KR102604578B1 - 하이-사이드 스위치를 위한 게이트 드라이버 회로 - Google Patents

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Abstract

하이-사이드 스위치를 구동하기 위한 게이트 드라이버 회로가 개시된다. 게이트 드라이버 회로는 샘플 및 레벨-시프트 회로를 포함한다. 샘플 및 레벨-시프트 회로는 하이-사이드 스위치에 연결된다. 게이트 드라이버 회로는 샘플링 커패시터를 추가로 포함한다. 샘플링 커패시터는 적어도 하나의 증폭기의 출력 전압을 샘플링하도록 구성된다. 게이트 드라이버 회로는 적어도 하나의 전압 공급을 추가로 포함한다. 적어도 하나의 전압 공급은 적어도 하나의 증폭기에 연결된다. 샘플링 커패시터는 하이-사이드 스위치의 게이트 커패시턴스를 충전하도록 구성되고, 적어도 하나의 증폭기는 하이-사이드 스위치 출력 전류를 제한하도록 구성된다.

Description

하이-사이드 스위치를 위한 게이트 드라이버 회로
본 개시는 트랜지스터 기반 스위치에 관한 것이며, 더 구체적으로는 하이-사이드 스위치(high-side switch)를 위한 게이트 드라이버 회로(gate driver circuit)에 관한 것이다.
출원 우선권
본 출원은 2017년 4월 10일자로 출원된 인도 출원 제201711012739호에 대한 우선권을 주장하며, 그의 내용은 이에 의해 전체적으로 포함된다.
하이-사이드 스위치는 다양한 부하를 구동하는 데 사용될 수 있으며, 따라서 다수의 상이한 응용들에서 사용될 수 있다. 하이-사이드 스위치를 구동하기 위한 전형적인 시스템 및 방법은 충전 펌프를 이용한다. 충전 펌프는 커패시터를 에너지 저장 소자로서 사용하여 더 높은 또는 더 낮은 전압의 전원을 생성하는 DC-DC 컨버터이다. 하이-사이드 스위치와 관련하여, 하이-사이드 스위치를 구동하기 위한 DC 전류를 공급하는 것에 더하여 다른 회로 부품(예컨대 증폭기)에 공급하기 위해 충전 펌프에 의존한다. 이 방법은 DC 부하 전류를 공급하기 위해 충전 펌프 내에 큰 커패시터를 사용하는 것을 필요로 한다. 큰 커패시터는 온칩 집적 솔루션이 필요한 경우 귀중한 표면적을 차지할 수 있다. 이 문제를 해결하기 위해, 몇몇 시스템은 DC 전류를 공급하기 위한 외부 커패시터를 구현한다. 이는 칩의 필요한 표면적을 감소시키지만, 여분의 핀이 이어서 외부 커패시터를 연결하기 위해 포함된다. 하이-사이드 스위치를 구동하기 위해 충전 펌프 설계를 사용하는 것은 감소된 칩 크기를 요구하는 상황, 또는 비용에 민감하고 이에 따라 감소된 수의 핀을 요구하는 상황에 도움이 되지 않는다. 또한, 충전 펌프 설계를 사용하는 것은 외부 커패시터와 같은 가능한 한 적은 외부 부품을 요구하는 상황에 도움이 되지 않는데, 그 이유는 외부 부품이 또한 전체 BOM(bill of material) 및 비용을 증가시키기 때문이다.
일반적으로 말하면, 하이-사이드 스위치는 3개의 주요 소자: 패스 소자, 게이트-제어 블록, 및 입력 로직 블록을 포함한다. 패스 소자는 보통 전형적으로 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET) 또는 측면 확산 금속 산화물 반도체 트랜지스터(LDMOS)인 트랜지스터이다. LDMOS 트랜지스터는 MOSFET의 한 유형으로 간주된다. 패스 소자는 전원으로부터 부하로 전류를 통과시키기 위해 선형 영역에서 동작한다. 게이트-제어 블록은 패스 소자의 게이트에 전압을 제공하여 그것을 "온" 또는 "오프"로 스위칭한다. 입력 로직 블록은 온/오프 신호를 해석하고 패스 소자를 "온" 또는 "오프"로 스위칭하도록 게이트 제어 블록을 트리거한다.
도 1은 하이-사이드 스위치를 구동하기 위한 공지된 시스템 및 방법의 회로-레벨 개략도이다. 도시된 바와 같이, 충전 펌프(charge-pump; 2)가 전류 컨트롤러(4)에 연결된다. 전류 컨트롤러(4)는 증폭기(6) 및 트랜지스터(10)를 포함한다. 여기서, 사용되는 트랜지스터(10)는 p-채널 금속 산화물 반도체(pMOS)이다. 전류 컨트롤러(4)는 충전 펌프(2)에 의해 공급받고, 전류 컨트롤러 입력 핀들로부터 기인하는 전압 차이에 기초하여 출력을 제어한다. 증폭기(6)의 포지티브 레일은 충전 펌프(2)에 의해 전력을 공급받고 증폭기(6)의 네거티브 레일은 공급 전압(8)에 의해 전력을 공급받는다. 충전 펌프(2)와 증폭기(6) 사이에 전류 감지 저항기(12)가 연결된다. 증폭기(6)와 출력 핀(18) 사이에 전류 감지 FET(14)가 연결된다. 하이-사이드 스위치 FET(16)는 드레인 측이 충전 펌프(2)에 연결되고, 게이트 측이 트랜지스터(10)를 통해 증폭기(6)의 출력에 연결되고, 소스 측이 출력 핀(18)에 연결된다. 출력 핀(18)은 시스템을 회로 부하(20)에 연결하는 데 사용된다. 또한, 하이-사이드 스위치 FET(16)의 게이트 측과 소스 측 사이에 저항기(32)가 연결된다. 회로는 클록 발생기(22)를 추가로 포함한다. 충전 펌프(2)와 증폭기(6) 사이에 저항기(24)가 연결된다. 회로는 부하 기준(26)을 추가로 포함한다. 또한 도시된, 하이-사이드 스위치 FET(16)가 턴 "오프"될 때에 대해 FET(28)가 저항기(30)와 직렬로 연결된다.
여전히 도 1을 참조하면, 충전 펌프(2)는 증폭기(6) 및 하이-사이드 스위치 FET(16)에 대한 그것의 연결로 인해 상당한 출력 전류를 전달할 필요가 있다. 회로 부하(20)가 클 때 증폭기(6)로 전체 VGS를 획득하는 것은 어려울 수 있다. 따라서, 충전 펌프(2)는 비교적 큰 커패시터를 포함하며, 이는 도 1의 회로를 단일 칩 상에 집적시키는 것을 어렵게 만든다. 큰 커패시터가 외부에 위치되면, 추가적인 핀이 필요하게 되고, 임의의 외부 커패시터는 BOM 비용을 증가시키고, 따라서 전체 시스템의 비용을 증가시킬 수 있다.
따라서, 필요한 것은 하이-사이드 스위치를 구동하기 위한 개선된 시스템 및 방법이다.
상기의 요구는 샘플링 및 레벨-시프트 회로를 포함하는 하이-사이드 스위치를 구동하기 위한 현재 개시되는 시스템 및 방법을 통해 충족된다.
하이-사이드 스위치를 구동하기 위한 예시적인 게이트 드라이버 회로가 개시된다. 게이트 드라이버 회로는 샘플 및 레벨-시프트 회로를 포함한다. 샘플 및 레벨-시프트 회로는 하이-사이드 스위치에 연결된다. 게이트 드라이버 회로는 샘플링 커패시터를 추가로 포함한다. 샘플링 커패시터는 적어도 하나의 증폭기의 출력 전압을 샘플링하도록 구성된다. 게이트 드라이버 회로는 적어도 하나의 전압 공급을 추가로 포함한다. 적어도 하나의 전압 공급은 적어도 하나의 증폭기에 연결된다. 샘플링 커패시터는 하이-사이드 스위치의 게이트 커패시턴스를 충전하도록 구성되고, 적어도 하나의 증폭기는 하이-사이드 스위치 출력 전류를 제한하도록 구성된다.
하이-사이드 스위치를 구동하기 위한 예시적인 방법이 개시된다. 방법은 적어도 하나의 증폭기에 적어도 하나의 전압을 공급하는 단계를 포함한다. 또한, 방법은 적어도 하나의 증폭기를 통해 하이-사이드 스위치의 출력 전류를 제한하는 단계를 포함한다. 방법은 적어도 하나의 증폭기의 출력 전압을 샘플링하는 단계를 추가로 포함한다. 샘플링 커패시터가 출력 전압의 샘플링을 위해 구성된다. 방법은 적어도 하나의 증폭기의 출력 전압을 레벨-시프팅하는 단계를 포함한다. 추가로, 방법은 샘플링 커패시터를 사용하여 하이-사이드 스위치의 게이트 커패시턴스를 충전하는 단계를 포함한다.
도 1은 하이-사이드 스위치를 구동하기 위한 공지된 시스템 및 방법의 회로-레벨 개략도이다.
도 2는 본 개시에 따른 하이-사이드 스위치를 구동하기 위한 시스템 및 방법의 일 실시예의 회로-레벨 개략도이다.
본 발명의 임의의 실시예를 상세하게 설명하기 전에, 본 발명은 그의 응용에 있어서 하기 설명에서 기술되거나 하기 도면에 예시된 부품들의 배열 및 구성의 세부 사항으로 제한되지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 본 발명은 다른 실시예가 가능하고 다양한 방식으로 실시되거나 수행될 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용된 어구 및 용어는 설명의 목적을 위한 것이며 제한하는 것으로 간주되지 않아야 함이 이해되어야 한다. 본 명세서에서 "구비하는", "포함하는", 또는 "갖는" 및 이들의 변형의 사용은 그 앞에 열거된 항목 및 그의 등가물뿐만 아니라 추가의 항목을 포괄하도록 의도된다. 달리 명시되거나 제한되지 않는 한, 용어 "장착된", "연결된", "지지된" 및 "결합된" 및 이들의 변형이 광범위하게 사용되며 직접적인뿐만 아니라 간접적인 장착, 연결, 지지, 및 결합을 포괄한다. 또한, "연결된" 및 "결합된"은 물리적 또는 기계적 연결 또는 결합으로 제한되지 않는다.
하기의 논의는 당업자가 본 발명의 실시예들을 제작하고 사용하는 것을 가능하게 하기 위해 제시된다. 예시된 실시예들에 대한 다양한 수정들을 당업자들이 손쉽게 알 수 있을 것이고, 본 명세서에서의 일반적인 원리들은 본 발명의 실시예들로부터 벗어남이 없이 다른 실시예들 및 응용들에 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도시된 실시예들로 제한되도록 의도되는 것이 아니라, 본 명세서에 개시된 원리들 및 특징들과 부합하는 가장 넓은 범위를 부여받아야 한다. 하기의 상세한 설명은 도면을 참조하여 읽어야 하며, 도면에서 여러 도면 내의 동일한 요소는 동일한 도면 부호를 갖는다. 반드시 일정한 축척으로 작성된 것은 아닌 도면은 선택된 실시예를 도시하며, 본 발명의 실시예의 범위를 제한하도록 의도되지 않는다. 당업자들은 본 명세서에서 제공되는 예들이 본 발명의 실시예들의 범위에 속하는 많은 유용한 대안을 갖는다는 것을 인식할 것이다.
본 개시의 실시예들은 출력 부하에 전력을 선택적으로 제공하는 데 사용하기 위한 하이-사이드 스위치를 구동하기 위한 시스템 및 방법을 제공한다.
도 2는 본 개시에 따른 하이-사이드 스위치를 구동하기 위한 시스템 및 방법의 일 실시예의 회로-레벨 개략도이다. 일 실시예에서, 샘플 및 레벨-시프트 회로(40)가 제공될 수 있다. 샘플 및 레벨-시프트 회로(40)는 증폭기(42)의 출력에 연결될 수 있다. 증폭기(42)의 입력은 증폭기(44)의 출력에 연결될 수 있다. 증폭기(42)는 전압 공급(voltage supply; 46)에 연결될 수 있다. 또한, 증폭기(44)는 전압 공급(48)에 연결될 수 있다. 샘플 및 레벨-시프트 회로(40)는 복수의 스위치(50, 52, 54, 56)를 포함할 수 있다. 샘플 및 레벨-시프트 회로(40)는 샘플링 커패시터(58)를 추가로 포함할 수 있다. 또한, 샘플 및 레벨-시프트 회로(40)는 전계 효과 트랜지스터(FET)(60)를 포함할 수 있다. 전압 공급(48)은 저항기(62)에 연결될 수 있고, 저항기(62)는 트랜지스터(64)와 직렬로 연결될 수 있다. 샘플 및 레벨-시프트 회로(40)의 하나의 출력은 트랜지스터(64)의 소스 측에 연결될 수 있다. 또한, 동일한 출력이 하이-사이드 스위치(70)의 소스 측 및 출력 핀(72)에 연결될 수 있다.
하나의 비제한적인 예에서, 도 2에 의해 도시된 바와 같이, 하이-사이드 스위치(70)는 n-채널 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(nMOS 트랜지스터) 또는 n-채널 측면 확산 금속 산화물 반도체 트랜지스터(nLDMOS 트랜지스터)일 수 있다. nLDMOS 트랜지스터는 nMOS 트랜지스터의 한 유형으로 간주된다. 소정 상황들에서, 상이한 유형의 트랜지스터를 사용하는 것이 유익할 수 있다. 샘플 및 레벨-시프트 회로(40)의 다른 출력은 하이-사이드 스위치(70)의 게이트 측에 연결될 수 있다. 하이-사이드 스위치(70)의 드레인 측은 전압 공급(48)에 연결될 수 있다. 하이-사이드 스위치(70)는 트랜지스터(64)와 직렬로 저항기(62)에 병렬로 연결될 수 있다. 회로는 전압 공급(48)을 증폭기(44)의 입력에 연결하는 저항기(66)를 추가로 포함할 수 있다. 저항기(62)는 전압 공급(48)을 증폭기(44)의 다른 입력에 연결할 수 있다. 저항기(66)는 부하 기준(load reference; 68)에 연결될 수 있다. 출력 핀(72)은 회로 부하(74)에 연결될 수 있다. 소정의 비제한적인 실시예들에서, 로우-사이드 스위치가 포함되고 출력 핀(72)에 연결되어, 하이-사이드 스위치(70) 및 로우-사이드 스위치가 하프-브리지 구성을 구성하게 할 수 있다.
여전히 도 2를 참조하면, 샘플 및 레벨-시프트 회로(40)는 하이-사이드 스위치(70)를 구동할 때 충전 펌프에 대한 필요성을 제거할 수 있다. 샘플링 커패시터(58)는 증폭기(42)의 출력에서 전압을 샘플링할 수 있다. 그 후 샘플링 커패시터(58)는 하이-사이드 스위치(70)의 게이트 측 커패시턴스를 충전하는 데 사용될 수 있다. 게이트 측 커패시턴스의 충전은 하이-사이드 스위치(70)가 턴 "온"하는 것을 가능하게 할 수 있다. 하나의 비제한적인 실시예에서, 하이-사이드 스위치(70)가 "온"일 때, 입력 전압이 회로 부하(74)에 공급될 수 있다.
다른 비제한적인 실시예에서, 하이-사이드 스위치(70)의 게이트 커패시턴스는 홀딩 커패시터로서의 역할을 할 수 있다. 따라서, 홀딩 커패시터에 요구되는 DC 부하가 없을 수 있다. 샘플 및 레벨-시프트 회로(40)는 어떠한 DC 전류도 제공하지 않을 수 있다.
소정의 비제한적인 실시예들에서, 충전 펌프 전력 증폭기들을 갖는 것과는 대조적으로, 전압 공급들(46, 48)이 증폭기들(42, 44)에 고정 전압을 공급할 수 있다. 대안적으로, 전압 공급들(46, 48)은 증폭기들(42, 44)에 가변 전압을 공급할 수 있다. 하나의 비제한적인 실시예에서, 전압 공급들(46, 48)은 미리 결정된 시간에 걸쳐 각자의 공급 전압들을 증가시키도록 구성될 수 있다(즉, 램프 전압). 증폭기들(42, 44)은 단락 전류 컨트롤러(short-circuit current controller)들로서의 역할을 할 수 있다. 소정 상황들에서, 상이한 증폭기 구성들, 또는 상이한 유형의 증폭기를 사용하는 것이 유익할 수 있다. 소정 상황들에서, 증폭기들(42, 44)에 연산 증폭기를 사용하는 것이 유익할 수 있다. 소정 상황들에서, 공급 전압(48)으로부터 공급 전압(48) 아래 수 볼트에 이르기까지의 공통 모드 전압 범위 내에서 기능하도록 구성된 증폭기(42, 44)를 포함시키는 것이 유익할 수 있다. 증폭기들(42, 44)은 하이 입력 공통 모드 전압뿐만 아니라 로우 출력 공통 모드 전압을 핸들링하도록 특별히 설계될 수 있다.
소정 상황들에서, 3.3 볼트를 제공하는 전압 공급(46, 48)을 포함시키는 것이 유익할 수 있다. 대안적으로, 전압 공급들(46, 48)은 12 볼트 및 14 볼트를 포함한 임의의 다른 미리 결정된 전압 레벨을 공급할 수 있다. 소정 상황들에서, 전압 공급들(46, 48) 중 적어도 하나에 차량 배터리를 사용하는 것이 유익할 수 있다. 소정 상황들에서, 전압 공급들(46, 48) 중 적어도 하나가 4.5 볼트 내지 60 볼트의 범위 내의 공급 전압을 갖게 하는 것이 유익할 수 있다.
몇몇 비제한적인 실시예들에서, 저항기(62)는 전류-감지 저항기일 수 있다. 또한, 트랜지스터(64)는 전류-감지 FET일 수 있다.
하나의 비제한적인 실시예에서, 개시된 시스템은 단일 칩 상의 집적 회로일 수 있다. 집적 회로는 도 1에 의해 도시된 바와 같은 충전 펌프 시스템에 의해 사용되는 칩 표면적의 1/3을 사용할 수 있다. 대안적으로, 개시된 시스템은 도 1에 의해 도시된 바와 같은 충전 펌프 시스템에 의해 사용되는 칩 표면적의 99%까지 사용할 수 있다. 소정 상황들에서, 단일 칩 상의 집적 회로 내에 샘플링 커패시터(58)를 특별히 포함시키는 것이 유익할 수 있다. 하나의 비제한적인 실시예에서, 샘플링 커패시터(58)는 도 1에 의해 도시된 충전 펌프 시스템과 관련된 커패시터보다 작을 수 있다. 몇몇 비제한적인 실시예들에서, 샘플링 커패시터는 2 pF 내지 250 pF의 커패시턴스 범위 내에 있을 수 있다.
하나의 비제한적인 실시예에서, 본 개시에 의해 포함되는 핀의 수는 도 1에 의해 도시된 바와 같은 충전 펌프 시스템에 의해 포함되는 핀의 수보다 적을 수 있다. 하나의 비제한적인 예에서, 본 개시는 도 1에 의해 도시된 바와 같은 충전 펌프 시스템보다 1개 더 적은 핀을 포함할 수 있다. 다른 비제한적인 예에서, 본 개시는 도 1에 의해 도시된 바와 같은 충전 펌프 시스템보다 최대 3개 더 적은 핀을 포함할 수 있다.
증폭기(42)는 전압 공급(46)에 의해 전력을 공급받을 수 있다. 유사하게, 증폭기(44)는 전압 공급(48)에 의해 전력을 공급받을 수 있다. 몇몇 상황들에서, 전압 공급들(46, 48) 중 적어도 하나가 고정 전압을 공급하게 하는 것이 유익할 수 있다.
본 발명이 특정 실시예들 및 예들과 관련하여 전술되었지만, 본 발명은 반드시 그렇게 제한되지는 않으며, 실시예들, 예들 및 용도들로부터의 많은 다른 실시예들, 예들, 용도들, 수정들 및 일탈들이 본 명세서에 첨부된 청구범위에 의해 포괄되도록 의도된다는 것이 당업자에 의해 인식될 것이다. 본 명세서에서 인용된 각각의 특허 및 공보의 전체 개시 내용은 마치 각각의 그러한 특허 또는 공보가 개별적으로 본 명세서에 참고로 포함되는 것처럼 참고로 포함된다. 본 발명의 다양한 특징 및 이점이 하기의 청구범위에 기술된다.

Claims (23)

  1. 하이-사이드 스위치(high-side switch)(70)를 구동하기 위한 게이트 드라이버 회로(gate driver circuit)로서, 상기 게이트 드라이버 회로는:
    샘플 및 레벨-시프트 회로(40) - 상기 샘플 및 레벨-시프트 회로(40)는 상기 하이-사이드 스위치(70)에 연결되고, 또한, 상기 샘플 및 레벨-시프트 회로(40)는 샘플링 커패시터(58)를 포함하고, 그리고 상기 샘플링 커패시터(58)는, 제1 증폭기(42)에 연결된 제1 스위치(50), 그라운드에 연결된 제2 스위치(56), 상기 하이-사이드 스위치(70)에 연결된 제3 스위치(52), 및 상기 하이-사이드 스위치(70)의 출력 핀(72)에 연결된 제4 스위치(54)에 연결됨 -;
    전압 공급원(voltage supply)(46) - 상기 전압 공급원(46)은 상기 제1 증폭기(42)에 연결됨 -; 및
    트랜지스터(64)와 직렬로 연결된 전류-감지 저항기(62) - 상기 전류-감지 저항기(62)와 상기 트랜지스터(64)는 상기 하이-사이드 스위치(70)와 병렬로 연결됨 - 를 포함하며,

    상기 샘플링 커패시터(58)는, 상기 제1 스위치(50)와 상기 제2 스위치(56)를 닫고(close) 상기 제3 스위치(52)와 상기 제4 스위치(54)를 열음(open)으로써, 상기 제1 증폭기(42)의 출력 전압을 샘플링하도록 구성되고,
    상기 샘플링 커패시터(58)는, 상기 제1 스위치(50)와 상기 제2 스위치(56)를 열고 상기 제3 스위치(52)와 상기 제4 스위치(54)를 닫음으로써, 상기 하이-사이드 스위치(70)의 게이트 커패시턴스를 충전하도록 추가로 구성되고,
    상기 게이트 드라이버 회로는, 상기 하이-사이드 스위치(70)의 출력 전류를 제한하기 위한 제2 증폭기(44)를 더 포함하고,
    상기 제2 증폭기(44)는, 기준 부하(68)에 연결된 저항기(66)에 연결된 제1 입력, 상기 전류-감지 저항기(62)에 연결된 제2 입력, 상기 제1 증폭기(42)의 입력에 연결된 출력을 포함하고, 그리고
    상기 샘플링 커패시터(58)는 2 pF 내지 250 pF의 커패시턴스 범위 내에 있는, 게이트 드라이버 회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하이-사이드 스위치(70)는 n-채널 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(nMOS 트랜지스터)인, 게이트 드라이버 회로.
  3. 제2항에 있어서,
    회로 부하(74)를 추가로 포함하며, 상기 회로 부하(74)는 상기 nMOS 트랜지스터의 소스 측에 연결되는, 게이트 드라이버 회로.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 증폭기(42)는 공통 모드 전압 범위 내에서 기능하도록 구성되며, 상기 공통 모드 전압 범위는 제2 전압과 상기 전압 공급원(46)의 전압 사이에 있고, 상기 제2 전압은 상기 전압 공급원(46)의 상기 전압보다 작은, 게이트 드라이버 회로.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 게이트 드라이버 회로는 단일 칩 상의 집적 회로인, 게이트 드라이버 회로.
  6. 하이-사이드 스위치를 구동하기 위한 방법으로서, 상기 방법은:
    전압 공급원(46)에 의해 제1 증폭기(42)에 전원공급하는 것;
    상기 제1 증폭기(42)를 통해 상기 하이-사이드 스위치(70)의 출력 전류를 제한하는 것;
    상기 제1 증폭기(42)의 출력 전압을, 제1 스위치(50)와 제2 스위치(56)를 닫고 제3 스위치(52)와 제4 스위치(54)를 열음으로써, 상기 제1 증폭기(42)의 상기 출력 전압을 샘플링하도록 구성된 샘플링 커패시터(58)로 샘플링하는 것 - 상기 샘플링 커패시터(58)는, 상기 제1 증폭기(42)에 연결된 상기 제1 스위치(50), 그라운드에 연결된 상기 제2 스위치(56), 상기 하이-사이드 스위치(70)에 연결된 상기 제3 스위치(52), 및 상기 하이-사이드 스위치(70)의 출력 핀(72)에 연결된 상기 제4 스위치(54)에 연결됨 -;
    상기 제1 증폭기(42)의 상기 출력 전압을 레벨-시프팅하는 것;
    상기 제1 스위치(50)와 상기 제2 스위치(56)를 열고 상기 제3 스위치(52)와 상기 제4 스위치(54)를 닫음으로써, 상기 샘플링 커패시터(58)를 사용하여 상기 하이-사이드 스위치(70)의 게이트 커패시턴스를 충전하는 것; 및
    트랜지스터(64)와 직렬로 연결된 전류-감지 저항기(62)를 제공하는 것 - 상기 전류-감지 저항기(62)와 상기 트랜지스터(64)는 상기 하이-사이드 스위치(70)와 병렬로 연결됨 - 을 포함하고,

    상기 샘플링 커패시터(58)는 2 pF 내지 250 pF의 커패시턴스 범위 내에 있고, 그리고
    상기 제1 증폭기(42)는 상기 하이-사이드 스위치(70)의 상기 출력 전류를 제한하기 위한 제2 증폭기(44)와 연결되고,
    상기 제2 증폭기(44)는, 기준 부하(68)에 연결된 저항기(66)에 연결된 제1 입력, 상기 전류-감지 저항기(62)에 연결된 제2 입력, 상기 제1 증폭기(42)의 입력에 연결된 출력을 포함하는, 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 하이-사이드 스위치(70)가 턴 온될 때 부하를 구동하는 것을 추가로 포함하는, 방법.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 하이-사이드 스위치(70)는 n-채널 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(nMOS 트랜지스터)인, 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 nMOS 트랜지스터의 소스 측에 회로 부하를 연결하는 것을 추가로 포함하는, 방법.
  10. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 제1 증폭기(42)를 공통 모드 전압 범위 내에서 동작시키는 것을 추가로 포함하며, 상기 공통 모드 전압 범위는 제2 전압과 상기 제1 증폭기(42)에 전원공급하는 상기 전압 공급원(46)의 전압 사이에 있고, 상기 제2 전압은 상기 전압 공급원(46)의 상기 전압보다 작은, 방법.
  11. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 전원공급하는 것, 상기 제한하는 것, 상기 샘플링하는 것, 상기 레벨-시프팅하는 것, 및 상기 충전하는 것은, 단일 칩 상의 집적 회로로부터 수행되는, 방법.
  12. 회로로서,
    하이-사이드 스위치(70); 및
    상기 하이-사이드 스위치(70)를 구동하기 위한 게이트 드라이버 회로를 포함하며,
    상기 게이트 드라이버 회로는:
    샘플 및 레벨-시프트 회로(40) - 상기 샘플 및 레벨-시프트 회로(40)는 상기 하이-사이드 스위치(70)에 연결되고, 또한, 상기 샘플 및 레벨-시프트 회로(40)는 샘플링 커패시터(58)를 포함하고, 그리고 상기 샘플링 커패시터(58)는, 제1 증폭기(42)에 연결된 제1 스위치(50), 그라운드에 연결된 제2 스위치(56), 상기 하이-사이드 스위치(70)에 연결된 제3 스위치(52), 및 상기 하이-사이드 스위치(70)의 출력 핀(72)에 연결된 제4 스위치(54)에 연결됨 -;
    전압 공급원(46) - 상기 전압 공급원(46)은 상기 제1 증폭기(42)에 연결됨 -; 및
    트랜지스터(64)와 직렬로 연결된 전류-감지 저항기(62) - 상기 전류-감지 저항기(62)와 상기 트랜지스터(64)는 상기 하이-사이드 스위치(70)와 병렬로 연결됨 - 를 포함하며,

    상기 샘플링 커패시터(58)는, 상기 제1 스위치(50)와 상기 제2 스위치(56)를 닫고 상기 제3 스위치(52)와 상기 제4 스위치(54)를 열음으로써, 상기 제1 증폭기(42)의 출력 전압을 샘플링하도록 구성되고,
    상기 샘플링 커패시터(58)는, 상기 제1 스위치(50)와 상기 제2 스위치(56)를 열고 상기 제3 스위치(52)와 상기 제4 스위치(54)를 닫음으로써, 상기 하이-사이드 스위치(70)의 게이트 커패시턴스를 충전하도록 추가로 구성되고,
    상기 게이트 드라이버 회로는, 상기 하이-사이드 스위치(70)의 출력 전류를 제한하기 위한 제2 증폭기(44)를 더 포함하고,
    상기 제2 증폭기(44)는, 기준 부하(68)에 연결된 저항기(66)에 연결된 제1 입력, 상기 전류-감지 저항기(62)에 연결된 제2 입력, 상기 제1 증폭기(42)의 입력에 연결된 출력을 포함하고, 그리고
    상기 샘플링 커패시터(58)는 2 pF 내지 250 pF의 커패시턴스 범위 내에 있는, 회로.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 하이-사이드 스위치(70)는 n-채널 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(nMOS 트랜지스터)인, 회로.
  14. 제13항에 있어서,
    회로 부하(74)를 추가로 포함하며, 상기 회로 부하(74)는 상기 nMOS 트랜지스터의 소스 측에 연결되는, 회로.
  15. 제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 증폭기(42)는 공통 모드 전압 범위 내에서 기능하도록 구성되며, 상기 공통 모드 전압 범위는 제2 전압과 상기 전압 공급원(46)의 전압 사이에 있고, 상기 제2 전압은 상기 전압 공급원(46)의 상기 전압보다 작은, 회로.
  16. 제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 게이트 드라이버 회로는 단일 칩 상의 집적 회로인, 회로.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI692187B (zh) * 2018-12-24 2020-04-21 財團法人工業技術研究院 驅動裝置
US10938381B1 (en) * 2020-04-24 2021-03-02 Qualcomm Incorporated Area efficient slew-rate controlled driver

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090072803A1 (en) * 2007-09-19 2009-03-19 Kee-Chee Tiew Inrush current control
JP2015525039A (ja) * 2012-07-26 2015-08-27 クゥアルコム・インコーポレイテッドＱｕａｌｃｏｍｍ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ 温度補償を用いる適応ゲート駆動回路
JP2017509293A (ja) * 2014-01-28 2017-03-30 シュナイダー エレクトリック アイティー コーポレーション バイポーラゲートドライバ

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5018041A (en) * 1989-06-16 1991-05-21 National Semiconductor Corp. Circuit for internal current limiting in a fast high side power switch
US5764041A (en) 1997-02-11 1998-06-09 Consorzio Per La Ricerca Sulla Microelettronica Nel Mezzogiornio Short circuit limitation current for power transistors
US6275395B1 (en) 2000-12-21 2001-08-14 Micrel, Incorporated Accelerated turn-off of MOS transistors by bootstrapping
JP2002198792A (ja) * 2000-12-25 2002-07-12 Meidensha Corp 半導体電力変換装置
US7135912B2 (en) 2004-03-22 2006-11-14 Texas Instruments Incorporated Methods and systems for decoupling the stabilization of two loops
JP4199706B2 (ja) * 2004-07-13 2008-12-17 富士通マイクロエレクトロニクス株式会社 降圧回路
US7265606B1 (en) * 2004-09-02 2007-09-04 National Semiconductor Corporation Apparatus and method for a boot strap circuit for a boost voltage converter
KR101989575B1 (ko) * 2012-12-07 2019-06-14 삼성전자주식회사 스위칭 전압 스파이크를 적응적으로 제어하는 어댑티브 전원 컨버팅 장치
JP5733330B2 (ja) * 2013-03-22 2015-06-10 株式会社デンソー 駆動回路

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090072803A1 (en) * 2007-09-19 2009-03-19 Kee-Chee Tiew Inrush current control
JP2015525039A (ja) * 2012-07-26 2015-08-27 クゥアルコム・インコーポレイテッドＱｕａｌｃｏｍｍ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ 温度補償を用いる適応ゲート駆動回路
JP2017509293A (ja) * 2014-01-28 2017-03-30 シュナイダー エレクトリック アイティー コーポレーション バイポーラゲートドライバ

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