JP7307680B2 - Slew control of high-side switch - Google Patents
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Description
本開示は、トランジスタベースのスイッチに関し、より具体的には、ハイサイドスイッチのスルー制御に関する。 TECHNICAL FIELD This disclosure relates to transistor-based switches and, more particularly, to slew control of high-side switches.
(優先権出願)
本出願は、2017年4月10日に出願されたインド特許出願第201711012738号に対する優先権を主張し、その内容全体が本明細書に組み込まれる。
(Priority application)
This application claims priority to Indian Patent Application No. 201711012738 filed on April 10, 2017, the entire contents of which are incorporated herein.
ハイサイドスイッチは、様々な負荷を駆動するために使用され得、それゆえに、いくつかの異なる用途で使用され得る。ハイサイドスイッチを駆動するための典型的なシステム及び方法は、電荷ポンプを利用する。電荷ポンプは、高電圧又は低電圧電源のいずれかを生成するために、エネルギー貯蔵素子としてコンデンサを使用するDC-DCコンバータである。ハイサイドスイッチに関して、電荷ポンプは、ハイサイドスイッチを駆動するためのDC電流を供給することに加えて、他の回路構成要素(増幅器など)を供給するために採用される。この方法は、DC負荷電流を供給するために、電荷ポンプ内の大型コンデンサの使用を必要とする。大型コンデンサは、オンチップ集積ソリューションが必要とされる場合に、貴重な表面積を占有し得る。この問題を解決するために、いくつかのシステムは、DC電流を供給するための外部コンデンサを実装する。これは、チップの必要な表面積を低減するが、外部コンデンサを接続するために余分なピンが含められることになる。ハイサイドスイッチを駆動するための電荷ポンプ設計を使用することは、チップサイズを低減する必要がある状況、又はコスト重視であるためにピンの数を低減する必要がある状況には寄与しない。加えて、電荷ポンプ設計を使用することは、外部構成要素が部品表(bill of materials、BOM)全体及びコストに付加されるため、外部コンデンサなどの外部構成要素を可能な限り少なくする必要がある状況には寄与しない。 High-side switches can be used to drive a variety of loads and therefore can be used in a number of different applications. Typical systems and methods for driving high-side switches utilize charge pumps. A charge pump is a DC-DC converter that uses capacitors as energy storage elements to generate either a high voltage or a low voltage power supply. With respect to the high-side switch, a charge pump is employed to supply other circuit components (such as amplifiers) in addition to supplying DC current to drive the high-side switch. This method requires the use of large capacitors within the charge pump to supply the DC load current. Large capacitors can occupy valuable surface area if an on-chip integrated solution is required. To solve this problem, some systems implement an external capacitor to supply the DC current. Although this reduces the required surface area of the chip, extra pins are included to connect the external capacitors. Using a charge pump design to drive the high-side switch does not contribute to situations where chip size needs to be reduced or pin count needs to be reduced due to cost considerations. Additionally, using a charge pump design requires as few external components as possible, such as external capacitors, as they add to the overall bill of materials (BOM) and cost. do not contribute to the situation.
一般的に言うと、ハイサイドスイッチは、パス素子、ゲート制御ブロック、及び入力論理ブロックの3つの主要素を含む。パス素子は、通常、トランジスタであり、これは、典型的には、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor、MOSFET)又は横方向拡散金属酸化物半導体トランジスタ(laterally diffused metal oxide semiconductor transistor、LDMOS)である。LDMOSトランジスタは、MOSFETの一種であると考えられる。パス素子は、線形領域で動作して、電流を電源から負荷まで通過させる。ゲート制御ブロックは、パス素子のゲートに電圧を提供して、それを「オン」又は「オフ」に切り替える。入力論理ブロックは、オン/オフ信号を解釈し、ゲート制御ブロックをトリガして、パス素子を「オン」又は「オフ」に切り替える。 Generally speaking, a high-side switch includes three main elements: a pass element, a gate control block, and an input logic block. The pass element is usually a transistor, which is typically a metal-oxide-semiconductor field-effect transistor (MOSFET) or a laterally diffused metal-oxide semiconductor transistor. metal oxide semiconductor transistors, LDMOS). LDMOS transistors are considered a type of MOSFET. A pass element operates in the linear region to pass current from the source to the load. A gate control block provides a voltage to the gate of the pass element to switch it "on" or "off." The input logic block interprets the on/off signal and triggers the gate control block to switch the pass element "on" or "off."
電子工学では、スルーレートは、単位時間当たりの電圧の変化として定義される。回路のスルーレートを超えることは、信号歪みを生じさせ得る。また、スルーレートを超えることは、電磁放射(electromagnetic emission、EME)の量を増加させ、それにより、電磁適合性(electromagnetic compatibility、EMC)規格に違反し、他の電子デバイスを潜在的に妨害する恐れがある。したがって、スルーレートは、対応する回路の動作に著しい制限を課し得る。電流リミッタを追加することは、スルーレートに対するいくつかの制御を提供し得るが、この解決策は、依然として大型電荷ポンプの使用を必要とする。 In electronics, slew rate is defined as the change in voltage per unit time. Exceeding the slew rate of the circuit can cause signal distortion. Also, exceeding the slew rate increases the amount of electromagnetic emission (EME), thereby violating electromagnetic compatibility (EMC) standards and potentially interfering with other electronic devices. There is fear. Therefore, slew rate can impose significant limitations on the operation of corresponding circuits. Adding a current limiter may provide some control over the slew rate, but this solution still requires the use of a large charge pump.
図1は、追加の電流リミッタを含むハイサイドスイッチを駆動するための公知のシステム及び方法の回路レベル概略図である。示されるように、電荷ポンプ2は、電流コントローラ4に接続されている。電流コントローラ4は、増幅器6及びトランジスタ10を含む。ここで、使用されるトランジスタ10は、pチャネル金属酸化物半導体(p-channel metal-oxide semiconductor、pMOS)である。電流コントローラ4は、電荷ポンプ2によって電圧供給され、抵抗器12、24から生じる電圧差に基づいて出力を制御する。増幅器6の正のレールは、電荷ポンプ2によって給電され、増幅器6の負のレールは、供給電圧8によって給電される。電流検知抵抗器12が、電荷ポンプ2と増幅器6との間に接続されている。電流検知FET14が、増幅器6と出力ピン18との間に接続されている。ハイサイドスイッチFET16が、電荷ポンプ2に接続されたドレイン側を有し、ゲート側は、トランジスタ10を介して増幅器6の出力に接続され、ソース側は、出力ピン18に接続されている。出力ピン18は、システムを回路負荷20に接続するために使用される。加えて、抵抗器32が、FET16のゲート側とソース側との間に接続されている。回路は、クロック発生器22を更に含む。抵抗器24が、電荷ポンプ2と増幅器6との間に接続されている。回路は、負荷基準26を更に含む。また、ハイサイドスイッチFET16が「オフ」になったときに、抵抗器30と直列に接続されているFET28が示されている。電流リミッタ34は、ハイサイドスイッチFET16のスルーレートに対する、いくつかの制御を提供するために使用される。
FIG. 1 is a circuit level schematic diagram of known systems and methods for driving a high side switch that includes an additional current limiter. As shown, charge pump 2 is connected to current controller 4 . Current controller 4 includes
更に図1を参照すると、電荷ポンプ2は、増幅器6及びハイサイドスイッチFET16へのその接続に起因して、相当な出力電流を送達する必要がある。電流コントローラ4を用いてハイサイドスイッチのゲートを所望される電圧VGSまで迅速に充電することは、電荷ポンプ2から相当量の電流を引き込む。それゆえに、電荷ポンプ2は、比較的大型のコンデンサを含み、これが図1の回路を単一チップ上に統合することを困難にしている。大型集積コンデンサは、シリコンダイサイズを増大させ、それにより製品コストを増加させる。大型コンデンサが外部に位置する場合、追加のピンが必要になり、いずれの外部コンデンサも、BOMコストを増加させ、それゆえにシステム全体のコストを増加させ得る。電流リミッタ34用いてハイサイドスイッチFET16のスルーレートを制御することは、大型電荷ポンプ2の必要性を結果としてもたらす。
Still referring to FIG. 1, charge pump 2 must deliver significant output current due to its connection to
それゆえに、ハイサイドスイッチのスルーレートを制御するための改善されたシステム及び方法が必要とされている。 Therefore, there is a need for improved systems and methods for controlling the slew rate of high side switches.
上記の必要性は、サンプリング及びレベルシフト回路を含むハイサイドスイッチスルーレートを制御するための本開示のシステム及び方法によって満たされる。 The above needs are met by the disclosed system and method for controlling high side switch slew rate that includes sampling and level shifting circuitry.
ハイサイドスイッチのスルーレート制御のための例示的な回路が開示される。回路は、サンプル及びレベルシフト回路を備える。サンプル及びレベルシフト回路は、ハイサイドスイッチに接続されている。回路は、サンプリングコンデンサを更に備え、サンプリングコンデンサは、サンプル及びレベルシフト回路に対応する入力電圧をサンプリングするように構成されている。加えて、回路は、回路として実装可能な電荷制限機構を含む。サンプリングコンデンサは、ハイサイドスイッチのゲート容量を充電するように構成されている。電荷制限機構は、単位時間当たりのハイサイドスイッチのゲート容量に移される電荷の速度を制限するように構成されている。 An exemplary circuit for high side switch slew rate control is disclosed. The circuit comprises a sample and level shift circuit. A sample and level shift circuit is connected to the high side switch. The circuit further comprises a sampling capacitor configured to sample an input voltage corresponding to the sample and level shift circuit. Additionally, the circuit includes a charge limiting mechanism that can be implemented as a circuit. A sampling capacitor is configured to charge the gate capacitance of the high side switch. A charge limiting mechanism is configured to limit the rate of charge transferred to the gate capacitance of the high side switch per unit time.
ハイサイドスイッチのスルーレートを制御するための例示的な方法が開示される。本方法は、入力電流をサンプル及びレベルシフト回路に供給することを含む。本方法は、入力電圧をサンプリングすることを更に含む。サンプリングコンデンサは、入力電圧のサンプリングのために構成されている。加えて、本方法は、入力電圧をレベルシフトすることを含む。本方法は、サンプリングコンデンサを使用して、ハイサイドスイッチのゲート容量を充電することを含む。更に、本方法は、サンプリングコンデンサに供給される電荷を制限することを含み、電荷は、少なくとも1つの電流シンクによって制限される。
本発明は、例えば、以下を提供する。
(項目1)
ハイサイドスイッチのスルーレート制御のための回路であって、
前記ハイサイドスイッチに接続されたサンプル及びレベルシフト回路と、
電荷制限回路と、
サンプリングコンデンサであって、前記サンプリングコンデンサが、
前記サンプル及びレベルシフト回路に対応する入力電圧をサンプリングし、かつ
前記ハイサイドスイッチのゲート容量を充電するように構成されている、サンプリングコンデンサと、を備え、
前記電荷制限回路が、単位時間当たりの前記ハイサイドスイッチの前記ゲート容量に移される電荷の速度を制限するように構成されている、回路。
(項目2)
前記電荷制限回路が、前記サンプリングコンデンサに対応する電流を制限するように更に構成されている、項目1に記載の回路。
(項目3)
前記電荷制限回路が、前記サンプリングコンデンサに対応する電圧を制限するように更に構成されている、項目1に記載の回路。
(項目4)
前記電荷制限回路が、前記サンプル及びレベルシフト回路に対応するサンプリング容量を制限するように更に構成されている、項目1~3のいずれか一項に記載の回路。
(項目5)
前記電荷制限回路が、前記サンプル及びレベルシフト回路に対応する周波数を制限するように更に構成されている、項目1~3のいずれか一項に記載の回路。
(項目6)
前記ハイサイドスイッチが、nチャネル金属酸化物半導体電界効果トランジスタ(nMOSトランジスタ)である、項目1~5のいずれか一項に記載の回路。
(項目7)
前記ハイサイドスイッチ用の前記スルーレート制御回路が、単一チップ上の集積回路である、項目1~6のいずれか一項に記載の回路。
(項目8)
前記電荷制限回路が、調節可能な電圧源を含む、項目1~7のいずれか一項に記載の回路。
(項目9)
前記電荷制限回路が、前記サンプリングコンデンサを含む、項目1~8のいずれか一項に記載の回路。
(項目10)
前記サンプリングコンデンサが、調節可能なサンプリングコンデンサであり、
前記電荷制限回路が、前記サンプリングコンデンサを含む、項目1~9のいずれか一項に記載の回路。
(項目11)
ハイサイドスイッチのスルーレートを制御するための方法であって、
サンプル及びレベルシフト回路に入力電流を供給することと、
入力電圧を、前記入力電圧の前記サンプリングのために構成されたサンプリングコンデンサを用いてサンプリングすることと、
前記入力電圧をレベルシフトすることと、
前記サンプリングコンデンサを使用して、前記ハイサイドスイッチのゲート容量を充電することと、
前記サンプリングコンデンサに供給される電荷を制限することであって、前記電荷が、少なくとも1つの電流シンクによって制限される、制限することと、を含む、方法。
(項目12)
トランジスタを前記少なくとも1つの電流シンクと並列に接続することと、前記トランジスタをオンにして、前記少なくとも1つの電流シンクに対応するいずれの電荷制限も除去することと、を更に含む、項目11に記載の方法。
(項目13)
前記少なくとも1つの電流シンク、又は異なるハイサイドスイッチスルーレートに対応する前記少なくとも1つの電流シンクのうちの1つを選択することを更に含む、項目11又は12に記載の方法。
(項目14)
前記サンプリングコンデンサに対応する電流を制限することを更に含む、項目11~13のいずれか一項に記載の方法。
(項目15)
前記サンプリングコンデンサに対応する電圧を制限することを更に含む、項目11~13のいずれか一項に記載の方法。
(項目16)
前記サンプル及びレベルシフト回路に対応するサンプリング容量を制限することを更に含む、項目11~15のいずれか一項に記載の方法。
(項目17)
前記サンプル及びレベルシフト回路に対応する周波数を制限することを更に含む、項目11~16のいずれか一項に記載の方法。
(項目18)
前記ハイサイドスイッチが、nチャネル金属酸化物半導体電界効果トランジスタ(nMOSトランジスタ)である、項目11~17のいずれか一項に記載の方法。
(項目19)
前記スルーレートが、単一チップ上の集積回路から制御される、項目11~18のいずれか一項に記載の方法。
(項目20)
電荷制限が、調節可能な電圧源によって実施される、項目11~19のいずれか一項に記載の方法。
(項目21)
電荷制限が、前記サンプリングコンデンサによって更に実施される、項目11~20のいずれか一項に記載の方法。
(項目22)
スイッチ装置であって、
ハイサイドスイッチと、
項目1~10に記載の回路のうちのいずれかと、を備える、スイッチ装置。
(項目23)
マイクロコントローラであって、
ハイサイドスイッチと、
項目1~10に記載の回路のうちのいずれかと、を備える、マイクロコントローラ。
An exemplary method is disclosed for controlling the slew rate of a high side switch. The method includes providing an input current to a sample and level shift circuit. The method further includes sampling the input voltage. A sampling capacitor is configured for sampling the input voltage. Additionally, the method includes level shifting the input voltage. The method includes using a sampling capacitor to charge the gate capacitance of the high side switch. Additionally, the method includes limiting the charge supplied to the sampling capacitor, the charge being limited by at least one current sink.
The present invention provides, for example, the following.
(Item 1)
A circuit for slew rate control of a high side switch, comprising:
a sample and level shift circuit connected to the high side switch;
a charge limiting circuit;
A sampling capacitor, the sampling capacitor comprising:
sampling an input voltage corresponding to the sample and level shift circuit; and
a sampling capacitor configured to charge a gate capacitance of the high-side switch;
A circuit, wherein the charge limiting circuit is configured to limit the rate of charge transferred to the gate capacitance of the high side switch per unit time.
(Item 2)
2. The circuit of item 1, wherein the charge limiting circuit is further configured to limit current associated with the sampling capacitor.
(Item 3)
2. The circuit of item 1, wherein the charge limiting circuit is further configured to limit the voltage associated with the sampling capacitor.
(Item 4)
4. The circuit of any one of items 1-3, wherein the charge limiting circuit is further configured to limit the sampling capacitance associated with the sample and level shift circuit.
(Item 5)
4. The circuit of any one of items 1-3, wherein the charge limiting circuit is further configured to limit the frequency associated with the sample and level shift circuit.
(Item 6)
6. The circuit of any one of items 1-5, wherein the high-side switch is an n-channel metal oxide semiconductor field effect transistor (nMOS transistor).
(Item 7)
7. The circuit of any one of items 1-6, wherein the slew rate control circuit for the high side switch is an integrated circuit on a single chip.
(Item 8)
8. The circuit of any one of items 1-7, wherein the charge limiting circuit comprises an adjustable voltage source.
(Item 9)
9. The circuit of any one of items 1-8, wherein the charge limiting circuit comprises the sampling capacitor.
(Item 10)
the sampling capacitor is an adjustable sampling capacitor;
10. The circuit of any one of items 1-9, wherein the charge limiting circuit comprises the sampling capacitor.
(Item 11)
A method for controlling the slew rate of a high side switch, comprising:
providing an input current to the sample and level shift circuit;
sampling an input voltage with a sampling capacitor configured for said sampling of said input voltage;
level shifting the input voltage;
charging the gate capacitance of the high-side switch using the sampling capacitor;
limiting the charge supplied to the sampling capacitor, the charge being limited by at least one current sink.
(Item 12)
12. The method of claim 11, further comprising: connecting a transistor in parallel with said at least one current sink; and turning on said transistor to remove any charge limit corresponding to said at least one current sink. the method of.
(Item 13)
13. A method according to
(Item 14)
14. The method of any one of items 11-13, further comprising limiting the current associated with the sampling capacitor.
(Item 15)
14. The method of any one of items 11-13, further comprising limiting the voltage corresponding to the sampling capacitor.
(Item 16)
16. The method of any one of items 11-15, further comprising limiting a sampling capacitance corresponding to said sample and level shift circuit.
(Item 17)
17. The method of any one of items 11-16, further comprising limiting frequencies corresponding to the sample and level shift circuits.
(Item 18)
A method according to any one of items 11 to 17, wherein the high side switch is an n-channel metal oxide semiconductor field effect transistor (nMOS transistor).
(Item 19)
19. The method of any one of items 11-18, wherein the slew rate is controlled from an integrated circuit on a single chip.
(Item 20)
20. The method of any one of items 11-19, wherein charge limiting is performed by an adjustable voltage source.
(Item 21)
21. A method according to any one of items 11 to 20, wherein charge limiting is further performed by said sampling capacitor.
(Item 22)
A switch device,
high side switch,
A switch device comprising any of the circuits of items 1-10.
(Item 23)
a microcontroller,
high side switch,
A microcontroller comprising any of the circuits of items 1-10.
本発明の任意の実施形態を詳細に説明する前に、本発明が、以下の説明に明らかにされるか又は以下の図面に例示される構成の詳細及び構成要素の配置にその用途が限定されないことを理解されたい。本発明は、他の実施形態、及び様々な方式で実施又は実行されることが可能である。また、本明細書に使用される表現及び用語が説明の目的のためのものであり、限定として見なされるべきではないことを理解されたい。本明細書における「含む(including)」、「備える(comprising)」、又は「有する(having)」、及びその変形の使用は、その後に列挙される項目及びその等価物、並びに追加の項目を包含することを意味する。別途指定又は限定されない限り、用語「装着された」、「接続された」、「支持された」、及び「連結された」、並びにその変形は広く使用され、直接的及び間接的な装着、接続、支持、及び連結の両方を包含する。更に、「接続された」及び「連結された」は、物理的又は機械的な接続又は連結に制限されない。 Before describing any embodiments of the present invention in detail, the present invention is not limited in its application to the details of construction and arrangement of components set forth in the following description or illustrated in the following drawings. Please understand. The invention is capable of being practiced or carried out in other embodiments and in various ways. Also, it is to be understood that the phraseology and terminology used herein is for the purpose of description and should not be regarded as limiting. The use of "including," "comprising," or "having," and variations thereof herein includes the items listed thereafter and equivalents thereof, as well as additional items. means to Unless otherwise specified or limited, the terms "attached," "connected," "supported," and "coupled," and variations thereof, are used broadly to refer to direct and indirect attachment, connection, and connection. , supporting, and connecting. Furthermore, "connected" and "coupled" are not limited to physical or mechanical connections or couplings.
以下の考察は、当業者が本発明の実施形態を作製及び使用することを可能にするために提示される。例示される実施形態に対する様々な修正が、当業者に容易に明らかとなり、本明細書の一般的原理が、本発明の実施形態から逸脱することなく、他の実施形態及び用途に適用され得る。したがって、本発明の実施形態は、示される実施形態に限定されることを意図するものではなく、本明細書に開示される原理及び特徴と一致する最も広い範囲を与えられるものである。以下の詳細な説明は、図を参照して読まれるべきであり、異なる図中の同様の要素は、同様の参照番号を有する。図は、必ずしも正しい縮尺ではなく、選択された実施形態を図示し、本発明の実施形態の範囲を限定することを意図するものではない。当業者であれば、本明細書に提供される実施例が、本発明の実施形態の範囲内に収まる多くの有用な代替例を有することを認識するであろう。 The following discussion is presented to enable any person skilled in the art to make and use embodiments of the invention. Various modifications to the illustrated embodiments will be readily apparent to those skilled in the art, and the general principles herein may be applied to other embodiments and applications without departing from embodiments of the invention. Accordingly, embodiments of the invention are not intended to be limited to the embodiments shown, but are to be accorded the widest scope consistent with the principles and features disclosed herein. The following detailed description should be read with reference to the figures, in which similar elements in different figures have similar reference numerals. The figures are not necessarily to scale, depict selected embodiments, and are not intended to limit the scope of embodiments of the invention. Those skilled in the art will recognize that the examples provided herein have many useful alternatives that fall within the scope of embodiments of the present invention.
本開示の実施形態は、出力負荷に電力を選択的に提供する際に使用するためのハイサイドスイッチのスルーレートを制御するためのシステム及び方法を提供する。 Embodiments of the present disclosure provide systems and methods for controlling the slew rate of high-side switches for use in selectively providing power to output loads.
図2は、本開示による、ハイサイドスイッチのスルーレートを制御するためのシステム及び方法の一実施形態の回路レベル概略図である。一実施形態では、サンプル及びレベルシフト回路40が提供され得る。サンプル及びレベルシフト回路40は、電圧源42に接続され得る。電圧源42は、増幅器(例えば、演算増幅器)の出力とすることができる。代替的に、電圧源42は、固定又は可変供給電圧を供給してもよい。特定の実施形態では、電圧源42が1.8、2.5、3.3、又は5ボルトであることが有益であり得る。代替的に、任意の他の電圧レベルが、電圧源42によって供給されてもよい。サンプル及びレベルシフト回路40は、複数のスイッチ50、52、54、56を含み得る。サンプル及びレベルシフト回路40は、サンプリングコンデンサ58を更に含み得る。加えて、サンプル及びレベルシフト回路40は、電界効果トランジスタ(field-effect transistor、FET)60を含み得る。スルー制御80は、並列に接続され得る電流シンク82、84、86を含み得る。スルー制御80は、FET60と並列に接続され得る。
FIG. 2 is a circuit-level schematic diagram of one embodiment of a system and method for controlling the slew rate of a high-side switch according to the present disclosure; In one embodiment, a sample and
非限定的な一例では、図2に示されるように、ハイサイドスイッチ70は、nチャネル金属酸化物半導体電界効果トランジスタ(nMOSトランジスタ)又はnチャネル横方向拡散金属酸化物半導体トランジスタ(nLDMOSトランジスタ)とすることができる。nLDMOSトランジスタは、nMOSトランジスタの一種であると考えられる。特定の状況では、異なる種類のトランジスタを使用することが有益であり得る。サンプル及びレベルシフト回路40の1つの出力は、ハイサイドスイッチ70のゲート側に接続され得る。ハイサイドスイッチ70のドレイン側は、電圧源48に接続され得る。出力ピン72は、回路負荷に接続され得る。特定の非限定的な実施形態では、ハイサイドスイッチ70及びローサイドスイッチがハーフブリッジ構成を構築するように、ローサイドスイッチが含められて出力ピン72に接続され得る。
In one non-limiting example, as shown in FIG. 2, the high-
更に図2を参照すると、サンプル及びレベルシフト回路40は、ハイサイドスイッチ70を駆動するときに、電荷ポンプの必要性を排除し得る。サンプリングコンデンサ58は、電圧源42の電圧をサンプリングし得る。サンプリングコンデンサ58は、次いで、ハイサイドスイッチ70のゲート側容量を充電するために使用され得る。ゲート側容量の充電は、ハイサイドスイッチ70が「オン」になることを可能にし得る。非限定的な一実施形態では、ハイサイドスイッチ70が「オン」であるとき、入力電圧が回路負荷に供給され得る。
Still referring to FIG. 2, the sample and
別の非限定的な実施形態では、ハイサイドスイッチ70のゲート容量は、保持コンデンサとして機能し得る。したがって、保持コンデンサにはDC負荷が必要とされない場合がある。サンプル及びレベルシフト回路40は、任意のDC電流を提供し得る。別の非限定的な実施形態では、明示的な保持コンデンサが、ハイサイドスイッチ70のゲート容量に並列に接続されてもよい。繰り返すが、保持コンデンサにはDC負荷が必要とされない場合がある。
In another non-limiting embodiment, the gate capacitance of
特定の非限定的な実施形態では、電圧源48、42は、電荷ポンプ電力増幅器を有することとは対照的に、固定電圧を供給し得る。増幅器が電圧源42として機能する状況では、増幅器は、短絡電流コントローラとして機能し得る。特定の状況では、異なる増幅器構成、又は異なる種類の増幅器を使用することが有益であり得る。特定の状況では、電圧源48から、電圧源48を数ボルト下回るまでのコモンモード電圧範囲内で機能するように構成される増幅器を含むことが有益であり得る。増幅器は、高入力コモンモード電圧、及び低出力コモンモード電圧を処理するように特別に設計され得る。
In certain non-limiting embodiments, the
特定の状況では、3.3ボルトを提供する電圧源48、42を含むことが有益であり得る。代替的に、電圧源48、42は、5、12、14、24、及び48ボルトを含む、任意の他の所定の電圧レベルを供給してもよい。特定の状況では、電圧源48、42の少なくとも1つのために車両電池を使用することが有益であり得る。特定の状況では、電圧源48、42のうちの少なくとも1つが、4.5ボルト~60ボルトの範囲内の供給電圧を有することが有益であり得る。非限定的な一実施形態では、電圧源48、42は、それぞれの供給電圧を所定の時間にわたって増加させる(即ち、ランプ電圧)ように構成され得る。
In certain circumstances, it may be beneficial to include
非限定的な一実施形態では、開示されるシステムは、単一チップ上の集積回路とすることができる。集積回路は、図1に示されるように、電荷ポンプシステムによって使用されるチップ表面積の1/3を使用し得る。代替的に、開示されるシステムは、図1に示されるように、電荷ポンプシステムによって使用されるチップ表面積の最大99%を使用してもよい。特定の状況では、単一チップ上の集積回路内にサンプリングコンデンサ58を特別に含むことが有益であり得る。非限定的な一実施形態では、サンプリングコンデンサ58は、図1に示される電荷ポンプシステムと関連付けられたコンデンサよりも小さくてもよい。いくつかの非限定的な実施形態では、サンプリングコンデンサは、2pF~250pFの容量範囲内であり得る。
In one non-limiting embodiment, the disclosed system can be an integrated circuit on a single chip. An integrated circuit may use 1/3 of the chip surface area used by a charge pump system, as shown in FIG. Alternatively, the disclosed system may use up to 99% of the chip surface area used by the charge pump system, as shown in FIG. In certain circumstances, it may be beneficial to specifically include
非限定的な一実施形態では、本開示によって含められるピンの数は、図1に示されるように電荷ポンプシステムによって含められるピンの数よりも少なくてもよい。非限定的な一例では、本開示は、図1に示されるように電荷ポンプシステムよりも1つ少ないピンを含み得る。非限定的な別の例では、本開示は、図1に示されるように電荷ポンプシステムよりも3つ少ないピンを含み得る。 In one non-limiting embodiment, the number of pins included by the present disclosure may be less than the number of pins included by the charge pump system as shown in FIG. In one non-limiting example, the present disclosure may include one less pin than the charge pump system shown in FIG. In another non-limiting example, the present disclosure may include three fewer pins than the charge pump system shown in FIG.
非限定的な一実施形態では、電流シンク82、84、86は、各々、サンプリングコンデンサ58に蓄積された電荷量を制御し得る。電流シンク82、84、86のうちのどれが動作しているかを選択することによって、ハイサイドスイッチ70の充電のスルーレートもまた、選択され得る。したがって、電流シンク82、84、86の各々は、ハイサイドスイッチ70の異なるスルーレート充電に対応し得る。FET60は、スルーレート制御が所望されないときに、電流シンク82、84、86の各々を短絡するために使用され得る。サンプリングコンデンサ58内の蓄積された電荷量を制御することによって、ハイサイドスイッチ70のVGSまでの充電速度に対する制御が可能であり得る。FET60が電流シンク82、84、86を短絡させたとき、サンプリングコンデンサ58は、満充電に達し得、ハイサイドスイッチ70を充電するスルーレートは、比較的高くなり得る。ハイサイドスイッチ70のスルーレートは、プログラム可能であり得る。
In one non-limiting embodiment,
図3は、本開示による、ハイサイドスイッチのスルーレートを制御するためのシステム及び方法の別の実施形態の回路レベル概略図である。一実施形態では、サンプル及びレベルシフト回路40が提供され得る。サンプル及びレベルシフト回路40は、電圧源42に接続され得る。電圧源42は、増幅器(例えば、演算増幅器)の出力とすることができる。代替的に、電圧源42は、固定又は可変供給電圧を供給してもよい。特定の実施形態では、電圧源42が1.8、2.5、3.3、又は5ボルトであることが有益であり得る。代替的に、任意の他の電圧レベルが、電圧源42によって供給されてもよい。サンプル及びレベルシフト回路40は、複数のスイッチ50、52、54、56を含み得る。サンプル及びレベルシフト回路40は、サンプリングコンデンサ58を更に含み得る。加えて、サンプル及びレベルシフト回路40は、電界効果トランジスタ(FET)60を含み得る。スルー制御88は、可変であり得る少なくとも1つの電流シンク82を含んでもよい。スルー制御88は、FET60と並列に接続され得る。
FIG. 3 is a circuit-level schematic diagram of another embodiment of a system and method for controlling the slew rate of a high-side switch according to the present disclosure; In one embodiment, a sample and
非限定的な一例では、図3に示されるように、ハイサイドスイッチ70は、nチャネル金属酸化物半導体電界効果トランジスタ(nMOSトランジスタ)又はnチャネル横方向拡散金属酸化物半導体トランジスタ(nLDMOSトランジスタ)とすることができる。nLDMOSトランジスタは、nMOSトランジスタの一種であると考えられる。特定の状況では、異なる種類のトランジスタを使用することが有益であり得る。サンプル及びレベルシフト回路40の1つの出力は、ハイサイドスイッチ70のゲート側に接続され得る。ハイサイドスイッチ70のドレイン側は、電圧源48に接続され得る。出力ピン72は、回路負荷に接続され得る。特定の非限定的な実施形態では、ハイサイドスイッチ70及びローサイドスイッチがハーフブリッジ構成を構築するように、ローサイドスイッチが含められて出力ピン72に接続され得る。
In one non-limiting example, as shown in FIG. 3, the high-
更に図3を参照すると、サンプル及びレベルシフト回路40は、ハイサイドスイッチ70を駆動するときに、電荷ポンプの必要性を排除し得る。サンプリングコンデンサ58は、電圧源42の電圧をサンプリングし得る。サンプリングコンデンサ58は、次いで、ハイサイドスイッチ70のゲート側容量を充電するために使用され得る。ゲート側容量の充電は、ハイサイドスイッチ70が「オン」になることを可能にし得る。非限定的な一実施形態では、ハイサイドスイッチ70が「オン」であるとき、入力電圧が回路負荷に供給され得る。
Still referring to FIG. 3, the sample and
非限定的な一実施形態では、電流シンク82は、サンプリングコンデンサ58内に蓄積された電荷量を制御する。電流シンク82を選択することによって、ハイサイドスイッチ70の充電のスルーレートもまた、選択され得る。FET60は、スルーレート制御が所望されないときに、電流シンク82を短絡するために使用され得る。サンプリングコンデンサ58内の蓄積された電荷量を制御することによって、ハイサイドスイッチ70のVGSまでの充電速度に対する制御が可能であり得る。FET60が電流シンク82を短絡させたとき、サンプリングコンデンサ58は、満充電に達し得、ハイサイドスイッチ70を充電するスルーレートは、比較的高くなり得る。ハイサイドスイッチ70のスルーレートは、プログラム可能であり得る。
In one non-limiting embodiment,
図2及び図3を参照すると、少なくとも1つの電流シンク82が実装されるとき、任意の数の電流シンクを実装することが可能になり得ることが明らかになる。図2を参照すると、非限定的な一実施形態は、並列に接続された3つの電流シンク82、84、86を含む。代替的に、並列に接続された任意の数の電流シンクが含められてもよい。電流シンク82、84、86のいずれも、可変かつ選択可能であり得る。
2 and 3, it becomes clear that when at least one
図4は、本開示による、ハイサイドスイッチのスルーレートを制御するためのシステム及び方法の別の実施形態の回路レベル概略図である。一実施形態では、サンプル及びレベルシフト回路90が提供され得る。サンプル及びレベルシフト回路90は、電圧源42に接続され得る。電圧源42は、増幅器(例えば、演算増幅器)の出力とすることができる。代替的に、電圧源42は、固定又は可変供給電圧を供給してもよい。特定の実施形態では、電圧源42が1.8、2.5、3.3、又は5ボルトであることが有益であり得る。代替的に、任意の他の電圧レベルが、電圧源42によって供給されてもよい。サンプル及びレベルシフト回路40は、複数のスイッチ50、52、54、56を含み得る。サンプル及びレベルシフト回路40は、サンプリングコンデンサ92を更に含み得る。スルー制御は、サンプリングコンデンサ92を介して実装され得る。
FIG. 4 is a circuit-level schematic diagram of another embodiment of a system and method for controlling the slew rate of a high-side switch according to the present disclosure; In one embodiment, a sample and
非限定的な一例では、図4に示されるように、ハイサイドスイッチ70は、nチャネル金属酸化物半導体電界効果トランジスタ(nMOSトランジスタ)又はnチャネル横方向拡散金属酸化物半導体トランジスタ(nLDMOSトランジスタ)とすることができる。nLDMOSトランジスタは、nMOSトランジスタの一種であると考えられる。特定の状況では、異なる種類のトランジスタを使用することが有益であり得る。サンプル及びレベルシフト回路40の1つの出力は、ハイサイドスイッチ70のゲート側に接続され得る。ハイサイドスイッチ70のドレイン側は、電圧源48に接続され得る。出力ピン72は、回路負荷に接続され得る。特定の非限定的な実施形態では、ハイサイドスイッチ70及びローサイドスイッチがハーフブリッジ構成を構築するように、ローサイドスイッチが含められて出力ピン72に接続され得る。
In one non-limiting example, as shown in FIG. 4, the high-
更に図4を参照すると、サンプル及びレベルシフト回路90は、ハイサイドスイッチ70を駆動するときに、電荷ポンプの必要性を排除し得る。サンプリングコンデンサ92は、電圧源42の電圧をサンプリングし得る。サンプリングコンデンサ92は、次いで、ハイサイドスイッチ70のゲート側容量を充電するために使用され得る。ゲート側容量の充電は、ハイサイドスイッチ70が「オン」になることを可能にし得る。非限定的な一実施形態では、ハイサイドスイッチ70が「オン」であるとき、入力電圧が回路負荷に供給され得る。
Still referring to FIG. 4, the sample and
非限定的な一実施形態では、サンプリングコンデンサ92は、調節可能であり得る。特定の状況では、サンプリングコンデンサ92が、次いで、電荷制限機構として使用され得るため、調節可能なサンプリングコンデンサ92を含むことが有益であり得る。この非限定的な実施形態では、サンプリング容量は、サンプル及びレベルシフト回路に対応する。それゆえに、サンプリングコンデンサ92の容量を調節することは、ハイサイドスイッチ70のスルー制御を可能にし得る。
In one non-limiting embodiment, sampling
図5は、本開示による、ハイサイドスイッチのスルーレートを制御するためのシステム及び方法の別の実施形態の回路レベル概略図である。一実施形態では、サンプル及びレベルシフト回路96が提供され得る。サンプル及びレベルシフト回路96は、電圧源98に接続され得る。サンプル及びレベルシフト回路40は、複数のスイッチ50、52、54、56を含み得る。サンプル及びレベルシフト回路40は、サンプリングコンデンサ58を更に含み得る。
FIG. 5 is a circuit-level schematic diagram of another embodiment of a system and method for controlling the slew rate of a high-side switch according to the present disclosure; In one embodiment, a sample and
非限定的な一例では、図5に示されるように、ハイサイドスイッチ70は、nチャネル金属酸化物半導体電界効果トランジスタ(nMOSトランジスタ)又はnチャネル横方向拡散金属酸化物半導体トランジスタ(nLDMOSトランジスタ)とすることができる。nLDMOSトランジスタは、nMOSトランジスタの一種であると考えられる。特定の状況では、異なる種類のトランジスタを使用することが有益であり得る。サンプル及びレベルシフト回路96の1つの出力は、ハイサイドスイッチ70のゲート側に接続され得る。ハイサイドスイッチ70のドレイン側は、電圧源48に接続され得る。出力ピン72は、回路負荷に接続され得る。特定の非限定的な実施形態では、ハイサイドスイッチ70及びローサイドスイッチがハーフブリッジ構成を構築するように、ローサイドスイッチが含められて出力ピン72に接続され得る。
In one non-limiting example, as shown in FIG. 5, the high-
更に図5を参照すると、サンプル及びレベルシフト回路96は、ハイサイドスイッチ70を駆動するときに、電荷ポンプの必要性を排除し得る。サンプリングコンデンサ96は、電圧源98の電圧をサンプリングし得る。サンプリングコンデンサ96は、次いで、ハイサイドスイッチ70のゲート側容量を充電するために使用され得る。ゲート側容量の充電は、ハイサイドスイッチ70が「オン」になることを可能にし得る。非限定的な一実施形態では、ハイサイドスイッチ70が「オン」であるとき、入力電圧が回路負荷に供給され得る。
Still referring to FIG. 5, the sample and
電圧源98は、固定又は可変供給電圧を供給してもよい。特定の実施形態では、電圧源42が1.8、2.5、3.3、又は5ボルトであることが有益であり得る。代替的に、任意の他の電圧レベルが、電圧源42によって供給されてもよい。非限定的な一実施形態では、電圧源98は、供給電圧を所定の時間にわたって増加させる(即ち、ランプ電圧)ように構成され得る。非限定的な一実施形態では、電圧源98は、電荷制限機構として使用され得る。調節可能な電圧源98は、サンプリングコンデンサの充電に対応する電圧を制限し得る。そのようにして、ハイサイドスイッチのスルーレートが制御され得る。
非限定的な一実施形態では、スルー制御回路は、他の種類の電荷制限機構を含んでもよい。電荷制限機構は、サンプリングコンデンサ58のサンプリングされた電流を制限し得る。特定の非限定的な実施形態では、電荷制限機構は、サンプリングコンデンサ58のサンプリングされた電圧を制限し得る。サンプリングされた電流は、5μA~5mAの範囲内であり得る。サンプリングされた電圧は、最終目標ゲート-ソース電圧の0%~100%の範囲内であり得る。電荷制限機構は、サンプル及びレベルシフト回路に対応する周波数を制限するように構成され得る。
In one non-limiting embodiment, the slew control circuit may include other types of charge limiting mechanisms. A charge limiting mechanism may limit the sampled current of sampling
本発明が特定の実施形態及び実施例と関連して上述されているが、本発明は必ずしもそのように限定されるものではなく、実施形態、実施例、及び用途からの他の多くの実施形態、実施例、用途、修正、及び発展が、本明細書に添付される特許請求の範囲によって包含されることを意図することが、当業者に理解されるであろう。本明細書に引用される各特許及び刊行物の開示全体は、そのような各特許又は各刊行物が参照により本明細書に個々に組み込まれているのと同様に、参照により組み込まれる。本発明の様々な特徴及び利点は、以下の特許請求の範囲に明らかにされる。 Although the present invention has been described above in connection with specific embodiments and examples, the present invention is not necessarily so limited and many other embodiments from the embodiments, examples, and applications , examples, uses, modifications and developments are intended to be covered by the claims appended hereto. The entire disclosure of each patent and publication cited herein is incorporated by reference as if each such patent or publication was individually incorporated herein by reference. Various features and advantages of the invention are set forth in the following claims.
Claims (15)
前記ハイサイドスイッチに接続されたサンプル及びレベルシフト回路であって、4つのスイッチを含むサンプル及びレベルシフト回路と、
電荷制限回路と、
サンプリングコンデンサであって、前記サンプリングコンデンサが、
前記サンプル及びレベルシフト回路に対応する入力電圧をサンプリングし、かつ
前記ハイサイドスイッチのゲート容量を充電する
ように構成されている、サンプリングコンデンサと、を備え、
前記電荷制限回路が、
電荷を制限するように構成されている電流シンクを含み、
前記電流シンクと並列に接続されたトランジスタであって、前記電流シンクに対応するいずれの電荷制限も除去するように構成されているトランジスタを含み、かつ
単位時間当たりの前記ハイサイドスイッチの前記ゲート容量に移される電荷の速度を制限するように構成されており、
前記サンプル及びレベルシフト回路は、前記ハイサイドスイッチのソース及びゲートに接続されており、
入力電圧がサンプリングされると、前記4つのスイッチのうちの第1の2つが開放され、前記4つのスイッチのうちの残りの2つが閉鎖されることにより、レベルシフトを実施し、これにより、前記サンプリングコンデンサに蓄積された電荷は、前記ハイサイドスイッチの前記ゲートに印加され、前記ハイサイドスイッチが閉鎖することをもたらし、前記ハイサイドスイッチの前記ゲートに印加される電圧が、接地に対する供給電圧に対応する量だけシフトされる、回路。 A circuit for slew rate control of a high side switch connected to a voltage source, comprising:
a sample and level shift circuit connected to the high side switch, the sample and level shift circuit including four switches;
a charge limiting circuit;
A sampling capacitor, the sampling capacitor comprising:
a sampling capacitor configured to sample an input voltage corresponding to the sample and level shift circuit and to charge the gate capacitance of the high side switch;
the charge limiting circuit,
including a current sink configured to limit charge;
a transistor connected in parallel with the current sink, the transistor being configured to remove any charge limit associated with the current sink; and the gate capacitance of the high-side switch per unit time. is configured to limit the velocity of charge transferred to
the sample and level shift circuit is connected to the source and gate of the high side switch;
When the input voltage is sampled, the first two of the four switches are opened and the remaining two of the four switches are closed to implement level shifting, thereby causing the The charge stored on the sampling capacitor is applied to the gate of the high side switch, causing the high side switch to close , and the voltage applied to the gate of the high side switch is reduced to the supply voltage with respect to ground. A circuit that is shifted by a corresponding amount.
サンプル及びレベルシフト回路に入力電流を供給することであって、前記サンプル及びレベルシフト回路は、4つのスイッチを含む、ことと、
入力電圧をサンプリングコンデンサを用いてサンプリングすることであって、前記サンプリングコンデンサは、前記入力電圧の前記サンプリングのために構成されている、ことと、
前記入力電圧をレベルシフトすることと、
前記サンプリングコンデンサを使用して、前記ハイサイドスイッチのゲート容量を充電することと、
前記サンプリングコンデンサに供給される電荷を制限することであって、前記電荷が、少なくとも1つの電流シンクによって制限される、ことと、
トランジスタを前記少なくとも1つの電流シンクと並列に接続することと、
前記トランジスタをオンにして、前記少なくとも1つの電流シンクに対応するいずれの電荷制限も除去することと
を含み、入力電圧がサンプリングされると、前記4つのスイッチのうちの第1の2つが開放され、前記4つのスイッチのうちの残りの2つが閉鎖されることにより、レベルシフトを実施し、これにより、前記サンプリングコンデンサに蓄積された電荷は、前記ハイサイドスイッチのゲートに印加され、前記ハイサイドスイッチが閉鎖することをもたらし、前記ハイサイドスイッチの前記ゲートに印加される電圧が、接地に対する供給電圧に対応する量だけシフトされる、方法。 A method for controlling the slew rate of a high side switch, comprising:
providing input current to a sample and level shift circuit, the sample and level shift circuit including four switches;
sampling an input voltage with a sampling capacitor, said sampling capacitor configured for said sampling of said input voltage;
level shifting the input voltage;
charging the gate capacitance of the high-side switch using the sampling capacitor;
limiting the charge supplied to the sampling capacitor, the charge being limited by at least one current sink;
connecting a transistor in parallel with the at least one current sink;
turning on said transistor to remove any charge limit corresponding to said at least one current sink, wherein when an input voltage is sampled first two of said four switches are opened. , the remaining two of the four switches are closed to perform a level shift, whereby the charge stored in the sampling capacitor is applied to the gate of the high side switch and the high side switch is applied to the high side switch. A method, wherein a switch is caused to close and the voltage applied to the gate of the high side switch is shifted by an amount corresponding to the supply voltage with respect to ground.
ハイサイドスイッチと、
請求項1~7に記載の回路のうちのいずれかと、を備える、スイッチ装置。 A switch device,
high side switch,
A switching device comprising any of the circuits of claims 1-7.
ハイサイドスイッチと、
請求項1~7に記載の回路のうちのいずれかと、を備える、マイクロコントローラ。 a microcontroller,
high side switch,
A microcontroller comprising any of the circuits of claims 1-7.
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