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(shí)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(jìn)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(jìn)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(jī)構(gòu)。
[0007] [相關(guān)專利文獻(xiàn)]
[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(jī)構(gòu)來進(jìn)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)施方式】
[0023] 參照附圖，接下來進(jìn)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(shí)施例
[0025] 圖1示出根據(jù)第一示例性實(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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?；?4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(jìn)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(shí)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(shí)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(shí) 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(jìn)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(jìn)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(shí)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(shí)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(diǎn)40,并且節(jié)點(diǎn)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(jìn)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(jìn)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(shí)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(shí)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(bǔ)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(diǎn)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(bǔ) 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(jìn)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(diǎn)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(jìn)行說明，作為第一示例性實(shí)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(diǎn)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(jìn)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(jìn)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)樽銐蚋叩碾妷骸ｒ?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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)40。當(dāng)節(jié)點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)40)之間的導(dǎo)通狀態(tài)。在驅(qū)動電路10中，當(dāng) 節(jié)點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)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(fèi) 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(shí)施例
[0070] 以下進(jìn)行關(guān)于本文中所公開的技術(shù)的第二示例性實(shí)施例的說明。第二示例性實(shí)施 例的基本配置與第一示例性實(shí)施例的基本配置類似，因此，第二示例性實(shí)施例中與第一示 例性實(shí)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(shí)施例的附圖標(biāo)記相同 的附圖標(biāo)記，并且省略對其的進(jìn)一步說明。
[0071] 圖5示出根據(jù)第二示例性實(shí)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(shí)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(shí)施例的功率晶體管PTr。功率晶體 管PTs用作第二示例性實(shí)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(jìn)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(diǎn)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(diǎn)斷續(xù) 線表示)可能發(fā)生。在驅(qū)動電路50中，當(dāng)節(jié)點(diǎn)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(jìn)行接通/關(guān)斷驅(qū)動時，驅(qū)動電路50也保 護(hù)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(shí)施例和第二示例性實(shí)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(shí)施例
[0081] 以下進(jìn)行關(guān)于本文中所公開的技術(shù)的第三示例性實(shí)施例的說明。應(yīng)注意，第三示 例性實(shí)施例的基本配置類似于第一示例性實(shí)施例的基本配置，因此在第三示例性實(shí)施例中 與第一示例性實(shí)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(shí)施例的附圖標(biāo) 記相同的附圖標(biāo)記，并且省略對其的進(jìn)一步說明。
[0082] 圖7示出了根據(jù)第三示例性實(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(diǎn)40 (在節(jié)點(diǎn)40 與輸出端子26C之間）。在控制電路64中，節(jié)點(diǎn)40的電壓VN輸入至輸入端子38F。在驅(qū)動 電路60中，節(jié)點(diǎn)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(diǎn)40的電壓VN，控制電路64將對晶體管Mb進(jìn)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。控制電路64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。控制信號輸出部68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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)40之間的導(dǎo)通狀態(tài)。
[0093] 在驅(qū)動電路60中，當(dāng)節(jié)點(diǎn)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(diǎn)40的電壓VN達(dá)到電壓VCC時 接通晶體管Mb，可以保護(hù)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(diǎn)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(shí)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(shí)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(shí)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(diǎn)40。 驅(qū)動電路70使用二極管74來在節(jié)點(diǎn)40的電壓VN低于電壓VCC時防止電流流動。
[0103] 當(dāng)節(jié)點(diǎn)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(diǎn)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(shí)施例的限制，并且可實(shí)現(xiàn)包括每個部分 的期望功能的任何實(shí)施例。如同各個引用文獻(xiàn)、專利申請和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)通過引用而具體地且 單獨(dú)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(xiàn)、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(xiàng)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(xiàng)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
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