ターンオフ制御を有する電力トランジスタおよびその動作方法
回路が、電力トランジスタ４８、駆動制御回路１６、可変クランプ回路２４、およびターンオフ制御回路１８を有する。電力トランジスタが、第１電源端子に接続される第１電流電極、回路の出力５０としての第２電流電極、および制御電極を有する。駆動制御回路が、電力トランジスタの制御電極に接続される出力を有して、回路のアクティブモードの間、電力トランジスタを制御する。可変クランプ回路は、回路の出力と第１電源端子との間に接続される。ターンオフ制御回路は、可変クランプ回路に接続され、回路をアクティブモードから非アクティブモードに移行する間、可変クランプ回路のクランプレベルを選択する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には電力トランジスタに関するものであり、さらに詳しくはターンオフ制御を有する電力トランジスタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電力トランジスタは、直流（ＤＣ）モータの制御のような種々の用途に用いられる。通常、電力トランジスタは、大きな電圧で動作して大きな電流を引き込んで、システムにおける他の部品と比較して大きな電力量を消費する。また、このような電力トランジスタが動作中にオフにされる時、システムの他の部分を損傷させる大きな電力ピークが起こる可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
したがって、改良されたターンオフ制御を有する電力トランジスタの必要がある。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１】本発明の一実施形態にしたがった、可変クランプ回路、電力トランジスタ、ＤＣモータを含む回路の部分的概略ブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態にしたがった、図１の回路の様々な信号のタイミング図である。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
本発明は例示の方法により説明されており、添付の図面により限定されるものではなく、図面において、同様の参照符号は類似の要素を示す。図中の要素は簡潔かつ明確に説明されており、必ずしも寸法通りに描かれていない。
【０００６】
一実施形態において、電力トランジスタが用いられてＤＣモータを駆動する。しかしながら、電力トランジスタがオフにされる時、損傷を与える大きなピーク電流が維持される。よって、一実施形態において、可変クランプは、電力トランジスタのターンオフ（turn off）を制御するように用いられて、オフにされる時に電力トランジスタにおけるピーク電力を制限する。これは、時間の所定周期でクランプ電圧を増加させてドレインを電力トランジスタのソースにクランプすることによって達成される。これによって、ＤＣモータのインダクタンスコイルの放電時間が増加される。しかしながら、電力を制限してコイル放電時間を増加することによって、電力トランジスタのスイッチオフ電力能力が増加される。
【０００７】
図１が、本発明の一実施形態にしたがった、回路１０の部分的概略ブロック図及び部分的回路図を示す。回路１０が、電力トランジスタ４８、可変クランプ回路２４、ターンオフ制御回路１８、バッファ４４、抵抗素子４６、駆動制御回路１６、ＤＣモータ１２、および負電圧クランプ１４を含む。電力トランジスタ４８のドレインは、ノードＶｂａｔに接続され、ノードＶｂａｔは、回路１０に印加されるバッテリの電圧を受け取る回路１０の電源端子に相当する。電力トランジスタ４８のソースは出力ノード５０（すなわち、ＯＵＴ５０）に接続され、電力トランジスタ４８のゲートは抵抗素子４６、駆動制御回路１６、（バッファ４４を介して）可変クランプ回路２４、および負電圧クランプ１４に接続される。また、電力トランジスタ４８のソースおよびドレインは、電流電極と呼ばれ、電力トランジスタ４８のゲートは、制御電極と呼ばれることを注意されたい。一実施形態において、電力トランジスタ４８はｎ型電力トランジスタ（すなわちＮチャネル電力トランジスタ）である。
【０００８】
また、電力トランジスタ４８のゲートは、駆動制御回路１６に接続される。抵抗素子４６は、電力トランジスタ４８のゲートとソースとの間に接続される。一実施形態において、抵抗素子４６は、駆動制御回路１６の一部として含まれてもよい。一実施形態において、抵抗素子４６は、電力トランジスタ４８をオンまたはオフにスイッチするように動作するｎ型トランジスタ（すなわち、ｎチャネルトランジスタ）のようなトランジスタとして具体化される。例えば、（駆動制御回路１６によって制御されるように）電力トランジスタ４８がオンにされる、モータ１２を駆動する回路１０のアクティブモードの間、抵抗素子４６は無限大（例えば、ｎ型トランジスタはオフ）となる。しかしながら、電力トランジスタ４８がオフにされる、モータ１２を駆動しない回路１０の非アクティブモードの間、電力トランジスタ４８のゲートは抵抗素子４６を介して電力トランジスタ４８のソースに接続される。ここで、非アクティブモードの抵抗素子４６は、電力トランジスタ４８がオンされて、電力トランジスタ４８のソースおよびドレインを互いに接続する時、ｎ型トランジスタの固有抵抗を示す。代替実施形態において、他のスイッチ素子が用いられてもよく、よって、抵抗素子４６が得られる。また、抵抗素子４６は、出力、ＯＵＴ５０、とトランジスタ４８の制御電極との間に接続される抵抗と呼ばれる。
【０００９】
可変クランプ回路２４が、直列に接続されたツェナーダイオードのチェーンと、トランジスタ２６、２８、３０とに接続されるカレントミラー２２とを含む。カレントミラー２２が、Ｖｂａｔに接続される第１電流電極および回路ノード２０に接続される第２電流電極を有するトランジスタ３２を含む。また、カレントミラー２２は、Ｖｂａｔに接続される第１電流電極、バッファ４４を介して電力トランジスタ４８のゲートに接続される第２電流電極、トランジスタ３２の制御電極およびノード２０に接続される制御電極を有するトランジスタ３４を含む。一実施形態において、トランジスタ３４の第２制御電極は、バッファ４４の入力に接続され、バッファ４４の出力は電力トランジスタ４８のゲートに接続される。一実施形態において、トランジスタ３２、３４の各々はＰＮＰバイポーラトランジスタであり、また、トランジスタ３２、３４の第１電流電極はエミッタと呼ばれてもよく、第２電流電極はコレクタと呼ばれてもよく、制御電極はベースと呼ばれてもよい。可変クランプ２４が、連続して接続されるツェナーダイオード３６〜４２のチェーン４３を含む。ツェナーダイオード３６のカソードはノード２０に接続され、ツェナーダイオード３６のアノードはツェナーダイオード３７のカソードに接続され、ツェナーダイオード３７のアノードはツェナーダイオード３８のカソードに接続され、ツェナーダイオード３８のアノードはツェナーダイオード４０のカソードに接続され、ツェナーダイオード４０のアノードはツェナーダイオード４２のカソードに接続され、ツェナーダイオード４２のアノードは電力トランジスタ４８のソースに接続される。また、可変クランプ回路２４は、トランジスタ２６、２８、３０を含む。トランジスタ２６、２８、３０の各々の第１電流電極はノード２０に接続される。トランジスタ２６の第２電流電極はツェナーダイオード３８のアノードに接続され、トランジスタ２８の第２電流電極はツェナーダイオード３９のアノードに接続され、トランジスタ３０の第２電流電極はツェナーダイオード４０のアノードに接続される。一実施液体において、トランジスタ２６、２８、３０の各々はｐ型トランジスタ（すなわち、Pチャネルトランジスタ）であり、トランジスタ２６、２８、３０の各々の第１電流電極がソースに相当し、各第２電流電極がドレインに相当する。トランジスタ２６、２８、３０の各々の制御電極（またはゲート）はターンオフ制御回路１８に接続され、ターンオフ制御回路１８は、Ｖｂａｔに接続される。
【００１０】
負クランプ回路１４が、カレントミラー５３、トランジスタ５６、アンプ５８、および電源６０を含む。カレントミラー５３は、Ｖｂａｔに接続される第１電流電極と、電力トランジスタ４８のゲートに接続される第２電流電極とを有するトランジスタ５２を含む。また、カレントミラー５３は、Ｖｂａｔに接続される第１電流電極と、トランジスタ５２の制御電極に接続される制御電極とを有するトランジスタ５４を含む。トランジスタ５４の第２電流電極は、トランジスタ５４の制御電極およびトランジスタ５６の第１電流電極に接続される。トランジスタ５６の第２電流電極はＯＵＴ５０に接続され、トランジスタ５６の制御電極はアンプ５８の出力に接続される。アンプ５８は、電源６０の第１端子に接続される第１入力と、ＯＵＴ５０に接続される第２入力とを有する。電源６０の第２端子は、（電源端子として呼ばれる）接地端子に接続される。一実施形態において、電源６０が「５ボルト」の電圧を供給する。一実施形態において、トランジスタ５２、５４の各々はｐ型トランジスタ（すなわち、Ｐチャネルトランジスタ）であり、トランジスタ５６はｎ型トランジスタ（すなわち、Ｎチャネルトランジスタ）である。
【００１１】
ＤＣモータ１２は、任意のＤＣモータであってよく、ＯＵＴ５０とグランドとの間に直列に接続される抵抗素子６２、（コイル６４または誘導コイル６４と呼ばれる）誘導素子６４、および電源６６によって示される。電源６６がモータ１２の逆起電力（back Electro Magnetic Force:ＢＥＭＦ）電圧を示す。
【００１２】
動作において、回路１０はアクティブモードまたは非アクティブモードで動作する。アクティブモードの間、電力トランジスタ４８は駆動制御回路１６によって制御されて、当業者によって理解されるようにモータ１２を駆動する。アクティブモードの間、チェーン４３のツェナーダイオード３６〜４２が互いに動作して、Ｖｂａｔから、チェーン４３によって供給される電圧を引いた電圧よりもＯＵＴ５０が低下することを防止する。例えば、各ツェナーダイオードが「５ボルト」の電圧低下を与える場合、ＯＵＴ５０が「Ｖｂａｔ−３５Ｖ」よりも低下することを防止するようにチェーン４３が「３５ボルト」の電圧低下を与える。また、負クランプ１４が、グランドに対してＯＵＴ５０をクランプして、ＯＵＴ５０を電源６０の電圧よりも負に低下することを防止する。すなわち、負クランプ１４がＯＵＴ５０をグランドに対して負のレベルにクランプする。例えば、一実施形態において、電源６０が５Ｖの電圧を供給する。よって、この例において、電源６０と、（トランジスタ５６のゲートにおける電圧を制御する）ＯＵＴ５０との比較を用いて、負クランプ１４がＯＵＴ５０を「−５ボルト」よりも低下することを防止する。図１の実施形態で示されるように、負クランプ１４は、グランドに対して固定される。一実施形態において、図１で示されるように、ＤＣモータ１２が、電源６６によって示されるようにＢＥＭＦ電圧を与える。ＢＥＭＦ電圧は、ＤＣモータ１２の速度と比例する。すなわち、高速度によってより高いＢＥＭＦ電圧が与えられる。したがって、一実施形態において、電力トランジスタ４８はオンであってモータ１２を駆動する時、ＢＥＭＦ電圧がＢＥＭＦ電圧の最大値に達する。
【００１３】
非アクティブモードの間、電力トランジスタ４８はオフに切り替わって、ＤＣモータ１２を駆動しない。非アクティブモードにおいて、電力トランジスタ４８のゲートは、抵抗素子４６を介して電力トランジスタ４８のソースに接続される。一実施形態において、該抵抗素子４６は、オンにされたｎ型トランジスタの固有抵抗を示し、電力トランジスタ４８のソースを電力トランジスタ４８のドレインに接続する。トランジスタ４８をオンからオフに移行する（すなわち、スイッチする）時、ターンオフ制御回路１８がトランジスタ２６、２８、３０を制御して、ドレインを電力トランジスタ４８のソース電圧にクランプするように動作するチェーン４３内のツェナーダイオードの数を変更する。このような構成では、例えば、トランジスタ２６、２８、３０を選択的にイネーブルして、チェーン４３の直列に接続されるツェナーダイオードの群を選択的に短絡することにより、アクティブモードから非アクティブモードに移行する間、ターンオフ制御回路１８が可変クランプ回路２４のクランプレベルを選択することができる。例えば、トランジスタ２６がオンであり、且つトランジスタ２８、３０がオフである時、チェーン４３がツェナーダイオード３９〜４２を含み、ツェナーダイオード３６〜３８は短絡される。各ツェナーダイオードが「５ボルト」の低下を提供する例を用いると、クランプの電圧は、（トランジスタ２６、２８、３０の各々がオフである時）（４つのツェナーダイオードのみが動作するため）「３５ボルト」から「２０ボルト」に低下される。よって、ＯＵＴ５０はＶｂａｔ「−２０ボルト」にクランプされる。同様に、トランジスタ２８はオンであり、且つトランジスタ２６および３０がオフである時、（ツェナーダイオード４０〜４２のみが動作して、ツェナーダイオード３６〜３９が短絡されて）クランプの電圧は「１５ボルト」に低下される。したがって、ＯＵＴ５０はＶｂａｔ「−１５ボルト」にクランプされる。同様に、トランジスタ３０がオンであり、且つトランジスタ２６、２８がオフである時、（ツェナーダイオード４１、４２のみが動作して、ツェナーダイオード３６〜４０が短絡されて）クランプの電圧は「１０ボルト」に低下される。したがって、ＯＵＴ５０はＶｂａｔ「−１０ボルト」にクランプされる。したがって、トランジスタ２６、２８、３０の各々がオンにされる時、トランジスタ２６、２８、３０の各々が、チェーン４３から特定群のツェナーダイオードを短絡させることに注意されたい。このように、アクティブモードから非アクティブモードに移行する間、チェーン４３のツェナーダイオードまたはチェーン４３のツェナーダイオードの群は選択的にイネーブルされる。また、図示される実施形態において、可変クランプ２４の異なるクランプレベル（例えば、１０Ｖ、１５Ｖ，および２０Ｖ）は、Ｖｂａｔに対して固定される。
【００１４】
一実施形態において、アクティブモードから非アクティブモードに移行する間（すなわち、電力トランジスタ４８をオフにスイッチする時）、トランジスタ３０、２８、２６の各々は、一定時間で順番にオンにされて、クランプ値が順次増加する。よって、アクティブモードから非アクティブモードに移行する間、可変クランプ回路１４は、ＯＵＴ５０を複数の離散値でクランプするように動作可能であることを理解されたい。離散値は、（Ｖｂａｔ「−１０ボルト」からＶｂａｔ「−１５ボルト」、Ｖｂａｔ「−２０ボルト」へのように）Ｖｂａｔに対する大きさを増大させ、グランドに対して値を低下させる。図２を参照してより詳細に説明するように、トランジスタ２６、２８、３０の動作はターンオフ制御回路１８によって制御される。非アクティブモードの間、負クランプ１４は動作を継続して、ＯＵＴ５０を電源６０の電圧よりも負になることを防止することに理解されたい。
【００１５】
図示された実施形態において、バッファ４４は、入力において比較的高いインピーダンスおよび出力において比較的低いインピーダンスを有するアダプタとして用いられる。一実施形態において、バッファ４４が存在しない場合、動作中に抵抗素子４６をかかる適切な電圧を生成するためにトランジスタ３４、５２が十分な電流を供給できないので、バッファ４４が存在する。
【００１６】
図２は、回路１０をアクティブモードから非アクティブモードに移行する時間に伴う回路１０の様々な信号のタイミング図を示す。時間＝０において、回路は、電力４８はオンであって、モータ１２を駆動するアクティブモードである。この例において、Ｖｂａｔは「１４ボルト」であると仮定される。よって、Ｖｏｕｔ（ＯＵＴ５０における電圧）を示す曲線８２は「１４ボルト」で開始される。（ＯＵＴ５０における電流として図１で示される）電流Ｉｏｕｔは「３０アンペア」であると仮定される。図２における曲線７０は、可変クランプが電圧増加される間に亘る電流Ｉｏｕｔを示す。また、モータ１２のＢＥＭＦ電圧を示す曲線８０が図２に描写される。この例において、時間＝０において、ＢＥＭＦ電圧は、ＢＥＭＦ電圧の最大値（この例では、「１１ボルト」）であると仮定される。
【００１７】
時間＝１ミリ秒（ｍｓ）において、非アクティブモードへの移行が開始する。この時間において、抵抗素子４６を介して電力トランジスタ４８のゲートを電力トランジスタ４８のソースに接続することによって、電力トランジスタ４８がオフにスイッチされる。この時点において、図２の信号８４、８６、８８によって示されるようにトランジスタ２８、２６をオフに維持する間、ターンオフ制御回路１８は、１ｍｓにおいてトランジスタ３０をオンにする。すなわち、ターンオフ制御回路１８が（Ｖｂａｔに基づく大きさの）信号８４、８６、８８の各々をトランジスタ３０、２８、２６にそれぞれ出力する。当技術分野で知られるような如何なる回路設計も、ターンオフ制御回路１８の信号８４、８６、８８を制御する機能を具体化するように用いられてもよい。トランジスタ３０がオンである時、電力トランジスタ４８のソース電圧に対するドレイン電圧が「１０ボルト」にクランプされるように、可変クランプの値は「１０ボルト」になる。よって、Ｖｏｕｔ（ＯＵＴ５０における電圧）が低下されて、「４ボルト」にクランプされる。電力トランジスタ４８のソース電圧へのドレインは「１０ボルト」に初期的にクランプされ、ピーク電力（電流ｘ電圧）は「３０アンぺアｘ１０ボルト」であり、よって、「３００ワット」である。また、電流Ｉｏｕｔが低下し始める。また１ｍｓ後（時間＝２ｍｓにおいて）、ターンオフ制御回路１８が、トランジスタ２８をオンにし、且つトランジスタ２６、３０をオフにする。したがって、可変クランプの値は、（単一のツェナーダイオードの電圧低下）「５ボルト」だけ高くなって「１５ボルト」となる。よって、Ｖｏｕｔは、低下し続けて「−１ボルト」にクランプされる。また、トランジスタ３０がオンである時と比較して増加した割合で、電流Ｉｏｕｔは低下し続ける。またさらに１ｍｓ後（時間＝３ｍｓにおいて）、ターンオフ回路１８がトランジスタ３０をオンにし、且つトランジスタ２６、２８をオフにする。したがって、可変クランプの値は、さらに「５ボルト」だけ高くなって「２０ボルト」となる。また、電流Ｉｏｕｔは、増加した比率で低下し続ける。よって、Ｖｏｕｔは、クランプ２４によって「−６ボルト」よりも低下することを防止されるはずである。しかしながら、上記されるように、負クランプ１４がＶｏｕｔを「−５ボルト」にクランプすることを注意されたい。よって、Ｖｏｕｔが「−６ボルト」に達しないが、Ｖｏｕｔは、３ｍｓから４ｍｓまでの間の時間で「−５ボルト」にクランプされる。この時点において、電流Ｉｏｕｔが「０アンぺア」となって電力トランジスタ４８がオフに完全に移行される（且つ、アクティブモードから非アクティブモードへの移行が完了する）。しかしながら、モータ１２においてＢＥＭＦ電圧がまだ存在し、よって、ＯＵＴ５０（Ｖｏｕｔ）における電圧がＢＥＭＦ電圧のレベルになって、モータの速度が低下し続けて該ＢＥＭＦ電圧のレベルが低下し続けることに注意されたい。今、トランジスタ２６、２８、３０のすべてがオフであって、クランプ２４が「３５ボルト」の完全クランプ値を付与する。
【００１８】
一実施形態において、ＯＵＴ５０がＶｂａｔ「−１０ボルト」にクランプされるように、回路１０がアクティブモードから非アクティブモードに移行する時、クランプ２４の初期値は「１０ボルト」である。大抵の場合、回路１０がアクティブモードから非アクティブモードに移行する時、ＢＥＭＦはＢＥＭＦの最大値となる。よって、最大ＢＥＭＦは「１１ボルト」であり、且つＶｂａｔは「１４ボルト」である図２の例において、「１０ボルト」の初期クランプ値が、Ｖｏｕｔ（ＯＵＴ５０の電圧）がＢＥＭＦの値よりも低下することを保障する。このように、コイル６４は効果的に放電される。よって、一実施形態において、アクティブモードから非アクティブモードに移行する時、クランプ２４の初期クランプ値（およびその後の離散クランプ値）は、（例えば、ＯＵＴ５０における電圧がＢＥＭＦ電圧よりも低いことを保障することによって）コイル６４が効果的に放電されることを保障するように設計される。一実施形態において、非アクティブモードに移行した初期クランプ値は、ＯＵＴ５０の電圧がＢＥＭＦよりも低いことを保障するように選択可能である。ＢＥＭＦ電圧がＯＵＴ５０の電圧よりも大きくない場合（例えば、ＢＥＭＦ電圧がゼロである最悪の場合）、ＯＵＴ５０の電圧は次の時間間隔（図２の例のｔ＝２ｍｓ）までＢＥＭＦ電圧よりも低下しないため、コイル６４が単に放電するのにより長い時間かかることを注意されたい。
【００１９】
より高いクランプ値で初期的に開始するクランプと比較して、可変クランプ２４を用いてアクティブモードから非アクティブモードに移行する間にわたってクランプ値を昇圧することによって、その移行の間のピーク電力は制限される。例えば、図２を参照して記載されるように、クランプ２４の初期クランプ値は「１０Ｖ」であり、電流は「３０アンペア」であり、かつＶｂａｔは「１４Ｖ」であると仮定すると、ピーク電力が「３００ワット」に到達する。しかしながら、アクティブモードから非アクティブモードに移行する場合、可変クランプではなく、例えば、「３５ボルト」の固定クランプ値が用いられると、（負クランプ１４によってクランプされるように）ＯＵＴ５０の電圧が「−５Ｖ」に低下する。よって、「１４Ｖ」のＶｂａｔから「−５Ｖ」へのＯＵＴ５０における電圧降下は「１９Ｖ」である。この場合において、移行するときのピーク電力は「３０Ａｘ１９Ｖ」であり、よって、「５７０Ｗ」である。これは、可変クランプ２４のような可変クランプの使用によって達しうる「３００Ｗ」のピーク電力のほぼ二倍である。クランプの値が所定周期で増加する可変クランプの使用によって、トランジスタ４８をオフにして、アクティブモードから非アクティブモードへの移行に必要な総時間は、−５ＶへのＯＵＴ５０の初期降下を用いるよりも長いことを注意されたい。しかしながら、達成可能なピーク電力の減少と引き換えにこの時間の増加は許容される。
【００２０】
代替実施形態において、可変クランプ２４の異なる構成も用いられてもよい。例えば、クランプの離散電圧値は１０Ｖ、１５Ｖ、および２０Ｖの上述例と異なってもよい。クランプ値は異なる比率で増加してもよく、所定周期は１ｍｓより大きいまたは小さくともよい。さらにまた、可変クランプ値および所定周期のうちの少なくとも一方は、プログラマブルであって、特定の回路または用途に対する必要に応じて調整可能である。例えば、ＤＣモータ１２ではなくて異なる負荷である場合、可変クランプは適宜調整され得る。
【００２１】
上記では、電力トランジスタをオフにすることを含むアクティブから非アクティブモードへの移行の場合、ピーク電圧を制御する回路が提供されることを理解されたい。すなわち、一例において、可変クランプを用いて、出力電圧の降下が制御されて、ピーク電力を許容可能なレベルに制御することができる。さらに、電力トランジスタがＤＣモータを駆動するように用いられる場合、非アクティブモードへの移行を改良するために、可変クランプ２４は、ＤＣモータのＢＥＭＦを用いて構成される。
【００２２】
本発明を具体化する装置の大部分は、当業者には周知の電子部品及び回路からなるので、回路の詳細については、上記に説明したような必要と認識される程度以上には説明されていない。これは、本発明の基本的な概念の理解と認識のためであり、また、本発明の教示を不明瞭にしたり、注意をそらしたりしないようにするためである。
【００２３】
本発明は特定の電位の極性又は導電タイプに対して説明されてきたが、当業者であれば、導電タイプ及び電位の極性を逆にし得ることが理解されるであろう。
一実施形態において、可変クランプ２４、ターンオフ制御回路１８、および負クランプ１４は同一集積回路に配置され、電力トランジスタ４８は集積回路に接続される個別素子である。代替的には、他の構成が用いられてもよい。
【００２４】
さらに、当業者は、上述した動作の機能間の境界は、単なる例示であることを認識するであろう。複数の動作の機能は、単一の動作に結合されること、及び、単一の動作の機能は、追加の動作に分配されることのうちの少なくとも一方が行われる。更に、別の実施形態では、特定動作の複数の例を含み、動作の順序は種々の他の実施形態において、変更可能である。
【００２５】
前述の詳細な説明は、具体的な例示の実施の形態を参照しながら本発明を説明するものである。しかし、添付の特許請求の範囲で定義された本発明の範囲から逸脱することなく様々な修正及び変更が加えられ得ることが理解されよう。例えば、上述記載される特定チェーンのツェナーダイオード以外の異なる回路が使用されて、可変クランプ値を提供してもよい。詳細な説明及び添付図面は限定するものではなく、単に例と見なされるべきであり、そのような修正又は変更は、すべて本明細書で説明され定義された本発明の範囲内に入るものとする。以上、具体的な実施例に関して、利益、他の利点、及び問題の解決方法について説明してきたが、利益、利点、問題の解決方法、及びこうした利益、利点、問題 の解決方法をもたらし、又はより顕著なものにする構成要素は、全ての請求項又は何れかの請求項において重要とされ、要求され、不可欠とされる機能や構成要素であると見なされるべきではない。
【００２６】
「接続された」という語は必ずしも直接的または間接的に、また機械的に結合する状態を意味するものではない。
特に明記しない限り、「第１」及び「第２」等の用語は、そのような用語が述べる要素間を任意に区別するために用いる。したがって、これらの用語は、必ずしもそのような要素の時間的な又は他の優先順位付けを示そうとするものではない。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には電力トランジスタに関するものであり、さらに詳しくはターンオフ制御を有する電力トランジスタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電力トランジスタは、直流（ＤＣ）モータの制御のような種々の用途に用いられる。通常、電力トランジスタは、大きな電圧で動作して大きな電流を引き込んで、システムにおける他の部品と比較して大きな電力量を消費する。また、このような電力トランジスタが動作中にオフにされる時、システムの他の部分を損傷させる大きな電力ピークが起こる可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
したがって、改良されたターンオフ制御を有する電力トランジスタの必要がある。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１】本発明の一実施形態にしたがった、可変クランプ回路、電力トランジスタ、ＤＣモータを含む回路の部分的概略ブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態にしたがった、図１の回路の様々な信号のタイミング図である。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
本発明は例示の方法により説明されており、添付の図面により限定されるものではなく、図面において、同様の参照符号は類似の要素を示す。図中の要素は簡潔かつ明確に説明されており、必ずしも寸法通りに描かれていない。
【０００６】
一実施形態において、電力トランジスタが用いられてＤＣモータを駆動する。しかしながら、電力トランジスタがオフにされる時、損傷を与える大きなピーク電流が維持される。よって、一実施形態において、可変クランプは、電力トランジスタのターンオフ（turn off）を制御するように用いられて、オフにされる時に電力トランジスタにおけるピーク電力を制限する。これは、時間の所定周期でクランプ電圧を増加させてドレインを電力トランジスタのソースにクランプすることによって達成される。これによって、ＤＣモータのインダクタンスコイルの放電時間が増加される。しかしながら、電力を制限してコイル放電時間を増加することによって、電力トランジスタのスイッチオフ電力能力が増加される。
【０００７】
図１が、本発明の一実施形態にしたがった、回路１０の部分的概略ブロック図及び部分的回路図を示す。回路１０が、電力トランジスタ４８、可変クランプ回路２４、ターンオフ制御回路１８、バッファ４４、抵抗素子４６、駆動制御回路１６、ＤＣモータ１２、および負電圧クランプ１４を含む。電力トランジスタ４８のドレインは、ノードＶｂａｔに接続され、ノードＶｂａｔは、回路１０に印加されるバッテリの電圧を受け取る回路１０の電源端子に相当する。電力トランジスタ４８のソースは出力ノード５０（すなわち、ＯＵＴ５０）に接続され、電力トランジスタ４８のゲートは抵抗素子４６、駆動制御回路１６、（バッファ４４を介して）可変クランプ回路２４、および負電圧クランプ１４に接続される。また、電力トランジスタ４８のソースおよびドレインは、電流電極と呼ばれ、電力トランジスタ４８のゲートは、制御電極と呼ばれることを注意されたい。一実施形態において、電力トランジスタ４８はｎ型電力トランジスタ（すなわちＮチャネル電力トランジスタ）である。
【０００８】
また、電力トランジスタ４８のゲートは、駆動制御回路１６に接続される。抵抗素子４６は、電力トランジスタ４８のゲートとソースとの間に接続される。一実施形態において、抵抗素子４６は、駆動制御回路１６の一部として含まれてもよい。一実施形態において、抵抗素子４６は、電力トランジスタ４８をオンまたはオフにスイッチするように動作するｎ型トランジスタ（すなわち、ｎチャネルトランジスタ）のようなトランジスタとして具体化される。例えば、（駆動制御回路１６によって制御されるように）電力トランジスタ４８がオンにされる、モータ１２を駆動する回路１０のアクティブモードの間、抵抗素子４６は無限大（例えば、ｎ型トランジスタはオフ）となる。しかしながら、電力トランジスタ４８がオフにされる、モータ１２を駆動しない回路１０の非アクティブモードの間、電力トランジスタ４８のゲートは抵抗素子４６を介して電力トランジスタ４８のソースに接続される。ここで、非アクティブモードの抵抗素子４６は、電力トランジスタ４８がオンされて、電力トランジスタ４８のソースおよびドレインを互いに接続する時、ｎ型トランジスタの固有抵抗を示す。代替実施形態において、他のスイッチ素子が用いられてもよく、よって、抵抗素子４６が得られる。また、抵抗素子４６は、出力、ＯＵＴ５０、とトランジスタ４８の制御電極との間に接続される抵抗と呼ばれる。
【０００９】
可変クランプ回路２４が、直列に接続されたツェナーダイオードのチェーンと、トランジスタ２６、２８、３０とに接続されるカレントミラー２２とを含む。カレントミラー２２が、Ｖｂａｔに接続される第１電流電極および回路ノード２０に接続される第２電流電極を有するトランジスタ３２を含む。また、カレントミラー２２は、Ｖｂａｔに接続される第１電流電極、バッファ４４を介して電力トランジスタ４８のゲートに接続される第２電流電極、トランジスタ３２の制御電極およびノード２０に接続される制御電極を有するトランジスタ３４を含む。一実施形態において、トランジスタ３４の第２制御電極は、バッファ４４の入力に接続され、バッファ４４の出力は電力トランジスタ４８のゲートに接続される。一実施形態において、トランジスタ３２、３４の各々はＰＮＰバイポーラトランジスタであり、また、トランジスタ３２、３４の第１電流電極はエミッタと呼ばれてもよく、第２電流電極はコレクタと呼ばれてもよく、制御電極はベースと呼ばれてもよい。可変クランプ２４が、連続して接続されるツェナーダイオード３６〜４２のチェーン４３を含む。ツェナーダイオード３６のカソードはノード２０に接続され、ツェナーダイオード３６のアノードはツェナーダイオード３７のカソードに接続され、ツェナーダイオード３７のアノードはツェナーダイオード３８のカソードに接続され、ツェナーダイオード３８のアノードはツェナーダイオード４０のカソードに接続され、ツェナーダイオード４０のアノードはツェナーダイオード４２のカソードに接続され、ツェナーダイオード４２のアノードは電力トランジスタ４８のソースに接続される。また、可変クランプ回路２４は、トランジスタ２６、２８、３０を含む。トランジスタ２６、２８、３０の各々の第１電流電極はノード２０に接続される。トランジスタ２６の第２電流電極はツェナーダイオード３８のアノードに接続され、トランジスタ２８の第２電流電極はツェナーダイオード３９のアノードに接続され、トランジスタ３０の第２電流電極はツェナーダイオード４０のアノードに接続される。一実施液体において、トランジスタ２６、２８、３０の各々はｐ型トランジスタ（すなわち、Pチャネルトランジスタ）であり、トランジスタ２６、２８、３０の各々の第１電流電極がソースに相当し、各第２電流電極がドレインに相当する。トランジスタ２６、２８、３０の各々の制御電極（またはゲート）はターンオフ制御回路１８に接続され、ターンオフ制御回路１８は、Ｖｂａｔに接続される。
【００１０】
負クランプ回路１４が、カレントミラー５３、トランジスタ５６、アンプ５８、および電源６０を含む。カレントミラー５３は、Ｖｂａｔに接続される第１電流電極と、電力トランジスタ４８のゲートに接続される第２電流電極とを有するトランジスタ５２を含む。また、カレントミラー５３は、Ｖｂａｔに接続される第１電流電極と、トランジスタ５２の制御電極に接続される制御電極とを有するトランジスタ５４を含む。トランジスタ５４の第２電流電極は、トランジスタ５４の制御電極およびトランジスタ５６の第１電流電極に接続される。トランジスタ５６の第２電流電極はＯＵＴ５０に接続され、トランジスタ５６の制御電極はアンプ５８の出力に接続される。アンプ５８は、電源６０の第１端子に接続される第１入力と、ＯＵＴ５０に接続される第２入力とを有する。電源６０の第２端子は、（電源端子として呼ばれる）接地端子に接続される。一実施形態において、電源６０が「５ボルト」の電圧を供給する。一実施形態において、トランジスタ５２、５４の各々はｐ型トランジスタ（すなわち、Ｐチャネルトランジスタ）であり、トランジスタ５６はｎ型トランジスタ（すなわち、Ｎチャネルトランジスタ）である。
【００１１】
ＤＣモータ１２は、任意のＤＣモータであってよく、ＯＵＴ５０とグランドとの間に直列に接続される抵抗素子６２、（コイル６４または誘導コイル６４と呼ばれる）誘導素子６４、および電源６６によって示される。電源６６がモータ１２の逆起電力（back Electro Magnetic Force:ＢＥＭＦ）電圧を示す。
【００１２】
動作において、回路１０はアクティブモードまたは非アクティブモードで動作する。アクティブモードの間、電力トランジスタ４８は駆動制御回路１６によって制御されて、当業者によって理解されるようにモータ１２を駆動する。アクティブモードの間、チェーン４３のツェナーダイオード３６〜４２が互いに動作して、Ｖｂａｔから、チェーン４３によって供給される電圧を引いた電圧よりもＯＵＴ５０が低下することを防止する。例えば、各ツェナーダイオードが「５ボルト」の電圧低下を与える場合、ＯＵＴ５０が「Ｖｂａｔ−３５Ｖ」よりも低下することを防止するようにチェーン４３が「３５ボルト」の電圧低下を与える。また、負クランプ１４が、グランドに対してＯＵＴ５０をクランプして、ＯＵＴ５０を電源６０の電圧よりも負に低下することを防止する。すなわち、負クランプ１４がＯＵＴ５０をグランドに対して負のレベルにクランプする。例えば、一実施形態において、電源６０が５Ｖの電圧を供給する。よって、この例において、電源６０と、（トランジスタ５６のゲートにおける電圧を制御する）ＯＵＴ５０との比較を用いて、負クランプ１４がＯＵＴ５０を「−５ボルト」よりも低下することを防止する。図１の実施形態で示されるように、負クランプ１４は、グランドに対して固定される。一実施形態において、図１で示されるように、ＤＣモータ１２が、電源６６によって示されるようにＢＥＭＦ電圧を与える。ＢＥＭＦ電圧は、ＤＣモータ１２の速度と比例する。すなわち、高速度によってより高いＢＥＭＦ電圧が与えられる。したがって、一実施形態において、電力トランジスタ４８はオンであってモータ１２を駆動する時、ＢＥＭＦ電圧がＢＥＭＦ電圧の最大値に達する。
【００１３】
非アクティブモードの間、電力トランジスタ４８はオフに切り替わって、ＤＣモータ１２を駆動しない。非アクティブモードにおいて、電力トランジスタ４８のゲートは、抵抗素子４６を介して電力トランジスタ４８のソースに接続される。一実施形態において、該抵抗素子４６は、オンにされたｎ型トランジスタの固有抵抗を示し、電力トランジスタ４８のソースを電力トランジスタ４８のドレインに接続する。トランジスタ４８をオンからオフに移行する（すなわち、スイッチする）時、ターンオフ制御回路１８がトランジスタ２６、２８、３０を制御して、ドレインを電力トランジスタ４８のソース電圧にクランプするように動作するチェーン４３内のツェナーダイオードの数を変更する。このような構成では、例えば、トランジスタ２６、２８、３０を選択的にイネーブルして、チェーン４３の直列に接続されるツェナーダイオードの群を選択的に短絡することにより、アクティブモードから非アクティブモードに移行する間、ターンオフ制御回路１８が可変クランプ回路２４のクランプレベルを選択することができる。例えば、トランジスタ２６がオンであり、且つトランジスタ２８、３０がオフである時、チェーン４３がツェナーダイオード３９〜４２を含み、ツェナーダイオード３６〜３８は短絡される。各ツェナーダイオードが「５ボルト」の低下を提供する例を用いると、クランプの電圧は、（トランジスタ２６、２８、３０の各々がオフである時）（４つのツェナーダイオードのみが動作するため）「３５ボルト」から「２０ボルト」に低下される。よって、ＯＵＴ５０はＶｂａｔ「−２０ボルト」にクランプされる。同様に、トランジスタ２８はオンであり、且つトランジスタ２６および３０がオフである時、（ツェナーダイオード４０〜４２のみが動作して、ツェナーダイオード３６〜３９が短絡されて）クランプの電圧は「１５ボルト」に低下される。したがって、ＯＵＴ５０はＶｂａｔ「−１５ボルト」にクランプされる。同様に、トランジスタ３０がオンであり、且つトランジスタ２６、２８がオフである時、（ツェナーダイオード４１、４２のみが動作して、ツェナーダイオード３６〜４０が短絡されて）クランプの電圧は「１０ボルト」に低下される。したがって、ＯＵＴ５０はＶｂａｔ「−１０ボルト」にクランプされる。したがって、トランジスタ２６、２８、３０の各々がオンにされる時、トランジスタ２６、２８、３０の各々が、チェーン４３から特定群のツェナーダイオードを短絡させることに注意されたい。このように、アクティブモードから非アクティブモードに移行する間、チェーン４３のツェナーダイオードまたはチェーン４３のツェナーダイオードの群は選択的にイネーブルされる。また、図示される実施形態において、可変クランプ２４の異なるクランプレベル（例えば、１０Ｖ、１５Ｖ，および２０Ｖ）は、Ｖｂａｔに対して固定される。
【００１４】
一実施形態において、アクティブモードから非アクティブモードに移行する間（すなわち、電力トランジスタ４８をオフにスイッチする時）、トランジスタ３０、２８、２６の各々は、一定時間で順番にオンにされて、クランプ値が順次増加する。よって、アクティブモードから非アクティブモードに移行する間、可変クランプ回路１４は、ＯＵＴ５０を複数の離散値でクランプするように動作可能であることを理解されたい。離散値は、（Ｖｂａｔ「−１０ボルト」からＶｂａｔ「−１５ボルト」、Ｖｂａｔ「−２０ボルト」へのように）Ｖｂａｔに対する大きさを増大させ、グランドに対して値を低下させる。図２を参照してより詳細に説明するように、トランジスタ２６、２８、３０の動作はターンオフ制御回路１８によって制御される。非アクティブモードの間、負クランプ１４は動作を継続して、ＯＵＴ５０を電源６０の電圧よりも負になることを防止することに理解されたい。
【００１５】
図示された実施形態において、バッファ４４は、入力において比較的高いインピーダンスおよび出力において比較的低いインピーダンスを有するアダプタとして用いられる。一実施形態において、バッファ４４が存在しない場合、動作中に抵抗素子４６をかかる適切な電圧を生成するためにトランジスタ３４、５２が十分な電流を供給できないので、バッファ４４が存在する。
【００１６】
図２は、回路１０をアクティブモードから非アクティブモードに移行する時間に伴う回路１０の様々な信号のタイミング図を示す。時間＝０において、回路は、電力４８はオンであって、モータ１２を駆動するアクティブモードである。この例において、Ｖｂａｔは「１４ボルト」であると仮定される。よって、Ｖｏｕｔ（ＯＵＴ５０における電圧）を示す曲線８２は「１４ボルト」で開始される。（ＯＵＴ５０における電流として図１で示される）電流Ｉｏｕｔは「３０アンペア」であると仮定される。図２における曲線７０は、可変クランプが電圧増加される間に亘る電流Ｉｏｕｔを示す。また、モータ１２のＢＥＭＦ電圧を示す曲線８０が図２に描写される。この例において、時間＝０において、ＢＥＭＦ電圧は、ＢＥＭＦ電圧の最大値（この例では、「１１ボルト」）であると仮定される。
【００１７】
時間＝１ミリ秒（ｍｓ）において、非アクティブモードへの移行が開始する。この時間において、抵抗素子４６を介して電力トランジスタ４８のゲートを電力トランジスタ４８のソースに接続することによって、電力トランジスタ４８がオフにスイッチされる。この時点において、図２の信号８４、８６、８８によって示されるようにトランジスタ２８、２６をオフに維持する間、ターンオフ制御回路１８は、１ｍｓにおいてトランジスタ３０をオンにする。すなわち、ターンオフ制御回路１８が（Ｖｂａｔに基づく大きさの）信号８４、８６、８８の各々をトランジスタ３０、２８、２６にそれぞれ出力する。当技術分野で知られるような如何なる回路設計も、ターンオフ制御回路１８の信号８４、８６、８８を制御する機能を具体化するように用いられてもよい。トランジスタ３０がオンである時、電力トランジスタ４８のソース電圧に対するドレイン電圧が「１０ボルト」にクランプされるように、可変クランプの値は「１０ボルト」になる。よって、Ｖｏｕｔ（ＯＵＴ５０における電圧）が低下されて、「４ボルト」にクランプされる。電力トランジスタ４８のソース電圧へのドレインは「１０ボルト」に初期的にクランプされ、ピーク電力（電流ｘ電圧）は「３０アンぺアｘ１０ボルト」であり、よって、「３００ワット」である。また、電流Ｉｏｕｔが低下し始める。また１ｍｓ後（時間＝２ｍｓにおいて）、ターンオフ制御回路１８が、トランジスタ２８をオンにし、且つトランジスタ２６、３０をオフにする。したがって、可変クランプの値は、（単一のツェナーダイオードの電圧低下）「５ボルト」だけ高くなって「１５ボルト」となる。よって、Ｖｏｕｔは、低下し続けて「−１ボルト」にクランプされる。また、トランジスタ３０がオンである時と比較して増加した割合で、電流Ｉｏｕｔは低下し続ける。またさらに１ｍｓ後（時間＝３ｍｓにおいて）、ターンオフ回路１８がトランジスタ３０をオンにし、且つトランジスタ２６、２８をオフにする。したがって、可変クランプの値は、さらに「５ボルト」だけ高くなって「２０ボルト」となる。また、電流Ｉｏｕｔは、増加した比率で低下し続ける。よって、Ｖｏｕｔは、クランプ２４によって「−６ボルト」よりも低下することを防止されるはずである。しかしながら、上記されるように、負クランプ１４がＶｏｕｔを「−５ボルト」にクランプすることを注意されたい。よって、Ｖｏｕｔが「−６ボルト」に達しないが、Ｖｏｕｔは、３ｍｓから４ｍｓまでの間の時間で「−５ボルト」にクランプされる。この時点において、電流Ｉｏｕｔが「０アンぺア」となって電力トランジスタ４８がオフに完全に移行される（且つ、アクティブモードから非アクティブモードへの移行が完了する）。しかしながら、モータ１２においてＢＥＭＦ電圧がまだ存在し、よって、ＯＵＴ５０（Ｖｏｕｔ）における電圧がＢＥＭＦ電圧のレベルになって、モータの速度が低下し続けて該ＢＥＭＦ電圧のレベルが低下し続けることに注意されたい。今、トランジスタ２６、２８、３０のすべてがオフであって、クランプ２４が「３５ボルト」の完全クランプ値を付与する。
【００１８】
一実施形態において、ＯＵＴ５０がＶｂａｔ「−１０ボルト」にクランプされるように、回路１０がアクティブモードから非アクティブモードに移行する時、クランプ２４の初期値は「１０ボルト」である。大抵の場合、回路１０がアクティブモードから非アクティブモードに移行する時、ＢＥＭＦはＢＥＭＦの最大値となる。よって、最大ＢＥＭＦは「１１ボルト」であり、且つＶｂａｔは「１４ボルト」である図２の例において、「１０ボルト」の初期クランプ値が、Ｖｏｕｔ（ＯＵＴ５０の電圧）がＢＥＭＦの値よりも低下することを保障する。このように、コイル６４は効果的に放電される。よって、一実施形態において、アクティブモードから非アクティブモードに移行する時、クランプ２４の初期クランプ値（およびその後の離散クランプ値）は、（例えば、ＯＵＴ５０における電圧がＢＥＭＦ電圧よりも低いことを保障することによって）コイル６４が効果的に放電されることを保障するように設計される。一実施形態において、非アクティブモードに移行した初期クランプ値は、ＯＵＴ５０の電圧がＢＥＭＦよりも低いことを保障するように選択可能である。ＢＥＭＦ電圧がＯＵＴ５０の電圧よりも大きくない場合（例えば、ＢＥＭＦ電圧がゼロである最悪の場合）、ＯＵＴ５０の電圧は次の時間間隔（図２の例のｔ＝２ｍｓ）までＢＥＭＦ電圧よりも低下しないため、コイル６４が単に放電するのにより長い時間かかることを注意されたい。
【００１９】
より高いクランプ値で初期的に開始するクランプと比較して、可変クランプ２４を用いてアクティブモードから非アクティブモードに移行する間にわたってクランプ値を昇圧することによって、その移行の間のピーク電力は制限される。例えば、図２を参照して記載されるように、クランプ２４の初期クランプ値は「１０Ｖ」であり、電流は「３０アンペア」であり、かつＶｂａｔは「１４Ｖ」であると仮定すると、ピーク電力が「３００ワット」に到達する。しかしながら、アクティブモードから非アクティブモードに移行する場合、可変クランプではなく、例えば、「３５ボルト」の固定クランプ値が用いられると、（負クランプ１４によってクランプされるように）ＯＵＴ５０の電圧が「−５Ｖ」に低下する。よって、「１４Ｖ」のＶｂａｔから「−５Ｖ」へのＯＵＴ５０における電圧降下は「１９Ｖ」である。この場合において、移行するときのピーク電力は「３０Ａｘ１９Ｖ」であり、よって、「５７０Ｗ」である。これは、可変クランプ２４のような可変クランプの使用によって達しうる「３００Ｗ」のピーク電力のほぼ二倍である。クランプの値が所定周期で増加する可変クランプの使用によって、トランジスタ４８をオフにして、アクティブモードから非アクティブモードへの移行に必要な総時間は、−５ＶへのＯＵＴ５０の初期降下を用いるよりも長いことを注意されたい。しかしながら、達成可能なピーク電力の減少と引き換えにこの時間の増加は許容される。
【００２０】
代替実施形態において、可変クランプ２４の異なる構成も用いられてもよい。例えば、クランプの離散電圧値は１０Ｖ、１５Ｖ、および２０Ｖの上述例と異なってもよい。クランプ値は異なる比率で増加してもよく、所定周期は１ｍｓより大きいまたは小さくともよい。さらにまた、可変クランプ値および所定周期のうちの少なくとも一方は、プログラマブルであって、特定の回路または用途に対する必要に応じて調整可能である。例えば、ＤＣモータ１２ではなくて異なる負荷である場合、可変クランプは適宜調整され得る。
【００２１】
上記では、電力トランジスタをオフにすることを含むアクティブから非アクティブモードへの移行の場合、ピーク電圧を制御する回路が提供されることを理解されたい。すなわち、一例において、可変クランプを用いて、出力電圧の降下が制御されて、ピーク電力を許容可能なレベルに制御することができる。さらに、電力トランジスタがＤＣモータを駆動するように用いられる場合、非アクティブモードへの移行を改良するために、可変クランプ２４は、ＤＣモータのＢＥＭＦを用いて構成される。
【００２２】
本発明を具体化する装置の大部分は、当業者には周知の電子部品及び回路からなるので、回路の詳細については、上記に説明したような必要と認識される程度以上には説明されていない。これは、本発明の基本的な概念の理解と認識のためであり、また、本発明の教示を不明瞭にしたり、注意をそらしたりしないようにするためである。
【００２３】
本発明は特定の電位の極性又は導電タイプに対して説明されてきたが、当業者であれば、導電タイプ及び電位の極性を逆にし得ることが理解されるであろう。
一実施形態において、可変クランプ２４、ターンオフ制御回路１８、および負クランプ１４は同一集積回路に配置され、電力トランジスタ４８は集積回路に接続される個別素子である。代替的には、他の構成が用いられてもよい。
【００２４】
さらに、当業者は、上述した動作の機能間の境界は、単なる例示であることを認識するであろう。複数の動作の機能は、単一の動作に結合されること、及び、単一の動作の機能は、追加の動作に分配されることのうちの少なくとも一方が行われる。更に、別の実施形態では、特定動作の複数の例を含み、動作の順序は種々の他の実施形態において、変更可能である。
【００２５】
前述の詳細な説明は、具体的な例示の実施の形態を参照しながら本発明を説明するものである。しかし、添付の特許請求の範囲で定義された本発明の範囲から逸脱することなく様々な修正及び変更が加えられ得ることが理解されよう。例えば、上述記載される特定チェーンのツェナーダイオード以外の異なる回路が使用されて、可変クランプ値を提供してもよい。詳細な説明及び添付図面は限定するものではなく、単に例と見なされるべきであり、そのような修正又は変更は、すべて本明細書で説明され定義された本発明の範囲内に入るものとする。以上、具体的な実施例に関して、利益、他の利点、及び問題の解決方法について説明してきたが、利益、利点、問題の解決方法、及びこうした利益、利点、問題 の解決方法をもたらし、又はより顕著なものにする構成要素は、全ての請求項又は何れかの請求項において重要とされ、要求され、不可欠とされる機能や構成要素であると見なされるべきではない。
【００２６】
「接続された」という語は必ずしも直接的または間接的に、また機械的に結合する状態を意味するものではない。
特に明記しない限り、「第１」及び「第２」等の用語は、そのような用語が述べる要素間を任意に区別するために用いる。したがって、これらの用語は、必ずしもそのような要素の時間的な又は他の優先順位付けを示そうとするものではない。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路であって、
第１電源端子に接続された第１電流電極、前記回路の出力としての第２電流電極、及び制御電極を有する電力トランジスタと、
前記回路のアクティブモードの間、前記電力トランジスタを制御するための前記電力トランジスタの制御電極に接続された出力を有する駆動制御回路と、
前記回路の出力と前記第１電源端子との間に接続される可変クランプ回路と、
前記アクティブモードから前記回路の非アクティブモードに移行する間、前記可変クランプ回路のクランプレベルを選択する前記可変クランプ回路に接続されたターンオフ制御回路とを備える回路。
【請求項２】
前記可変クランプ回路は、
直列に接続され、且つ前記第１電源端子に接続される第１端部と、前記回路の前記出力に接続される第２端部とを有する複数のツェナーダイオードと、
前記複数のツェナーダイオードおよび前記ターンオフ制御回路に接続される複数のトランジスタとを備える、請求項１に記載の回路。
【請求項３】
前記複数のトランジスタは、
前記複数のツェナーダイオードのうちの第１群のツェナーダイオードを短絡させて、第１レベルでクランプレベルを付与するための第１トランジスタと、
前記複数のツェナーダイオードのうちの第２群のツェナーダイオードを短絡させて、第２レベルでクランプレベルを付与するための第２トランジスタと、
前記複数のツェナーダイオードのうちの第３群のツェナーダイオードを短絡させて、第３レベルでクランプレベルを付与するための第３トランジスタとを含む、請求項２に記載の回路。
【請求項４】
前記第１、第２、および第３トランジスタがＰチャネルトランジスタを含む、請求項３に記載の回路。
【請求項５】
前記可変クランプ回路は、
前記第１電源端子と前記複数のトランジスタとの間に接続されるカレントミラーを含み、
前記複数のトランジスタは、前記複数のトランジスタ及び前記複数のツェナーダイオードの前記第１端部に接続される第１信号端子と、前記電力トランジスタの前記制御電極に接続された第２信号端子とを有する、請求項２に記載の回路。
【請求項６】
前記カレントミラーがバイポーラトランジスタを含む、請求項５に記載の回路。
【請求項７】
前記回路の前記出力に接続される負電圧クランプをさらに備える、請求項５に記載の回路。
【請求項８】
前記負電圧クランプは、第２電源端子に接続され、且つ出力を前記第２電源端子に応じた負レベルにクランプする、請求項７に記載の回路。
【請求項９】
前記回路の前記出力と、負の電極であり、且つ第２電源端子に応じて固定される第２電源端子とに接続される負電圧クランプをさらに備える、請求項１に記載の回路。
【請求項１０】
前記クランプレベルは、前記第１電源端子に従って固定される、請求項９に記載の回路。
【請求項１１】
第１電源端子および第２電源端子に接続され、且つ電力トランジスタのソースに出力を有する回路の動作方法であって、
前記回路のアクティブモードの間、前記電力トランジスタを用いて出力信号を供給すること、
前記回路をアクティブモードから非アクティブモードに移行する間、前記出力を複数の離散値にクランプすることであって、前記移行する間、前記複数の離散値が、前記第１電源端子に従って増加して、前記第２電源端子に従って低下する、前記クランプすることを備える、方法。
【請求項１２】
前記クランプすることは、前記複数の離散値のうちの各離散値が前記第１電源端子に従って固定されることによりさらに特徴付けられる、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第２電源端子に従った値及び負値に固定された負クランプ値を付与することであって、前記負クランプ値は、前記出力を前記クランプ値にクランプしてアクティブモードから非アクティブモードへの移行が完了する関数である、前記付与することをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１電源端子と前記出力との間に直列に接続される複数のツェナーダイオードを提供すること、
前記アクティブモードから前記非アクティブモードに移行する間、前記直列に接続される複数のツェナーダイオードの群を短絡することを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記短絡するは、
前記群に接続される複数のトランジスタを提供すること、
前記アクティブモードから前記アクティブモードに移行する間、前記複数のトランジスタのうちの幾つかのトランジスタを選択的にイネーブルすることを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記出力をモータに接続することを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
回路であって、
第１電源端子に接続される第１電流電極、前記回路の出力としての第２電流電極、および制御電極を有する電力トランジスタと、
前記回路のアクティブモードの間、前記電力トランジスタを制御するための前記電力トランジスタの前記制御電極に接続される出力を有する駆動制御回路と、
前記出力と前記第１電源端子との間に接続される直列に接続される複数のツェナーダイオードと、
前記直列に接続されるツェナーダイオードの群に亘って接続される複数のトランジスタと、
前記複数のトランジスタを選択的にイネーブルして、前記直列に接続されるツェナーダイオードの群を選択的に短絡させる制御回路とを備える、回路。
【請求項１８】
前記回路の前記出力および第２電源端子に接続され、且つ前記第２電源端子に従って固定される値にクランプする電圧クランプをさらに備える、請求項１７に記載の回路。
【請求項１９】
前記第１電源端子と、前記直列に接続される複数のツェナーダイオードとの間に接続されるカレントミラーをさらに備え、
前記直列に接続される複数のツェナーダイオードは、前記直列に接続される複数のツェナーダイオードの第１端部に接続された第１信号端子と、前記電力トランジスタの前記制御電極に接続された第２信号端子とを有する、請求項１７記載の回路。
【請求項２０】
前記出力と前記電力トランジスタの前記制御電極との間に接続される抵抗をさらに備える、請求項１７に記載の回路。
【請求項１】
回路であって、
第１電源端子に接続された第１電流電極、前記回路の出力としての第２電流電極、及び制御電極を有する電力トランジスタと、
前記回路のアクティブモードの間、前記電力トランジスタを制御するための前記電力トランジスタの制御電極に接続された出力を有する駆動制御回路と、
前記回路の出力と前記第１電源端子との間に接続される可変クランプ回路と、
前記アクティブモードから前記回路の非アクティブモードに移行する間、前記可変クランプ回路のクランプレベルを選択する前記可変クランプ回路に接続されたターンオフ制御回路とを備える回路。
【請求項２】
前記可変クランプ回路は、
直列に接続され、且つ前記第１電源端子に接続される第１端部と、前記回路の前記出力に接続される第２端部とを有する複数のツェナーダイオードと、
前記複数のツェナーダイオードおよび前記ターンオフ制御回路に接続される複数のトランジスタとを備える、請求項１に記載の回路。
【請求項３】
前記複数のトランジスタは、
前記複数のツェナーダイオードのうちの第１群のツェナーダイオードを短絡させて、第１レベルでクランプレベルを付与するための第１トランジスタと、
前記複数のツェナーダイオードのうちの第２群のツェナーダイオードを短絡させて、第２レベルでクランプレベルを付与するための第２トランジスタと、
前記複数のツェナーダイオードのうちの第３群のツェナーダイオードを短絡させて、第３レベルでクランプレベルを付与するための第３トランジスタとを含む、請求項２に記載の回路。
【請求項４】
前記第１、第２、および第３トランジスタがＰチャネルトランジスタを含む、請求項３に記載の回路。
【請求項５】
前記可変クランプ回路は、
前記第１電源端子と前記複数のトランジスタとの間に接続されるカレントミラーを含み、
前記複数のトランジスタは、前記複数のトランジスタ及び前記複数のツェナーダイオードの前記第１端部に接続される第１信号端子と、前記電力トランジスタの前記制御電極に接続された第２信号端子とを有する、請求項２に記載の回路。
【請求項６】
前記カレントミラーがバイポーラトランジスタを含む、請求項５に記載の回路。
【請求項７】
前記回路の前記出力に接続される負電圧クランプをさらに備える、請求項５に記載の回路。
【請求項８】
前記負電圧クランプは、第２電源端子に接続され、且つ出力を前記第２電源端子に応じた負レベルにクランプする、請求項７に記載の回路。
【請求項９】
前記回路の前記出力と、負の電極であり、且つ第２電源端子に応じて固定される第２電源端子とに接続される負電圧クランプをさらに備える、請求項１に記載の回路。
【請求項１０】
前記クランプレベルは、前記第１電源端子に従って固定される、請求項９に記載の回路。
【請求項１１】
第１電源端子および第２電源端子に接続され、且つ電力トランジスタのソースに出力を有する回路の動作方法であって、
前記回路のアクティブモードの間、前記電力トランジスタを用いて出力信号を供給すること、
前記回路をアクティブモードから非アクティブモードに移行する間、前記出力を複数の離散値にクランプすることであって、前記移行する間、前記複数の離散値が、前記第１電源端子に従って増加して、前記第２電源端子に従って低下する、前記クランプすることを備える、方法。
【請求項１２】
前記クランプすることは、前記複数の離散値のうちの各離散値が前記第１電源端子に従って固定されることによりさらに特徴付けられる、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第２電源端子に従った値及び負値に固定された負クランプ値を付与することであって、前記負クランプ値は、前記出力を前記クランプ値にクランプしてアクティブモードから非アクティブモードへの移行が完了する関数である、前記付与することをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１電源端子と前記出力との間に直列に接続される複数のツェナーダイオードを提供すること、
前記アクティブモードから前記非アクティブモードに移行する間、前記直列に接続される複数のツェナーダイオードの群を短絡することを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記短絡するは、
前記群に接続される複数のトランジスタを提供すること、
前記アクティブモードから前記アクティブモードに移行する間、前記複数のトランジスタのうちの幾つかのトランジスタを選択的にイネーブルすることを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記出力をモータに接続することを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
回路であって、
第１電源端子に接続される第１電流電極、前記回路の出力としての第２電流電極、および制御電極を有する電力トランジスタと、
前記回路のアクティブモードの間、前記電力トランジスタを制御するための前記電力トランジスタの前記制御電極に接続される出力を有する駆動制御回路と、
前記出力と前記第１電源端子との間に接続される直列に接続される複数のツェナーダイオードと、
前記直列に接続されるツェナーダイオードの群に亘って接続される複数のトランジスタと、
前記複数のトランジスタを選択的にイネーブルして、前記直列に接続されるツェナーダイオードの群を選択的に短絡させる制御回路とを備える、回路。
【請求項１８】
前記回路の前記出力および第２電源端子に接続され、且つ前記第２電源端子に従って固定される値にクランプする電圧クランプをさらに備える、請求項１７に記載の回路。
【請求項１９】
前記第１電源端子と、前記直列に接続される複数のツェナーダイオードとの間に接続されるカレントミラーをさらに備え、
前記直列に接続される複数のツェナーダイオードは、前記直列に接続される複数のツェナーダイオードの第１端部に接続された第１信号端子と、前記電力トランジスタの前記制御電極に接続された第２信号端子とを有する、請求項１７記載の回路。
【請求項２０】
前記出力と前記電力トランジスタの前記制御電極との間に接続される抵抗をさらに備える、請求項１７に記載の回路。
【図１】
【図２】
【図２】
【公表番号】特表２０１３−５０３５５６（Ｐ２０１３−５０３５５６Ａ）
【公表日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５２６８０５（Ｐ２０１２−５２６８０５）
【出願日】平成２２年８月５日（２０１０．８．５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０４４５４４
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０３１３９５
【国際公開日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【出願人】（５０４１９９１２７）フリースケール セミコンダクター インコーポレイテッド (806)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月５日（２０１０．８．５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０４４５４４
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０３１３９５
【国際公開日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【出願人】（５０４１９９１２７）フリースケール セミコンダクター インコーポレイテッド (806)
【Ｆターム（参考）】
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