JPS62236358A - 電力インタ−フエ−ス回路 - Google Patents

電力インタ−フエ−ス回路

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JPS62236358A
JPS62236358A JP62036851A JP3685187A JPS62236358A JP S62236358 A JPS62236358 A JP S62236358A JP 62036851 A JP62036851 A JP 62036851A JP 3685187 A JP3685187 A JP 3685187A JP S62236358 A JPS62236358 A JP S62236358A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は電気的負荷に高電圧電力を制御しつつ供給する
制御回路を有する半導体スイッチング素子に関する。よ
り詳細にいえば、本発明は低電圧制御回路が電源チップ
から離れているがこの別個の電源チップに含まれる電圧
安定器から給電される電源インターフェース回路に関す
る。
［従来の技術１ 従来からある電力インターフェース回路（“”ｐｉｃ″
）は高電圧電力を制御できる形式で電気的負荷に与える
のに有用である。これらの装置は商品名「チップスイッ
チ」およびｒＰＶＲＪとして本出願の出願人によって市
１！提供されている。
電力インターフェース回路はサイリスタの「ゲート」も
しくは電力バイポーラトランジスタのベースのような制
御端子を有する。スイッチング素子の制ｒｌＪ端子にス
イッチング信号を与えるために種々の形式の制御回路が
提案されてきた。この制御回路は、ゼロクロス点弧を制
御したり電圧サージ等による点弧を抑制したりして無負
荷から全負荷まで供給された電力のデユーティサイクル
を増加するなどにより電力条件の種々の形態を提供する
ものでもある。
上記のＰＩＧを実施するための従来の手法は電力スイッ
チング装置とその組合わせ制御回路を同一チップ本体内
に組込むことであった。この種のＰＩＣ装置は電力チッ
プにおける複雑な制御回路を備えていることが理由で「
スマート」電力ＩＣとしばしば呼ばれる。
［発明が解決しようとする問題点］ 現在一つの電力装置に組込まれ得る知能の程麿は以下の
理由でｉ！／１限されている。本発明は多量の知能を十
分に確立されかつ安価な方法でＰＩＣ中に組込む技術を
提供するものである。
電力スイッチの耐圧能力は組込みタイプであろうとなか
ろうと最も重要な特徴の一つである。これは特に工場と
か自動車のような電圧の変動することがごく一般的なノ
イズの多い場所では特に重要である。モノリシックＰＩ
Ｃでは全ての知能およびｉ！＋制御機能は電カニニット
と同一の耐圧能力を持たなければならないか若しくはこ
の様な１１１制御機能を装置の７３電圧部分から効果的
に遮蔽するために特別な緩衝および絶縁技術が用いられ
なければ・パ　　　　ならない。ユ□等。技術、よ装置
寸法およ。う。っストを増加させる。
この電圧は通常３０または４０　［Ｖ　］より大きいか
ら、伝統的で十分に確立されており安価な回路やマイク
ロプロセッサを形成するのに普通に用いられる技術は「
知能ＪＰＩＣ用には用いることができない。最も基本的
な機能を組込むために多量のシリコン基板領域を必要と
する他の製造技術が用いられなければならない。これら
の技術は本質的に歩留りが低い。これはまた電力スイッ
チの部分をなす知能のｌを制限することになる。
したがって本発明の目的は低コストで高度の知能が組込
まれた電力スイッチを提供することである。
本発明の他の目的は＾歩留りの十分に確立された製造技
術で製造できる電力スイッチを提供することである。
本発明のもう一つの目的は最少量の全チップ領域で済み
、高度の知能を持った制御回路を有する電力スイッチを
提供することである。
［問題点を解決するための手段］ 本発明によれば、同一パッケージ内に、好ましくは同一
取付は基板若しくはリードフレーム上に、低電圧制御チ
ップおよび高電圧電力チップからなるＰＩＧを設ける。
これ等のチップは互いに分離して製造される。高電圧電
力チップは高電圧電力を電気負荷にスイッチング給電す
るゲート制御可能な電力スイッチング素子を有する。本
明細書で用いる「高電圧」は、約５［■］つまりマイク
ロプロセッサチップを駆動するのに一般に用いられる電
圧、を相当に超過する電圧をいう。高電圧は家庭や工場
で通常用いられる大きざのものをいい、例えば１２Ｇも
しくは２０Ｇ［Ｖ］ＡＣである。
本発明の電力チップに含まれるものは電力チップに与え
られる高電圧から安定化された低電圧を生じる手段であ
る。本川ｌＩｌ′ｍにおける「低電圧」は電力マイクロ
プロセッサチップに一般に用いられる電圧つまり５［ｖ
ｌを指す。その他の手段は制御回路の入力電力線に安定
化された低電圧を与えるために設けられる。したがって
低電圧ｕ制御チップは高電圧電源チップから給電される
。制御チップの出力制御線を電力スイッチングｖＲ″？
ｌに接続するための手段も設けられている。
低電圧制御チップが高密度製造技術で製造されているか
ら、本発明のＰＩＣは高度の知能を組込むことができる
。低電圧制御チップは、市販されているマイクロプロセ
ッサまたは十分に確立された技術を用いて製造される他
の素子をそなえる。
ＰＩＧ全体のコストは低い。それは低電圧制御装置が高
耐電圧に作られなくてよいか、または従来のＰＩＧのよ
うに絶縁技術によりＰＩＣの高電圧部分から特別に緩衝
しなくてよいからである。
［実　施　例］ 図面を参照すると、同様の符号は同様の要素を示してい
る。第１図には本発明の電力インターフェース回路（Ｐ
ＩＣ）１０が設けられている。
ｐｉｃｉｏは高電圧電力ＩＣまたはチップ１２および低
’ＲＦｉＭｍ　Ｉ　Ｃ１４ｅ有”ｌ”ル、　Ｉ　Ｃ１２
オＪ４Ｆ１４４；を共通基板上または異なるパッケージ
内に設けられる。
電力ＩＣ１２は、集積バイポーラトランジスタ、サイリ
スタまたはＭＯ３ＦＥＴスイッチング素子のような高電
圧線１６に高電圧を与える高電圧電源（図示せず）から
一対のメインスイッチング端子１４．１５に断続的に給
電することができる素子を有する。
電力チップ１２内には電圧安定器１８が設けられており
、この安定３１８は例えば線１６の高電圧から１または
２以上の低電圧を取出すことができる。安定化された電
圧Ｖ　　は低電圧制ｔｌｌｌｌｃ１４の入力ＥＧ 電源線２０に与えられ、ＩＣ１４に作動用電力を供給す
る。この安定化された電圧はｉ、ＩＩｔ１０１Ｃ１４の
電源電圧要求によって異なるが例えば５または１５　［
Ｖ　］である。電圧安定器１８は種々の形式とすること
ができ、そのうちのいくつかについては後述する。
υ制御ＩＣ１４は１または２以上の制御出力線２２を有
しこれらは電力チップ１２に接続される。第２図により
詳細に示すように制御線２２の信号は電力スイッチング
２８のゲート２６に与えられる前にバッファ２４によっ
て処理される。装置ａ２４．２６および２８は図示の明
確化のために破線で示している。バッファ２４は高入力
インピーダンス装置であり、制御線〆′１ ２２上に存在する信号が及ぼす影響から電力チップ１２
を保護する。電力スイッチング装置２８は例えばサイリ
スタ、電力用バイポーラトランジスタまたは電力用金ｍ
ｉｓ化膜半導体電界効果トランジスタ（１４０３ＦＥＴ
　）を有する。電力スイッチング装置２８に用いられる
一つの素子は双方向出力電界効果トランジスタ（ＢＯ３
ＦＥＴ）であり、これは１９８５年２月２１日に出願さ
れ本出願の出願人に譲渡された係属中の米国特許出願筒
５８１．７８５において開示されている。電力スイッチ
ング装置２８の制御端子２６はここでは「ゲート」と呼
ぶが、例えばバイポーラトランジスタにおける「ベース
」と同義語となるように広義に解すべきである。
再び第１図に戻ると、電力チップ１２と制御■Ｃ１４と
の間には１または２以上の状態線３０が設けられている
。この状態線３０は温度のような電力チップ１２の状態
に関する情報を伝送するものである。
制御ＩＣ１４は状態線３０の情報に応動するもので状態
情報に応じて１ＩＩＩ！ｌ出力＄９２２上に電力チップ
に与えるべき適当な情報を決定する。例えば第３図によ
れば、仮に電力チップ１２の温度センサ３２が、電・カ
チップの温度が所定値よりも大きなレベルに向かって上
昇していることを検出すると、制御１１　Ｃ１４は電力
チップ１２の電力スイッチング装置ｔ２８のデユーティ
サイクルを減じるように応動する。
第１図において、低電圧制御ＩＣ１４は１または２以上
の論理入力３４を有する。このようにｗ４１１ＩＩＣ１
４は外部信号源（図示せず）から指令信号を受取り電力
スィッチ１０全体がこのような外部信号源に応動する。
低電圧ＩＩＩ御ＩＣ１４は例えば低コストなマイクロプ
ロセッサチップまたは超ＬＳＩ（ＶＬＳＩ）チップを有
する。これ等の装置は充分に確立された製造技術で製造
されるから、増強された知能および高歩留りの高密度制
御要素を低コストで提供することができる。望ましくは
チップ１２および１４は共通パッケージに収容される。
１または２以上の電力チップ１２あるいは制御チップ１
４が一つの共通チップ内に収容される。明らかに、チッ
プ１２および１４は相互に絶縁されておりチップ１２の
電圧は低電圧チップ１４には与えられない。
高電圧電力チップ１２の電圧安定器１８は上述のように
例えば高電圧線１６からその電力を取出す。高電圧電力
はもう一つの線またはＩＣ１２のビンによって与えられ
るものでｌ；１１６と同一電位である。電圧安定器１８
の好ましい回路構成が第４Ａ、４８゜４Ｃ図に示されて
いる。第４Ａないし４０図の回路は、チップ１２または
１４用の共通パッケージ内もしくはそれとは別個のディ
スクリート装置による方が簡便な誘導性または客員性の
要素を除いて、高電圧電力チップ１２内に収容される。
第４Ａ図において、電圧安定器１８はチップ１２の小さ
な表面領域に簡単に設けられるツェナーダイオード４０
によって構成される。このダイオード４０はそのアノー
ドが電流制限抵抗４２を介して高電圧ｌ９１６に接続さ
れており、そのカソードは基準電位点２１に接続されて
いる。抵抗４２も上述の米国特許出願筒５８１，７８５
に示されたチップ１２中に組込まれる。電源線１６から
ツェナーダイオード４０に流れる電流はこのダイオード
のツェナー降伏電圧で一定電圧すなわち安定化された電
圧■　　を形成する。
ＥＧ このＶ　　はチップ１４の所要電圧によって定まるＥＧ もので５［■］または１５［Ｖ］であり、第２図の線２
２によりチップ１４に与えられる。
第４Ｂ図において、安定化された電圧■ＲＥＧはｐチャ
ネルＮ０３ＦＥＴ４４のドレイン旦に与えられる。
ＭＯ３ＦＥＴ４４のソース旦は高電圧線１６に接続され
る。
ダイオード４５はＭＯ３ＦＥＴ４４にその７ノードがソ
ース旦に接続されカソードがドレイン旦に接続される。
ＨＯ３ＦＥＴ４４のゲートΩはゲート駆動回路４６によ
り制御され、この回路は分離した論理チップ上の論理回
路からＨＯ８ＦＥＴ４４の電流を制御して一定電圧■Ｒ
ＥＧを維持する。全てのゲート素子制御回路およびＨＯ
３ＦＥＴ４４は主たる電力チップ上に設けられる。
第４Ｃ図には、第４Ｂ図の回路に加えてフィルタキャパ
シタ６０およびフィルタチョーク６１ならびに素子６２
が示されている。出力電圧Ｖ　　はキヤＥＧ バシタ６０の両端間に得られる。ダイオード６２は電力
チップに組込まれる。
第４Ａ、４Ｂおよび４Ｃ図の電圧安定器回路は、望むな
らディスクリート素子として形成される・′□′□　　
イ、ｇつ、６、およ。ヤ、７、ッ、６゜ｅ　５ＦＪ　、
！：　Ｌ、工、□圧電力ＩＣ中に組込まれる。
第１図の電力スイッチ１０は電力チップ中に「知能」す
なわちｌｌｉ制御回路を組込むことについての従来の方
法に対し多くの利点を実現する。電力チップ１２内に電
圧安定器１８を設けて独立した低電圧制御ＩＣ１４用の
作動電力を供給することにより、スイッチ１０の全体コ
ストは最低限にでき、一方低電圧制ｔｌｌｃ１４によっ
て与えられる「知能」の程度は最大限になる。これは低
電圧制ｔｌｌＩｃ１４が高歩留りで低コストを達成する
十分に開発された技術で製造されるからである。制ａｌ
ｃｔ４では、所定のチップ領域で制御回路が高電圧電力
チップ１２に組込まれた場合よりも遥かに多量の知能が
提供される。これは制御回路が高電圧装置内に組込まれ
た場合に耐電圧能力を持つ必要性すなわち低電圧回路を
緩衝および絶縁するために基板の大きな領域を使用しな
ければならないということから制御回路の回路要素が低
密度になるためである。したがって本発明は従来の電力
チップに比べてかなり低コストで明らかにより良好な制
御機能を有する電力チップを提供する。
本発明では複数の好適な実施例について説明しできたが
当業者にとっては多くの他の変形例を想到し得るであろ
う。したがって本発明は上記開示内容によって限定され
るべきではなく特許請求の範囲の記載によってのみ限定
されるべきである。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明におけるＰＩＧのブロック線図、第２図
は第１図の電力スイッチにおける高電圧電力チップ内に
ある種々の装置のブロック線図、第３図は第１図の電力
チップ内に含まれる他の装置を第２図と同様に示した図
、第４Ａないし４Ｃ図は第１図の電力チップに組込まれ
る種々の回路構成を示す図である。 １０・・・電力インターフェース回路 １２・・・電力チップ　　　　　１４・・・制御ＩＣ２
８・・・電力スイッチング装置 ４０・・・ツェナーダイオード ６０・・・フィルタキャパシタ 外１名

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、電力チップの補助セクションから給電される制御チ
    ップをそなえた電力インターフェース回路において、 前記電力インターフェース回路は、 （ａ）前記チップを作動させる電力が与えられる入力電
    力線および出力電力線をもつた低電圧制御チップと、 （ｂ）高電圧が与えられる導体およびこの導体に与えら
    れる前記高電圧から安定化された電圧を発生する手段を
    一体的に具備し、前記低電圧制御チップから分離して置
    かれていて電気的負荷に断続的に給電するための電力ス
    イッチング素子を有する高電圧電力チップと、 （ｃ）前記制御チップの前記入力電力線に前記安定化さ
    れた電圧を与えて前記低電圧制御チップが前記高電圧電
    力チップから給電されるようにする手段と、 （ｄ）前記出力制御線を前記電力スイッチング素子に接
    続する手段とをそなえ、 前記高電圧スイッチング素子は前記低電圧制御チップに
    よつて制御されるようにした電力インターフェース回路
    。 ２、特許請求の範囲第１項記載の回路において、 （ａ）前記電力チップは前記電力スイッチング装置の状
    態を測定するための状態回路を有し、 （ｂ）前記制御チップは前記状態回路からの状態情報を
    受取るための入力手段と、前記状態情報に応動して前記
    出力制御線上の制御情報を決定する制御手段とを有する
    、 電力インターフェース回路。 ３、特許請求の範囲第１項記載の回路において、前記安
    定化された電圧を供給する手段は、 ツェナーダイオードをそなえ、このダイオードは高電圧
    が供給される前記電力チップの線に接続される電力イン
    ターフェース回路。 ４、特許請求の範囲第１項記載の回路において、前記安
    定化された電圧を供給する手段は、高電圧が供給される
    前記電力チップの線と前記入力電力線との間に接続され
    たスイッチング装置をそなえた電力インターフェース回
    路。 ５、特許請求の範囲第１項記載の回路において、前記低
    電圧制御チップはマイクロプロセッサである電力インタ
    ーフェース回路。 ６、特許請求の範囲１項記載の回路において、前記低電
    圧制御チップはＶＬＳＩチップである電力インターフェ
    ース回路。 ７、与えられた制御信号の関数として負荷に電圧を供給
    しかつ前記負荷の電圧より明らかに低い安定化された出
    力電圧を生じる高電圧電源と、前記安定化された出力電
    圧によって駆動されて前記電源用の前記制御信号を発生
    する前記電源とは分離した低電圧制御チップとをそなえ
    た電力スイッチ。 ８、特許請求の範囲第７項記載のスイッチにおいて、 前記低電圧制御チップはマイクロプロセッサである電力
    スイッチ。 ９、特許請求の範囲第１項記載のスイッチにおいて、 前記低電圧制御チップはＶＬＳＩである電力スイッチ。 １０、制御信号に応じて電気負荷に電力を与える電力イ
    ンターフェース回路であり、この回路は電力チップ内に
    含まれる電力スイッチング装置を有すると共にゲート端
    子を有する電力インターフェース回路において、 前記電力チップと分離して設けられ前記ゲート端子に与
    える制御信号を形成する制御チップと、 前記制御チップを駆動するため安定化された電圧を供給
    する前記電力チップの補助領域とをそなえた電力インタ
    ーフェース回路。 １１、特許請求の範囲第１０項記載の回路において、 （ａ）前記電力チップは前記電力スイッチング回路の状
    態を測定するための状態回路を一体的に有し、 （ｂ）前記制御チップは前記状態回路から状態信号を受
    取るための入力回路と、前記状態情報に応動して前記出
    力制御線上の制御情報を決定する制御手段とを有する、 電力インターフェース回路。 １２、特許請求の範囲第１０項記載の回路において、前
    記低電圧制御チップはマイクロプロセッサである電力イ
    ンターフェース回路。 １３、特許請求の範囲第１０項記載の回路において、前
    記低電圧制御チップはＶＬＳＩチップである電力インタ
    ーフェース回路。
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