TW201145786A - Semiconductor device and power supply apparatus - Google Patents

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TW201145786A
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Toshio Nagasawa
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Renesas Electronics Corp
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Description

201145786 六、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本發明有關一種半導體裝置及使用了該半導體裝置之 電源裝置,例如有關一種對將高電壓轉換成低電壓之開關 電源裝置適用並有效之技術。 【先前技術】 例如,在專利文獻1中,公開了 一種將與各相位對應 之複數個半導體設備連接成環狀之多相電源(圖1)。在 專利文獻2中,公開了下述多相型DC/DC轉換器裝置,即 使用複數個轉換器控制積體電路(IC: integrated circuit )’以各不相同之相位來對負載提供電源(圖1 )。另外 ,在專利文獻3中,公開了下述多相轉換器,即其具有η個 相位1C和對前述各相位ic提供通用之控制信號之控制IC ( 圖1、圖2 )。 專利文獻1:日本特開2009-21 9 1 84號公報 專利文獻2 :日本特開2006-50891號公報 專利文獻3:日本特開2007- 1 3 5 3 90號公報 【發明內容】 〔發明欲解決之問題〕 例如在個人電腦(以下稱作PC (personal computer) )或伺服器等之配線基板(主機板等)印刷電路板(p C B :printed circuit board)上,搭載 DDr_sDRAM ( Double- -5- 201145786
Data-Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory · 以雙倍資料傳輸率同步動態隨機存取記億體)或CPU ( Ceimal Pt〇cessing unit :中央處理器)等爲代表之各種電 路單元;°如前述之各種電路單元之電源係透過在配線基板 PCB上安裝於各種電路單元附近且被稱作p〇L ( Point Of L o a d :載荷點)轉換器等之降壓型之非絕緣型D c / D C轉換 器(降壓型轉換器)來提供。 近年來’爲了提高處理能力,各種電路單元之動作頻 率逐年高速化,其電源電壓也正向低電壓化推進。由此, 各種電路單元之消耗電流隨著高速化而趨於增加,漏電流 也隨著低電壓化而趨於增加。爲了應對此類大電流化以及 低電壓化之要求,正推進POL轉換器使用複數個相位( phase )來依序進行電力供應之所謂多相化技術。當使用 多相型POL轉換器時,配線基板PCB上所需之安裝面積隨 著相位數之增加而擴大,但是另一方面,隨著系統之多樣 化或電子設備之小型化,分配給POL轉換器之安裝面積正 趨於縮小。因此,多相型POL轉換器之小面積化(小型化 )也變得很重要。 而且,近年來,環境問題正受到重視。因而在如上所 述之各種電路單元中進行省電設計,例如根據系統狀況來 僅啓動最小限度之必要電路區塊,因此,消耗電流之變動 幅度(電流範圍)也隨之擴大。對此,對於POL轉換器要 求在寬幅度之電流範圍內提高電力轉換效率。對於多相型 POL轉換器而言,相位數越多,則能夠應對越大之電流,
S -6 - 201145786 但如果在此狀態下驅動輕負載(消耗電流少之各種電路單 元),電力轉換效率將會下降。即,根據負載之消耗電流 ,存在電力轉換效率達到最佳之相位數,期望p〇L轉換器 以相位數可動態變更之方式來構成。 圖1 9係作爲本發明之前提所硏究之電源裝置’圖1 9 ( a )係其槪略結構例之方塊圖,圖1 9 ( b )係圖1 9 ( a )之 動作例之波形圖。圖1 9 ( a )所示之電源裝置包括:控制 單元CTLU、複數個(本例中爲四個)驅動單元P〇Lb[l]〜 POLb[4]、一端共同連接於輸出電源節點VO之複數個電感 器L[l]〜L[4]、以及一端連接於VO之電容Cld。CTLU對 POLb[l]〜P〇Lb[4]輸出相位分別相差90°之相位輸入信號 PHI[1]〜PHI[4]。POLb[l]〜POLb[4]分另!j 以 PHI[1]〜 PHI[4]爲起點來進行規定之動作,並透過開關信號SW[1] 〜SW[4]來控制流經L[l]〜L[4]之電流。在L[l]〜L[4]中, 流過相位分別相差90°之電流,其中一部分被提供給上述 各種電路單元相當之負載LOD,一部分被提供給電容Cld 。LOD將VO之電壓作爲電源電壓,透過從L[l]〜L[4]以及 C1 d提供之電源電流來進行規定之動作。 當使用圖19所示之電源裝置(多相型p〇L轉換器)時 ’可以藉由適當變更相位輸入信號PHI[1]〜PHI[4]之波形 狀態來變更相位數,但是需要控制單元CTLU,因此由於 還需要留有控制單元CTLU之安裝面積,從而難以實現電 源裝置之小型化。而且,相位數之變更幅度受到C T L U之 引腳數限制,因此要想增加相位數,就必須也進一步追加 201145786 CTLU。圖20係不使用控制單元CTLU之結構。 圖2 0係作爲本發明之前提所硏究之另一電源裝置,圖 20(a)係其槪略結構例之方塊圖,圖20 ( b )係圖20 ( a )之動作例之波形圖。圖20 ( a )所示之電源裝置包括: 複數個(本例中爲四個)驅動單元POLa[l]〜POLa[4]、一 端共同連接於輸出電源節點VO之複數個電感器L[l]〜L[4] 以及一端連接於VO之電容Cld。POLa[l]產生與連接於外部 之電容Cct相應之頻率之時脈信號CLK,並將其共同提供給 POLa[2]〜P〇La[4]。 而且,P〇La[n](n=l〜4)輸入成爲單擊脈衝信號之 相位輸入信號PHI [η],並輸出成爲延遲了一個CLK週期之 信號之相位輸出信號ΡΗΟ[η]。並且,透過設定ΡΗΟ[η]= ΡΗΙ〔η+1〕,並使來自最終段之ΡΗΟ[4]返回初段之ΡΗΙ[1] ,可使ΡΗΙ[1]〜ΡΗΙ[4]成爲相位分別相差90°之信號。各 POLa[n]分別以ΡΗΙ[η](或ΡΗΟ[η])爲起點進行與圖19同 樣之動作,透過由此實現之多相動作來驅動連接於輸出電 源節點VO之負載LOD。 當使用圖20所示之電源裝置(多相型POL轉換器)時 ,由於不需要控制單元CTLU,因此能夠實現電源裝置之 小型化。但是,圖20 ( a )之電源裝置雖然在相位數固定 時不會特別產生問題,但在想要變更相位數時,需要有適 當之變更方法。 因此,本發明之目的之一在於提供一種能夠易於變更 相位數之多相式電源裝置以及成爲其構成要素之半導體裝 -8- 201145786 置。另外,本發明之前述內容及前述內容以外之目的和新 特徵在本說明書之描述及圖式簡單說明中寫明。 〔解決問題之手段〕 下面簡要說明關於本專利申請書中所公開之發明中具 有代表性之實施方式之槪要。 本實施方式之電源裝置使用m個半導體裝置來實現最 大m相位之開關動作。各半導體裝置具有高壓側電晶體及 低壓側電晶體、第一至第四端子、充放電電路、時脈信號 產生電路、第一開關、脈衝信號產生電路以及PWM控制電 路。其中,充放電電路具有規定充電速度或放電速度之恆 定電流源以及切換充電與放電之切換開關,並對第一端子 進行充放電。時脈信號產生電路透過判定第一端子之電壓 位準以產生第一時脈信號。對第二端子傳輸通用時脈信號 。第一開關在被驅動爲導通時,連接時脈信號產生電路與 第二端子,並將第一時脈信號作爲通用時脈信號進行傳輸 。脈衝信號產生電路使從第三端子輸入之脈衝輸入信號以 通用時脈信號之規定之週期量延遲,並將由此而產生之脈 衝輸出信號傳輸至第四端子。PWM控制電路以脈衝輸入信 號或脈衝輸出信號爲起點而產生PWM信號,交換控制高壓 側電晶體及低壓側電晶體。 本例中,各半導體裝置之第二端子共同連接。而且, 第k段半導體裝置之第四端子依次連接於第(k+Ι)段半導 體裝置之第三端子,成爲最終段之第m段半導體裝置之第 -9 - 201145786 四端子返回成爲初段之第1段半導體裝置之第三端子。透 過如前前述之環路連接,各半導體裝置中之脈衝輸入信號 (脈衝輸出信號)之相位分別存在規定之單位差異,由此 能夠實現多相動作。 而且,各半導體裝置之第一端子共同連接於外部電容 ,第一段半導體裝置之第一開關被驅動爲導通,除此以外 之半導體裝置之第一開關被驅動爲斷開,由此,從第一段 半導體裝置之時脈信號產生電路朝向各半導體裝置輸出通 用時脈信號。由於當共同連接於上述外部電容之半導體裝 置之數量(即相位數)增加到η倍時,充電速度及/或放電 速度會自動達到η倍,因此前述通用時脈信號之頻率也會 提高η倍。如上前述,透過根據相位數η來使通用時脈信號 之頻率自動變成η倍,能夠不拘於相位數而容易地實現固 定之開關頻率下之多相動作。 此外,上述電源裝置在各半導體裝置中,在充放電電 路與第一端子之間設置第二開關,除此以外,最好還設置 使第三端子與第四端子短路並且阻斷脈衝信號產生電路與 第四端子之導通之開關電路。透過控制前述第二開關及開 關電路,能夠根據外部負載之消耗電流來動態地變更相位 數,以提高電力轉換效率。另外,前述相位數之動態變更 例如在各半導體裝置進行所謂之峰値電流控制方式之開關 動作時,也可以透過監控用於規定前述峰値電流之判定電 壓位準而自動進行。
S -10- 201145786 〔發明效果〕 下面簡要說明關於本專利申請書中所公開之發明中根 據具有代表性之實施方式所得到之效果,在多相式電源裝 置中,能夠容易地實現相位數之變更。 【實施方式】 在以下實施方式中’爲了方便,在必要時將幾個部分 或將實施方式分割來說明’除了需要特別說明的以外,這 些都不是彼此獨立且無關係的,而係與其他一部分或者全 部之變形例、詳細內容及補充說明等相互關聯的。另外, 在以下實施方式中提及要素數等(包括個數、數値、量、 範圍等)時,除了特別說明及原理上已經明確限定了特定 之數量等除外,前述之特定數並非指固定之數量,而係可 大於等於前述特定數或可小於等於前述特定數。 而且’在以下實施方式中,除了特別說明及原理上已 經明確了是必要時除外,前述之構成要素(包括要素步驟 等)也並非必須之要素。同樣地,在以下實施方式中提及 之構成要素等之形狀、位置關係等時,除了特別說明時及 原理上已經明確了並非如此時,實質上包括與前述形狀等 相近或者類似的。同理,前述之數値及範圍也同樣包括與 其相近的。 而且,構成實施方式之各功能元件之電路區塊並無特 別限制,可以透過CMOS (互補型MOS電晶體)等積體電 路技術形成在單晶矽類之半導體基板上。另外,實施方式 -11 - 201145786 中,在記載爲 MOSFET ( Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor :金屬氧化物半導體場效應電晶體)(或 簡稱作MOS電晶體)時,並不排除將非氧化膜作爲閘極絕 緣膜。 以下根據附圖詳細說明本發明實施方式。另外,爲了 說明實施方式之所有圖中,原則上對同一構件採用同一符 號,省略掉重複之說明。 〔實施方式1〕 《電源裝置整體之槪略結構》 圖1係本發明實施方式1之電源裝置之槪略結構一例之 方塊圖。圖1所示之電源裝置具有複數個(本例中爲四個 )驅動單元(半導體裝置)P〇L[l]〜POL[4]、複數個電感 器L[l]〜L[4]、以及電容Cct、Cld。各驅動單元POL[n] (η =1〜4 )分別具有相同之內部結構,具有七個外部端子 ΡΝ2[η]、ΡΝ4[η]、ΡΝ5[η]、ΡΝ9[η]、ΡΝ10[η] ' ΡΝ14[η]、 ΡΝ15[η]。POL[l]爲主設備用之驅動單元,POL[2]〜 POL [4]爲從設備用之驅動單元。L[l]〜L[4]之一端共同連 接於輸出電源節點VO上,各L[n]之另一端分別各自連接於 PN2[n]。Cld設置在VO與接地電源電壓GND之間。 各POL[n]之外部端子PN9[n]共同連接於電容Cct之一 端,並傳輸時脈控制信號CT。Cct之另一端連接於接地電 源電壓GND。P0L[1]基於前述CT以產生時脈信號CLK,並 將其從外部端子PN10[1]輸出。經由外部端子PN10[2]〜 201145786 PN10[4]對 POL[2]〜POL[4]輸入來自前述 POL[l]之 CLK。 對於各P〇L[n]之外部端子PN4[n],輸入成爲單擊脈衝 信號之相位輸入信號PHI[n]。各POL[n]使前述PHI[n]以規 定之CLK之週期量(具有代表性之設定方式爲延遲一個週 期)延遲,再將其作爲相位輸出信號PHO[n]而從外部端子 PN5[n]輸出。本例中,各POL[n]之PN4[n]、PN5[n]呈環狀 連接。即,POL[n]之PN5[n]依次連接於POL〔n+l〕之PN4 〔n+1〕,而且,成爲終點之POL[4]之PN5[4]返回成爲起 點之 P〇L[l]之 PN4[1]。由此,PHI[1]〜PHI[4](及 ΡΗΟ[1] 〜PHO[4])成爲頻率相同而相位分別相差90°之信號》 對於P〇L[l]之外部端子PN14[1],輸入成爲輸出電源 節點VO之電壓信號之回饋信號FB,並從外部端子PN15[1] 輸出反映了前述FB之通用控制信號SHR。對於POL[2]〜 P〇L[4],經由外部端子PN15[2]〜PN15[4]輸入來自前述 P〇L[l]之 SHR。各 POL[n]以 PHI[n](或 PHO[n])爲起點開 始動作,並透過外部端子PN2[n]中之開關信號SW[n]對電 感器L[n]蓄積電力。隨後,各P〇L[n]在監控SHR之同時, 基於其結果來停止對L[n]提供電力,並形成L[n]中之回流 電流之路徑。 由此,在各電感器L[n]中,流過相位分別相差90。之電 流,其中一部分被提供給連接於輸出電源節點V 0之負載 LOD,一部分被提供給電容Cld。LOD將VO之電壓作爲電 源電壓’透過從各L[n]以及Cld提供之電源電流進行規定 之動作。各驅動單元POL[n]例如分別由個別之半導體封裝 -13- 201145786 所實現,且在主機板或各種擴展板(圖形板等)類之配線 基板(PCB)上,安裝在成爲負載LOD之各種電路單元( 例如CPU、GPU、記憶體等)附近。但是,並不僅限於此 ,例如也可爲如同將P〇L[l]和POL[2]搭載於一個半導體封 裝內,將POL[3]和POL[4]搭載于一個半導體封裝內,並以 此匯總複數個驅動單元之結構。 《電源裝置整體之主要部分之詳細結構》 圖2係圖1之電源裝置主要部分之詳細結構例之電路方 塊圖。圖2中表示使用三個驅動單元P〇L[l]〜POL[3]及電 感器L[l]〜L[3]和電容Cct、Cld之結構例。由於各POL[n] (n=l〜3)、各L[n]及Cct、Cld間之連接結構與圖1相同 ,因此略去詳細之說明。但是由於此例中使用了三個 POL[n]-因此POL[3]之外部端子PN5[3]傳出之相位輸出信 號PHO[3]作爲來自POL[l]之外部端子PN4[1]之相位輸入信 號PHI[1]而返回。 各P〇L[n]除了圖1前述之七個外部端子PN2[n]、 ΡΝ4[η]、ΡΝ5[η]、ΡΝ9[η]、ΡΝ10[η]、ΡΝ14[η]、ΡΝ15[η]以 外,還具有四個外部端子ΡΝ1[η]、ΡΝ3[η]、PNll[n]、 P N 1 7 [ η ]。對於P N 1 [ η ],例如供給1 2 V等之輸入電源電壓 VIN,對ΡΝ3[η]供給接地電源電壓GND。ΡΝ17[η]上連接有 電流檢測用之外部電阻Res [η]。ΡΝ 11 [η]之外部連接結構根 據是主設備用(即P〇L[l])還是從設備用(即P0L[2]、 P〇L[3])而不同。在POL[l]之PN11[1]上’在與輸入來自
S -14 - 201145786 上述輸出電源節點VO之回饋信號FB之外部端子PN14[1]之 間連接環路補償電路(低通濾波器電路)LP。另一方面’ 在 POL[2]、P〇L[3]之 PN11[2]、ΡΝ11[3]上,未特別連接任 何部分,而且,對ΡΝ14[2]、ΡΝ14[3]輸入不同於ΡΝ14[1] 之‘ Η ’位準信號。 POL[l]具有振盪電路區塊OSC_BKa[l]、相位信號產 生電路區塊PG_BKa[l]、PWM信號控制電路PWMCTL[1]、 啓動電流檢測電路ACS[1]、控制邏輯電路LGC[1]、驅動器 電路D Vh [ 1 ]、D V1 [ 1 ]以及電晶體(功率電晶體)Q Η [ 1 ]、 QL[1]。其中,QH[1]及QL[1]分別係DC/DC轉換器之高壓 側電晶體及低壓側電晶體,本例中使用η通道型之金屬氧 化物半導體場效應電晶體(MOSFET : Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor )(功率 MOSFET) 。QH[ 1 ]之汲極連接於PN1 [1 ] ( VIN ),閘極連接於 DVh[l]之輸出節點,源極連接于成爲開關信號SW[1]輸出 端子之外部端子PN2[1]。QL[1]之汲極連接於PN2[1]( S W [ 1 ]) ’閘極連接於D V 1 [ 1 ]之輸出節點,源極連接於外 部端子PN3 [ 1 ] ( GND )。本例中,將連接于高電壓電源側 之電晶體定義爲高壓側電晶體,連接於低電壓電源側之電 晶體定義爲低壓側電晶體。 振盪電路區塊OSC_BKa[l]具有振盪電路〇sC[l]及開 關SC1[1]。如後前述,〇SC[l]透過連接於外部端子pn9[1] 之電容Cct進行充放電來產生時脈控制信號ct,並基於前 述CT產生時脈信號CLK。前述CLK經由SC1[1]輸出至外部 -15- 201145786 端子PN10[1]以及相位信號產生電路區塊PG_BKa[l]。 PG_BKa[l]具有相位信號產生電路PG[1]。如後前述, PG[1]使經由外部端子PN4[1]而輸入之相位輸入信號PHI[1] 延遲一個CLK週期,並將其作爲相位輸出信號ΡΗΟ[1]而從 外部端子PN5[1]輸出。而且,PG[1]輸出與PHI[1]或 ΡΗΟ[1]成爲同一相位之重置信號RS[1]。 啓動電流檢測電路ACS[1]檢測流經QH[1]之源極/汲極 間之電流,並將反映了前述電流大小之電流輸出至外部端 子PN17[1]。前述電流由連接於PN17[1]之電阻Rcs[l]轉換 成電壓,前述電壓信號成爲電流檢測信號C S [ 1 ]。P W Μ信 號控制電路PWMCTL[1]具有誤差放大器電路ΕΑ[1]、二極 體D[1 ]、比較器電路CMP_CS[1]及閂鎖電路LTp[l]。 誤差放大器電路EA[1]對(—)輸入節點輸入來自外 部端子PN 1 4[ 1 ]之回饋信號FB,並以施加至(+ )輸入節點 之基準電壓VREF爲基準將其放大,且輸出誤差放大器信 號EO。前述EO被輸出至外部端子PN11[1],並且透過連接 於PN11[1]之環路補償電路LP而穩定化。而且,二極體 D[l]之陽極連接於EA[1]之輸出節點,陰極連接於外部端 子PN15[1]及比較器電路CMP_CS[1]之(一)輸入節點。 因此’ EO經由D[l]輸出至PN15[1],前述信號成爲通用控 制信號SHR。 比較器電路CMP_CS[1]對(-)輸入節點施加SHR, 對(+ )輸入節點施加上述之電流檢測信號C S [ 1 ],當 CS[1]之電壓位準達到SHR之電壓位準時輸出‘H,位準信
S -16- 201145786 號。閂鎖電路LTp [ 1 ]係置位重設型閂鎖電路,對重置(R )節點輸入來自上述相位信號產生電路PG[1]之重置信號 RS[1]’對置位(S)節點輸入來自CMP_CS[1]之輸出信號 。並且’ LTp[l]從負極輸出節點(/Q)輸出PWM信號 PWM[1]。控制邏輯電路LGC[1]使用前述PWM[1],經由驅 動器電路DVh來驅動QH[1],並透過PWM[1]之互補信號, 經由驅動器電路DV1來驅動QL[1] ^ POL[2]及POL[3]之內部電路結構也與上述P〇L[l]相同 。另外,圖2中,透過[n]之値來區別每個p〇L[n](n=l〜 3 )之上述之各種內部電路。但是,隨著各種控制信號之 不同,POL[2]及P〇L[3]與POL[l]產生動作上之差異。 第一個差異係P〇L[l]之振盪電路區塊OSC_BKa[l]根 據主從控制信號MS[1]來控制開關SCI [1]之導通/斷開,但 MS[1]被驅動成表示主設備之電壓位準,而且SCI [1]被驅 動爲導通。另一方面,P〇L[2]、POL[3]之振盪電路區塊 OSC_BKa[2]、OSC_BKa[3]中,主從控制信號 MS[2] ' MS[3]被驅動成表示從設備之電壓位準,而且SC1[2]、 SC1[3]被驅動爲斷開。由此,從P〇L[l]之OSC_BKa[l]產生 之CLK可由POL[l]〜P〇L[3]之相位信號產生電路區塊 PG_BKa[l]〜PG_BKa[3]共同使用。 第二個差異係P〇L[l]之PWM信號控制電路 PWMCTL[1]根據從外部端子PN14[1]輸入之回饋信號FB, 而從外部端子PN15[1]輸出通用控制信號SHR。另一方面, P〇L[2]、POL[3]之 PWM 信號控制電路 PWMCTL[2]、 -17- 201145786 PWMCTL[3]由於對外部端子PN14[2]、PN14[3]輸入‘Η’ 位準,因此誤差放大器電路ΕΑ[2]、ΕΑ[3]之輸出被固定爲 ‘L’ 位準。而且,PWMCTL[2]、PWMCTL[3]中,ΕΑ[2] 、ΕΑ[3]之輸出節點與外部端子ΡΝ15[2]、ΡΝ15[3]透過二 極體D[2]、D[3]而被分隔。由此,從P〇L[l]之ΡΝ15[1]輸 出之SHR可由POL[l]〜POL[3]之比較器電路CMP_CS[1]〜 CMP_CS[3]共同使用。 如上前述,透過由各POL [η]共用時脈信號CLK和通用 控制信號SHR,能夠實現穩定之多相動作。另外,如上前 述,二極體D[2] ' D[3]作爲導通控制電路發揮作用,因此 也可以置換成例如透過主從控制信號M S [ 2 ]、M S [ 3 ]來控制 導通/斷開之開關等。 《振盪電路區塊之詳細說明》 圖3係圖2之電源裝置之振盪電路區塊OSC_BKa之詳細 結構例之電路方塊圖。圖3中顯示了驅動單元POL[l]、 POL[2]中所具有之振盪電路區塊〇SC_BKa[l]、 OSC_BKa[2]之結構例之一例。其中,〇SC_BKa[l]具有振 盪電路OSCa[l]及開關SC1[1],OSCa[l]具有恆定電流電路 ISa[l]、ISb[l]、η通道型MOS電晶體MN1[1]及時脈信號產 生電路CKGa[l]。 ISa[l]使恆定電流la從電源電壓VCIN朝向外部端子 PN9[1]流動。MN1[1]及ISb[l]串聯插入PN9[1]與接地電源 電壓GND之間,在MN1[1]被驅動爲導通時,恆定電流lb (
S -18- 201145786 > la)從PN9[1]朝向GND流動。因此,當MN1[1]斷開時, 朝向電容Cct之充電電流la流經PN9[1],當MN1[1]導通時 ,來自電容Cct之放電電流(Ib-Ia )流經PN9[1 ]。CKGa[l ] 在PN9[1]中之時脈控制信號CT之電壓位準超過高電位側閾 値電壓Vh時,使時脈信號CLK遷移至‘H’位準,在低於 低電位側閾値電壓VI時,使CLK遷移至‘ L’位準。前述 CLK經由被驅動爲導通之開關SC 1 [ 1 ]輸出至外部端子 卩]^10[1]之同時,輸入至]^>^1[1]之閘極。 同樣地,〇SC_BKa[2]具有振盪電路OSCa[2]及開關 SC1[2],其中,OSCa[2]具有恆定電流電路ISa[2]、ISb[2] 、η通道型MOS電晶體MN1[2]及時脈信號產生電路 CKGa[2]。關於這些結構,與上述〇SC_BKa[l]之情況相同 。但是,對於〇SC_BKa[2]而言,由於開關電路SC1[2]被驅 動爲斷開,因此透過從外部端子PN 1 0[ 1 ]經由外部端子 PN10[2]而輸入之時脈信號CLK來驅動MN1[2]之閘極。而 且,由於SCI [2]被驅動爲斷開,因此相當於不存在 CKGa[2]之情況。
如果使用圖3所示之結構例,首先,當CLK爲‘L’位 準時,MN1[1]、MN1[2]斷開,透過 PN9[1]' PN9[2]中之 充電電流(= 2xla)來對電容Cct進行充電。而且’如果 時脈控制信號C T之電壓位準因進行前述充電而超過Vh時 ,CLK透過CKGa[l ]遷移至‘H’位準。當CLK遷移至‘H ’位準時,MN1[1]、MN1[2]導通,透過 PN9[1]、PN9[2] 中之放電電流(=2χ( Ib-Ia ))使電容Cct放電。如果CT -19 - 201145786 之電壓位準因進行前述放電而低於VI時,CLK透過 CKGa[l]遷移至‘L’位準,之後,重複進行同樣之動作。 因此,當如圖3所示對電容Cct連接兩個振盪電路區塊 (OSC_BKa[l] > 〇SC_BKa[2]),例如設 Ib=2xla時,充 電電流及放電電流分別成爲2xla,因此時脈信號CLK之頻 率(Fclk ( 2 ))成爲公式(1 )。此外,同樣地,當對Cct 連接η個振盪電路區塊時,充電電流及放電電流分別成爲 nxla,因此CLK之頻率(Fclk(n))成爲公式(2)。如 上前述,當使用圖3之結構例時,C LK之頻率與多相之相 位數η之增加成正比而增高η倍。
Fclk ( 2 ) =1/ ( 2><Cctx ( Vh-Vl ) / ( 2xla ) ) ( 1 ) Fclk ( η ) =1 / ( 2 χ Cct χ ( Vh-Vl ) / ( η χ la ) ) ( 2 ) 圖4係圖3之振盪電路區塊OSC_BKa更詳細之結構例之 電路圖。如圖4所示,圖3中之恆定電流電路ISa、ISb由恆 定電流源IS'a、複數個η通道型MOS電晶體MN10、MN11、 MN12a、MN12b以及複數個PMOS電晶體ΜΡ10、ΜΡ11構成 。此時,假設MN10、MN11、MN12a及MN12b全部具有相 同之電晶體尺寸,而MP10與MP11也具有相同之電晶體尺 寸。 IS’a之一端連接於電源電壓VC IN,並輸出電流la。 MN10之源極連接於接地電源電壓GND,閘極與汲極共同 連接於IS’a之另一端。MN1 1之源極連接於接地電源電壓
S •20- 201145786 G N D,閘極連接於μ N 1 0之閘極。Μ P 1 0之源極連接於V C IN ’閘極與汲極共同連接於Μ N 1 1之汲極。Μ P 1 1之源極連接 於VCIN,閘極連接於MP 1 0之閘極。MN 1 2a、MN 1 2b之源 極均連接於圖3中之n通道型MOS電晶體MN1之汲極,閘極 均連接於ΜΝ10之閘極,汲極均連接於ΜΡ11之汲極。並且 ,在前述ΜΡ11、MN12a、MN12b之汲極上產生時脈控制信 號CT。 在圖4中,來自IS4之電流la經由由MN10和MN11構成 之電流鏡電路被轉加至Μ N 1 1,其經由具有Μ P 1 0和Μ P 1 1之 電流鏡電路被轉加至ΜΡ11。而且,當ΜΝ1被驅動爲導通時 ’來自IS'a之la經由具有ΜΝ10和MN12a、MN12b之電流鏡 電路,作爲2xla而被轉加至MN12a、MN12b。因此,作爲 時脈控制信號CT之電流,在MN1被驅動爲導通時流過la之 放電電流,在MN 1被驅動爲斷開時流過la之充電電流。 而且,如圖4所示,圖3中之時脈信號產生電路CKGa 具有閂鎖電路LT1以及比較器電路CMP 1、CM P2。CMP 1在 時脈控制信號CT之電壓位準超過高電位側閾値電壓Vh時 輸出‘ H’位準信號。CMP2在時脈控制信號CT之電壓位準 低於低電位側閾値電壓VI時輸出‘ Η,位準信號。即,當 C Τ之電壓位準高於V h時,從C Μ Ρ 1輸出‘ Η ’位準信號, 從CMP2輸出‘ L’位準信號,當大於vi而小於Vh時,從 CMP1、CMP2均輸出‘L,位準信號,當低於VI時,從 CMP1輸出‘L’位準信號,從CMP2輸出‘H’位準信號。 LT1具有“邏輯積運算電路” AD10、 “邏輯和運算電 -21 - 201145786 路” OR10及反相器電路IV10。AD10經由IV10對二輸入中 之一方輸入CMP2之輸出信號,對二輸入中之另一方輸入 OR 10之輸出信號。OR 10對二輸入中之一方輸入CMP1之輸 出信號,對另一方返回AD10之輸出信號。透過前述結構 ,LT 1作爲置位重設型閂鎖電路進行動作,即將CMP 1之輸 出輸入至置位(S ),將CMP2之輸出輸入至復位(R ), 並將AD10之輸出作爲正極輸出節點(Q)。因此,時脈控 制信號CT之電壓位準因前述充電電流而超過Vh時,LT1伴 隨置位輸入而輸出‘H’位準信號。CT之充電電流也因此 而被切換成放電電流。LT1在CT之電壓位準低於VI時,隨 著復位輸入而使輸出從‘ Η ’位準信號遷移至‘ L’位準信 號。隨後,CT中之放電電流再次切換成充電電流,並重複 進行同樣之動作》 《相位信號產生電路之詳細說明》 圖5係圖2之電源裝置之相位信號產生電路PG之詳細內 容,圖5 ( a )係結構例之電路方塊圖,圖5 ( b )係圖5 ( a )之動作例之波形圖。圖5 ( a )所示之相位信號產生電路 PG具有“邏輯積運算電路” AD20、AD21、單擊脈衝產生 電路 OPG_Fl、OPG_F2、OPG_Rl 及閂鎖電路 LTs。 AD20輸入相位輸入信號PHI和時脈信號CLK,並輸出 前述兩種信號之邏輯積運算結果。OPG — F1在檢測到AD20 之輸出中之下降沿時,輸出單擊脈衝信號。LTs係置位重 設型閂鎖電路,對置位元(S )節點輸入來自OPG — F1之輸
S -22- 201145786 出,對復位(R )節點輸入來自〇PG_F2之輸出。AD2 1輸 入來自LTs之正極輸出節點(Q )之信號和CLK,並將其邏 輯積運算結果作爲相位輸出信號PHO而輸出。〇PG_F2在檢 測到PHO中之下降沿時,輸出單擊脈衝信號。OPG_Rl在 檢測到PHO中之上升沿時,輸出成爲單擊脈衝信號之重置 信號RS。 如果使用如上所述之結構例,如圖5 ( b )所示,可輸 入相位輸入信號PHI,並產生相位輸出信號PHO,前述相 位輸出信號Ρ Η Ο成爲使相位輸入信號ρ Η I延遲時脈信號C LK 之一個週期之信號。而且,可根據前述ΡΗΟ來產生重置信 號R S。另外,相位信號產生電路p g並不僅限於上述結構 例,可以進行適當地變更,即,只要係使PHI延遲CLK之 一個週期並產生PHO之電路即可。而且,前述延遲量也未 必限定於一個週期,也可以視情況設定爲兩個週期等。此 外,R S未必與Ρ Η Ο相應,例如也可以與ρ ΗI相應。 《電源裝置整體之主要部分之詳細動作》 圖6係圖2之電源裝置中,變更相位數時之時脈信號 CLK、相位輸入信號ΡΗΙ&相位輸出信號pHO之動作例之波 形圖。如圖6所示’首先,如果對圖2之電容Cct只連接一 個驅動單元P〇L[l],則進行將CLK之1個週期設爲開關週 期Tsw之一相位動作。接下來,如果對電容Cct連接兩個 P〇L[l]、P〇L[2] ’則進行將CLK之2個週期設爲Tsw之二相 位動作。但是’如圖3前述,此時,CLK之頻率Fsw與一相 -23- 201145786 位時相比達到兩倍,Tsw與一相位時相等。此外,如果對 電容Cct連接三個P0L[1]〜p〇L[3],則進行將CLK之3個週 期設爲Tsw之三相位動作。此時,CLK之Fsw與一相位時相 比也達到三倍,因此Tsw與一相位及二相位時相等。 圖7係圖2之電源裝置中,三相位動作時之各驅動單元 POL[l]〜POL[3]詳細動作例之波形圖。如圖7所示,首先 ,POL[l]根據時脈控制信號CT產生時脈信號CLK。此時, 相位信號產生電路PG[1]在與任一個CLK週期同步輸入相 位輸入信號PHI[1]時,與下一個CLK週期同步輸出相位輸 出信號ΡΗΟ[1],並且,在經過規定之延遲期間後輸出重置 信號RS[1]。閂鎖電路LTp[l]收到前述RS[1]後,並將PWM 信號PWM[1]從‘L’位準驅動爲‘H’位準,結果’將電 晶體QH[1]驅動爲導通、並將QL[1]驅動爲斷開。 當QH[1]被驅動爲導通時,流經電感器L[l]之電流 IL[1]將逐漸增加。而且,當QH[1]被驅動爲導通時,在經 過規定之遮沒期間後,經由啓動電流檢測電路ACS[1]等而 成爲反映了前述IL[1]信號之電流檢測信號CS[1]之電壓位 準上升。另一方面,誤差放大器電路EA[1]以規定之電壓 (VREF )爲基準來放大輸出電源節點VO之電壓位準’從 而產生通用控制信號SHR。此時,當CS[1]之峰値電壓達到 SHR之電壓位準時,由比較器電路CMP_CS[1]產生脈衝信 號。收到前述脈衝信號後’閂鎖電路LTp[l]將PWM[1]從‘ Η ’位準驅動爲‘ L ’位準’並將QH [ 1 ]驅動爲斷開、將 Q L [ 1 ]驅動爲導通。所以’ IL [ 1 ]經由Q L [ 1 ]回流之同時將逐
S -24- 201145786 漸減少。隨後,當再次輸入PHI[1]時,重複進行同樣之動 作。如上前述,以使IL[1] ( CS[1])之峰値成爲規定値( S HR )之控制方式被稱作峰値電流控制方式等。 而且,POL[2]將從P〇L[l]輸出之相位輸出信號ΡΗΟ[1] 作爲相位輸入信號PHI [2],與POL[l]同樣地輸出相位輸出 信號PHO[2],並且與P〇L[l]同樣地控制電感器L[2]之電流 。此時,從POL[l]共同提供時脈信號CLK或通用控制信號 SHR。此外,POL[3]將從P〇L[2]輸出之相位輸出信號 PHO[2]作爲相位輸入信號PHI[3],與POL[l]同樣地輸出相 位輸出信號PHO[3],並且與P〇L[l]同樣地控制電感器L[3] 之電流。此時,從P〇L[l]共同提供CLK或SHR。並且,透 過使前述PHO[3]作爲PHI[1]返回P〇L[l],從而反復進行三 相位之開關動作。 《主要效果之說明》 以上,透過使用本實施方式1之電源裝置,具有代表 性地說明了能夠獲得易於更改相位數之多相式電源裝置。 即,透過對電容Cct連接與相位數相應之驅動單元P〇L,無 論相位數η如何,均能夠自動調整成同一開關頻率,且透 過將各POL環路連接,可將各相位間之相位差自動調整成 規定値(=η/3 60 ° )。而且,如上前述,由於不需要控制 單元,因此還能夠實現電源裝置之小型化。此外,透過使 各POL以峰値電流控制方式進行動作,能夠容易地實現與 時脈信號CLK (相位輸入信號PHI或相位輸出信號PHO )同 -25- 201145786 步之開關動作’並且能夠控制對每個相位提供均等之電流 ’因此還能夠實現多相動作之穩定化。但是,並非必須透 過峰値電流控制方式,只要係具有平均電流控制方式等之 電流模式控制方式,就可以獲得同樣之效果。 〔實施方式2〕 《電源裝置整體之主要部分之詳細結構及動作》 本實施方式2中’說明對實施方式1之圖2中之電源裝 置進一步追加功能之結構例。圖8係本發明實施方式2之電 源裝置主要部分之詳細結構例之電路方塊圖。圖8所示之 電源裝置與圖2之電源裝置相比較,各驅動單元p〇L[l]〜 POL[3]內之各振還電路區塊〇SC_BKb[l]〜〇SC_BKb[3]以 及各相位信號產生電路區塊PG_BKb[ 1 ]〜PG_BKb[3]之內 部結構不同。此外,對於各Ρ Ο L [ 1 ]〜P 〇 L [ 3 ]內之控制邏輯 電路LGC[1]〜LGC[3],分別輸入賦能信號EN[1]〜EN[3]。 除此以外之結構由於與圖2之電源裝置相同,因此略去詳 細之說明。各LGC [η]在ΕΝ[ η]爲非啓動狀態時,將電晶體 QH[n]、QL[n]固定爲斷開,並停止開關動作。 POL[l]內之振盪電路區塊〇SC_BKb[l]除了具有與圖2 之振盪電路區塊〇SC_BKa[l]同樣之振盪電路OSC[l]及開 關SC1[1]以外,還具有開關SC2[1]。SCI [1]與圖2之情況相 同,隨著主從控制信號MS [ 1 ]爲主側之電壓位準而被驅動 爲導通,將來自〇SC[l]之時脈信號CLK傳遞至外部端子 PN10[1]等。SC2[1]在賦能信號EN[1]爲啓動狀態時被驅動 -26- 201145786 爲導通。EN[1]在啓用p〇L[l]之動作時(即啓用前述相位 時)設爲啓動狀態,在禁用時(即禁用前述相位時)設爲 非啓動狀態。由於POL[l]爲主設備,因此EN[1]設爲啓動 狀態,SC2[1]被驅動爲導通。SC2[1]在被驅動爲導通時, 將OSC[l]連接於外部端子PN9[1](即電容Cct)。 POL[2]內之振盪電路區塊〇SC_BKb[2]與OSC_BKb[l] 同樣具有振盪電路〇SC[2]及開關SC1[2]、SC2[2]。SC1[2] 隨著主從控制信號M S [ 2 ]爲從側之電壓位準而被驅動爲斷 開。而且,圖8之示例中,賦能信號EN[2]被設爲啓動狀態 ,結果SC2[2]被驅動爲導通。POL[3]內之振盪電路區塊 〇SC_BKb[3]與OSC_BKb[l]同樣具有振盪電路OSC[3]及開 關3(:1[3]、302[3]。3(:1[3]隨著主從控制信號1^[3]爲從 側之電壓位準而被驅動爲斷開。而且,圖8之示例中,賦 能信號EN[3]設爲非啓動狀態,結果SC2[3]被驅動爲斷開 〇 即,圖8之電源裝置表示下述示例,即,將三個驅動 單元POL[l]〜POL[3]內之一個驅動單元(本例中爲POL[3] )之動作設定爲禁用(即禁用前述相位),由此,實現二 相位動作。本例中,由於開關SC2[3]被驅動爲斷開,因此 電容Cct未與振盪電路OSC[3]連接’而Cct與振盪電路 OSC[l]、OSC[2]連接。因此,從〇SC[l]輸出之時脈信號 C L K之頻率如圖6之二相位時所示,成爲一相位時(即在 Cct上只連接有〇SC[l]時)之兩倍。 而且,在圖8之電源裝置中’ P 〇 L [ 1 ]內之相位信號產 -27- 201145786 生電路區塊PG_BKb[l]除了具有與圖2之電源裝置同樣之相 位信號產生電路PG[ 1 ]以外,還具有“邏輯積運算電路” AD1[1]及開關 SC3[1]、SC4[1]。AD1[1]對二輸入中之一方 輸入外部端子PN10[1]上傳輸之時脈信號CLK,對二輸入 中之另一方輸入來自外部端子PN4[1]之相位輸入信號 PHI[1]’並輸出邏輯積運算結果。SC3[1]在被驅動爲導通 時,將來自AD1[1]之輸出信號作爲相位輸出信號ΡΗΟ[1]而 傳輸至外部端子PN5[1]。SC4[1]在被驅動爲導通時,將來 自PG[1]之相位輸出信號ΡΗΟ[1]傳輸至PN5[1]。 SC3[1]與SC4[1]根據賦能信號EN[1]之狀態而排他性 地控制導通/斷開。當EN[1]爲啓動狀態時,SC4[1]側導通 ,來自PG[1]之ΡΗΟ[1]被傳輸至PN5[1]。另一方面,當 EN[1]爲非啓動狀態時,SC3[1]側導通,來自PN4[1]之 PHI[1]經由AD1[1]被傳輸至ΡΝ5[1]。β卩,當EN[1]爲啓動 狀態時,從PN5[1]輸出使PHI[1]以規定之CLK週期量延遲 之ΡΗΟ[1],當EN[1]爲非啓動狀態時,從PN5[1]直接輸出 PHI[1]作爲ΡΗΟ[1]。圖8之示例中,由於EN[1]爲啓動狀態 ,因此SC4[I]側導通。另外,AD1[1]係用於使PHI[1]與 CLK同步(即實現時序之微調),視情況也可以省略。 P〇L[2]內之相位信號產生電路區塊PG_BKb[2]與 PG_BKb[l]同樣具有相位信號產生電路PG[2]、 “邏輯積運 算電路” AD1[2]及開關SC3[2]、SC4[2]。圖8之示例中, 由於賦能信號EN[2]爲啓動狀態,因此SC4[2]側導通。 POL[3]內之相位信號產生電路區塊PG —BKb[3]與
S -28- 201145786 PG_BKb[l]同樣具有相位信號產生電路PG[3]、 “邏輯積運 算電路” A D 1 [ 3 ]及開關S C 3 [ 3 ]、S C 4 [ 3 ]。圖8之示例中, 由於賦能信號EN[3]爲非啓動狀態,因此SC3[3]側導通。 當使用上述結構例時,從P〇L[2]之外部端子PN5[2]輸 出之相位輸出信號PHO[2]經由P〇L[3]之外部端子PN4[3] ' 開關SC3[3]、外部端子PN5[3]而直接返回POL[l]之外部端 子PN4[1]。由此,如圖6之二相位時所示,透過P〇L[l]和 P〇L[2],能夠實現使用等間隔之相位差(180° )之二相位 動作。 《振盪電路區塊之詳細說明》 圖9係圖8之電源裝置之振盪電路區塊〇SC_BKb詳細結 構例之電路圖。圖9所示之OSC_BKb與圖4所示之振盪電路 區塊OSC_BKa相比,在結構上追加了開關SC2、SClOa、 SClOb。除此以外之結構由於與圖4之OSC_BKa相同,因此 略去詳細之說明。 SC2如圖8所述,在被驅動爲導通時,將恆定電流電路 ISa、ISb連接於時脈控制信號CT (電容Cct) 〇SCl〇a設置 在電源電壓V C IN與恆定電流源IS ’ a之間,S C 1 Ob在被驅動 爲導通時,將時脈信號CLK連接於η通道型MOS電晶體MN1 之閘極。SCI 0a、SCI Ob與上述SC2—同在賦能信號ΕΝ爲啓 動狀態時被驅動爲導通,爲非啓動狀態時被驅動爲斷開。 因此,當EN爲非啓動狀態時,隨著SC2之斷開,ISa、ISb 與CT (電容Cct)之連接被阻斷,並且隨著SClOa、SClOb -29- 201145786 之斷開,IS a、ISb中停止產生恆定電流。由此’在動作被 禁用之驅動單元中可降低消耗電力。另外’當scl〇a、 SClOb被驅動爲斷開時,通常,P通道型MOS電晶體MP11 及η通道型MOS電晶體MN12a、MN12b之汲極節點成爲高阻 抗狀態。這與斷開S C 2之情況等價’因此也可以視情況省 略SC2,而使SClOa、SClOb具有該功能。 《主要效果之說明》 以上,透過使用本實施方式2之電源裝置,具有代表 性地說明了能夠與實施方式1 —樣獲得易於更改相位數之 多相式電源裝置。而且,還能夠實現電源裝置之小型化或 多相動作之穏定化等。此外,除了實施方式1之效果以外 ’還能夠容易地實現多相之相位數之動態變更。即,在圖 8中’例如只要將賦能信號EN[1]、EN[2]、EN[3]全部設爲 啓動狀態,便能夠贲現三相位動作,只要將ΕΝ [3]變更爲 非啓動狀態,就能夠實現二相位動作,再將ΕΝ [2]也變更 爲非啓動狀態,就能夠實現一相位動作。因此,能夠動態 選擇與負載之消耗電流相應之最佳相位數,從而可提高電 力變更效率等。 〔實施方式3〕 《電源裝置整體之主要部分之詳細結構》 本實施方式3中,說明對實施方式2之圖8所述電源裝 置進一步追加功能之結構例。圖1〇係本發明實施方式3之
S -30- 201145786 «'源裝置主要部分之詳細結構例之電路方塊圖。圖丨0所示 之®源裝置與圖8之電源裝置相比較,在結構上,各驅動 單兀P〇L[n] ( η = 1〜3)內追加了外部端子PNllb[n]、 P N 1 2 [ η ]和賦能檢測電路e N D E T [ η ]。除此以外之結構由於 與圖8之電源裝置相同,因此略去詳細之說明。 《賦能檢測電路之詳細說明》 圖1 1係圖10之電源裝置之賦能檢測電路ENDET詳細結 構例之電路圖。圖1 1所示之賦能檢測電路ENDΕΤ包括:比 較器電路CMP_EN,前述比較器電路CMP_EN將上述通用 控制信號SHR作爲(一)輸入,且將來自外部端子PN12之 信號作爲(+ )輸入;以及反相器電路IV20,前述反相器 電路IV20將比較器電路CMP_EN輸出之反轉信號作爲賦能 信號EN進行輸出。CMP_EN之輸出經由外部端子PN1 lb輸 出至外部,並經由外部電阻R 1 1而返回輸入至PN 1 2。而且 ,在PN12與電源電壓VCIN之間連接有外部電阻R10,在 P N 1 2與接地電源電壓G N D之間連接有外部電阻R 1 2。 當使用上述結構例時,PN12之電壓位準在CMP_EN之 輸出爲‘H’位準(VCIN位準)時,由R10及R11之並聯電 阻與R12之電阻分壓所決定,在CMP_EN之輸出爲‘L’位 準(GND位準)時,由R10與R12及R11之並聯電阻之電阻 分壓所決定。即,CMP_EN具有遲滯比較器之功能。當 SHR之電壓位準較低時(即當CMP_EN之輸出爲‘H’位準 時),隨後SHR之電壓位準上升,在超過相對較高之間値 -31 - 201145786 電壓時,CMP_EN之輸出遷移至‘L’位準(EN爲‘H,位 準(啓動狀態))。而且,當SHR之電壓位準較高時(即 當CMP_EN之輸出爲‘L’位準時),隨後SHR之電壓位準 下降,在低於相對較低之閾値電壓時,CMP_EN之輸出遷 移至‘ H’位準(EN爲‘ L’位準(非啓動狀態))。 另一方面,通用控制信號S H R係規定如圖7前述流經 電晶體QH之電流(換言之即流經電感器L之電流)之峰値 電流之信號。Ρ 〇 L [ 1 ]進行環路控制,以使得流經電感器L 之電流之平均値等於負載L Ο D之消耗電流,因此L Ο D之消 耗電流越大,S H R之電壓位準就越高,L Ο D之消耗電流越 小,SHR之電壓位準就越低。即,可以根據SHR之電壓位 準來判別LOD之消耗電流,因此只要監控前述SHR之電壓 位準並自動切換相位數,就可提高電力轉換效率等。 因此,透過圖11之比較器電路CM Ρ_ΕΝ來監控前述 SHR之電壓位準,並控制賦能信號ΕΝ,便可自動切換上述 相位數。例如,對各P〇L[l]〜POL[3]之每一個適當調整如 圖11前述之電阻RIO、Rll、R12之値,使P〇L[l]、POL[2] 、POL[3]之EN[l]、EN[2]、EN[3]遷移至啓動狀態時之上 述相對較高之閩値電壓(即Ρ N 1 2之電壓位準)分別設爲 V1、V2、V3(V1<V2<V3)。由此,負載L O D之消耗電 流越大,越可自動增加相位數。另外,只要以始終啓用主 設備之動作爲前提,VI就能夠固定爲GND位準(0V )等, 從而也可以省略P〇L[l]中之圖11之R10〜R12。而且,上述 CMP_EN[1]〜CMP —EN[3]之遲滯特性係爲了防止EN隨著
S -32- 201145786 SHR之雜訊變動而出現切換而設置的。 《主要效果之說明》 以上,透過使用本實施方式3之電源裝置,具有代表 性地說明了能夠與實施方式2 —樣獲得易於更改相位數( 包括動態變更)之多相式電源裝置。而且,還能夠實現電 源裝置之小型化或多相動作之穩定化以及提高電力變更效 率等。此外,除了實施方式3之效果以外,也能夠自動進 行多相之相位數之動態變更。 〔實施方式4〕 《半導體裝置之電路結構》 本實施方式4中,說明構成實施方式3中所述之電源裝 置之各半導體裝置(驅動單元Ρ Ο L )更詳細之結構例。圖 12係本發明實施方式4之電源裝置中所含之半導體裝置( 驅動單元)之詳細結構例之方塊圖。如圖1 2所示,驅動單 元POL大致具有:高壓側之電晶體(功率電晶體)QH ;低 壓側之電晶體(功率電晶體)Q L ;以及各種控制電路’前 述各種控制電路爲由前述電晶體以外之電路群構成,並對 各電晶體進行控制。其中’ QH、QL例如爲η通道型 MOSFET。QH形成於高壓側用之半導體晶片HSCP內,QL 形成於低壓側用之半導體晶片L s C Ρ內’除此以外之各種控 制電路形成於控制用之半導體晶片(後述之CTLCP )內。 前述各半導體晶片如後前述’例如搭載於一個半導體封裝 -33- 201145786 內。 電晶體QH之閘極由驅動器電路DVh進行驅動’汲極連 接於提供輸入電源電壓VIN之外部端子PN 1,源極連接于 成爲開關信號SW之產生端子之外部端子(輸出端子)PN2 。QL之閘極由驅動器電路DV1驅動,汲極連接於PN2 ( SW ),源極連接於提供接地電源電壓PGND之外部端子PN3。 前述PN3(PGND)成爲QH、QL專用之端子,且與各種控 制電路等之接地電源電壓SGND隔離設置,以避免對其他 各種控制電路等造成開關雜訊之影釋。 啓動電流檢測電路ACS例如具有在半導體晶片HSCP內 構成電晶體QH和電流鏡電路之電晶體(設爲QH')。前述 電晶體(QH')例如由QH之1/N(N= 2 1 000等)之電晶體 尺寸構成,由此來檢測流經QH之電流Idh。由ACS檢測到 之電流(Idh/N )被輸入遮沒電路BK。BK將QH及QL之開 關期間設爲遮罩期間(例如設爲50ns等),除了前述期間 以外,將來自ACS之電流(Idh/N )提供給外部端子PN1 7 «在PN 1 7 ( CS )上,連接有電流/電壓轉換用之外部電阻 Res,由此,將來自ACS之電流(Idh/N )作爲電流檢測信 號CS而轉換成電壓。另外,在PN17CCS)上,連接有用 於實現穩定化之偏壓電流源IB1。 驅動器電路DVh基於來自控制邏輯電路LGC之控制來 驅動電晶體QH,驅動器電路DV1基於來自LGC經由“邏輯 和運算電路” Ο R 3 0之控制來驅動電晶體Q L。O R 3 0對二輸 入中之一方輸入來自LGC之控制信號,對二輸入中之另一
S -34- 201145786 方輸入過電壓檢測信號OVP。當OVP爲啓動狀態(輸出電 源節點V Ο爲過電壓狀態)時,經由Ο R 3 0,Q L被驅動爲導 通,由此,實現從過電壓狀態返回。從閂鎖電路LTo v輸出 OVP。LTov根據來自比較器電路CMP_〇V之‘H,位準信號 ,將OVP驅動成啓動狀態,並根據系統賦能信號S YSEN之 啓動狀態,將OVP驅動成非啓動狀態。CMP_OV在從外部 端子PN14輸入並成爲反映了輸出電源節點VO之電壓信號 之回饋信號FB大於規定之比較電壓VC2時,輸出‘H’位 準信號。 將內部電路動作用之電源電壓VC IN (例如爲5V等) 供給外部端子PN6。在PN6上連接有穩定電壓用之外部電 容C1或內部電源電壓檢測電路UVLOC。UVLOC在VCIN達 到規定之電壓位準時,啓動內部電源電壓檢測信號UVLO 。產生升壓電壓BOOT並將之作爲驅動器電路DVh之電源 電壓供給外部端子PN7。PN7 ( BOOT)與PN6 ( VCIN)之 間經由升壓開關BSC而連接,並且與外部端子(輸出端子 )PN2 ( SW )之間經由升壓用外部電容器Cb而連接。當電 晶體QH斷開時,經由BSC及PN7(BOOT)對前述Cb施加 電源電壓VCIN。之後,當QH導通時,透過前述Cb對傳遞 至PN2 ( SW )之輸入電源電壓VIN進行升壓後提供給DVh 。由此,DVh能夠產生QH之閾値以上之電壓。 將用於從外部啓用/禁用前述驅動單元之導通斷開信 號ONOF輸入到外部端子PN8。例如,在實施方式2之圖8所 示之電源裝置之情況下,只要將前述ON OF設爲賦能信號 -35- 201145786 ΕΝ即可。系統監控電路SV在導通斷開信號ON OF及賦能信 號EN均爲啓動狀態時,啓動系統賦能信號S Y S EN。在外部 端子PN 1 8上,連接有外部電阻Rir。圖中雖未示出,但 POL產生與前述Rir相應之基準電流IREF,並由各種內部電 路來使用。對於外部端子PN14,提供各種控制電路用之接 地電源電壓SGND。 在外部端子PN9、PN 10上,連接有實施方式3中之振 盪電路區塊〇SC_BK。PN9中產生時脈控制信號CT,並對 PN10傳輸時脈信號CLK。而且,在PN9與接地電源電壓 SGND之間,連接有η通道型MOS電晶體MN31。前述MN31 在上述過電壓檢測信號OVP爲啓動狀態時被驅動爲導通, 停止〇SC_BK之振盪動作。OSC_BK接收主從控制信號MS 和取代圖10前述之賦能信號ΕΝ之上述系統賦能信號SYS ΕΝ ,以控制上述內部之各開關。例如,爲了啓用實施方式3 中前述之相位之自動切換功能,來自ΡΝ8之導通斷開信號 ON OF被始終設爲啓動狀態,同時,SYSEN成爲與ΕΝ相應 之信號。另一方面,當想要從外部強制停止相位時,將對 應之ON OF設爲非啓動狀態,使SYSEN被驅動成非啓動狀 m 。 在外部端子PN4、PN5上,連接有實施方式3中前述相 位信號產生電路區塊PG_BK。對於PN4輸入相位輸入信號 PHI,從PN5輸出相位輸出信號PHO。PG_BK與振盪電路區 塊〇SC_BK同樣,取代圖10前述賦能信號EN而接收上述系 統賦能信號SYSEN,以控制上述內部之各開關。而且,
S -36- 201145786 PG_BK除了 PHO以外,還輸出重置信號RS及最大延遲信號 Μ X D。例如,R S在從Ρ Η Ο之上升沿算起經過5 0 n s後將被輸 出,MXD以與ΡΗΟ之上升沿相同之時序被輸出。 在外部端子Ρ Ν 1 1、Ρ Ν 1 2上’連接有後述之開關元件 SC_BK。ΡΝ11爲兼用作輸出來自誤差放大器電路ΕΑ之誤 差放大器信號Ε Ο、和輸出來自實施方式3中前述賦能檢測 電路ENDET之賦能信號ΕΝ之端子。ΡΝ12係兼用作對ΕΑ施 加外部基準電壓VREFI和設定實施方式3中前述ENDET之 遲滯特性(POS )之端子。ENDET具有實施方式3中前述比 較器電路CMP — EN。CMP — EN以經由SC_BK輸入並具有遲滯 特性之閩値電壓爲基準,判定透過外部端子ΡΝ 1 5獲取之通 用控制信號SHR,並輸出賦能信號ΕΝ。 向外部端子ΡΝ13輸入軟啓動控制信號SS。在ΡΝ13與 SGND之間,連接有η通道型MOS電晶體ΜΝ32,在經由“ 邏輯和運算電路” OR31且SYSEN爲非啓動狀態或UVLO爲 非啓動狀態時,ΜΝ 3 2被驅動爲導通。圖中雖未示出’但 在ΡΝ 1 3上例如連接有外部電容以及適合前述外部電容之充 電電路。因此,當SYSEN爲非啓動狀態(將前述POL設定 爲禁用之狀態)或UVLO爲非啓動狀態(電源電壓VCIN之 電壓不夠充分之狀態)時,連接於ΡΝ 1 3之外部電容成爲放 電狀態,隨後,s Y S Ε N或U V L Ο遷移至啓動狀態時開始外 部電容之充電動作。由此,ΡΝ 1 3獲得電壓位準逐漸上升之 SS 〇 誤差放大器電路EA對(-)輸入節點輸入來自外部端 -37- 201145786 子PN14之回饋信號FB,對三個(+)輸入節點分別輸入來 自PN12並經由SC_BK之VREFI、內部產生之基準電壓VREF 、上述軟啓動控制信號SS。EA將三個(+)輸入節點中之 最低電壓作爲基準來放大FB,並輸出誤差放大器信號EO 。前述EO被輸入集電極連接於VCIN之雙極電晶體Q10之基 極,並經由Q10之發射極而輸出至外部端子PN15。前述 PN15所獲得之信號成爲通用控制信號SHR。另外,Q10起 著二極體之作用。 SHR經過電阻Rl、R2之電阻分壓被施加至比較器電路 CMP_CS之(-)輸入節點。對於CMP_CS之(+)輸入節 點,經由電阻R3及偏置電壓源VOF輸入上述電流檢測信號 CS。在VOF與R3之連接節點上,連接有斜率補償電路區塊 SLPBK。SLPBK也經由外部端子PN16而連接於斜率補償用 之外部電容Csp。SLPBK爲了防止上述峰値電流方式可能 產生之所謂次諧波振盪,而對C S進行斜率補償。 比較器電路CMP_CS之輸出連接於“邏輯和運算電路 ” OR32之其中一個輸入節點。對於OR32之另一個輸入節 點,輸入來自上述相位信號產生電路區塊PG_BK之最大延 遲信號MXD。OR32之輸出連接於置位重設型閂鎖電路LTp 之置位元(S )輸入節點。對於LPp之復位(R )輸入節點 ,輸入來自上述PG_BK之重置信號RS。LTp從負極輸出節 點(/Q)輸出PWM信號PWM。另外,MXD係用於在pwm 之導通佔空比達到將近1 〇〇%時將PWM強制驅動爲斷開位 準之信號。
S -38- 201145786 控制邏輯電路LGC使用來自閂鎖電路LTp之PWM,並 經由驅動器電路DVh、DV1對電晶體QH、QL進行交換控制 。而且,對LGC輸入上述內部電源電壓檢測信號UVLO、 系統賦能信號SYSEN及過電流檢測信號OCP。OCP係基於 比較器電路CM P_OC以比較電壓VC1爲基準之電流檢測信 號CS之判定結果,而由過電流控制電路OCPCTL所產生。 LGC在UVLO爲非啓動狀態(電源電壓VCIN不夠充分之狀 態)、SYSEN爲非啓動狀態(將前述POL設定爲禁用之狀 態)、或Ο C P爲啓動狀態(電晶體Q Η中流過過剩之電流之 狀態)時,電晶體QH、QL均被驅動爲斷開。 而且,在外部端子ΡΝ 1 4 ( FB )上,連接有主從檢測 電路MSDET。MSDET具有比較器電路CMP_MS,CMP_MS 以比較電壓VC3爲基準來判定PN14之電壓位準,並輸出主 從控制信號MS。即,如圖10等所示,在主設備(POL[l] )之情況下’對PN14輸入回饋信號FB ’在從設備( POL[2]、P〇L[3])之情況下,PN14被固定爲‘ Η’位準( VCIN ( 5V等)位準)。如後前述,FB之電壓位準係對輸 出電源節點VO之電壓(例如1.2V等)進行電阻分壓後之値 。因此,例如只要將VC3設定爲比VCIN位準稍低之電壓( V C IN X 7 0 %等),便能夠判別是主設備還是從設備。 外部端子PN19上產生電源良好信號PGD。在PN1 9與接 地電源電壓SGND之間,連接有η通道型MOS電晶體MN30 "ΜΝ30透過“邏輯和運算電路” 〇R33之輸出來控制導通/ 斷開。對於OR3 3之其中一個輸入節點’輸入過電壓檢測信 -39- 201145786 號OVP。OR33之另一個輸入節點連接於比較器電路 CMP_PG之輸出。CMP_PG係以比較電壓VC4爲基準來判定 回饋信號F B之電壓位準’以檢測F B之電壓位準不會過低 之電路。因此,PGD在FB之電壓位準(即輸出電源節點 VO之電壓位準)處於適當(不過低也不過高)之範圍時 成爲啓動狀態(‘ Η ’位準)。 《開關元件週邊之詳細說明》 圖13 (a)係圖12之半導體裝置爲主設備時之開關元 件SC_BK週邊之詳細結構例之電路圖,圖13 ( b )係圖13 (a )中之賦能檢測電路ENDET及誤差放大器電路EA之狀 態之等價電路圖。圖14(a)係圖12之半導體裝置爲從設 備時之開關元件SC_BK週邊之詳細結構例之電路圖,圖1 4 (b )係圖14 ( a )中之賦能檢測電路ENDET及誤差放大器 電路EA之狀態之等價電路圖。 在圖13 ( a )中,開關元件SC_BK具有四個開關SC20 〜SC23。其中,SC20及SC21之一端連接於外部端子PN11 。S C 2 0之另一端連接於賦能檢測電路EN D E T中所含之比較 器電路CMP_EN之輸出。SC21之另一端連接於誤差放大器 電路EA之輸出。SC22及SC23之一端連接於外部端子PN12 。SC22之另一端連接於CMP_EN之(+)輸入節點。SC23 之另一端連接於EA之(+)輸入節點。SC21及SC23在主從 控制信號M S爲主側之電壓位準時被驅動爲導通,爲從側 之電壓位準時被驅動爲斷開。另一方面,SC20及SC2 2在
S -40- 201145786 MS爲從側之電壓位準時被驅動爲導通,爲主側之電壓位 準時被驅動爲斷開。圖1 3 ( a )係主設備(圖1 〇之P 〇 L [ 1 ] )之示例,因此SC21及SC23被驅動爲導通。 在外部端子P N 1 1與P N 1 4之間,從P N 1 1側開始依次串 聯連接有外部電阻R 1 3及外部電容C 2。R 1 3及C 2相當於圖 10之POL[l]中之環路補償電路LP。而且,在PN14與輸出 電源節點V Ο之間,連接有外部電阻R 1 4,在p N 1 4與接地電 源電壓GND之間,連接有外部電阻R15。R14及R15具有例 如爲數十至數百kQ且均相同之電阻値。 當使用上述結構例時,比較器電路CMP_EN及誤差放 大器電路E A成爲圖1 3 ( b )所示之等價狀態。即, CMP_EN之(+ )輸入節點成爲高阻抗(Hi-Z )狀態,此時 透過將(+ )輸入節點設爲GND位準,從CMP_EN始終輸出 ‘ L ’位準,經由反相器電路IV 2 0之反轉動作,賦能信號 EN始終成爲‘ Η ’位準(啓動狀態)。而且,誤差放大器 電路ΕΑ以基準電壓VREF (例如0.6V等)或來自ΡΝ12之外 部基準電壓VREFI爲對象,將以R14及R15對VO之電壓位 準進行電阻分壓後之値進行放大,並輸出誤差放大器信號 ΕΟ。 另一方面,在圖14(a)中,開關元件SC_BK之結構 與圖1 3 ( a )之情況相同,但是本例中爲從設備(圖1 〇之 POL[2]、POL[3])之示例,因此SC20及SC22被驅動爲導 通。而且,與圖1 3 ( a )之情況不同,在外部端子P N 1 1與 PN12之間連接有外部電阻R11,在PN12與電源電壓VCIN之 -41 - 201145786 間連接有外部電阻RIO,在PN12與GND之間連接有外部電 阻R 1 2。此外,在外部端子PN 1 4與VC IN之間連接有外部電 阻 R 1 6。 當使用上述結構例時,比較器電路CMP_EN及誤差放 大器電路E A成爲圖14 ( b )所示之等價狀態。即’ CMP — EN具有圖1 1中之遲滞比較器之功能’根據通用控制 信號SHR之電壓位準來控制賦能信號EN之啓動狀態/非啓 動狀態。而且,誤差放大器電路E A對(一)輸入節點輸入 電源電壓VCIN,因此以(+)輸入節點之VREF爲對象來進 行放大,其輸出被固定爲‘L’位準(大致爲〇V位準)。 因此,從設備中,圖1 2中之E A之輸出與外部端子PN 1 5中 之通用控制信號SHR透過電晶體Q10而被絕緣。 如上前述,當使用圖1 2之半導體裝置時’在將外部端 子PN11、PN12設爲在主設備與從設備時發揮不同功能之 兼用端子之狀態下,可獲得圖1 〇之電源裝置。由此,能夠 削減外部端子數,從而能夠實現電源裝置(半導體裝置) 之小型化等。另外,本例中,透過開關元件SC-BK ’將 PN11連接於CMP_EN之輸出或EA之輸出,將PN12連接於 CMP_EN之輸入或EA之輸入,但是可適當地進行組合變更 ,例如將PN11連接於CMP_EN之輸入或EA之輸出’將PN12 連接於CMP_EN之輸出或EA之輸入等。 《半導體裝置之封裝結構》 圖15係圖12之半導體裝置(驅動單元)P〇L5:槪略封
S -42- 201145786 裝結構例之平面圖。圖1 6 ( a )係圖1 5中X-X1間之結構例 之剖面圖,圖1 6 ( b )係圖1 5中Υ-Υ·間之結構例之剖面圖 〇 圖15所示之半導體裝置(驅動單元)POL例如具有四 側無引腳扁平封裝(QFN: Quad Flat Non-leaded package )型之面安裝型半導體封裝(密封體)PA。PA之材料例如 爲環氧類之樹脂等。PA具有:分別搭載半導體晶片之三個 晶片焊墊DP_HS、DP_LS、DP_CT ;導線配線LDB ;以及 成爲外部端子之多根導線LD。DP_HS、DP_LS、DP_CT、 LDB分別具有大致矩形之平面形狀。DP_HS與DP_LS在PA 內之平面區域之約2/3之區域內相互鄰接配置,DP_CT配置 在剩餘之約1/3之區域內。LDB配置在DP_LS之一邊和與其 接近並相向之PA上之一邊之間。 在晶片焊墊DP_HS、DP_LS、DP_CT之上表面,分別 經由鍍金屬層來搭載半導體晶片HSCP、LSCP、CTLCP。 如圖12前述,在半導體晶片HSCP上,形成高壓側之電晶 體(功率電晶體)QH、QH’,在半導體晶片LSCP上,形成 低壓側之電晶體(功率電晶體)QL,在半導體晶片CTLCP 上,形成除此以外之各種控制電路。本例中,LSCP之面積 被設計成比HSCP之面積大兩倍左右。例如,在將12V之輸 入電源電壓VIN轉換成1.2 V之輸出電源電壓時,使QL導通 之時間比使QH導通之時間長十倍左右。因此,透過增大 LSCP之面積,能夠降低導通電阻,並提高電源裝置之電力 效率。而且,各晶片焊墊DP_HS、DP_LS、DP_CT之下表 -43- 201145786 面從PA之背面露出(參照圖16 )。其中’ DP_LS之露出面 積最大,其次爲DP_HS之露出面積。由此’在降低QL之導 通電阻之同時,還能夠提高散熱性。 半導體晶片HSCP之背面具有汲極電極’表面具有源 極電極Shi〜Sh3和閘極電極Gh。由此’汲極電極與DP_HS 電連接。源極電極Shi〜Sh3分別透過HSCP之內部配線而 連接。而且,半導體晶片LSCP之背面具有汲極電極’表面 具有源極電極Sll、S12和閘極電極G1。前述汲極電極與 DP_LS電連接。源極電極Sll、S12分別透過LSCP之內部配 線而連接。而且,半導體晶片CTLCP之表面具有電極PDhl 、PDh2、PD11、PD12之複數個電極。CTLCP之背面與 DP_CT電連接。 在晶片焊墊DP_HS之週邊,配置成爲輸入電源電壓 VIN用之多根(本例中爲八根)導線(外部端子)LD和成 爲開關信號SW用之導線LD。其中’成爲VIN用之多根導線 LD係與DP_HS—體化而形成。因此,HSCP之汲極電極經 由DP_HS而與VIN用之導線LD電連接。在晶片焊墊DP_LS 之週邊,配置成爲SW用之多根(本例中爲七根)導線LD 。成爲前述SW用之多根導線LD係與DP_LS—體化而形成 。因此,LSCP之汲極電極經由DP_LS而與SW用之導線LD 電連接。在導線配線LDB之週邊,配置成爲接地電源電壓 PGND用之多根(本例中爲五根)導線LD。成爲前述PGND 用之多根導線LD係與LDB—體化而形成。 在晶片焊墊DP_CT之週邊,配置有成爲接地電源電壓
S -44 - 201145786 SGND用之多根(本例中爲三根)導線LD。成爲前述SGND 用之多根導線LD係與DP_CT—體化形成。因此,CTLCP之 背面經由DP — CT而與SGND用之導線LD電連接。此外,在 DP_CT之週邊,配置有十六根導線LD 〇這些導線分別如圖 12所示’分別爲BOOT用、CLK用、PHI用、PHO用、CT用 、CS 用、CSLP 用、VCIN 用、IREF 用、PGD 用、SHR 用、 EO/EN 用、VREFI/POS 用、FB 用、SS 用、ONOF用之導線 。這些導線LD分別經由鍍金屬層及接合線BW而連接於 CTLCP之表面所具有之規定電極。 圖15所示之封裝PA還具有兩個金屬板(導體板)MB 1 、Μ B 2。Μ B 1、Μ B 2例如由以銅(C u )爲代表之高導電性 及導熱性之金屬所形成。MB 1連接半導體晶片HSCP上所具 有之源極電極Shi與晶片焊墊DP_LS。由此,HSCP中電晶 體QH之源極連接於開關信號SW用之導線LD。MB2連接半 導體晶片LSCP上所具有之源極電極S11與導線配線LDB » 由此,LSCP中電晶體QL之源極連接於接地電源電壓PGND 用之導線LD。 半導體晶片HSCP上所具有之源極電極Sh3經由接合線 BW而連接于配置於上述DP_HS週邊之SW用之導線LD。 H S C P上所具有之閘極電極G h及源極電極S h2分別經由B W 而連接於半導體晶片CTLCP上所具有之電極PDhl及PDh2 。LSCP上所具有之閘極電極G1及源極電極S12分別經由BW 而連接於CTLCP上所具有之電極PD11及PD12。PDhl及 PDh 2相當於圖12中驅動器電路DVh之輸出節點及基準電壓 -45- 201145786 節點,PD11及PD12相當於圖12中驅動器電路DV1之輸出節 點及基準電壓節點。 而且,如圖16(a) ' (b)所示,在封裝pa背面露出 之導線LD之下表面及晶片焊墊DP_HS、DP_LS、DP_CT之 下表面上,形成有鍍金屬層10。鍍金屬層10爲焊錫層,係 封裝PA形成後形成之鍍金屬層。鍍金屬層10係爲了在配線 基板(PCB)上安裝POL時使與PCB之焊接變得容易而設 置的。半導體晶片HSCP經由鑛金屬層9a及黏合層11a而連 接在DP_HS之上表面上。半導體晶片LSCP經由鍍金屬層9b 及黏合層lla而連接在DP_LS之上表面上。半導體晶片 CTLCP經由鍍金屬層9d及黏合層11a而連接在DP_CT之上表 面上。 此外,HSCP、LSCP經由黏合層lib分別連接於金屬板 MB1、MB2。MB1經由黏合層11c及鍍金屬層9c而連接於 DP_LS上。而且,來自CTLCP之接合線BW經由鍍金屬層9f 而連接於導線LD。黏合層lla〜11c由焊錫形成。各晶片焊 墊DP_HS、DP_LS、DP_CT、導線配線LDB及導線LD例如 以銅(Cu)等金屬爲主材料而形成。各鍍金屬層9a、9b、 9c、9d、9f例如爲銀(Ag)鍍金屬層或金(Au)鍍金屬層 等。 如上所述,透過將複數個半導體晶片集成(封裝)到 一個半導體封裝內,除了能夠實現電源裝置之小型化以外 ,還可獲得因縮小配線寄生電感而實現高頻化、高效率化 。而且,透過使各晶片焊墊DP_HS、DP LS、DP CT之下
S -46 - 201145786 表面從封裝PA之背面作爲電極而露出,可使電極低電阻化 或提高散熱性。此外,使用兩個金屬板(導體板)MB 1、 MB2進行連接,與使用接合線Bw進行連接之情況相比, 可使前述連接部分低電阻化或提高散熱性。 《半導體裝置之設備結構》 圖1 7係圖1 2之半導體裝置中,形成有高壓側之電晶體 (功率電晶體)之半導體晶片H S C P設備結構例之剖面圖 。本例中以高壓側之電晶體QH (及QH')爲例,但對於低 壓側之電晶體QL之結構也同樣適用。電晶體qh ( QH')形 成在半導體基板21之主表面上,其中,半導體基板21具有 由η+型單晶矽等構成之基板本體21 a和由η-型矽單晶構成 之磊晶層21b。在前述磊晶層21b之主表面上,形成有例如 由氧化矽等構成之場絕緣膜(元件分隔區域)22。 由前述場絕緣膜22與其下層之P型阱PWL1圍成之啓動 區域內,形成有構成QH、QH’之複數個單位電晶體單元。 QH係透過使前述複數個單位電晶體單元並聯連接而形成 。另一方面,QH'例如爲透過將前述並聯連接之單位電晶 體單元之個數設爲QH之1 /2 1 000等而形成。各單位電晶體 單元例如由溝槽閘極結構之η通道型之功率MOS電晶體形 成。 基板本體2 1 a及磊晶層2 1 b具有作爲上述單位電晶體單 元之汲極區域之功能。在半導體基板2 1之背面’形成有汲 極電極用之背面電極BE。前述背面電極BE例如爲從半導 -47- 201145786 體基板2 1之背面依次層疊鈦(Ti )層、鎳(Ni )層及金( Au)層而形成。在圖16(a) 、(b)所示之POL中,前述 背面電極BE經由黏合層1 1 a而耦合並電連接於晶片焊墊 DP_HS (鍍金屬層9a )上。 而且,磊晶層21b中形成之p型半導體區域23具有作爲 上述單位電晶體單元之通道形成區域之功能。此外,前述 P型半導體區域23之上部所形成之n+型半導體區域24具有 作爲單位電晶體單元之源極區域之功能。而且,在半導體 基板21上,形成從其主表面朝向半導體基板21之厚度方向 延伸之溝25。溝25以以下方式形成,即,從n +型半導體區 域24之上表面貫穿n +型半導體區域24及p型半導體區域23 ,並在其下層之磊晶層21b中終止。在前述溝25之底面及 側面形成有例如由氧化矽構成之閘極絕緣膜26。 在溝25內,經由閘極絕緣膜26而埋入閘極電極27。閘 極電極2 7例如具有添加有η型雜質之多晶矽膜。閘極電極 2 7具有作爲上述單位電晶體單元之閘極電極之功能。而且 ,在場絕緣膜22上之一部分,還形成有由與閘極電極27爲 同一層之導電性膜構成之閘極引出用之配線部27a,閘極 電極27與閘極引出用之配線部27a係一體地形成並彼此電 連接。另外,在圖17之剖面圖未示出之區域中,閘極電極 27與閘極引出用之配線部27a—體地連接。閘極引出用之 配線部27a透過接觸孔29a而與閘極配線30G電連接,其中 ,前述接觸孔29a形成於覆蓋配線部27a之絕緣膜28。 另一方面,源極配線30S透過形成於絕緣膜28上之接
S -48- 201145786 觸孔29b而與源極用之n +型半導體區域24電連接。而且, 源極配線30S與p型半導體區域23之上部且與n +型半導體區 域24之相鄰形成之P +型半導體區域31電連接,並以此與溝 道形成用之P型半導體區域23電連接。閘極配線30G及源極 配線3 0 S可以透過下述方式形成,即在形成有接觸孔2 9 a、 2 9 b之絕緣膜2 8上’以埋入接觸孔2 9 a、2 9 b之方式形成金 屬膜(例如鋁膜),並對前述金屬膜進行圖案化。 閘極配線3 0G及源極配線3 0S被由聚醯亞胺樹脂等構成 之保護膜(絕緣膜)32所覆蓋。前述保護膜32係半導體晶 片HSCP之最上層之膜(絕緣膜)。在保護膜32之一部分 上,形成露出其下層之閘極配線30G或源極配線30S之一部 分之開口部33,從前述開口部33露出之閘極配線30G部分 係上述閘極電極Gh,從開口部33露出之源極配線30S部分 係上述源極電極Shi〜Sh3。如上前述,源極電極Shi〜Sh3 在最上層被保護膜32隔離,但透過源極配線30S而彼此電 連接。 在電極Gh、Shi〜Sh3之表面(即在開口部33之底部露 出之閘極配線30G部分及源極配線30S部分上),透過鍍金 屬法等形成金屬層3 4。金屬層3 4由閘極配線3 0 G或源極配 線30S上形成之金屬層34a和其上形成之金屬層34b之層疊 膜所形成。下層之金屬層34a例如由鎳(Ni )等構成,主 要具有抑制或防止底層之閘極配線30G或源極配線30S之鋁 發生氧化之功能。而且,其上層之金屬層34b例如由金( Au )構成,主要具有抑制或防止底層之金屬層34a之鎳發 -49- 201145786 生氧化之功能。 上述高壓側之功率Μ 0 S電晶體Q Η、Q Η ’中’位元電晶 體單元之動作電流在汲極用之磊晶層21b與源極用之η +型 半導體區域24之間,電流沿著閘極電極27之側面(即溝25 之側面)而在基板2 1之厚度方向上流動。即,通道沿著半 導體晶片HSCP之厚度方向而形成。如上前述,半導體晶 片HSCP係形成具有溝槽型閘極結構之縱型MOSFET (功率 MOSFET )之半導體晶片。本例中,所謂縱型MOSFET係 對應於源極/汲極間之電流在半導體基板(基板2 1 )之厚 度方向(與半導體基板之主表面大致垂直之方向)上流動 之 MOSFET。 《主要效果之說明》 以上,透過使用本實施方式4之電源裝置,具有代表 性地說明了能夠與實施方式3 —樣獲得易於更改相位數( 包括動態變更以及其自動變更)之多相式電源裝置。而且 ,還能夠實現電源裝置之小型化或多相動作之穩定化以及 提高電力變更效率等。此外,能夠以小型半導體裝置來實 現實施方式3之電源裝置之功能。 以上,利用實施方式對本申請發明人所完成之發明進 行了詳細之說明,但是,本發明並不受上述實施方式之限 制,本發明能夠在不脫離其要旨之範圍內作出各種變更。 《振盪電路區塊之變形例》 -50-
S 201145786 圖1 8係圖3之變形例’圖1 8 ( a ) 、 ( b )分別爲不同 結構例之電路方塊圖。在上述之圖3中,利用放電時間和 充電時間這兩者來生成時脈信號C LK,但是也可以視情況 而定’如圖1 8 ( a )所示,只利用放電時間或充電時間之 其中一方(圖18 (a)之示例中爲充電時間)來產生CLK 。與圖3之振盪電路區塊030_8尺8相比,圖18(3)所示之 振盪電路區塊〇SC_BKc在結構上具有如下不同,即:isb 及MN1被置換成η通道型MOS電晶體MN20,時脈信號產生 電路CKGa被置換成時脈信號產生電路CKGb,此外,在圖 1 8 ( a )所示之振盪電路區塊OSC_BKc中,還對MN 20之閘 極追加了開關SC40。 CKGb在時脈控制信號CT之電壓位準超過高電位側閩 値電壓Vh時,輸出具有規定脈衝寬度Tw之單觸發‘ H’脈 衝信號作爲時脈信號C LK,並且輸出具有規定脈衝寬度之 單觸發‘ H’脈衝信號作爲放電信號DIS。前述DIS在開關 SC40導通時被施加至MN20之閘極。SC40根據主從控制信 號MS,在主設備之情況下被驅動爲導通,在從設備之情 況下被驅動爲斷開。 因此,如圖18 ( a )所示,在將兩個OSC_BKc[l]、 〇SC_BKc[2]連接於電容Cct時,以2xla來對Cct進行充電動 作,當Cct之電壓位準達到Vh時,Cct之電荷透過 〇SC_BKc[l]內之MN20[1]瞬間放電後,再次進行充電動作 。當振盪電路區塊〇SC_BKc之連接數爲η時,充電電流達 到nxla,與此相應,CLK之頻率也增加了 η倍。但是,如前 -51 - 201145786 前述之結構例中,由於電容c ct之放電動作,有可能導致 無法對與振盪電路區塊之連接數相應之CLK頻率進行精度 良好之調整。而且,CLKL之佔空比會根據振盪電路區塊之 連接數而發生變化。從此觀點出發,如圖3所示,同時採 用放電時間和充電時間這兩者之方式者爲佳。 而且,在圖3中,採用了在接地電源電壓G N D側之恆 定電流路徑上設置切換開關(η通道型MOS電晶體MN1 ) 之結構,但是也可以如圖1 8 ( b )所示,採用在電源電壓 VCIN側之恆定電流路徑上設置切換開關(p通道型MOS電 晶體MP 1 )之結構來代替圖3之結構。此時,與圖3之結構 例相反,在VC IN側設置恆定電流電路ISb,在接地電源電 壓G N D側設置恆定電流電路I S a。並且,透過時脈信號C LK 來控制VCIN側所設之MP1之導通/斷開。此外,還可以考 慮下述結構:結合圖3與圖1 8 ( b )之結構,在電源電壓 VC IN側和接地電源電壓GND側這兩側設置切換開關,並且 在恆定電流電路中流過相同之電流,從而排他性地控制前 述切換開關。
但是’上述結構中,需要具有p通道型MOS電晶體。 通常’ η通道型MOS電晶體之導通電阻要小於p通道型MOS 電晶體’因此爲了實現小面積化或高精度化,圖3所示之 結構者爲佳。 而且’例如在圖3所示之各振盪電路區塊〇SC_BKa中 ,也可以考慮下述控制方式,即:將恆定電流電路I S a、 Isb作爲可變電流電路’只在主設備上連接電容Cct,並根 -52-
S 201145786 據相位數來使ISa、ISb之電流la、lb設爲n倍。但是,此時 ’必須對主設備設定相位數之資訊,或者因在各半導體裝 置中搭載可變電流電路而導致半導體裝置大型化。從此觀 點出發,圖3所不之結構者爲佳。 【圖式簡單說明】 圖1係本發明實施方式1之電源裝置之槪略結構一例之 方塊圖。 圖2係圖1之電源裝置主要部分之詳細結構例之電路方 塊圖。 圖3係圖2之電源裝置之振盪電路區塊之詳細結構例之 電路方塊圖。 圖4係圖3之振盪電路區塊更詳細之結構例之電路圖。 圖5係圖2之電源裝置之相位信號產生電路之詳細內容 ,圖5 ( a )係該結構例之電路方塊圖,圖5 ( b )係圖5 ( a )之動作例之波形圖。 圖6係圖2之電源裝置中,變更相位數時之時脈信號、 相位輸入信號及相位輸出信號之動作例之波形圖。 圖7係圖2之電源裝置中,三相位動作時各驅動單元之 詳細動作例之波形圖。 圖8係本發明實施方式2之電源裝置主要部分之詳細結 構例之電路方塊圖。 圖9係圖8之電源裝置之振盪電路區塊之詳細結構例之 電路圖。 -53- 201145786 圖1 0係本發明贸施方式3之電源裝置主要部分之詳細 結構例之電路方塊圖。 圖1 1係圖1 0之電源裝置之賦能檢測電路之詳細結構例 之電路圖。 圖12係本發明贲施方式4之電源裝置中所含之半導體 裝置(驅動單元)之詳細結構例之方塊圖。 圖13 (a)係圖12之半導體裝置爲主設備時之開關元 件週邊之詳細結構例之電路圖,圖13(b)係圖13 (a)中 之賦能檢測電路及誤差放大器電路之狀態之等價電路圖。 圖1 4 ( a )係圖1 2之半導體裝置爲從設備時之開關元 件週邊之詳細結構例之電路圖,圖1 4 ( b )係圖1 4 ( a )中 之陚能檢測電路及誤差放大器電路之狀態之等價電路圖。 圖1 5係圖1 2之半導體裝置(驅動單元)之槪略封裝結 構例之平面圖。 圖1 6 ( a )係圖1 5中X-X'間之結構例之剖面圖,圖1 6 (b )係圖1 5中Υ-Y'間之結構例之剖面圖。 圖17係圖12之半導體裝置中,形成有高壓側電晶體( 功率電晶體)之半導體晶片之設備結構例之剖面圖。 圖1 8係圖3之變形例,圖1 8 ( a )、( b )係不同結構 例之電路方塊圖。 圖1 9係作爲本發明之前提所硏究之電源裝置,圖1 9 ( a )係其槪略結構例之方塊圖,圖1 9 ( b )係圖1 9 ( a )之 動作例之波形圖。 圖2 0係作爲本發明之前提所硏究之另一電源裝置,圖
S -54- 201145786 20(a)係其槪略結構例之方塊圖,圖2 0 ( b )係圖2 0 ( a )之動作例之波形圖。 【主要元件符號說明】 1 〇 :鍍金屬層 11 :黏合層 2 1 :半導體基板 22 :場絕緣膜 23、24、3 1 :半導體區域 25 :溝 26 :閘極絕緣膜 2 7 :閘極電極 2 8 :絕緣膜 29 :接觸孔 3 0 G :聞極配線 3 0 S :源極配線 3 2 :保護膜 3 3 :開口部 34 :金屬層 9 ·‘鏟金屬層 ACS :啓動電流檢測電路 AD :邏輯積運算電路 B E :背面電極 BK :遮沒電路(blanking circuit) -55- 201145786 B S C :升壓開關 BW :接合線 C :電容 CKG :時脈信號產生電路 CLK :時脈信號 CMP :比較器電路 C S :電流檢測信號 CT :時脈控制信號 CTLU :控制單元 D :二極體 DP_HS 、 DP—LS 、 DP—CT :晶片焊墊 DV :驅動器電路 EA :誤差放大器電路 EN :賦能信號 ENDET : ® fg ^ flj Μ ^ FB :回饋信號 GND、SGND、PGND:接地電源電壓 G h、G1 :閘極電極 HSCP、LSCP、CTLCP:半導體晶片 I B :偏壓電流源 I S :恆定電流電路 IS’ :恆定電流源 IV :反相器電路 L :電感器
-56- 201145786 LD :導線 LDB :導線配線 LGC :控制邏輯電路 LOD :負載 LP :環路補償電路 LT :閂鎖電路 MB :金屬板 MN : η通道型MOS電晶體 MP : ρ通道型MOS電晶體 MS :主從控制信號 MSDET :主從檢測電路 OCP :過電流檢測信號 Ο C P C T L :過電流控制電路 OPG :單擊脈衝產生電路 OR :邏輯和運算電路 〇 S C :振盪電路 〇SC_BK :振盪電路區塊 OVP :過電壓檢測信號 PA :半導體封裝 PD :電極 PG :相位信號產生電路 PG_BK :相位信號產生電路區塊 Ρ Η I :相位輸入信號 Ρ Η Ο :相位輸出信號 -57- 201145786 PN :外部端子 POL :驅動單元 P W L : p型阱 P W M : P W Μ 信號 PWMCTL : PWM信號控制電路 Q :電晶體 Q Η、Q L :電晶體 R :電阻 R S :重置信號 s C :開關 SC — BK :開關區塊 SHR :通用控制信號 SLPBK :斜率補償電路區塊 S V :系統監控電路 SW :開關信號 SYSEN :系統賦能信號 S h、S 1 :源極電極 UVLO :內部電源電壓檢測信號 UVLOC :內部電源電壓檢測電路 VCIN :電源電壓 V IN :輸入電源電壓 V Ο :輸出電源節點 VOF :偏置電壓源
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Claims (1)

  1. 201145786 七、申請專利範圍: 1. 一種半導體裝置,其特徵在於具有: 第一電晶體及第二電晶體,前述第一電晶體及第二電 晶體分別構成DC/DC轉換器之高壓側電晶體及低壓側電晶 體; 第一節點; 充放電電路,前述充放電電路對前述第一節點進行充 放電’並具有規定充電速度或放電速度之恆定電流源以及 切換充電與放電之切換開關; 時脈信號產生電路’前述時脈信號產生電路利用判定 前述第一節點之電壓位準以產生第一時脈信號; 第二節點,前述第二節點傳輸通用時脈信號; 第一開關,前述第一開關在被驅動爲導通時連接前述 時脈信號產生電路與前述第二節點,並將前述第一時脈信 號作爲前述通用時脈信號進行傳輸; 第三節點,前述第三節點輸入脈衝輸入信號; 第四節點,前述第四節點輸出脈衝輸出信號; 脈衝信號產生電路,前述脈衝信號產生電路產生使前 述脈衝輸入信號以前述通用時脈信號之規定之週期量延遲 之延遲脈衝信號,並將前述延遲脈衝信號作爲前述脈衝輸 出信號進行傳輸;以及 P W Μ控制電路,前述P W Μ控制電路以前述脈衝輸入信 號或前述脈衝輸出信號爲起點,藉由P W Μ信號切換控制前 述第一及第二電晶體。 -59- 201145786 2 ·如專利申請範圍第1項所記載之半導體裝置,其中 前述充放電電路具備有: 第一恆定電流源’前述第一恆定電流源設置在前述第 —節點與高電位側電源電壓之間;以及 切換開關及第二恆定電流源,前述切換開關及第二恆 定電流源串聯設置在前述第一節點與低電位側電源電壓之 間; 前述切換開關藉由前述通用時脈信號來控制導通或斷 開; 前述時脈信號產生電路在前述第一節點之電壓位準達 到高電位側閾値電壓與低電位側閾値電壓時分別使輸出電 壓位準發生遷移,從而產生前述第一時脈信號。 3 .如專利申請範圍第1項所記載之半導體裝置,其中 還具有: 第二開關’前述第二開關在被驅動爲導通時將前述充 放電電路連接到前述第一節點;以及 選擇切換電路’前述選擇切換電路選擇將前述脈衝輸 入信號作爲前述脈衝輸出信號進行傳輸,還是將前述延遲 脈衝信號作爲前述脈衝輸出信號進行傳輸。 4.如專利申請範圍第3項所記載之半導體裝置,其中 前述第一及第二電晶體經由外部電感器對外部負載提 供電源: S -60- 201145786 前述PWM控制電路以前述脈衝輸入信號或前述脈衝輸 出信號爲起點,分別控制前述第一電晶體之導通及前述第 二電晶體之斷開,當流經前述第一電晶體之電流達到反映 了針對前述外部負載之電源檢測結果之判定位準時,分別 控制前述第一電晶體之斷開及前述第二電晶體之導通。 5. 如專利申請範圍第4項所記載之半導體裝置,其中 還具備: 檢測前述判定位準之大小來控制賦能信號之啓動與非 啓動之賦能檢測電路; 當前述賦能信號爲啓動狀態時,控制前述第二開關爲 導通,前述選擇切換電路將前述延遲脈衝信號作爲前述脈 衝輸出信號進行傳輸;當前述賦能信號爲非啓動狀態時’ 控制前述第二開關爲斷開,前述選擇切換電路將前述脈衝 輸入信號作爲前述脈衝輸出信號進行傳輸。 6. 如專利申請範圍第1項所記載之半導體裝置,其中 前述第一至第四節點係外部端子; 前述半導體裝置被搭載於一個半導體封裝內。 7. —種半導體裝置,其特徵在於, 具備= 第一電晶體及第二電晶體,前述第一電晶體及第二電 晶體分別構成DC/DC轉換器之高壓側電晶體及低壓側電晶 體,並向外部負載提供電源; 第一節點; -61 - 201145786 充放電電路,前述充放電電路對前述第一節點進行充 放電,並具有規定充電速度或放電速度之恆定電流源以及 切換充電與放電之切換開關; 時脈信號產生電路,前述時脈信號產生電路利用判定 前述第一節點之電壓位準以產生第一時脈信號; 第二節點,前述第二節點傳輸通用時脈信號; 第一開關,前述第一開關在被驅動爲導通時連接前述 時脈信號產生電路與前述第二節點,並將前述第一時脈信 號作爲前述通用時脈信號進行傳輸; 第三節點,前述第三節點中輸入脈衝輸入信號; 第四節點,前述第四節點輸出脈衝輸出信號; 脈衝信號產生電路,前述脈衝信號產生電路產生使前 述脈衝輸入信號以前述通用時脈信號之規定之週期量延遲 之延遲脈衝信號,並將前述延遲脈衝信號作爲前述脈衝輸 出信號進行傳輸;以及 PWM控制電路,前述PWM控制電路藉由PWM信號切 換控制前述第一及第二電晶體; 前述PWM控制電路具有: 第五節點,前述第五節點成爲前述外部負載之電源電 壓之檢測節點; 誤差放大器電路,前述誤差放大器電路以基準電壓位 準爲基準以放大前述第五節點之電壓位準,並輸出誤差放 大器信號: 第六節點,前述第六節點傳輸判定電壓位準; -62- S 201145786 導通控制電路,前述導通控制電路控制前述誤差放大 器電路之輸出節點與前述第六節點之導通與非導通; 電流檢測電路,前述電流檢測電路檢測流經前述第一 電晶體之電流,並產生將前述電流轉換爲電壓後之電流檢 測信號; 第一比較器電路,前述第~比較器電路在前述電流檢 測信號達到前述判定電壓位準時輸出第一信號;以及 閂鎖電路,前述閂鎖電路以前述脈衝輸入信號或前述 脈衝輸出信號爲起點,使PWM信號遷移至導通位準,並以 前述第一信號爲起點,使前述PWM信號遷移至斷開位準; 當前述PWM信號爲導通位準時,分別控制前述第一電 晶體爲導通及前述第二電晶體爲斷開;當前述PWM信號爲 斷開位準時,分別控制前述第一電晶體爲斷開及前述第二 電晶體爲導通。 8.如專利申請範圍第7項所記載之半導體裝置,其中 更具有主從檢測電路,前述主從檢測電路在前述第五 節點之電壓位準大於第一電壓位準時輸出從信號,小於前 述第一電壓位準時輸出主信號; 前述第五節點耦合於前述外部負載之電源節點,或者 被施加比前述第一電壓位準大之固定電壓; 前述第一開關接收前述主信號而被驅動爲導通,接收 前述從信號而被驅動爲斷開。 9 ·如專利申請範圍第7項所記載之半導體裝置,其中 -63- 201145786 更具有: 第二開關’前述第二開關在被驅動爲導通時將前述充 放電電路連接於前述第一節點;以及 第一選擇切換電路’前述第一選擇切換電路選擇將前 述脈衝輸入信號作爲前述脈衝輸出信號進行傳輸,還是將 前述延遲脈衝信號作爲前述脈衝輸出信號進行傳輸; 則述第一開關在賦能信號爲啓動狀態時被驅動爲導通 、爲非啓動狀態時被驅動爲斷開; 前述第一選擇切換電路在前述賦能信號爲啓動狀態時 將前述延遲脈衝信號作爲前述脈衝輸出信號進行傳輸,爲 非啓動狀態時將前述脈衝輸入信號作爲前述脈衝輸出信號 進ίτ傳輸。 10.如專利申請範圍第9項所記載之半導體裝置,其 中更具有: 賦能檢測電路’前述賦能檢測電路藉由滯後比較器來 判定前述第六節點之前述判定電壓位準之大小,並根據判 定結果將前述賦能信號控制爲啓動與非啓動。 1 1 _如專利申請範圍第1 0項所記載之半導體裝置,其 中, 更具備有: 第七節點;以及 第二選擇切換電路,前述第二選擇切換電路選擇將前 述第七節點連接於前述誤差放大器電路之輸出節點還是連 S -64 - 201145786 接於前述滯後比較器; 前述滯後比較器之遲滞特性能夠藉由連接於前述第七 節點之外部元件以可以可變設定。 12. 如專利申請範圍第7項所記載之半導體裝置,其 中, 前述第一至第六節點爲外部端子; 前述半導體裝置被搭載於一個半導體封裝內。 13. —種電源裝置,其特徵在於: 具備: 第一至第m(m爲二以上之整數)半導體裝置; 第一至第m電感器,前述第一至第m電感器之一端共 同連接於輸出電源節點;以及 外部電容; 前述第一半導體裝置包括第一充放電端子、第一時脈 端子、第一輸出端子、第一脈衝輸入端子以及第一脈衝輸 出端子; 前述第m半導體裝置包括第m充放電端子、第m時脈端 子、第m輸出端子、第m脈衝輸入端子以及第m脈衝輸出端 子; 前述第一至第m充放電端子共同連接於前述外部電容 之一端; 前述第一至第m時脈端子共同連接並且傳輸通用時脈 信號; 前述第一至第m輸出端子分別連接於前述第一至第m -65- 201145786 電感器之另一端; 前述第一脈衝輸入端子連接於前述第m脈衝輸出端子 » 第k ( k爲滿足( m-1 )之整數)脈衝輸出端子依 次連接於第(k+Ι )脈衝輸入端子; 前述第一半導體裝置更具備: 第一高壓側電晶體,前述第一高壓側電晶體之一端連 接於前述第一輸出端子: 第一低壓側電晶體,前述第一低壓側電晶體之一端連 接於前述第一輸出端子; 第一充放電電路,前述第一充放電電路對前述第一充 放電端子進行充放電,並包含了規定充電速度或放電速度 之第一恆定電流源以及切換充電與放電之第一切換開關; 第一時脈信號產生電路,前述第一時脈信號產生電路 利用判定前述第一充放電端子之電壓位準以產生第一時脈 信號; 第一時脈開關,前述第一時脈開關在被驅動爲導通時 ,連接前述第一時脈信號產生電路與前述第一時脈端子; 第一脈衝信號產生電路,前述第一脈衝信號產生電路 產生使從前述第一脈衝輸入端子輸入之第一脈衝輸入信號 以前述通用時脈信號之規定之週期量延遲之第一脈衝輸出 信號,並將前述第一脈衝輸出信號傳輸至前述第一脈衝輸 出端子;以及 第一 PWM控制電路,前述第一 PWM控制電路以前述第 S -66- 201145786 一脈衝輸入信號或前述第一脈衝輸出信號爲起點,藉由第 一 PWM信號切換控制前述第一高壓側電晶體及前述第一低 壓側電晶體; 前述第m半導體裝置更具備: 第m高壓側電晶體,前述第m高壓側電晶體之一端連 接於前述第m輸出端子; 第m低壓側電晶體’前述第m低壓側電晶體之一端連 接於前述第m輸出端子; 第m充放電電路’前述第m充放電電路對前述第m充放 電端子進行充放電’並包含規定充電速度或放電速度之第 m恆定電流源以及切換充電與放電之第m切換開關; 第m時脈信號產生電路’前述第m時脈信號產生電路 利用判定前述第m充放電端子之電壓位準以產生第ra時脈 信號; 第m時脈開關’前述第m時脈開關在被驅動爲導通時 ,連接前述第m時脈信號產生電路與前述第m時脈端子; 第m脈衝信號產生電路,前述第m脈衝信號產生電路 產生使從前述第m脈衝輸入端子輸入之第m脈衝輸入信號 以前述通用時脈信號之規定之週期量延遲之第m脈衝輸出 仏號’並將則述第m脈衝輸出信號傳輸至前述第m脈衝輸 出端子;以及 第m PWM控制電路,前述第m PWM控制電路以前述第 m脈衝輸入信號或前述第m脈衝輸出信號爲起點,藉由第m PWM信號切換控制前述第!^高壓側電晶體及前述第m低壓 -67- 201145786 側電晶體; 利用前述第一時脈開關被驅動爲導通,前述第m時脈 開關被驅動爲斷開,從而將前述第一時脈信號作爲前述通 用時脈信號進行傳輸; 前述第一至第m®定電流源之電流値均相等。 14.如專利申請範圍第1 3項所記載之電源裝置,其中 前述第一充放電電路具備: 第一高電位側恆定電流源,前述第一高電位側恆定電 流源設置在前述第一充放電端子與高電位側電源電壓之間 :以及 前述第一切換開關及第一低電位側恆定電流源,前述 第一切換開關及第一低電位側恆定電流源串聯設置在前述 第一充放電端子與低電位側電源電壓之間; 前述第一切換開關藉由前述通用時脈信號來控制導通 或斷開; 前述第m充放電電路具備: 第m高電位側恆定電流源,前述第m高電位側恆定電 流源設置在前述第m充放電端子與高電位側電源電壓之間 :以及 前述第m切換開關及第m低電位側恆定電流源,前述 第m切換開關及第„1低電位側恆定電流源串聯設置在前述 第m充放電端子與低電位側電源電壓之間; 前述第m切換開關藉由前述通用時脈信號來控制導通 S -68- 201145786 或斷開。 15.如專利申請範圍第1 3項所記載之電源裝置,其中 前述第一半導體裝置更具備: 第一時脈控制開關,前述第一時脈控制開關在第一賦 能信號爲啓動狀態時,將前述第一充放電電路連接於前述 第一充放電端子;以及 第一脈衝選擇切換電路,前述第一脈衝選擇切換電路 在前述第一賦能信號爲啓動狀態時,將來自前述第一脈衝 信號產生電路之前述第一脈衝輸出信號傳輸至前述第一脈 衝輸出端子,並在前述第一賦能信號爲非啓動狀態時,將 前述第一脈衝輸入信號傳輸至前述第一脈衝輸出端子; 前述第m半導體裝置更具備: 第m時脈控制開關,前述第m時脈控制開關在第m賦能 信號爲啓動狀態時,將前述第m充放電電路連接於前述第 m充放電端子;以及 第m脈衝選擇切換電路,前述第m脈衝選擇切換電路 在前述第m賦能信號爲啓動狀態時,將來自前述第m脈衝 信號產生電路之前述第m脈衝輸出信號傳輸至前述第m脈 衝輸出端子,在前述第m賦能信號爲非啓動狀態時,將前 述第m脈衝輸入信號傳輸至前述第m脈衝輸出端子。 1 6 .如專利申請範圍第1 5項所記載之電源裝置,其中 前述第一半導體裝置還包括:第一判定位準端子及第 -69- 201145786 一回饋端子: 前述第m半替體裝置還包括:第m判定位準端子及第m 回饋端子; 前述第一至第m判定位準端子共同連接並且傳輸通用 判定電壓位準; 前述第一回饋端子耦合於前述輸出電源節點; 對前述第m回饋端子施加規定之固定電壓; 前述第一PWM控制電路具備: 第一誤差放大器電路,前述第一誤差放大器電路檢測 前述第一回饋端子之電壓位準,並輸出反映了檢測結果之 第一判定電壓位準; 第一等通控制電路,前述第一導通控制電路控制前述 第一誤差放大器電路之輸出節點與前述第一判定位準端子 之導通與非導通; 第一電流檢測電路,前述第一電流檢測電路檢測流經 前述第一高壓側電晶體之電流,並產生將前述電流轉換爲 電壓後之第一電流檢測信號; 第一比較器電路,前述第一比較器電路在前述第一電 流檢測信號達到前述通用判定電壓位準時輸出第一信號; 以及 第一閂鎖電路,前述第一閂鎖電路以前述第一脈衝輸 入信號或前述第一脈衝輸出信號爲起點,使前述第一 P W Μ 信號遷移至導通位準,並以前述第一信號爲起點,使前述 第一 PWM信號遷移至斷開位準; S -70- 201145786 前述第m PWM控制電路具備: 第m誤差放大器電路,前述第m誤差放大器電路檢測 前述第m回饋端子之電壓位準,並輸出反映了前述檢測結 果之第m判定電壓位準; 第m導通控制電路,前述第m導通控制電路控制前述 第m誤差放大器電路之輸出節點與前述第m判定位準端子 之導通與非導通; 第m電流檢測電路,前述第m電流檢測電路檢測流經 前述第m高壓側電晶體之電流,並產生將前述電流轉換爲 電壓後之第m電流檢測信號; 第m比較器電路,前述第!!!比較器電路在前述第m電流 檢測信號達到前述通用判定電壓位準時輸出第⑴信號:以 及 第m閂鎖電路,前述第m閂鎖電路以前述第⑺脈衝輸入 信號或前述第m脈衝輸出信號爲起點,使前述第m PWM信 號遷移至導通位準’並以前述第m信號爲起點,使前述第 m PWM信號遷移至斷開位準; 前述第一導通控制電路被控制成爲導通狀態; 前述第m導通控制電路被控制成爲非導通狀態。 17.如專利申請範圍第1 6項所記載之電源裝置,其中 前述第一半導體裝置更具有:第一賦能檢測電路,前 述第一賦能檢測電路藉由第一滯後比較器以判定前述通用 判定電壓位準之大小’並根據判定結果來控制前述第一賦 -71 - 201145786 能信號之啓動與非啓動; 前述第m半導體裝置更具有:第m賦能檢測電 述第m賦能檢測電路藉由第m滯後比較器以判定前 判定電壓位準之大小,並根據判定結果來控制前述 能信號之啓動與非啓動。 路,前 述通用 第m賦 S -72-
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