驅(qū)動電路、半導(dǎo)體集成電路和驅(qū)動電路的控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了驅(qū)動電路、半導(dǎo)體集成電路和驅(qū)動電路的控制方法。驅(qū)動電路包括串聯(lián)連接到第一開關(guān)元件的源極的第二開關(guān)元件，所述第二開關(guān)元件在所述第一開關(guān)元件接通時接通，而在所述第一開關(guān)元件關(guān)斷時關(guān)斷。該驅(qū)動電路包括導(dǎo)電元件，該導(dǎo)電元件設(shè)置在電力線與所述第二開關(guān)元件的漏極之間，并且根據(jù)使所述第二開關(guān)元件關(guān)斷的信號來將所述第二開關(guān)元件的漏極連接至所述電力線。
【專利說明】驅(qū)動電路、半導(dǎo)體集成電路和驅(qū)動電路的控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本文中所討論的實施例涉及驅(qū)動電路、半導(dǎo)體集成電路和驅(qū)動電路的控制方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 化合物半導(dǎo)體包括諸如氮化鎵（GaN)的III-V族化合物半導(dǎo)體以及諸如SiC的 IV-IV族化合物半導(dǎo)體。使用化合物半導(dǎo)體的開關(guān)元件包括常開型（normally-on-type)開 關(guān)，在常開型開關(guān)中，當(dāng)未施加負(fù)柵極電壓時漏極電流流動，而當(dāng)施加負(fù)柵極電壓時漏極電 流被中斷。
[0003] 在使用具有負(fù)閾值電壓的場效應(yīng)晶體管（FET)的反相放大器中，反相放大器電路 由具有負(fù)閾值電壓的FET和具有正閾值電壓的FET形成為串聯(lián)電路。在反相放大器電路中， 正閾值電壓FET連接至負(fù)閾值電壓FET的低電壓側(cè)，并且兩個FET都通過增大至各個FET 柵極的輸入電壓而接通。通過將輸入電壓設(shè)置為0V，正閾值電壓FET關(guān)斷。由此進行了配 置，使得根據(jù)均壓電阻器，負(fù)閾值電壓FET的源極的電勢增大，并且負(fù)閾值電壓FET關(guān)斷。
[0004] 化合物半導(dǎo)體裝置共源共柵（cascode)連接到常開型開關(guān)元件和常關(guān)型 (normally-off)開關(guān)元件。在化合物半導(dǎo)體裝置中，常開型開關(guān)元件的柵極連接到常關(guān)型 開關(guān)元件的源極，并且根據(jù)來自常關(guān)型開關(guān)元件的柵極信號對化合物半導(dǎo)體裝置進行常關(guān) 驅(qū)動。
[0005] 使用高電壓電源開關(guān)的開關(guān)元件(諸如，被稱為功率晶體管的開關(guān)元件）形成在特 定封裝件中。形成在封裝件中的引線例如連接至板。在諸如引線的布線中存在顯著的寄生 電感。因此，在常開型開關(guān)元件的驅(qū)動電路中，當(dāng)常關(guān)型開關(guān)元件關(guān)斷時，在常關(guān)型開關(guān)元 件的漏極-源極兩端可能生成過電勢（overpotential)。
[0006] 在化合物半導(dǎo)體裝置中，在常關(guān)型開關(guān)元件的漏極-柵極兩端或者漏極-源極兩 端，設(shè)置了使用齊納二極管或電容器的電壓箝位機構(gòu)。
[0007] [相關(guān)專利文獻]
[0008] 日本專利申請公開10-276076
[0009] 日本專利申請公開2006-324839
[0010] 然而，通過使用諸如齊納二極管的機構(gòu)來進行電壓箝位并消耗來自過電勢的電 力，抑制了過電勢。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本文中所述的技術(shù)的一個方面在于實現(xiàn)對在驅(qū)動大容量開關(guān)元件時所生成的過 電勢的有效抑制。
[0012] 根據(jù)實施例的一方面，一種驅(qū)動電路包括：串聯(lián)連接到第一開關(guān)元件的源極的第 二開關(guān)元件，所述第二開關(guān)元件在所述第一開關(guān)元件接通時接通，而在所述第一開關(guān)元件 關(guān)斷時關(guān)斷；以及導(dǎo)電元件，其設(shè)置在電力線與所述第二開關(guān)元件的漏極之間，并且根據(jù)使 所述第二開關(guān)元件關(guān)斷的信號來將所述第二開關(guān)元件的漏極連接至所述電力線。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013] 圖1是示出第一示例性實施例的驅(qū)動電路的示例的電路圖；
[0014] 圖2是示出功率晶體管封裝件的示例的相關(guān)部分的透視圖；
[0015] 圖3是示出根據(jù)第一示例性實施例的控制電路的示例的功能框圖；
[0016] 圖4是示出根據(jù)第一示例性實施例的驅(qū)動電路的致動的示例的時序圖；
[0017] 圖5是示出根據(jù)第二示例性實施例的驅(qū)動電路的示例的電路圖；
[0018] 圖6是示出根據(jù)第二示例性實施例的驅(qū)動電路的致動的示例的時序圖；
[0019] 圖7是示出根據(jù)第三示例性實施例的驅(qū)動電路的示例的電路圖；
[0020] 圖8是示出根據(jù)第三示例性實施例的控制電路的示例的功能框圖；
[0021] 圖9是示出根據(jù)第三示例性實施例的驅(qū)動電路的致動的示例的時序圖；以及
[0022] 圖10是示出另一驅(qū)動電路的示例的電路圖。

【具體實施方式】
[0023] 參照附圖，接下來進行關(guān)于本文中所公開的技術(shù)的示例的詳細(xì)說明。
[0024] 第一示例性實施例
[0025] 圖1示出根據(jù)第一示例性實施例的驅(qū)動電路10。驅(qū)動電路10形成到集成電路12。 驅(qū)動電路10用于驅(qū)動功率晶體管PTr。驅(qū)動電路10在第一示例性實施例中用作驅(qū)動電路 的示例，并且集成電路12在第一示例性實施例中用作半導(dǎo)體集成電路的示例。功率晶體管 PTr在第一示例性實施例中用作第一開關(guān)元件的示例。
[0026] 集成電路12例如附接至基板14。基板14設(shè)置有直流電源部16,該直流電源部16 輸出具有特定電壓(例如，5V，以下稱為電壓VCC)的直流電力。利用電壓VCC的電力來操作 的多功能電路（以下稱為外圍電路）18設(shè)直到基板14。外圍電路18通過電源線（以下稱為 電力線）20連接至直流電源16,并且利用來自直流電源部16的電壓VCC電力來供電并操 作。
[0027] 應(yīng)注意，集成電路12可被配置為包括多個驅(qū)動電路10。集成電路12可被配置為 包括直流電源部16,并且使用直流電源部16將外部供給的具有特定電壓的直流電力轉(zhuǎn)換 為驅(qū)動電路10的驅(qū)動電壓（電壓VCC)。集成電路12可被進一步配置為包括多個外圍電路 18。
[0028] 直流電源部16被應(yīng)用于具有一般配置的電源電路，該配置包括具有特定靜態(tài)電 容C的電容器22。電容器22的一端連接至電力線2而另一端接地，并且配備有實現(xiàn)對從直 流電源部16輸出到電力線20的電壓VCC的電力平滑的功能。
[0029] 設(shè)置到集成電路12的驅(qū)動電路10配備有電源端子24A和接地端子24B。在驅(qū)動 電路10中，電源端子24A連接至電力線20,并且接地端子24B接地（GND)。
[0030] 驅(qū)動電路10包括輸入端子26A、輸出端子26B和輸出端子26C。應(yīng)注意，電源端子 24A、接地端子24B、輸入端子26A、輸出端子26B、26C用作集成電路12的端子。
[0031] 在第一示例性實施例中，作為示例，采用了 N型功率晶體管PTr。在第一示例性實 施例中，功率晶體管PTr是常開型。功率晶體管PTr連接到驅(qū)動電路10。功率晶體管PTr 的柵極G連接至驅(qū)動電路10的輸出端子26B，并且功率晶體管PTr的作為低電壓側(cè)電極的 源極S連接至驅(qū)動電路10的輸出端子26C。在驅(qū)動電路10中，驅(qū)動信號Cin輸入至輸入端 子26A，以進行功率晶體管PTr的開關(guān)驅(qū)動。
[0032] 負(fù)載28連接至功率晶體管PTr的作為高電壓側(cè)電極的漏極D。負(fù)載28連接至具 有用于與電壓VCC進行比較的特定高電壓(例如，超過100V最高達(dá)到幾百伏特的預(yù)定電壓， 以下稱為電壓VIN)的電力線30。驅(qū)動電路10通過功率晶體管PTr的開關(guān)操作來中斷向負(fù) 載28的電力供給。
[0033] 例如采用電壓互感器作為負(fù)載28。通過接通功率晶體管PTr來使得漏極電流ID 流入負(fù)載28中，并且通過關(guān)斷功率晶體管PTr來停止漏極電流ID。負(fù)載28通過對漏極電 流ID的接通/關(guān)斷切換來從次級側(cè)輸出與供給至初級側(cè)的電壓VIN及其匝數(shù)比相符的電 壓。因此，當(dāng)采用電壓互感器作為負(fù)載28時，驅(qū)動電路10和功率晶體管PTr用作高電壓電 源電路的一部分。
[0034] 應(yīng)注意，功率晶體管PTr可應(yīng)用于具有任何適當(dāng)功能的負(fù)載28。根據(jù)負(fù)載28,驅(qū)動 電路10和功率晶體管PTr用作例如高電壓逆變器電路、高輸出信號放大電路的一部分等。 功率晶體管PTr被配置有根據(jù)電壓VIN的耐受電壓。
[0035] 可應(yīng)用使用各種化合物半導(dǎo)體的晶體管作為常開型功率晶體管PTr。例如，可采用 使用氮化鎵（GaN) (III-V族化合物半導(dǎo)體)的氮化鎵高電子遷移率晶體管（GaN HEMT)作為 功率晶體管PTr。此外，可采用使用碳化硅（SiC) (IV-IV族化合物半導(dǎo)體）的SiC結(jié)場效 應(yīng)晶體管（SiCJEFT)作為功率晶體管PTr。應(yīng)注意，功率晶體管PTr不限于化合物半導(dǎo)體， 并且可以是雙極面結(jié)型晶體管（BJT)。功率晶體管PTr還可以是金屬氧化硅場效應(yīng)晶體管 (M0SFET)，并且還可以是絕緣柵雙極晶體管（IGBT)。
[0036] 圖2示出功率晶體管PTr的示例。功率晶體管PTr例如形成在諸如T0-3P的特定 封裝件32內(nèi)。多個引線34形成到封裝件32,分別對應(yīng)于漏極D、源極S和柵極G。諸如通 過將特定封裝件32固定到基板14來附接功率晶體管PTr。每個引線34通過例如打線接合 (wire bonding)而連接至基板14上的布線圖案和集成電路12的端子。引線34在第一示 例性實施例中用作布線的一部分。應(yīng)注意，功率晶體管PTr不限于T0-3P封裝件32,并且可 以應(yīng)用為形成到任何適當(dāng)?shù)姆庋b件的功率晶體管PTR。
[0037] 如圖1所示，驅(qū)動電路10包括控制電路36?？刂齐娐?6包括電源端子38A和接 地端子38B。在控制電路36中，電源端子38A連接至驅(qū)動電路10的電源端子24A，并且接 地端子38B連接至驅(qū)動電路10的接地端子24B，以使得利用輸入至電源端子24A的電壓VCC 來驅(qū)動控制電路36。
[0038] 控制電路36包括輸入端子38C以及輸入端子38D、38E。在控制電路36中，輸入端 子38C連接至驅(qū)動電路10的輸入端子26A。在控制電路36中，輸出端子38D連接至驅(qū)動電 路10的輸出端子26B。
[0039] 控制電路36通過從輸出端子38D輸出根據(jù)從輸入端子38C輸入的驅(qū)動信號Cin 的電壓（以下稱為控制電壓Vc)，來控制功率晶體管PTr的柵極G的電勢（以下稱為柵極電壓 VG)。
[0040] 晶體管Ma設(shè)置在驅(qū)動電路10中。晶體管Ma在第一示例性實施例中用作第二開 關(guān)元件。晶體管Ma由N型M0SFET構(gòu)成，并且是常關(guān)型。
[0041] 晶體管Ma的源極S連接至驅(qū)動電路10的接地端子24B。晶體管Ma的漏極D連接 至節(jié)點40,并且節(jié)點40連接至驅(qū)動電路10的輸出端子26C。在驅(qū)動電路10中，常關(guān)型晶 體管Ma連接至常開型功率晶體管PTr的低電壓側(cè)，這被稱為共源共柵連接。
[0042] 晶體管Ma的柵極G連接至控制電路36的輸出端子38E?？刂齐娐?6從輸出端子 38E輸出控制信號Cs，以對晶體管Ma進行接通/關(guān)斷驅(qū)動。驅(qū)動電路10通過使用從控制 電路36輸出的控制信號Cs驅(qū)動晶體管Ma來控制功率晶體管PTr的源極S的電勢（以下被 稱為源極電壓VS)。
[0043] 常開型功率晶體管PTr被配置有柵極G的負(fù)閾值電壓Vth。以下，負(fù)閾值電壓 由-vth表示（_Vth〈0V，例如-vth=-l. 0V)。例如，當(dāng)在常開型功率晶體管PTr中源極S的 源極電壓VS為0V時，柵極G的電壓VG處于0V或以上的接通狀態(tài)。當(dāng)柵極電壓VG低于閾 值-Vth (VG〈-Vth〈0V)時，常開型功率晶體管PTr關(guān)斷。
[0044] S卩，當(dāng)柵極G相對于源極S的電勢（以下稱為相對于源極電壓VGS)為閾值-Vth或 更低（VGS彡-Vth〈0)時，常開型功率晶體管PTr關(guān)斷。驅(qū)動電路10通過控制功率晶體管 PTr的柵極電壓VG和源極電壓VS來控制功率晶體管PTr的相對于源極電壓VGS，從而，對 功率晶體管PTr進行接通/關(guān)斷驅(qū)動。
[0045] 晶體管Mb設(shè)置在驅(qū)動電路10中。類似于晶體管Ma，晶體管Mb形成到集成電路 12。晶體管Mb在第一實施例中用作導(dǎo)電元件的示例。晶體管Mb還在第一示例性實施例中 用作第三開關(guān)元件。
[0046] 晶體管Mb是常關(guān)型，并且采用與晶體管Ma互補的P型M0SFET。作為晶體管Mb 的低電壓側(cè)電極的漏極D連接至節(jié)點40,并且作為高電壓側(cè)電極的源極S連接至電源端子 24A。
[0047] 晶體管Mb的柵極G連接至控制電路36的輸出端子38E。在驅(qū)動電路10中，互補 晶體管Ma、Mb中的每一個各自的柵極G連接至控制電路36的輸出端子38E。驅(qū)動電路10 進行操作，以使得當(dāng)利用控制信號Cs接通晶體管Ma、Mb中的一個時，晶體管Ma、Mb中的另 一個關(guān)斷。
[0048] 在接通狀態(tài)下，晶體管Mb將電力線20和晶體管Ma的漏極D置于導(dǎo)通狀態(tài)。通過 接通晶體管Mb，驅(qū)動電路10將連接至功率晶體管PTr的源極S的節(jié)點40的電壓VN保持 (箝位）在電壓VCC。柵極40的電壓VN對應(yīng)于功率晶體管PTr的源極電壓VS。相應(yīng)地，驅(qū) 動電路10通過接通晶體管Mb來將功率晶體管PTr的源極電壓VS箝位到電壓VCC。
[0049] 圖3示出控制電路36的示例?？刂齐娐?6包括柵極電壓控制器42、柵極電壓檢 測器44和控制信號輸出部46。在輸入驅(qū)動信號Cin時，柵極電壓控制器42輸出與驅(qū)動信 號Cin相對應(yīng)的控制電壓Vc。例如，當(dāng)驅(qū)動信號Cin變?yōu)?H"水平以接通功率晶體管PTr 時，柵極電壓控制器42將控制電壓Vc提高到電壓VH(例如，VH=VCC)。由于控制電壓Vc變 為電壓VH (Vc=VH)，導(dǎo)致功率晶體管PTr的柵極電壓VG被提高到電壓VH (VG=VH)。
[0050] 此外，當(dāng)驅(qū)動信號Cin變?yōu)?L"水平以使功率晶體管PTr關(guān)斷時，柵極電壓控制 器42將控制電壓V。下降到電壓VL (例如，VL=0V) (Vc=VL)。由于控制電壓Vc降低到電壓 VL，導(dǎo)致柵極G放電，并且功率晶體管PTr的柵極電壓VG降低以變?yōu)殡妷篤L (VG=VL)。應(yīng) 注意，在以下說明中，作為示例，電壓VH=VCC，并且電壓VL=0V。
[0051] 柵極電壓檢測器44檢測根據(jù)控制電壓Vc波動的柵極電壓VG?；跂艠O電壓檢測 器44檢測到的柵極電壓VG，控制信號輸出部46輸出來自輸出端子38E的控制信號C s。例 如，當(dāng)柵極電壓檢測器44檢測到的柵極電壓VG下降至電壓VL (OV)時，控制信號輸出部46 輸出控制信號Cs (L水平）以使晶體管Ma關(guān)斷并且使晶體管Mb接通。此外，當(dāng)柵極電壓檢 測器44檢測到的柵極電壓VG升高至電壓VH時，控制信號輸出部46輸出控制信號C S(H水 平）以使晶體管Ma接通并使且晶體管Mb關(guān)斷。
[0052] 通過在功率晶體管PTr的柵極電壓VG提高時降低功率晶體管PTr的源極電壓VS， 驅(qū)動電路10使柵極G的相對于源極電壓VGS升高，并且接通功率晶體管PTr。此外，通過在 功率晶體管PTr的柵極電壓VG已下降時提高功率晶體管PTr的源極電壓VS，驅(qū)動電路10 使得柵極G的相對于源極電壓VGS低于閾值-Vth。由于柵極G的相對于源極電壓VGS變得 低于閾值-Vth，關(guān)斷了功率晶體管PTr。
[0053] 以下參照圖4關(guān)于驅(qū)動電路10的操作進行說明，作為第一示例性實施例的操作示 例。應(yīng)注意，圖4是展開圖，特別是在時間軸上。此外，在圖4中，在括號中示出基于驅(qū)動信 號Cin輸出的控制電壓^以及與節(jié)點40的電壓VN相對應(yīng)的源極電壓VS。
[0054] 當(dāng)驅(qū)動信號Cin變?yōu)棣綍r，設(shè)置到驅(qū)動電路10的控制電路36將控制電壓Vc 提高至電壓VCC。根據(jù)控制電壓Vc將功率晶體管PTr的柵極電壓VG提高至電壓VCC。當(dāng) 柵極電壓VG變?yōu)榇笥?V (例如，VG=VCC)時，控制信號輸出部46使得控制信號Cs為"H" 水平。在驅(qū)動電路10中，當(dāng)控制信號Cs變?yōu)?H"水平時，接通晶體管Ma并且關(guān)斷晶體管 Mb。通過接通晶體管Ma而將功率晶體管PTr的源極S接地，柵極G的相對于源極電壓VGS 變?yōu)殡妷篤CC，并且功率晶體管PTr的接通狀態(tài)持續(xù)。
[0055] 當(dāng)驅(qū)動信號Cin變?yōu)?L"水平時，驅(qū)動電路10的控制電路36使得輸出至功率晶 體管PTr的柵極G的控制電壓Vc為0V。如圖4所示，當(dāng)控制電壓Vc變?yōu)?V時，功率晶體 管PTr的柵極電壓VG下降至0V。在控制電路36中，當(dāng)柵極電壓檢測器44檢測到的柵極電 壓VG下降至0V (VG=0V)時，控制信號輸出部46使得控制信號Cs為"L"水平。
[0056] 在驅(qū)動電路10中，當(dāng)控制信號Cs變?yōu)?L"水平時，晶體管Ma關(guān)斷并且晶體管Mb 接通。驅(qū)動電路10通過接通晶體管Mb來使得電流從電力線20通過晶體管Mb流向功率晶 體管PTr的源極S。功率晶體管PTr的源極電壓VS由于電流從電力線20流向源極S而提 高。此外，功率晶體管PTr的源極電壓VS被箝位到電壓VCC。
[0057] 由于在功率晶體管PTr的柵極電壓VG降低至0V (VG=0V)的狀態(tài)下源極電壓VS 提高，導(dǎo)致功率晶體管PTr的柵極G的相對于源極電壓VGS變?yōu)樨?fù)的。由于相對于源極電 壓VGS下降至閾值電壓-Vth以下（（VGS彡-Vth〈0)，導(dǎo)致功率晶體管PTr關(guān)斷。即，當(dāng)在柵 極電壓VG處于0V狀態(tài)的情況下源極電壓VS超過閾值-Vth的絕對值Vth時，常開型功率 晶體管PTr關(guān)斷。
[0058] 通過對功率晶體管PTr的柵極電壓VG和源極電壓VS進行反相控制，驅(qū)動電路10 將柵極G的相對于源極電壓VGS控制在從VCC到-VCC的范圍內(nèi)（-VCC彡VGS彡VCC)。由 此，通過將柵極G的相對于源極電壓VGS控制在從電壓VCC到電壓-VCC的范圍內(nèi)，精確地 對功率晶體管PTr進行接通/關(guān)斷驅(qū)動。
[0059] 電壓VCC相對于閾值電勢-Vth的絕對值Vth變?yōu)樽銐蚋叩碾妷?。?qū)動電路10通 過降低功率晶體管PTr的柵極電壓VG并升高源極電壓VS，使得相對于源極電壓VGS低于閾 值Vth。因此，驅(qū)動電路10能夠在不采用負(fù)電壓電源的情況下精確地關(guān)斷常開型功率晶體 管 PTr。
[0060] 此外，為了關(guān)斷功率晶體管PTr，驅(qū)動電路10通過接通晶體管Mb并向功率晶體管 PTr的源極S供給電壓VCC來升高源極電壓VS。由此，驅(qū)動電路10能夠快速地關(guān)斷功率晶 體管PTr。
[0061] 如圖1所示，在用于引線34和功率晶體管PTr的打線接合的線路中至少存在某 一寄生電感Lp。如圖4所示，當(dāng)例如通過幾皮秒到幾納秒的上升和下降而驅(qū)動功率晶體管 PTr時，寄生電感Lp在驅(qū)動電路10的輸出端子26C處生成過電勢（由圖4中的雙點斷續(xù)線 示出）。應(yīng)注意，以下將該過電勢稱為尖峰電壓Sv。在圖4中，驅(qū)動電路10的輸出端子26C 的電壓被示為節(jié)點40的電壓VN。
[0062] 當(dāng)連接至功率晶體管PTr的電力線30的電壓VIN是高電壓(例如，超過100V而達(dá) 到幾百伏特）時，流過寄生電感Lp的電流增大并且尖峰電壓Sv增大。
[0063] 當(dāng)晶體管Ma關(guān)斷時，通過接通功率晶體管PTr而生成的尖峰電壓Sv被施加至晶 體管Ma的漏極D所連接的節(jié)點40。當(dāng)節(jié)點40的電壓VN由于尖峰電壓Sv而超過晶體管 Ma的耐受電壓時，在晶體管Ma中發(fā)生損壞。
[0064] 在驅(qū)動電路10中，晶體管Mb設(shè)置在晶體管Ma的漏極D所連接的節(jié)點40與電力 線20之間，并且當(dāng)晶體管Ma關(guān)斷時晶體管Mb接通。從而，驅(qū)動電路10通過接通晶體管Mb 而采用電力線20與晶體管Ma的漏極D (節(jié)點40)之間的導(dǎo)通狀態(tài)。在驅(qū)動電路10中，當(dāng) 節(jié)點40的電壓VN由于尖峰電壓Sv而超過電壓VCC (VCC彡Sv)時，對應(yīng)于尖峰電壓Sv的 電流1〇 (參見圖1)從節(jié)點40通過晶體管Mb流向電力線20。因此，在驅(qū)動電路10中，即 使發(fā)生尖峰電壓Sv，連接至節(jié)點40的晶體管Ma的漏極也箝位在電壓VCC。
[0065] 此外，直流電源部16的電容器22連接至電力線20,因此，即使發(fā)生尖峰電壓Sv， 也抑制電壓VCC升高。因此，驅(qū)動電路10能夠使用具有基于電壓VCC而設(shè)置的耐受電壓的 晶體管Ma。
[0066] 在驅(qū)動電路10中，在電力線20中再生由于尖峰電壓Sv而產(chǎn)生的電力（能量)。來 自尖峰電壓Sv的電力由于電力線20中的再生而被外圍電路18等消耗。由此，驅(qū)動電路10 能夠利用與由于諸如寄生電感Lp的原因而發(fā)生的尖峰電壓Sv相對應(yīng)的電力，而不會浪費 能量。
[0067] 此外，在驅(qū)動電路10中，采用晶體管Mb來抑制尖峰電壓Sv，而不是使用肖特基勢 壘二極管（SBD)或齊納二極管。因此，通過采用晶體管Mb，驅(qū)動電路10相應(yīng)地可以在不采 用特殊處理的情況下形成到集成電路12。
[0068] 此外，驅(qū)動電路10采用與NM0SFET晶體管Ma相對的PM0SFET晶體管Mb。因此，驅(qū) 動電路10能夠通過將單個控制信號Cs輸入至晶體管Ma的柵極G和晶體管Mb的柵極G來 分別精確地關(guān)斷晶體管Ma和關(guān)斷晶體管Mb。
[0069] 第二示例性實施例
[0070] 以下進行關(guān)于本文中所公開的技術(shù)的第二示例性實施例的說明。第二示例性實施 例的基本配置與第一示例性實施例的基本配置類似，因此，第二示例性實施例中與第一示 例性實施例的功能部件相類似的功能部件被分配了與第一示例性實施例的附圖標(biāo)記相同 的附圖標(biāo)記，并且省略對其的進一步說明。
[0071] 圖5示出根據(jù)第二示例性實施例的驅(qū)動電路50。在驅(qū)動電路50中，各功能部件類 似于第一示例性實施例的驅(qū)動電路10的那些功能部件，然而，不同之處在于其連接至功率 晶體管PTs。采用功率晶體管PTs來替代第一示例性實施例的功率晶體管PTr。功率晶體 管PTs用作第二示例性實施例中的第一開關(guān)元件的示例。
[0072] 在功率晶體管PTs中應(yīng)用常關(guān)型晶體管。常關(guān)型功率晶體管PTs具有作為正電壓 的閾值電壓Vth (0v〈Vth〈VCC)。因此，當(dāng)柵極電壓G為0V時關(guān)斷功率晶體管PTs。
[0073] 以下進行關(guān)于驅(qū)動常關(guān)型功率晶體管PTs的驅(qū)動電路50的操作的說明。應(yīng)注意， 基于驅(qū)動信號Cin而輸出的控制電壓Vc以及與節(jié)點40的電壓VN相對應(yīng)的源極電壓VS在 如圖6所示的括號中示出。
[0074] 在驅(qū)動電路50中，從控制電路36輸出的控制電壓Vc由于驅(qū)動信號Cin變?yōu)?H" 水平而上升至VCC，從而使功率晶體管PTs的柵極電壓VG上升至電壓VCC。在控制信號輸 出部46中，控制信號Cs由于柵極電壓VG變?yōu)榇笥?V (例如，VG=VCC)而為Η水平，從而關(guān) 斷晶體管Mb并接通晶體管Ma。因此，功率晶體管PTs由于柵極G的相對于源極電壓VGS超 過閾值電壓Vth而接通。
[0075] 在驅(qū)動電路50中，當(dāng)驅(qū)動信號Cin變?yōu)?L"水平時，從控制電路36輸出至功率晶 體管PTs的柵極G的控制電壓Vc為0V。如圖6所示，功率晶體管PTs的柵極電壓VG由于 控制電壓Vc變?yōu)?V而下降至0V。在控制電路36中，當(dāng)柵極電壓檢測器44檢測到的柵極 電壓VG下降至0V (VG彡0V)時，控制信號輸出部46使得控制信號Cs為"L"水平。
[0076] 當(dāng)源極電壓VS為0V時，由于功率晶體管PTs的閾值Vth為正（(^〈￥也〈￥0：)，導(dǎo)致 在柵極電壓VG達(dá)到0V之前功率晶體管PTs關(guān)斷。在驅(qū)動電路50中，當(dāng)柵極電壓VG變?yōu)?0V時，晶體管Ma關(guān)斷并且晶體管Mb接通。
[0077] 當(dāng)功率晶體管PTs關(guān)斷并且晶體管Ma關(guān)斷時，尖峰電壓Sv(由圖6中的雙點斷續(xù) 線表示)可能發(fā)生。在驅(qū)動電路50中，當(dāng)節(jié)點40 (晶體管Ma的漏極D)的電壓VN超過電壓 VCC時，電流Ιο經(jīng)過晶體管Mb流向電力線20。在驅(qū)動電路50中，利用流向電力線20的電 流1〇來抑制晶體管Ma的漏極D的電壓（電壓VN)變得高于電壓VCC。
[0078] 因此，即使當(dāng)對常關(guān)型功率晶體管PTs進行接通/關(guān)斷驅(qū)動時，驅(qū)動電路50也保 護晶體管Ma等不受尖峰電壓Sv影響，此外，驅(qū)動電路50在電力線20中再生尖峰電壓Sv 的電力。
[0079] 在上述的第一示例性實施例和第二示例性實施例中，利用單個控制信號Cs使晶 體管Ma和晶體管Mb接通/關(guān)斷，然而，可在彼此不同的定時使晶體管Ma和晶體管Mb接通 /關(guān)斷。
[0080] 第三示例性實施例
[0081] 以下進行關(guān)于本文中所公開的技術(shù)的第三示例性實施例的說明。應(yīng)注意，第三示 例性實施例的基本配置類似于第一示例性實施例的基本配置，因此在第三示例性實施例中 與第一示例性實施例的功能部件類似的功能部件被分配了與第一示例性實施例的附圖標(biāo) 記相同的附圖標(biāo)記，并且省略對其的進一步說明。
[0082] 圖7示出了根據(jù)第三示例性實施例的驅(qū)動電路60。驅(qū)動電路60形成到集成電路 62。驅(qū)動電路60在第三示例性實施例中用作驅(qū)動電路的示例，并且集成電路62在第三示 例性實施例中用作半導(dǎo)體集成電路的示例。
[0083] 驅(qū)動電路60包括控制電路64。采用控制電路64來代替第一示例性實施例的控制 電路36?？刂齐娐?4除了輸入端子38C和輸出端子38D、38E之外還包括輸入端子38F和 輸出端子38G。在控制電路64中，輸入端子38F連接至驅(qū)動電路60的節(jié)點40 (在節(jié)點40 與輸出端子26C之間）。在控制電路64中，節(jié)點40的電壓VN輸入至輸入端子38F。在驅(qū)動 電路60中，節(jié)點40的通常電壓VN處于功率晶體管PTr的源極電壓VS。
[0084] 在控制電路64中，輸出端子38E連接至晶體管Ma的柵極G，并且輸出端子38G連 接至晶體管Mb的柵極G?；诠β示w管PTr的柵極電壓VG，控制電路64將對晶體管Ma 執(zhí)行接通/關(guān)斷控制的控制信號Csa從輸出端子38E輸出至晶體管Ma?；谧鳛楣β示w 管PTr的源極電壓VS的節(jié)點40的電壓VN，控制電路64將對晶體管Mb進行接通/關(guān)斷控 制的控制信號Csb從輸出端子38G輸出至晶體管Mb。
[0085] 圖8示出了控制電路64的示例?？刂齐娐?4包括源極電壓檢測器66和控制信 號輸出部68。源極電壓檢測器66連接至輸入端子38F，并且檢測從輸入端子38F輸入的功 率晶體管PTr的源極電壓VS?？刂菩盘栞敵霾?8將與功率晶體管PTr的源極電壓VS相對 應(yīng)的控制信號Csb從輸出端子38G輸出至晶體管Mb的柵極G。
[0086] 在驅(qū)動電路60中，通過關(guān)斷晶體管Ma、Mb而使功率晶體管PTr的源極電壓VS升 高。例如在功率晶體管PTr的源極電壓VS達(dá)到電壓VCC時，控制電路64的控制信號輸出 部68輸出使晶體管Mb接通的控制信號Csb。
[0087] 當(dāng)驅(qū)動信號Cin變?yōu)?Η"水平時，驅(qū)動電路60將從控制電路64輸出的控制電壓 Vc升高至電壓VCC。驅(qū)動電路60通過關(guān)斷晶體管Mb并接通晶體管Ma來降低功率晶體管 PTr的源極電壓VS。
[0088] 通過升高柵極電壓VG并降低源極電壓VS以使柵極G的相對于源極電壓VGS升高 來接通功率晶體管PTr。
[0089] 在驅(qū)動電路60中，當(dāng)驅(qū)動信號Cin變?yōu)?L"水平時，使得從控制電路64輸出至功 率晶體管PTr的柵極G的控制電壓Vc為0V。如圖9所示，當(dāng)控制電壓Vc變?yōu)?V時，降低 功率晶體管PTr的柵極電壓VG以使其變?yōu)?V。在控制電路64中，當(dāng)柵極電壓檢測器44檢 測到的柵極電壓VG降低至0V (VG彡0V)時，控制信號輸出部46使得控制信號Csa為"L" 水平。應(yīng)注意，在圖9中，基于驅(qū)動信號Cin輸出的控制電壓Vc和與節(jié)點40的電壓VN相 對應(yīng)的源極電壓VS在括號中表不。
[0090] 在功率晶體管PTr的閾值電壓Vth是負(fù)的（-Vth，-VCC〈-Vth〈0V)的情況下，功率 晶體管PTr由于柵極G的相對于源極電壓VGS降低至閾值-Vth以下而關(guān)斷。
[0091] 此外，在驅(qū)動電路60的控制電路64中，將控制信號Csb輸出至晶體管Mb的柵極 G，以在功率晶體管PTr的源極電壓VS達(dá)到電壓VCC時接通晶體管Mb。
[0092] 在功率晶體管PTr關(guān)斷并且晶體管Ma關(guān)斷的同時，尖峰電壓Sv可能發(fā)生。在驅(qū) 動電路60中，當(dāng)對應(yīng)于源極電壓VS的節(jié)點40的電壓VN達(dá)到電壓VCC時，晶體管Mb接通。 驅(qū)動電路60通過接通晶體管Mb而采用電力線20與節(jié)點40之間的導(dǎo)通狀態(tài)。
[0093] 在驅(qū)動電路60中，當(dāng)節(jié)點40的電壓VN超過電壓VCC時電流Ιο經(jīng)過晶體管Mb流 向電力線20。在驅(qū)動電路60中，由于電流1〇流動而抑制了晶體管Ma的漏極D的電壓（電 壓VN)變得高于電壓VCC。
[0094] 在驅(qū)動電路60中，通過在晶體管Ma已關(guān)斷之后節(jié)點40的電壓VN達(dá)到電壓VCC時 接通晶體管Mb，可以保護晶體管Ma等不受尖峰電壓Sv影響。在驅(qū)動電路60中，還通過在 節(jié)點40的電壓VN達(dá)到電壓VCC時接通晶體管Mb而在電力線20中再生了尖峰電壓Sv的 電力。
[0095] 應(yīng)注意，驅(qū)動電路60還可應(yīng)用于驅(qū)動常關(guān)型功率晶體管PTs。
[0096] 在上述第一至第三示例性實施例中，在柵極電壓VG已變?yōu)?L"水平（0V)的定時 關(guān)斷晶體管Ma，然而，晶體管Ma關(guān)斷的定時不限于此。例如，可與控制電壓Vc變?yōu)?V同步 地關(guān)斷晶體管Ma?？稍趶臇艠O電壓VG降低時直到柵極電壓VG達(dá)到0V的區(qū)間期間關(guān)斷晶 體管Ma。
[0097] 此外，然而，盡管優(yōu)選的是接通晶體管Mb以與晶體管Ma的關(guān)斷匹配以及關(guān)斷晶體 管Mb以與晶體管Ma的接通匹配，但是不限于此。此外，優(yōu)選的是當(dāng)晶體管Ma接通時不接 通晶體管Mb，并且當(dāng)在晶體管Ma的漏極D的電壓達(dá)到電壓VCC時關(guān)斷晶體管Ma時，可接通 晶體管Mb。
[0098] 此外，可基于驅(qū)動信號Cin來設(shè)置晶體管Ma、Mb的接通/關(guān)斷定時。當(dāng)基于驅(qū)動 信號Cin接通/關(guān)斷晶體管Ma、Mb時，可與控制信號Vc同步地接通/關(guān)斷晶體管Ma、Mb。
[0099] 此外，當(dāng)基于驅(qū)動信號Cin接通/關(guān)斷晶體管Ma、Mb時，可以相對于使控制電壓Vc 關(guān)斷以特定持續(xù)時間的延遲來關(guān)斷晶體管Ma并接通晶體管Mb。應(yīng)注意，當(dāng)控制電壓Vc接 通時，相對于使晶體管Ma接通以及使晶體管Mb關(guān)斷以一定延遲來接通控制信號Vc。
[0100] 在本文中所公開的技術(shù)中，導(dǎo)電元件是配備有當(dāng)一個電勢高于另一電勢時允許導(dǎo) 電的功能的元件，并且包括對功能部件的應(yīng)用。在第一至第三示例性實施例中，采用晶體管 Mb作為導(dǎo)電元件的示例，然而，導(dǎo)電元件不限于此，并且例如，可采用硅二極管來作為導(dǎo)電 元件。
[0101] 圖10示出了驅(qū)動電路70。驅(qū)動電路70形成到集成電路72。驅(qū)動電路70采用硅 二極管（以下稱為二極管74)來代替第一示例性實施例中的驅(qū)動電路10的晶體管Mb。
[0102] 二極管74的陰極K連接至電源端子24A，并且二極管74的陽極A連接至節(jié)點40。 驅(qū)動電路70使用二極管74來在節(jié)點40的電壓VN低于電壓VCC時防止電流流動。
[0103] 當(dāng)節(jié)點40的電壓VN超過了電壓VCC時，驅(qū)動電路70允許電流1〇從節(jié)點40流向 電力線20,并且驅(qū)動電路70處于導(dǎo)通狀態(tài)。相應(yīng)地，采用二極管74的驅(qū)動電路70抑制了 尖峰電壓Sv，并且在電力線20中再生尖峰電壓Sv的電力。
[0104] 本文中所公開的技術(shù)的方面展現(xiàn)了下述有益效果：通過在電力線中再生在第二開 關(guān)元件的漏極中出現(xiàn)的過電勢的電力，使得能夠?qū)崿F(xiàn)電力利用率的增大。
[0105] 本文中所公開的技術(shù)不受到上述示例性實施例的限制，并且可實現(xiàn)包括每個部分 的期望功能的任何實施例。如同各個引用文獻、專利申請和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)通過引用而具體地且 單獨地并入本說明書中一樣，在本說明書中提到的所有引用文獻、專利申請和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)以 相同的程度通過引用而并入本說明書中。
【權(quán)利要求】
1. 一種驅(qū)動電路，包括： 串聯(lián)連接到第一開關(guān)元件的源極的第二開關(guān)元件，所述第二開關(guān)元件在所述第一開關(guān) 元件接通時接通，而在所述第一開關(guān)元件關(guān)斷時關(guān)斷；以及 導(dǎo)電元件，其設(shè)置在電力線與所述第二開關(guān)元件的漏極之間，并且根據(jù)使所述第二開 關(guān)元件關(guān)斷的信號來將所述第二開關(guān)元件的漏極連接至所述電力線。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的驅(qū)動電路，其中， 所述導(dǎo)電元件包括第三開關(guān)元件；以及 所述驅(qū)動電路還包括控制器，所述控制器根據(jù)所述第一開關(guān)元件的驅(qū)動信號來對所述 第一開關(guān)元件、所述第二開關(guān)元件和所述第三開關(guān)元件執(zhí)行接通/關(guān)斷控制。
3. -種驅(qū)動電路，包括： 串聯(lián)連接到第一開關(guān)元件的源極的第二開關(guān)元件； 第三開關(guān)元件，其連接在電力線與所述第二開關(guān)元件的漏極之間；以及 控制器，其根據(jù)所述第一開關(guān)元件的驅(qū)動信號來控制輸出至所述第一開關(guān)元件的柵 極的電壓，當(dāng)所述第一開關(guān)元件接通時使所述第二開關(guān)元件接通并使所述第三開關(guān)元件關(guān) 斷，并且當(dāng)所述第一開關(guān)元件關(guān)斷時使所述第二開關(guān)元件關(guān)斷并使所述第三開關(guān)元件接 通。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的驅(qū)動電路，其中，所述控制器根據(jù)使所述第二開關(guān)元件關(guān) 斷的控制信號來使所述第三開關(guān)元件接通。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的驅(qū)動電路，其中，所述控制器在使所述第二開關(guān)元件關(guān)斷 之后使所述第三開關(guān)元件接通。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的驅(qū)動電路，其中，所述控制器通過將所述第一開關(guān)元件的柵 極電壓降低至指定值來使所述第二開關(guān)元件關(guān)斷并使所述第三開關(guān)元件接通。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的驅(qū)動電路，其中，所述第一開關(guān)元件是常開型開 關(guān)元件。
8. -種半導(dǎo)體集成電路，包括： 驅(qū)動電路，包括： 串聯(lián)連接到第一開關(guān)元件的源極的第二開關(guān)元件，所述第二開關(guān)元件在所述第一開關(guān) 元件接通時接通，而在所述第一開關(guān)元件關(guān)斷時關(guān)斷；以及 導(dǎo)電元件，其設(shè)置在電力線與所述第二開關(guān)元件的漏極之間，并且根據(jù)使所述第二開 關(guān)元件關(guān)斷的控制信號來將所述第二開關(guān)元件的漏極連接至所述電力線。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體集成電路，其中， 所述導(dǎo)電元件包括第三開關(guān)元件；以及 所述驅(qū)動電路還包括控制器，所述控制器根據(jù)所述第一開關(guān)元件的驅(qū)動信號來對所述 第一開關(guān)元件、所述第二開關(guān)元件和所述第三開關(guān)元件執(zhí)行接通/關(guān)斷控制。
10. -種半導(dǎo)體集成電路，包括： 驅(qū)動電路，包括： 串聯(lián)連接到第一開關(guān)元件的源極的第二開關(guān)元件； 第三開關(guān)元件，其連接在電力線與所述第二開關(guān)元件的漏極之間；以及 控制器，其根據(jù)所述第一開關(guān)元件的驅(qū)動信號來控制輸出至所述第一開關(guān)元件的柵 極的電壓，當(dāng)所述第一開關(guān)元件接通時使所述第二開關(guān)元件接通并使所述第三開關(guān)元件關(guān) 斷，并且當(dāng)所述第一開關(guān)元件關(guān)斷時使所述第二開關(guān)元件關(guān)斷并使所述第三開關(guān)元件接 通。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的半導(dǎo)體集成電路，其中，所述控制器根據(jù)使所述第二開 關(guān)元件關(guān)斷的控制信號來使所述第三開關(guān)元件接通。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的半導(dǎo)體集成電路，其中，所述控制器在使所述第二開關(guān) 元件關(guān)斷之后使所述第三開關(guān)元件接通。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體集成電路，其中，所述控制器通過將所述第一開關(guān) 元件的柵極電壓降低至指定值來使所述第二開關(guān)元件關(guān)斷并使所述第三開關(guān)元件接通。
14. 根據(jù)權(quán)利要求8至10中任一項所述的半導(dǎo)體集成電路，其中，所述第一開關(guān)元件是 常開型開關(guān)元件。
15. -種驅(qū)動電路的控制方法，所述控制方法包括： 當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)元件接通時，接通串聯(lián)連接到所述第一開關(guān)元件的源極的第二開關(guān)元件； 當(dāng)所述第一開關(guān)元件關(guān)斷時，關(guān)斷所述第二開關(guān)元件；以及 使用設(shè)置在電力線與所述第二開關(guān)元件的漏極之間的導(dǎo)電元件來將所述第二開關(guān)元 件的漏極連接至所述電力線。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的控制方法，其中，所述導(dǎo)電元件包括第三開關(guān)元件，并且通 過接通所述第三開關(guān)元件而將所述第二開關(guān)元件的漏極連接至所述電力線。
【文檔編號】H03K17/08GK104104369SQ201410126132
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年3月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月8日
【發(fā)明者】椎名美臣 申請人:富士通半導(dǎo)體股份有限公司