２の比較器の前記第１の入力とに結合された、クランプ回路をさらに備える、
付記項１２に記載の制御装置。
［付記項１４］
前記駆動回路が、
前記制御信号を受信するように結合された、および、前記多段ゲート駆動の前記第１段における前記弱いオン切り替え駆動信号を生成するように結合された、第１の抵抗をもつ第１のトランジスタと、
前記制御信号を受信するように結合された、および、遅延された制御信号を出力するように結合された、遅延回路と、
前記遅延された制御信号を受信するように結合された第２の抵抗をもつ第２のトランジスタと、
をさらに備え、
前記第２のトランジスタが、前記多段ゲート駆動の前記第２段における前記強いオン切り替え駆動信号を生成するように結合され、
前記強いオン切り替え駆動信号の駆動が、前記弱いオン切り替え駆動信号の駆動より大きく、
前記第１のトランジスタの前記第１の抵抗が、前記第２のトランジスタの前記第２の抵抗より大きい、
付記項６に記載の制御装置。
［付記項１５］
前記第２の検出フィンガー信号が、抵抗器に結合された電流源により生成される、
付記項６に記載の制御装置。

Claims

電力コンバーターにおける使用のための制御装置であって、前記電力コンバーターが、カスコード回路を備え、前記カスコード回路がノーマリーオンスイッチとノーマリーオフトランジスタスイッチとを備え、前記ノーマリーオンスイッチのソースに前記ノーマリーオフトランジスタスイッチのドレインが結合されており、前記ノーマリーオンスイッチのゲートと前記ノーマリーオフトランジスタスイッチの前記ソースとが接地されており、
前記制御装置が、
前記ノーマリーオンスイッチの前記ソースにおける電圧を表すソース信号と前記電力コンバーターの電流制限値を表す第１の検出フィンガー信号と前記電力コンバーターの過電流制限値を表す第２の検出フィンガー信号とに応答して、電流制限信号と過電流信号とを生成するように結合された電流検出回路であって、前記電流検出回路が前記ソース信号に基づいて前記ノーマリーオフトランジスタスイッチに流れる電流を検出するように構成されており、前記第１の検出フィンガー信号と前記第２の検出フィンガー信号とのうちの少なくとも１つが、前記ノーマリーオフトランジスタスイッチの抵抗に比例した抵抗を提供するトランジスタにより提供される、前記電流検出回路と、
前記電流制限信号と前記過電流信号とに応答して、制御信号を生成するように結合された制御回路と、
前記制御信号に応答して、多段ゲート駆動を含む駆動信号を生成するように結合された駆動回路と、
を備え、
前記多段ゲート駆動の第１段における前記駆動信号が、前記ノーマリーオフトランジスタスイッチをゆっくりとオンに切り替えて電磁妨害（ＥＭＩ）を低減するように構成された弱いオン切り替え駆動信号であり、
前記多段ゲート駆動の第２段における前記駆動信号が、前記ノーマリーオフトランジスタスイッチの正確な電流検出を可能にするように、迅速に前記ノーマリーオフトランジスタスイッチの公称オン抵抗を提供するように、前記弱いオン切り替え駆動信号によりオンに切り替えられる前記ノーマリーオフトランジスタスイッチのチャネルを十分に拡張するように構成された強いオン切り替え駆動信号である、
電力コンバーターにおける使用のための制御装置。
前記電流検出回路が、
前記ソース信号を受信するように結合された第１の入力と、前記第１の検出フィンガー信号を受信するように結合された第２の入力とを含み、前記電流制限信号を生成する第１の比較器と、
前記ソース信号を受信するように結合された第１の入力と、前記第２の検出フィンガー信号を受信するように結合された第２の入力とを含み、前記過電流信号を生成する第２の比較器と、
をさらに備える、
請求項１に記載の制御装置。
前記電流検出回路が、前記ソース信号を受信するように結合された、および前記第１の比較器の前記第１の入力と前記第２の比較器の前記第１の入力とに結合されたクランプ回路をさらに備える、
請求項２に記載の制御装置。
前記駆動回路が、
前記制御信号を受信するように結合された、および、前記多段ゲート駆動の前記第１段における前記弱いオン切り替え駆動信号を生成するように結合された、第１の抵抗をもつ第１のトランジスタと、
前記制御信号を受信するように結合された、および遅延された制御信号を出力するように結合された遅延回路と、
前記遅延された制御信号を受信するように結合された、第２の抵抗をもつ第２のトランジスタと、
をさらに備え、
前記第２のトランジスタが、前記多段ゲート駆動の前記第２段における前記強いオン切り替え駆動信号を生成するように結合され、
前記強いオン切り替え駆動信号の駆動が、前記弱いオン切り替え駆動信号の駆動より大きく、
前記第１のトランジスタの前記第１の抵抗が、前記第２のトランジスタの前記第２の抵抗より大きい、
請求項１に記載の制御装置。
前記第２の検出フィンガー信号が、抵抗器に結合された電流源により生成される、
請求項１に記載の制御装置。
電力コンバーターであって、
前記電力コンバーターの入力と前記電力コンバーターの出力との間に結合されたエネルギー伝達要素であって、前記エネルギー伝達要素が、結合インダクタ、変圧器、またはインダクタである、前記エネルギー伝達要素と、
前記電力コンバーターの前記入力と前記エネルギー伝達要素とに結合されたカスコード回路であって、前記カスコード回路が、ノーマリーオンスイッチと制御スイッチとを備え、前記制御スイッチが、ノーマリーオフトランジスタスイッチと検出フィンガーとを含み、前記ノーマリーオンスイッチのソースが、前記ノーマリーオフトランジスタスイッチのドレインに結合されており、前記ノーマリーオンスイッチのゲートと前記ノーマリーオフトランジスタスイッチの前記ソースとが接地されており、前記検出フィンガーが、前記ノーマリーオフトランジスタスイッチの抵抗に比例した抵抗を提供するトランジスタであり、前記検出フィンガーのゲートが、前記ノーマリーオフトランジスタスイッチのゲートに結合されている、前記カスコード回路と、
前記カスコード回路のスイッチングを制御して、前記電力コンバーターの前記入力から前記電力コンバーターの前記出力へのエネルギーの伝達を制御するように結合された制御装置と、
を備え、
前記制御装置が、
前記ノーマリーオンスイッチのソースにおける電圧を表すソース信号と前記電力コンバーターの電流制限値を表す第１の検出フィンガー信号と前記電力コンバーターの過電流制限値を表す第２の検出フィンガー信号とに応答して、電流制限信号と過電流信号とを生成するように結合された電流検出回路であって、前記電流検出回路が前記ソース信号に基づいて前記ノーマリーオフトランジスタスイッチに流れる電流を検出するように構成されており、前記第１の検出フィンガー信号と前記第２の検出フィンガー信号とのうちの少なくとも１つが、前記検出フィンガーのドレイン電圧である、前記電流検出回路と、
前記電流制限信号と前記過電流信号とに応答して、制御信号を生成するように結合された制御回路と、
前記制御信号に応答して、多段ゲート駆動を含む駆動信号を生成して、前記カスコード回路の前記スイッチングを制御するように結合された駆動回路と、
を含み、
前記多段ゲート駆動の第１段における前記駆動信号が、前記カスコード回路のノーマリーオフトランジスタスイッチをゆっくりとオンに切り替えて電磁妨害（ＥＭＩ）を低減するように構成された弱いオン切り替え駆動信号であり、
前記多段ゲート駆動の第２段における前記駆動信号が、前記カスコード回路の正確な電流検出を可能にするように、迅速に前記ノーマリーオフトランジスタスイッチの公称オン抵抗を提供するように、前記弱いオン切り替え駆動信号によりオンに切り替えられる前記カスコード回路の前記ノーマリーオフトランジスタスイッチのチャネルを十分に拡張するように構成された強いオン切り替え駆動信号である、
電力コンバーター。
前記制御スイッチが、前記ノーマリーオフトランジスタスイッチに結合された第２の検出フィンガーをさらに備え、
前記第２の検出フィンガーが、前記ノーマリーオフトランジスタスイッチの抵抗に比例した抵抗を提供するトランジスタであり、
前記第２の検出フィンガーのゲートが、前記ノーマリーオフトランジスタスイッチの前記ゲートに結合されており、
前記第２の検出フィンガーのドレイン電圧が、前記第２の検出フィンガー信号である、
請求項６に記載の電力コンバーター。
前記ノーマリーオンスイッチが、窒化ガリウム（ＧａＮ）材料により構成された、
請求項６に記載の電力コンバーター。
前記第１の検出フィンガー信号が、第１の検出フィンガーのドレインに結合された第１の電流源により生成される、
請求項６に記載の電力コンバーター。
前記第２の検出フィンガー信号が、前記第２の検出フィンガーのドレインに結合された第２の電流源により生成される、
請求項７に記載の電力コンバーター。
前記電流検出回路が、
前記ソース信号を受信するように結合された第１の入力と、前記第１の検出フィンガー信号を受信するように結合された第２の入力とを含み、前記電流制限信号を生成する第１の比較器と、
前記ソース信号を受信するように結合された第１の入力と、前記第２の検出フィンガー信号を受信するように結合された第２の入力とを含み、前記過電流信号を生成する第２の比較器と、
をさらに備える、
請求項６に記載の電力コンバーター。
前記電流検出回路が、前記ソース信号を受信するように結合された、および前記第１の比較器の前記第１の入力と前記第２の比較器の前記第１の入力とに結合された、クランプ回路をさらに備える、
請求項１１に記載の電力コンバーター。
前記駆動回路が、
前記制御信号を受信するように結合された、および、前記多段ゲート駆動の前記第１段における前記弱いオン切り替え駆動信号を生成するように結合された、第１の抵抗をもつ第１のトランジスタと、
前記制御信号を受信するように結合された、および、遅延された制御信号を出力するように結合された、遅延回路と、
前記遅延された制御信号を受信するように結合された第２の抵抗をもつ第２のトランジスタと、
をさらに備え、
前記第２のトランジスタが、前記多段ゲート駆動の前記第２段における前記強いオン切り替え駆動信号を生成するように結合され、
前記強いオン切り替え駆動信号の駆動が、前記弱いオン切り替え駆動信号の駆動より大きく、
前記第１のトランジスタの前記第１の抵抗が、前記第２のトランジスタの前記第２の抵抗より大きい、
請求項６に記載の電力コンバーター。
前記第２の検出フィンガー信号が、抵抗器に結合された電流源により生成される、
請求項６に記載の電力コンバーター。