TW200903969A - MOSFET gate drive with reduced power loss - Google Patents

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200903969 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於在諸如直流/直流轉換之切換應用中驅動 離散或整合式功率金氧半導體場效電晶體，且尤其以 率切換。 呵頻 此申凊案主張2007年5月21日所申請的臨時申請案第 60/93 1,G97號之優先權，該中請案係全部以引用 入本文中。 &併 【先前技術】 切換調節器係用以調節直流電壓並藉由使電壓步升或步 降、，或採用根據變化條件使電壓步升或步降之能力而將二 直:電壓轉換為另一者。直流/直流切換轉換器及調節器 系藉由其在輸入電壓之範圍内調節輸出電壓、負^ 電；,L及/皿度之能力來測量。應該足夠快速地反應以保證電 壓=電流瞬態期間以及穩定狀態操作期間的良好調節。在 某—應用中，亦應該提供電隔離以預防高輸入電壓耦合至 輸出端子’從而消除觸電及火災之風險。 〇 大夕數切換調節器利用電感器或線圈作為能量儲存裝 —因為電感器輕易地產生不同於驅動（即，磁化）電感器 的輸入電壓之輸出電壓的範圍。it同二極體整流器，其切 換及傳‘嗳脈衝寬度調節（PWM)控制器所控制的一或多個 電源開關（通常為功率金氧半導體場效電晶體）係用以控制 電感益中的電流，並且藉由使用負回授來控制調節器之輪 出電 ®。Fi 1 λ t 圖1A至if解說熟知的先前技術直流/直流轉換調 131290.doc 200903969 節器之某些範例。 共同直流/直流轉換器拓撲：在圖1At|3，降壓轉換器上提 供步降電壓調節，因而透過脈衝寬度調變，一高側功率金 氧^導體場效電晶體2控制電感器4中的電流以回應PWM控 制器7。電谷益5濾波轉換器丨之輸出端子上的電壓漣波。 當面側金氧半導體場效電晶體2係關閉時，電感器4中的電 流係加以維持，因為電壓降落至接地以下，從而正向偏 r.壓整流器3並允許電感器電流再循環直至再次開啟金氧半 f 導體場效電晶體2。^極體6在正常操作下保持反向偏壓。 如所不，金氧半導體場效電晶體2係一 P通道裝置，但是高 側N通道金氧半導體場效電晶體可代替該p通道裝置，其中 適當改變閘極驅動電路。 圖1B解說一同步降壓轉換器10,其具有一PWM控制器 17、具一本質P-N二極體15的一高側p通道金氧半導體場效 電晶體11、一電感器13以及一電容器14。該同步整流器包 / 3具有一本質P-N二極體16之一 N通道金氧半導體場效電 晶體12。一先斷後合（bbm)電路18經包括用以預防高側p 通道金氧半導體場效電晶體11以及低側N通道同步整流器 金氧半導體場效電晶體12二者中的同時傳導。同步降壓轉 換器10之操作使用與所說明用於非同步降壓轉換器1相同 的控制及回授技術，下列情況除外：金氧半導體場效電晶 體12在二極體16正在傳導的一部分時間期間（即當金氧半 導體場效電晶體11係關閉時）傳導。 雖然同步降壓轉換器丨〇使用將金氧半導體場效電晶體i i 131290.doc 200903969 作為P通道及金氧半導體場效電晶體12作為一 N通道的互 補半橋，但是圖1C之異步降壓轉換器2〇利用包含一 n通道 高側金氧半導體場效電晶體21及一 N通道低側同步整流器 金氧半導體場效電晶體22之N通道圖騰柱（totem_p〇ie)配 置。 圖m所示的增壓轉換器30包含一金氧半導體場效電晶體 3!及-PWM控制器36,其透過脈衝寬度調變或藉由控制可 又頻率操作中的金氧半導體場效電晶體3 !之開啟時間來控 制電感器32中的電流。無論何時金氧半導體場效電晶體Μ 係關閉而且電感盗32未在進行磁化，電壓I均上升，從而 正向偏壓整流器二極體33並供應電流至滤波電容器Μ以及 輸出端子。經由回授電壓Vfb的輸出電摩v_之回授係用以 控㈣氧半導體場效電晶體31之開啟時間、電感㈣中的 電桃以及v_。同步增壓調節器（増壓轉換器3〇之修 通道或。通道同步整流器金氧半 導體％效電晶體以在正向偏壓 間（即，當低側金氧半導體場效電 體33分流電流。 文電-體31係關閉時)從二極 通常：於：用。除變壓器或轉合式電感器以外的單一電感 器僅能用於步降電壓轉換(二=及同”壓轉換 適當調節的輸出電塵）。降麼轉換^1減〆至較低及 增㈣換器以及對應同步：:二者(圖1D所示的

轉換（即’增加輸人電壓至較高且W 、田凋卽的輸出電壓）。 13I290.doc 200903969 為獲得能夠使輸人電❹升或步降的單 — 複雜的解决方4，甘 D周即益萬要較 雷曰科、"’、吏用又倍數目的功率金氧半導體場效 電曰曰體以將降屢及增磨轉換器組合 穷 用炙珐知A 電路’或糟由使 夕，.堯、.且電感器及變壓器。例如， 中，古相I八客，…. 在圖1E所不的轉換器40 同側金氧半導體場效電晶體 -^ , ^ 日日竝41驅動具有匝數比”η”的 耦合式電感器42,其二次側係藉 搞M + m止# —或四個整流器二 極體或同步整流器金氧半導體場效 跨電容器44的電壓。為了調r於 “以輸出橫 ,^ 4了調即輸出電壓’必須經由橫跨可 匕3—變壓器或一光耦合

卩早46的回授電壓VFB 將輪出電壓V〇ut回授至PMW控制器47。 ，雖然轉換器4G利用連接至正輸人電壓〜的P通道功率金 乳+導體場效電晶體，但是圖1?所示的轉換器叫吏用接地 N通道金乳半導體場效電晶體51以控制輕合式電感器^ ，電流，該轉合式電感器之二次繞組係藉由一二極體或金 氧半導體場效電晶體整流器電路53所整流並藉由電容器Μ 所渡波。橫跨電容器54的輸出電壓係透過隔離變壓哭或光 耗合器56而回授至—次側PWM控制器57。轉換器50可操作 為正向轉換器或返馳轉換器，取決於能量是否在金氧半導 體場效電晶體51係在傳導時同相地傳輸至負載，或在金氧 半導體場效電晶體加以關閉時異相地傳輸至負載。 在圖所示的全部調節器中，功率金氧半導體場 效電晶體及整流器二極體係用以控制轉換器及調節電路中 的能量流。在同步整流轉換器中，甚至藉由傳導金氧半導 體場效電晶體來分流二極體以減少傳導損失。 131290.doc 200903969 但是以一兆赫内的頻率切換功率金氧半導體場效電晶體 涉及切換及閘極驅動功率損失，而不僅僅由於傳導所致的 功率損失。 功率金氧半導體場效電晶體中的傳導及切換損失：即使 功率金氧半導體場效電晶體提供優良的電效能至其他半導 體裝置，尤其對i 00伏特以下的操作，但是其並非理想電

源開關，因為其事實上耗散功率並減少其中使用其的電路 之效率。在傳導或開啟狀態中，耗散的功率係藉由橫跨汲 極至源極端子的電壓乘以電流來決定，或者P=Id.Vds。因 為忒裝置並非一直在傳導，所以平均功率係藉由該裝置係 開啟並在傳導的時脈週期τ之百分比來決定，即t()n/T。 在直流/直流切換調節器的主要開關中，此分數亦稱 Y二°°之工作因數D ° _習技術人士已熟知若電路並非 以固定頻率fel/T操作’則其逐個循環平均功率會改變， :二必須執行更仔細的時間整合以計算該裝置在較長持續 散。内（例％，在鐘離子電池之放電期間）的平均功率耗 率力率金氧半導體場效電晶體中的功 意指子電壓。術語"開啟，，及，，開關"不應視為 可操作為可程式化電流源或可變電阻晶體 語”開關”依0SIE、如本文中所用的術 或中斷 早白斯特（Welter)字典定義為指完 之量值)的二4或預防電流流動，而不考慮該電流 I31290.doc 200903969 在其飽和操作區中，”開 Λ ]啟功率金氧半導體場效電晶體 的仃為如一忮定電流源 决於閘極電壓而且相對地 一及極電壓vDS之數值無關1 均功率耗散：十 V . 〇n(sai) r --— τ

^condim) = ^sm * VDS :作為受控電流源’功率金氧半導體場效電晶體的電流 里：必須加以保持至低數值，否則該裂置將會過熱。在 r n十中必須注意最小化輸人電壓變化以避免影響該裝 =的問極偏壓。採用開極控制，功率金氧半導體場效電晶 :刼作為切換式電流源’從而在固定汲極電流與其中除 裝置冷漏以外無電流流動的關閉條件之間交替。 #田力率金氧半導體場效電晶體係用作低電阻開關時，該 名置在，、線性區中操作，該線性區的特徵為其汲極電壓 與其汲極電流之間的線性關係而且其斜率定義一可變電阻 rd一’該可變電阻的量值隨金氧半導體場效電晶體的間 C ....極偏壓而變化。因為從歐姆轉（〇hm，s law)v=I.R，所以 金乳半導體場效電晶體中的功率耗散在其線性區中依照下 列關係： ^on(iin) ~τ~

Pc〇nd(lm) = ^0(/,„) · VDS(lm) ·~^- = (/〇)2 . R〇s^ 術語rds㈣假定該裝置係在其線性區中操作’從而作為 取決於閘極電壓的可變電阻。 在以高頻率開啟及關閉功率金氧半導體場效電晶體時， 功率亦會損失。圖2ADD解說金氧半導體場效電晶體中 由其閘極電容所產生的功率損失。如圖2A所示，充電及放 131290.doc -10- 200903969 電金氧半導體場效電晶體6丨之電容閘極 電流伽藉由問極緩衝器63供應並在复中二的瞬態閑極 ㈣充電金氧半導體場效電晶體的閑極以將二啟其= Ik後將儲存在金氧半導體者 至接岫—^ 閘極上之電荷傾卸 至接地。精由熟知的公式〜V2提供自驅動一電 等效功率損失。使用術語 ' ^ « ϊ§ # ^ ^ 巧金軋+導體場效電晶

丑展見—構固有的多個電壓可變電容，@而最多地問題 使用電容進行簡單的功率計算。_解說用於金氧半導體 場效電晶體66的電容之網路’其包括與p_N接面二極體二 相關聯的間極至源極電容7G(Cgs) 1極至汲極電容 69(cDG)以及汲極至源極電容72(Cds) 〇 ㈣電壓可變以外，閘極至沒極電容69還形成從金氧半 導體場效電晶體的汲極"輸出"至其閘極輸入之一回授路 徑。任何時候該電路顯示電壓增益時，此電容亦加以放 大’從而多次採用大於小信號電容Cdg之量值的電容來載 入輸入端子。瞭解為米勒效應（Miller effect)的此現象極大 錢採用電容計算功率損失變複雜，因為在切換瞬態，金 氧半導體％效電晶體66從截止傳遞至飽和並至其線性區 中’其中電壓增益及電容全部串列變化。 圖2C解說覆蓋在功率金氧半導體場效電晶體的Id_v的曲 線族上之一此切換瞬態。明確而言，”負載”表示諸如圖以 之降壓轉換器〗的一切換調節器，其在二極體恢復期間 (即，當一極體停止傳導而且金氧半導體場效電晶體開始 時）驅動整流器二極體3以及電感器4二者。 I31290.doc 200903969 以在點78處沒有電流的"關閉”裝置開始，所示的切換瞬 態以相對怪定的没極電壓橫越路徑71。汲極至源極電廢無 法立即改變，因為在汲極電壓能上升之前，二極體3必須 耗盡任何儲存的電荷。採用大vDS汲極電壓，Vds>Vgs並且 金氧半導體場效電晶體係在其飽和區中操作，在飽和金氧 半導體場效電晶體中的電流傾斜為受與v g s數值成比例的 閘極電壓74所控制。在此條件及電路中’飽和金氧半導體 場效電晶體展現電壓增益，從而藉由不斷改變並增加數^ 來放大閉極至没極回授電容’使閘極緩衝器在轉變期間順 利地驅動金氧半導體場效電晶體的閘極愈加困難。 該裝置進入操作條件72，其中電流 在閘極偏壓VGS5下 點75對應於轉變區中線性與 為飽和邊緣或準飽和。該裝 南點並開始隨VDS降落而下 ，金氧半導體場效電晶體係 及汲極電壓皆在快速地改變。 飽和之間的偏壓條件，有時稱 置中的瞬時功率損失已達到最 降。從閘極偏壓VGS6及更高者 在其線性區7 6中操作。

問極電㈣中的進—步增加會將金氧半導體場效電晶體 的電阻、進-步降低至點79’但其中減少傳導損失的改 良。在所不的範例中，電流在此短間隔期間變為半怪定， 因為負載係感應的而且將不允許電流立即充電。因為I vDS及V:同時變化，所以難以解決所有的裝置内電流。 而在只際應用中，用以驅動金氧 極之閘緩衝器的行為如固定電二=效電晶體的閉 動來獲取裝置操作巾的更_電流源閘極驅 伟作中的更大清楚。如圖2D所示，供應怪定 131290.doc 12 200903969 電流u驅動-負載的金氧半導體場效電晶體之間極的電 流源會產生vDS切換瞬態，因此隨時間，電壓從截止以處 的Vcc ’透過飽和87,並至其線性區⑽中而下降。在相同 時間，在點90處的零伏特處開始，〜閑極電壓在截止期 間呈線性地增加81，當沒極電壓87係在旋轉時達到飽和中 的平台82，而额該裝置進人其線性操作區而再次增加 83。在時間^處’瞬態結束’金氧半導體場效電晶體係在 f 完全傳導而且汲極電麼現在為VRds。因為閑極電流在整 個轉變期間係恒定的而Μ為㈣〜，所以χ軸可重新繪 製為閘極電荷Qg。 因為始終保存電荷，所以達到點84所需要的電荷之數量 係與問極驅動電路無關。換言之，達到—給定閑極及沒極 偏壓條件所需要的閘極電則。係與路徑無關並^隨驅動 電路而改變。能採用圖从之曲線圖ι〇〇中所示之X Vgs來重㈣製qg&Vgs之曲線圖’其分別具有截止、飽和 區1。4,及106。在相同軸上緣製的汲極電壓係 ;、電阻’其在飽和邊緣快速地下降101至線性區102 ，並最終以最小值RDS在點108處穩定。 達到間極電荷107及汲極電壓刚的功率損失因此能表達 電容’但是隨汲極 切換調節器中所用 因此能藉由下列等 此等式考量米勒效應及所有電壓相依 偏壓V〇s '閘極驅動Vgs及科技而變化。 的功率金氧半導體場效電晶體之總損失 131290.doc -13 - 200903969 式來計算： K，„、+ pcmd(sm、+ P-e + P〇iher /傳統切換調節器中，金氧半導體場效電晶體係決不有 、、在飽和中操作而僅在切換瞬態及二極體恢復期間經歷切 換。在此類情況下，假定轉換器的頻率並非太高，能忽略 而且僅需要考量線性區匕叫⑷中的傳導損失。在 低電壓下，能忽略混雜損失P0ther而且功率損失等式簡化 為： P = (lDf-RDS(ony^ + QG.Vas.f 在給定曲線圖100中的QG及Rds曲線情況下，使用以上等式 所計算的總體功率損失係顯示在用於以固定WT比率料 的圖3B之曲線圖120中。如所示，曲線121、⑵及⑵解說 與可以為（例如）3G0 kHz、1 MHzA2 MHz之頻率&、^及心 成比例的功率損失增加。 功率損失曲線具有在某特定閘極電壓情況下帶有最小值 的U形而且因該數值以上或以下之任何閘極驅動而增加損 失。較高閘極驅動電壓情況ΤΡι_的逐漸增加係由於與曲 線圖100中0曲線1〇6一致的增加閘極驅動損《Pdrive所致。 對於低閘極電壓，閘極電壓的I之陡度相依係對應於 曲線圖100中的曲線101之飽和邊緣處的金氧半導體場效電 晶體操作之結果。隨著頻率從曲線i2i增加至123，最小功 率損失會增加（即轉換器展現減小的效率），並展現較大凹 度（即其最小值出現在閘極電壓之較窄範圍内）。換言之， 閘極驅動損失在高頻率操作中變得愈加關鍵。 131290.doc 】4 200903969 在使用除恆定電流驅動以外之恆定電壓的正常應用中， 閘極驅動知失從vGS切換波形之檢查並不明顯，因為其出 現得太快以致看不見。例如，在圖4八中，包含？通道金氧 半導體場效電晶體142及N通道金氧半導體場效電晶體M3 並由提供電壓vec之電壓源丨46所供電的閘極緩衝器141快 速地驅動vee及接地之間的功率金氧半導體場效電晶體144 之閘極。在開啟期間，圖4B所示的Vgs切換波形15〇顯示其 另平⑺向上進展151及154中的某輕微斜率變化丨53而且 再次在關閉期間揭露其平滑衰減156及158中之斜率變化 15 7至零伏特的最終閘極電壓1 5 9。 實際驅動損失之較清楚機械圖片係顯示在亦在圖4Β中的 曲線圖m中，其中閘極電荷從零庫命之開始值⑺呈線性 地增加’隨斜率172上升，達到最終值173並在切換瞬態結 束時在時間t3衰減m至零庫侖之最終值175。因此，即使 閘極驅動使用恆定電壓驅動，功率損失仍係與所示在電流 ㈣動條件下使用相同。在充電期間儲存在閘極上的總電 荷係在關閉期間全部損失至接地。 此類軌對執驅動有損失，因為其並不再循環或維護自循 壤間的任何閘極電荷而且因為其驅動開極至電壓v ，其 可以不對應於圖3B所示的最小功率損失條件。因此:夢= 拋開電荷並藉由過度驅動金氧半導體場效電晶體的㈣而 浪費功率，二個因素皆降低轉換器之效率。 古在以頻率切換之任何金氧半導體場效電晶體且尤其在直 流/直流切換調節器中所需要的係一構件，其用以充電及 13I290.doc 200903969 放電功率金氧半導體場效電晶體 器或另-電路之總體效率，祀掳、“ 乂便為了改良轉換 極電荷之某部分。 根據逐個循環來維護並再用閉 【發明内容】 此等需求在依據本發明所操作的金氧半 中得到滿足，其中一切換金氧半導體琢：’.aa 關閉而在完全開啟條件 ❼a曰體並未疋全 ，、低玉机條件之間交替。

體場效電晶體之低電流條件取 ’ —入M Μ 欠傳、、'先切換序列甲所使用的 π王關閉條件。在完全開啟 氧半導體場效電晶體會減少在各;條件之間切換金 , 减^在各切換循環期間必須移動至 曰導體場效電晶體之間極並從該間極移出的電荷之數 =且因而減少充電及放電該閉極中所損失的功率。在許多 =下，此功率節省更多地補償從繼續在其低電流條件下 乳丰導體場效電晶體中流動之汲極電流所損失的額外 功率。因此’改良金氧半導體場效電晶體之總體效率。 驅動金氧半導體場效電晶體之閘極的以上方法可使用各 種閘極驅動電路來達到，兮笙 "亥專閘極驅動電路全部係包括在 本發明之範嘴内。 在-組具體實施例中’採用雙態開極驅動器來驅動間 極。亥驅動益係在功此上構造為單極雙投開關而且其具有 連接至足以π全開啟金氧半導體場效電晶體的第—電壓之 第-輸人端子以及連接至通常接近金氧半導體場效電晶體 之臨界電麼的第二電壓之第二輸入端子。連接至金氧半導 體場效電晶體之閘極的閘極驅動器之輸出端子係在第一與 131290.doc -16- 200903969 第二輸入端子之間切換以在完全開啟與低電流條件之間驅 動金氧半導體場效電晶體。間極驅動器可使用一對互補金 ^半導體場效電晶體以及—傳遞電晶體來構造，該傳遞電 日日體係連接至適合於驅動金氧半導體場效電晶體至低電流 條件的-參考電麼。遞送至金氧半導體場效電晶體之間極 的電屢可使用複數個傳遞電晶體來產生，該等傳遞電晶體 =連接用以形成一多工器，或包括電阻器及/或二極體的 分壓器電路。閘極驅動器可以能夠遞送二個以上電壓以確 保適合於金氧半導體場效電晶體之低電流條件的電壓為可 用。

V 回授可用以確保適當汲極電流在其低電流條件下流經金 氧半導體場效電晶體。回授電路測量透過金氧半導體場效 電晶體的電流並接著將測量與表示所需電流值的參考比 較。若存在一差異’則產生一誤差信號而且該誤差信號使 閘極驅動器（按需要）在其低電流條件期間增加或減小金氧 半導體場效電晶體之閑極電壓直至達到金氧半導體場效電 晶體中的汲極電流之正確數值。回授電路可包括—放大 器、一感測電阻器及/或電流鏡。 或者，因為金氧半導體場效電晶體之臨 飽和電流的主要程序參數，所以可藉由微調以校^^ 電壓中的製造變化來獲得金氧半導體場效電晶體中的低電 流之正確數值。微調電路可在金氧半導體場效電晶體的閘 極因低電流條件而進行偏壓時測量金氧半導體場效電晶體 中的汲極電流並且調整間極驅動器遞送至金氧半導體場效 131290.doc -17- 200903969 電晶體的閉極之參考電麼直至達到汲極電流的正確數值。 例如，微調電路可包括與在分麼器網路中串聯連接之電阻 次可程式化(οτρ)金氧半導體場效電晶 體。程式化（即，永久地開啟）個別金氧半導體場效電晶體 ^且接U數目的電阻器直至獲得提供金氧半導體場效電 晶體中的汲極電流之正確數值的閘極電壓。 或者’可採用第二臨界遠接雷、味 k ί 體來單謂造金氧半==;:，半導體場效電晶 私干导骽％效電晶體。因為臨界電壓中 :任何變化均會影響二個金氧半導體場效電晶體，所以供 2定電流至電流鏡金氧半導體場效電晶體將使電流藉由 ’’乳半導體場效電晶體之個別閘極寬度的比率⑷在主要金 ，半導體場效電晶體中加以反射。因此，若將等於主要金 古一導體每效電曰曰體中的目標電流除以η的電流供應至電 氧半導體場效電晶體，則正確量值的電流將流經主 :氧半導體場效電晶體。供應至電流鏡金氧半導體場效 1體的電流可藉由D/A轉換器在數位邏輯、數位信號處 2或微處理态之控制下進行調整並可動態地而且按需要 。或者’電流鏡金氧半導體場效電晶體之問極 “曰第位置（其中其係連接至電流鏡金氧半導體場效 ^晶^之沒極以及一電流源）與一第二位置（其中其係連接 )之間切換，從而關閉電流鏡金氧半導體場效電晶 1而且連接主要金氧半導體場效電晶體之閘極至一高電 ^其驅動主要金氧半導體場效電晶體至其高電流狀態 131290.doc 200903969 在另—組具體實施例中，閘極驅動器係在功能上構造為 一極開關，其中第三輸入端子係連接至金氧半導體場效電 曰曰體之源極。藉由連接閘極驅動器之輸出端子至第三輸入 端子，金氧半導體場效電晶體係加以關閉或置於休眠或關 機模式中，其中在驅動金氧半導體場效電晶體之閉極中未 損失功率或者允許電流流經金氧半導體場效電晶體之汲 極。在某些具體實施例中，閘極驅動器可具有一致能輸入 端子，其在其開啟條件下使閘極驅動器在其高與低電流狀 態之間切換金氧半導體場效電晶體，而且在其關閉條件下 使閘極駆動器連接閘極至金氧半導體場效電晶體之源極， 攸而關閉金氧半導體場效電晶體或將其置於其休眠模式 中。 、 本發明亦包括藉由下列方式驅動金氧半導體場效電晶體 之方法·在金氧半導體場效電晶體係完全開啟的第一電壓 與通常接近臨界電壓（在其情況下金氧半導體場效電晶體 係在低電流或部 > 開啟條件下）的帛^電壓之間切換間 極。 用於驅動具有低閑極驅動損失的功率金氧半導體場效電 晶體之以上說明的方法及電路能應用於N通道或P通道傳導 率類型之低側、高側或推挽組態式功率金氧半導體場效電 晶體。 【實施方式】 雖然功率金氧半導體場效電晶體設計及製造能用以最佳 化或最小化功率切換應用中所用的一裝置之開啟電阻間極 131290.doc -19- 200903969 電荷乘積，但是亦能藉由限制在各切換轉變期間所移動的 閘極電荷之數量來最小化功率損失。可採用二種方式達到 此作業·藉由將最大閘極驅動限制為最佳點或藉由在切換 轉變期間保存羊此關搞φ 、 ^ 電何。此應用揭示在隨後切換循淨 期間維護某閘極電荷的構件。 、、

圖5解說本發明之—具體實施例，其中電路_解說驅動 t制負载2G4之功率金氧半導體場效電晶體2〇3之閘極的構 件。負載204可包含連接至供應電壓、的電組件，或連接 至VDD及可視需要地至接地或至其他電壓源二者的電組件 網路。至閘極驅動器2〇2的輪人信號係採用在供應電壓 與接地之間切換的輸出端子從緩衝器或反相器2〇ι輸出的 邏軏信號。供應電壓Vcc通常不同於Vdd，而且其一般係小 於VDD，儘管情況不必如此。 閘極驅動器202驅動金氧半導體場效電晶體2〇3之閘極至 源極端子，從而採用小於緩衝器2〇1之輸出端子處之電壓 範圍的電壓範圍來重複地充電及放電閘極。在由閘極電壓

Vgsh表示之金氧半導體場效電晶體203之高或完全開啟的 條件下，以下列電位偏壓金氧半導體場效電晶體2〇3之閘 極： VGs=Vgsh=Vcc 因而金氧半導體場效電晶體係驅動至其線性區中（即操作 為可變電阻器），以便藉由下列等式提供汲極電流1〇 : lD=VDS/RDS(on) 在此條件下，vD=vDS«vGS且vGS»vt，其中Vt係金氧 131290.doc -20· 200903969 半導體場效電晶體203之臨界電壓。 與傳統閘極驅動電路（其中第二狀態中功率金氧半導體 場效電晶體係偏Μ為完全”關閉,，，其閘極係與其源極短接） 中的情形相反，本發明金氧半導體場效電晶體加之技術 並非切斷，而係在低或部分開啟條件％下採用閘極電位 來偏壓：

Vgs=VGsl=VBias 假疋VB1AS之數值為較小，通常接近臨界電壓，因此在 此狀態中VDS>(VGS-Vt)且該裝置係在其飽和狀態中，其中 汲極電流係相對地與汲極電壓Vds無關，以便藉由下列等 式提供汲極電流iD :

[D = IdbIAS 00 VbiaS 閘極電位Vbias>〇係藉由偏壓供應205來建立，該偏壓供 應可包含固定值參考電壓或其倍數。或者’ Vb]as可變化 為Vcc的倍數。如所示，閘極驅動器202執行選擇二個可行 閘極電位VBIAS及Vce之一之單極雙投開關的功能。與偏壓 金氧半導體場效電晶體之閘極的傳統方法相反，金氧半導 體场政電晶體203之閘極並非驅動至接地。

通常地’ Idbias係至少一或二個量值等級（即，從1〇至 1 〇〇倍）’其在金氧半導體場效電晶體的閘極至源極電壓V § s 係等於零時大於透過金氧半導體場效電晶體的洩漏電流之 i小而且在金氧半導體場效電晶體係在其完全開啟條件下 日守不大於小於金氧半導體場效電晶體中的電流之量值 (即，從量值的1 %至i 〇%)的一或二個量值等級。金氧半導 ^^90.d〇c •21 · 200903969 體場效電晶體在其飽和低電流狀態中的閘極至源極電壓 vBIAS係通常在其外推臨界電壓的1〇%至125%之範圍内， 較佳在其外推臨界電壓的25%至1〇〇%之範圍内。外推臨界 電壓係定義在Dieter* K. Schroder·提供的半導體材料及裝置 特徵（1990)甲，其係以引用之方式併入本文中。 f 對於在臨界值以上及以下數毫伏特的閘極偏壓（例如閘 極偏壓VGS=Vt ± 400 mV)，飽和汲極電流急劇地改變。拾 取產生一特定所需汲極電流的閘極偏壓比較困難，尤其在 考量製造可變性時。將電壓源306設定在固定值能產生金 氧半導體場效電晶體308中的飽和汲極電流之寬批對批變 化。使用固定閘極偏壓方法，乘積因此必須經篩選以擬合 汲極電流之特定範圍。例如，在可攜式應用中使用固定偏 壓的情況下，對1W切換調節器之汲極電流的篩選限制可 包含表1中所顯示的指定範圍。 餘和汲極電流 率應用~~ 最佳 _ ^μΑ53〇 μΑ 100 μΑ 至 1 良好 30μΑ 至 30〇i

mA至30 mA 300 μΑ至 1

30 mA至300 mA 不合格 mA , I < 1 μΑ

1 > 300 mA < 100 μΑ 表1 在低功率應用中（通常地，其中當金氧半導體場效電晶 體係完全開啟時汲極電流係在〇·5八至5人之範圍内），太多 的飽和電流會浪費功率，此若不藉由減少二極體恢復損失 加以偏移，則能導致較低的總體轉換器效率。在高功率轉 換器中（通常地，其中當金氧半導體場效電晶體係完全開 啟時汲極電流係在5 Α至50 Α之範圍内），此類小損失可忽 略而且即使在較高偏壓電流下雜訊益處仍可偏移對效率之 131290.doc -22· 200903969 任何影響的處罰。應注意’較低限制亦存在；若低電流飽 和模式中的汲極電流降落至某指定值以下，則分流二極體 电流及減少二極體中的儲存電荷中的揭示技術之益處會減 少或一起損失。 圖6之曲線圖顯示用於電路2〇〇的切換波形，其中分別在 曲線圖220、230、240及250中與時間相對繪製VlN、Vgs、 Id及VDS。如曲線圖220所示，至閘極緩衝器2〇2的輸入Vin 在接地221(即〇 V)與Vcc輸入電壓223之間交替，其中二者 之間具有快速轉變222及224。 曲線圖230中所示的驅動金氧半導體場效電晶體2〇3之閘 極電壓vGS的閘極驅動器202之輸出在電壓¥81心與Vec之間 父替’從而決不達到零。如所示，VGS中的轉變232及234 係與VIN中的轉變222及224同步且同相，但可在極性上倒 轉。對應於所示的VGS脈衝，半對數曲線圖240中的汲極電 流Id採用轉變242及244在量值IDBIAS之最小電流24丨與量值 (VDS/RDS(()n))之最大電流243之間交替。 橫跨金氧半導體場效電晶體203的汲極電壓vDs在量值 (VDD-5V>VDD之最大電壓251與量值（lD，RDs(〇n))之最小電壓 253之間交替。電壓δν係橫跨承載小電流Idbias之負載2〇4 的電壓降落。若1DBIAS係在1 mA下且較佳地在1 μΑ至1〇〇 μΑ之範圍内，則金氧半導體場效電晶體203中的功率耗 散，即： pbias=Idbias*(Vdd-3V) « Idbias_Vdd 係可忽略。閘極驅動損失中所節省的功率係藉由限制閘 131290.doc -23- 200903969 極驅動電壓且因而限制閘極電荷中的擺動來達到。 最J、化閘極電何擺動：上述功率節省概念係解說在圖7 之曲線圖280中，s玄曲線_包括在左手丫轴上）以及 VDS(在右手y軸上）對閘極電荷在X軸上）之繪製圖。實線 才曰7Γ依據本發明所操作之—裝置中的閘極及沒極電壓之範 圍，而實線及虛線—起指示使用傳統閘極驅動技術所操作 之一裝置中的相同範圍。 而》在傳統閘極驅動中，閘極電荷在零處開始並 接著曲線281、282、283及284增加至點287。若輸入Vec 牦加貝j最:大問極電荷qgh將進一步沿線285增加至超出點 287 ° 著增加閘極電荷’對應汲極電壓從金氧半導體場 效電晶體203之關閉狀態中的％移動並接著經由曲線 290 291及292移動至點294處的金氧半導體場效電晶體 2〇3之開啟狀態。若輸人電增加，則電壓〜將沿曲 線2 9 3僅輕微下降至點2 9 4以nr，待·;&S»。, 點zy4以下儘官Qg在此區中呈線性地 增加。

V 在傳、冼切換應用巾，在開啟期間放置在金氧半導體場效 電晶體之閉極上的整個電荷係在關閉期間傾卸至接地。總 閘極電荷對應於將閘極充電最多至Vce並接著放電至接 地，從而產生閘極電壓及間極電荷中的較大，，擺動”。閘極 電荷擺動係在本文中定義為： △Qg Ξ Qgh-Q〇=Qg(Vgh)-〇 對於傳統閘極驅動方法’此總閘極電荷擺動因此為 131290.doc -24- 200903969 △Qg = Qg(Vcc)-0 = Q(3h 再次參考圖7中的曲線圖280，當依據本發明驅動閘極 時，閘極電荷僅沿曲線283及284在點286與287之間交替。 因此藉由下列等式提供閘極改良式電荷擺動AQ,G : △Q'g 三 QGH-QGL=QG(VGH)-QG(vG(on)) ”中Qgl>0。因為（qgh_qgl)〈qgh，所以需要較少閘極電荷 以在給定頻率下切換，而且藉由沿從零至點286之路徑的 電荷或（Qgl-QG0)=Qgl來成比例地減少驅動閘極所需要 功率。 為了較佳地解說減少閘極電荷擺動，本發明之方法能表 不為Qg對時間之繪製圖，如圖9之曲線圖32〇中所解說，其 ，氧半‘體場效電晶體之閘極上存在的電荷隨充電及放 電轉變322及324而在量值Qgl(曲線321)與量值Q仙（曲線 之間交替變化。因為某最小數量的電荷Qgl係始終處 於該裝置的閘極上，所以藉由區域325所表示的電荷係從 個循ί衣維濩至下一個循環，而且相應地改良閘 效率。 妓最小化平均功率損失：如先前所陳述，#由下列等式提 仏與依據此方法驅動閘極相關聯的功率損失： ^drive = (QG«VG)/T = QGH.VGH.f 因此藉由下列等式提供與高頻率金氧半導體場效電晶體 之問極驅動期間的減少電荷相關聯之對應功率節省 P G s a v e d ·· I3I290.doc -25- 200903969 PGsaved = (QGL-VG(on))/T = QGL.VG(〇n).f 再次參考圖7中的曲線圖28〇,使用本發明之技術，汲極 電壓VDS々曲線292從點296變化至點294，從而跳過藉由曲 線290及291所表示的截止操作區。在點294處，藉由 Id^dWchO提供橫跨功率金氧半導體場效電晶體的電壓。 圖8進一步解說電流1〇與汲極電壓Vds之間的關係，其中 用於一切換轉換器（例如降壓轉換器1)的切換波形303係覆 蓋在表示閘極電壓VGS。至VgS5的金氧半導體場效電晶體之 ι-ν曲線族上。從點3()1(其中閘極電壓等於 開始’電流沿曲線302隨Vgs增加，而金氧半導體場效電晶 體的閘極係在其飽和區3〇5中㈣並且I係相對恒定的。 在藉由I-V曲線306所表示的閘極電壓Vgs3下，當沒極電壓

Vds繼續沿曲線304下降但1〇實質上並不改變時，Vds沿曲 線303 ,變直至金氧半導體場效電晶體係在其線性操作區 〇7中#作。閘極放電程序在反方向上在二個相同端點训 與304之間轉變。 藉由下列等式提供在週期T之每—個循環中持續開啟時 間t〇n的元全開啟條件之平均功率損失：

Pco»d = ID · RDS(〇n) '~ = ID2 RDS{on) · D 其中 Dston/T。 、再二參考圖7 ’ *點296處’藉由Vds = (VdVdd以及 寺續T間tsat-T-U期間的對應功率損失提供低電流條件’ 即也~金氧半導體場效電晶體203的電壓。 131290.doc •26- 200903969

Pbias = I_s · (VDD · (5V). » IDB|AS. VDD · 〇 · D) 功率金氧半導體場效電晶體中的總傳導損失因此為當金 氧半導體場效電晶體係在其線性區中完全偏壓時的傳^ 失P_與當金氧半導體場效電晶體係在其飽和操作區^ 由於間隔tsat期間之偏壓電流Idbias所致的功 總數，或者 、BIAS之 pc〇„d = ι〇 ·R〇S{on) ^ + idbias 其中TMW+t。”）並且可在可變頻率操 m去/* τλ a ^ 4仕$木用工作 的固定頻率操作中在循環間變化，其中 pc„„d = 1〇 · RDS(〇n) · D + IDBIAS. vDD . (ι. D) 使用揭示技術，藉由下列等式提供該裝 閘極驅動損失： 的〜傳導及 P；〇s; ^〇s(on) -ψ + Qgh . VGH ·

T WVDD •孥

Qgl 其中方括號頊矣 J κ τ) 導損失P,。娃H t動技術的閘極驅動及傳 055替換此項會產生下列關係：

0〇L · VGL Τ

Idbias · Vdd .. 其中M在可變頻率操作或固 化： 須丰刼作中在循環間變 對於郎省功率P， ι〇Μ < Ploss的揭示方法且因此

Ws. vDD.㈣ < (n I31290.doc -27- 200903969 意指藉由減少閘極驅動所節省的功率 電流iDBIAS產生之添加傳導損# /、藉由從偏壓 ^ m ^ , 得導知失所耗散的任何額外功率。 在固疋頻率f及工作因數Dst /τ 為： °η下刼作，該等式能表達 (Lbus _ VDD . (U)) < (H /) 在較高頻率f下而且對於當減少問極驅動中的功率節省 係比由偏壓電流所產生的添加功率消耗PBIAS更有益時二 低vDD輸入條件，更輕易滿足此條件。 難以做出關於Idbias對Qgl.Vgl之間的關係之任何一般处 論’因為其係相關的而且取決於特定功率金氧半導體場： 電晶體的製程及設計。對於-給定裝f ,增加驅動電路中 的QGL·vGL(即增加Vbias)會減少閘極驅動損失但同時增加 並增加傳導損失。最佳功率節省偏壓條件因 定科技。 工作因數D對各切換應用係特定的。在諸如圖M、⑺及 1C所示的步降降壓轉換器中’藉由㈣out/Vin提供高側金 氧半導體場效電晶體2、u及21之工作因數，其中 Vin=VDD。當揭示的減少閘極驅動方法係有益時，替換此 表達式為吾人提供降壓調節器特定條件： (I遍S · (VDD U (H，） 此4式思扣降壓轉換益之輸出與輸入電壓之間的差異會 增加，揭示的低閘極驅動損失技術為不那麼有益。 對於如圖1D所示的增壓轉換器，轉換比率 131290.doc -28- 200903969 D)其中D反映低側金氧半導體場效電晶體3 ^之開啟時 間。當揭示的減少閘極驅動方法為有益時，重新配置並用 vin/vcut替換（1_D)為吾人提供增壓調節器特定條件： ^ v 2λ / '、 ^BIAS·-^- <i〇CL-VGL-f) V y out ) 在曰C轉換器中(即其中v〇ut>Vin)，當從較低輸入電壓產 生杈大輸出電壓時，揭示的方法係更有益。 再次參考圖7中的曲線圖綱，當金氧半導體場效電晶體 203係在其線性區巾操料，橫跨金氧半導料效電晶體 2〇3的Vds電壓降落在點295處幾乎達到其最小值。在如說 月的操作中’閘極驅動電路"過度驅動"金氧半導體場效電 晶體至閘極偏壓2 9 4而不管減少開啟電阻或電壓降落中的 最小益處。並非輕易地完成預防閘極過度驅動，因為將金 氧半導體場效電晶體之閘極部分充電至小於的任何電 壓曰使相同的功率損失出現在電路中的別處而且並不改良 效率。 /、有關機模式的減少閘極驅動損失電路：圖1 〇解說依據 本發明之另一具體實施例。在若干應用中，延長的時間週 期可出現在功率金氧半導體場效電晶體並非在切換時，例 士田電月1^係在備用或休眠模式中時。在此類操作條件期 間’攸電池流經負載及功率金氧半導體場效電晶體的任何 傳導電流(即使為少量’如Us)將隨時間放電該電池。對 延長關閉時間之問題的解決方式係修改揭示的發明以包括 關機模式。 131290.doc •29- 200903969 電路350解說具有採用關機模 、式之添加特徵加以擴大的 減 >、閘極驅動損失之揭示功率全 刀手盒氧+導體場效電晶體之一 般說明。類似於圖5之電路2〇〇， 。 电路350包括一閘極驅動 ’但在此情況下閉極驅動器说並非具有二個而具有 二二：(即採用低電阻的完全傳導)，在ν_下飽和並偏 乂 巧、固定電流，以及完全關閉以進行低浅漏截止。 目應地’間極,驅動器352具有二個輪入（即用於接收邏 pWM信號的ΙΝ)，以及用 一

’以及用於關閉裝置的致能銷。 :所示’緩衝器351之輸出採用範圍從ν“至接地的信號 (即從軌對執切換的數位作骑 七號）饋送閘極驅動器352之，'IN'1輸 二子。只要致能係偏厂堡至其開啟狀態中，問極驅動器 352就回應於其”m 而子處的k號，而且閘極驅動器352之 輸出於在Vcc與V 之間 體場效n 乂替的電麼m區動金氧半導 pi ::1極。功率金氧半導體場效電晶㈣3 …、、、載354提供—電流，其在藉由間極驅動電屢v盥 vBIAS所決定的高與 CC^ 明，在高頻… 替。如先前所說 在4畅作_，藉由㈣金氧半導料 I53之間極至不低於^的電厂堅，在循環間維護問極電 :所達動損失。因此在藉由限制閘極電荷擺 π ^ , 即爷係大於添加傳導損失ImAS(即切換期 間的最小》及極積電流)的情況下改良效率。 田關閉致月“s號時，閘極驅動器352切換至第：狀r 中，其中金氧半尊鲈+曰 弟一狀恶 社 導體％效電晶體352之閘極進行接地（即連 、’、口主^、源極），而 且其中VGS,=〇。功率金氧半導體場效電 131290.doc -30· 200903969 晶體353中的汲極電流係因此減少至裝置的Idss洩漏，即在 閘極連結至其源極情況下從汲極至源極的接面洩漏。即使 電流IBIAS為較小，較佳在一微安培至數十微安培的範圍内

Idss為更小，而且較佳在一微安培以下或甚至比^心小數 十個量值等級。 二個條件係在圖11A至11F中解說並對比並在以下表2中 概述：在圖11A中，閘極驅動器如偏壓金氧半導體場效電 晶體3 53之閘極至Vgs=Vcc而且該裝置係在金氧半導體場效 電晶體之線性操作區中完全傳導，即行為如閘極受控可變 電阻，如圖UB4V曲線365所*。此區中及點⑽處的= 極電流及電麼服從歐姆定律，即。在許多電 源電路中，ID的數值係藉由功率金氧半導體場效電晶體之 分壓器採用電路中的其他元件來決定，其中汲極電流 iD-Vos/RDShq與汲極電壓vDs成比例地變化。在具有以言 頻率切換的電感器或其他電流源之電路中，匕之量值係2 由電路所強加並且VDS相應地調整。 9

V 在圖11C所示的第二狀態中，閑極緩衝器371偏墨功率金 氧半導體場效電晶體353之閘極至藉由電壓源或參考電壓 源355所設定的數值Vgs=Vbias。金氧半導體場效電晶體 353因此傳導汲極電流1〇=1_ ’如圖ud中的點m處所 示。在此模式中，汲極電流lD係相對,,恆定，，，從而意指盆 顯示VDS之數值的最小相依。然而其強烈地取決於閉極偏 壓 VBIAS。 在圖HE所示的第三狀態中’閑極緩衝器381短接金氧半 131290.doc -31 - 200903969 導體場效電晶體353之閘極至其源極以便vGS = 〇。假定N通 道金氧半導體場效電晶體3 53係具有正臨界電壓（即Vtn>〇) 的一增強裝置’因此在vGS = 0情況下，該裝置係在截止 中’其中關閉狀態汲極電流1〇35係由於如圖u F所解說的接 面’/¾漏所致。雖然對於VDD之反向偏壓在點3 86處的洩漏電 流顯現為零，但是在半對數曲線圖上所繪製的實際洩 漏電流可顯示某電壓相依，但一般地其在功率金氧半導體 場效電晶體之指定汲極電壓範圍内適當地保持在丨μΑ以 下。 在以下真值表中概述依據本發明之三態閘極驅動器及功 率金氧半導體場效電晶體的操作條件： IN ΕΝ VG厂 金氧半導體場效電晶體撫作 汲極雷洁 gDS 1 ’RDS(on) ~恆定 Η Η Vcc 線性區 L Η Vbias 飽和區 Id=Idbias H/L L 0 — 裁止 Id^Idss 〜恆定 ----1 表2 表2揭露當致能係偏壓至高狀態中時，功率金氧半導體 場效電晶體之傳導取決於邏輯輸入m，但是當致能係較低 夺金氧半導體場效電晶體係關閉而且在與ΙΝ信號無關的 凊况下操作。輸出傳導gDS = dlD/dVDs係包括為汲極電壓敏 感性之品質測量。 在較佳具體實施例中，在高頻率切換期間，驅動金氧半 導體場效電晶體353的閘極驅動器之輸出Vgs在如藉由圖 之曲線圖41〇中的方波411、412、413及414所示的 與vBIAS之間交替，而且依照由曲線圖4〇〇之箭頭線所示= 131290.doc •32· 200903969 邏輯輸入電壓轉變404、405、406及407。在此時間期間， 藉由點線所示的致能信號EN在Vcc下保持為較高（曲線 401)。同樣地，如半對數曲線圖420所示，汲極電流1〇從

Idbias切換至 VDs/RDS(〇n) ’ 如藉由方波421、422、423 及424 所示；而且如曲線圖430所示，汲極電壓VDS隨波形431、 432、433及 434在（VDD4V)與 ID.RDS(on)之間交替。 在時間tsleep，當金氧半導體場效電晶體353進入休眠或 關機模式，致能信號VEN得以拉低（曲線402)並在零伏特（曲 線403)處偏壓，從而驅動Vgs向下（曲線415)至零伏特（曲線 4 1 6) ’即低於vBIAS的閘極電壓。在如曲線圖420所示的關 機模式中，汲極電流ID降落（曲線425)至接近量值Idss之零 洩漏電流（曲線426)。且如曲線圖430所示，VDS在金氧半 導體場效電晶體353之切換期間跳躍（曲線435)至藉由曲線 435所解說的電壓vDD，即藉由曲線434所示的稍高於最大 汲極電壓（VDD4V) 〇 在替代性具體實施例中，閘極驅動器352可在如圖1 2B所 解說的二個不同切換波形之間交替。如曲線圖440所示， 在時間之前，閘極驅動器352之電壓輸出在Vec及Vbias之 間父替。在依據本發明之一閘極驅動器中，在低Qg閘極驅 動操作（區441)期間，最小閘極驅動係偏壓電壓Vbias>〇(曲 線442)。 如先4所說明，雖然揭示的低閘極電荷閘極驅動技術能 在某些條件下改良效率，但是由於與經常存在的偏壓電流 Idbias相關如之傳導損失而損失的功率能降低效率。若此 131290.doc -33- 200903969 條件出現，則電路350之操作能進行動態地改變以促進傳 統軌對軌閘極驅動(區443)，其中在ti處閘極電壓ν“ν

與接地之間交替（曲線444)。在轨對軌間隔期間損失減少閑C 極電荷擺動之益處。在時m―處，金氧半導體場效電晶 體的閘極在對應於休眠模式之某不定時間内進 445 ° 在如圖12C之曲線圖446所示的軌對軌操作期間電路 35〇能進行操作以減少開啟相關的雜訊。在”軟切換,,_ 軌操作期間（區447)，在各開啟轉變期間，閘極電壓在加以 驅動至Vcc(曲線449)之前首先在較短的持續時間（曲線*叫 内短暫地加以提升至vBIAS。曲線448及449之階梯式問極 波形減少金氧半導體場效電晶體353之没極處的波形之旋 轉率而且能有益地減少雜訊。 實施三態低損失閘極驅動：圖nA至UE解說採用減少 驅動損失來實施功率金氧半導體場效電晶體之閘極驅動的 數個電路。在圖13A中’包含高側p通道金氧半導體場效電 晶體451及低則N通道金氧半導體場效電晶體453的互補金 氧半導體場效電晶體之間極驅動器驅動功率金氧半導體場 效電晶體454之閘極。⑽道傳遞電晶體452亦連接金氧: _效電晶體454之問極至^，即由參考電屢源奶所 提t、的參考電麼。金氧半導體場效電晶體Μ)上的間極電 ，必須相對於其源極電麼而為充分正的以開啟金氧半導體 場效電晶體452。受適當時序及邏輯電路的控制，每次僅 開啟一個褒置。當高側金氧半導體場效電晶體451係開啟 131290.doc •34- 200903969 時，v^s=Vbatt而且金氧半導體場效電晶體454係在其線性 區中刼作。當金氧半導體場效電晶體452係開啟時， VGS=Vref而且金氧半導體場效電晶體454係偏壓為電流源。 當低側金氧半導體場效電晶體453係開啟時，而且金 氧半導體場效電晶體4 5 4係關閉。 士所示金氧半導體場效電晶體452之主體進行接地。 需要接地主體預防金氧半導體場效電晶體452中的寄生二 極體傳導’因為根據金氧半導體場效電晶體451及453之狀 態，閘極電壓Vgs可以大於或小於Vw之數值。 藉由接地金氧半導體場效電晶體452的主體，寄生主體 二極體457A及457B保持永久地反向偏壓。若金氧半導體 場效電晶體452之主體並未進行接地，而相反地併入源極 主體短路’則此等二極體之一將與金氧半導體場效電晶體 452之通道並聯，類似於與金氧半導體場效電晶體454並聯 的極體456。源極至汲極並聯二極體將在各種閘極偏壓 條件之一下變為正向偏壓，即當Vgs>Vb⑷時或當 VGs〈Vbias 時。 其他電路技術（例如圖1 3 B所示的主體偏壓產生器或"主 體奪取器”）能用以避免此問題。如電路46〇所示，傳遞電 晶體462包含寄生P_N二極體469八及469]6。為了預防任一 二極體傳導，二個交又耦合式N通道金氧半導體場效電晶 體468A及468B之網路偏壓金氧半導體場效電晶體462之主 體電位以便無論何二極體得以正向偏壓’其均藉由一並聯 金氧半導體場效電晶體而短接，從而使另一寄生二極體處 131290.doc -35- 200903969 於反向偏壓及非傳導。 例如，甚V r . ^ Gs Vb!as，則正向偏壓二極體469B並且反向 、極體469A。因為vGS係較正的端子，所以N通道金 氧半導體％效電晶體468B開啟並短接正向偏壓二極體 從而將金氧半導體場效電晶體462之主體連結至其 、BlAsii而子，關閉金氧半導體場效電晶體468A，並使 一，體469A處於反向偏壓且與金氧半導體場效電晶體462 並^作為對稱電路，無論何時極性反轉，該等裝置均切 、狀〜、而且—極體469B變為反向偏壓而且與傳遞電晶體 462並聯。主體偏壓產生器技術能應用於任何傳遞電晶 體例如在電路450中。一傳遞電晶體係在本文中定義為 一金氧半導體場效電晶體中源極或汲極均未連接至固 定供應執。 除父又耦合式金氧半導體場效電晶體468A及468B以 外，電路460係類似於電路45〇，了列情況除夕卜：用數位至 類比轉換器465替換固^ „參考价。論轉換器之輸出 允許vBIAS使用轉換器465之數位控制進行調|。如所示， 資料轉換器465輸出電壓最多至藉由電屢參考源_所供應 的最大數量Vref。另外，圖13B之電路46〇利用一互補金氧 半導體場效電晶體閘極驅動器’纟包含在無論何㈣通道 傳遞電晶體462為關閉均驅動功率金氧半導體場效電晶體 464之開極的高側p通道金氧半導體場效電晶細及低側N 通道金氧半導體場效電晶體⑹。如以前，金氧半導體場 效電晶體462之閘極必須相對於其源極而偏麼為充分正的 131290.doc -36- 200903969 以開啟金氧半導體場效電晶體462。 圖丨3(：解s兒具有依據本發明所實施的低驅動損失之ο、 轉換器驅動式功率金氧半導體場效電晶體的實施方案。如 電路70所不，功率金氧半導體場效電晶體01之閘極係藉 多工器供電’該多工器包含n通道及/或p通道傳遞電 曰曰體472、473、474及475，該等傳遞電晶體之僅一個每次 可傳導。低側金氧半導體場效電晶體475偏壓功率金氧半 導體:效電晶體471之閘極至％〇=〇或接地，傳遞電晶體金 乳半導體場效電晶體474偏壓功率金氧半導體場效電晶體 471之閘極至Vgi=Vbiasi ’傳遞電晶體金氧 體仍偏塵功率金氧半導體場效電晶體471之間^ V〇2-νΒ1Α„，以及高側金氧半導體場效電晶體々π偏壓功率 金氧半導體場效電晶體471之閉極至H。可按需要 使用以上說明的主體偏壓技術。 圖13D解說另一 D/A轉換器驅動式功率金氧半導體場效 電晶體’其中藉由包含電阻器496A、4娜及496(：的電阻 器-分配器網路來決定偏壓條件以產生偏壓點ν〇2及。 電阻器係適當地調整大小以設定偏壓點，例如， VG2=VbattKR2+R3)/(Rl+R2+R3)。使用包含金氧半導體場效 電晶體492、493、494及495的類比多工器選擇〜閉極電 壓。如所不，在中間偏壓條件處於閘極電極的數值之間的 情況下vGS3=vbatt，vGS〇=0。任何數目的電阻器均可用以形 成分配器網路。 或者，亦可使用正向偏壓二極體及電阻器的組合，如圖 131290.doc -37- 200903969 刀配杰網路不需要包含線性階梯，但是能包括 η炻α‘偏壓電壓的更大解晰度。說明的全部D/A轉換器 值中样動方去於在製造期間或在操作期間設定1DBIAS之數 知供某程度的控制。 具有電流回授的減少閘極驅動損失電路：於在設定 之數值中提供變化程度的靈活性時，上述電路及閘 極驅動方法使用固定偏壓電壓而且並不自動地補償由於製 &或改變操作條件所致的功率金氧半導體場效電晶 化。 ''圖14八解s兒用於實施圖5所示的閘極驅動器202之 電路550 &所不，功率金氧半導體場效電晶體別之閘極 :、藉由CMOS驅動器所驅動，該驅動器包含連接至的 门側P通道金氧半導體場效電晶體⑸以及N通道金氧半導 -昜效電曰曰體554，#源極係偏壓至藉由電壓源555所提供 勺 > 考電壓vBIAS。當金氧半導體場效電晶體554係在其低 電流開啟狀態中偏壓時，因此WvBIAS，而且汲極電流

Id係與（VBIAS-Vt)成比例。因為％隨溫度且從批對批的製造 而變化’因此電流將相應地變化。 為了移除此類變化之影響，圖14B中的電路580包括1〇電 飢回授電路90，其動態地調整藉由參考電壓源585使用放 大器588所提供的參考電壓Vbias之數值以促使汲極電仏 為藉由電流源589所提供的參考電流Iref之倍數。汲極電流 之里值係藉由電机感測器5 9 〇測量並遞送至放大器$ 8 8之負 輸入。回授使輸出電流穩定。對於電流匕中的任何增加， 131290.doc -38- 200903969 至放大器588的負輸入會減小其輸出， θ 、 ^ 降低Vbias之量值並 減小Id ’從而偏移電流增加。 淨效應係顯示在圖14C之曲線圖6〇〇中，其中功率金氧半 導體場效電晶體的臨界電壓之影響係對照汲極電流 而繪製。在無回授的情況下’ V"中的任何增加均會：： 汲極電流ID的相稱減少，如藉由曲線6〇2所示。相反，在 有回授的情況下，汲極電流6〇1保持恆定。圖MD進一步解 說回授之效應’其中iDavDS之纷製圖動態地調整問極偏 壓以將過電流607A向下減少至其目標值6〇6，或者相反地 將汲極欠電流從607B向上增加至目標值6〇6。 在圖15A所示的本發明之具體實施例中，使用感測電阻 器61 8B達到ID汲極電流回授。藉由運算放大器618相對於 藉由電壓源61 9所提供的參考電壓Vref而差動地放大橫跨 電阻器615B的電壓降落Vs以產生電壓Vbias。無論何時金 氧半導體場效電晶體614係在開啟狀態條件下偏壓，偏壓 電壓VBIAS均驅動功率金氧半導體場效電晶體616之閘極。 電流感測電阻器615B增加與電性負載617串聯的總電阻並 因此減少效率。 在本發明之另一具體實施例中，如圖丨5B所示，一改良 電路620利用包含具有閘極寬度η·\ν之功率金氧半導體場效 電晶體6 2 6 Α的電流鏡以及具有閘極寬度w的感測金氧半導 體％效電晶體626B，其具有共同的閘極及源極端子與分離 的汲極連接。在包含p通道金氧半導體場效電晶體623 通道金氧半導體場效電晶體624之CMOS閘極驅動器的閘極 131290.doc -39- 200903969 / 控制下’功率金氧半導體場效電晶體626A控制透過負載 629的電流iD。運算放大器628控制電流源627中的電流， 從而促使金氧半導體場效電晶體626B之汲極電壓Vp為與功 率金乳半導體場效電晶體626A之汲極相同的電壓。假定金 氧半導體場效電晶體626A及626B之VGS為相同，當να=νβ 一個裝置中的電流係分別以藉由其相對閘極寬度η · w 及W所決定的比例。相應地，當功率金氧半導體場效電晶 體626八傳導汲極電流10時，藉由18_6=1〇/11提供相依電流源 627之感測電流而不管金氧半導體場效電晶體是否在其線 性或飽和操作區中。 感測電流Isense 627係反射至電流源63〇並轉換成橫跨感 應電阻器631的電壓Vsense。不像電路61〇中的電阻器618B 一樣，感測電阻器631並不貢獻與負載629串聯的增加電 阻。感測電壓vsense因此係藉由放大器633相對於藉由電壓 源632所提供的參考電壓Vref而差動地放大，從而產生金 氧半導體場效電晶體624之源極上的輸出電壓'Μ。無論 何時vGSI=vB1AS ’即當金氧半導體場效電晶體624係開啟並 且金氧半導體場效電晶體623係關閉0夺，因此電流感測電 路及偏壓網路形成與負回授的閉路，從而提供功率金氧半 導體場效電晶體626A中的^極電流條件UK穩定控 制金氧半導體场效電晶體626Α中的汲極電流^之任何增 加均使藉由電流源627所供應的^電流增加以平衡電 壓。此依次增加電流I . 并t ^ mm〇r並增加施加於運算放大器633之 負輸入的Vsense。車交大g齡· λ v 員輸入k旒會降低VBIAS，減小功率 131290.doc -40- 200903969 金氧半導體場效電晶體626A上的VGS並且補償增加電流， 因此保持ID怪定而不官溫度或製造中的變化。 電路6 1 0内的電流鏡電路620之一優點係其並不引入與電 性負載629串聯的任何額外電壓降落，而且因此改良從電 源至負載629的能量傳輸效率。不像電路61〇中所體現的感 測電阻器技術一樣，電路620中所體現的電流鏡方法不僅 能用於共同源極分裂汲極金氧半導體場效電晶體（例如金 氧半導體場效電晶體626A及626B) ’其中能分離地連接金 氧半導體場效電晶體之汲極。其無法用於共同汲極裝置， 例如溝渠閘極式垂直DMOS或平面垂直DMOS。 或者，圖15C所示的電路650可用以精確地監視離散功率 金氧半導體場效電晶體656中的汲極電流而不引入與負載 657串聯的較大數值感測電阻器。感測電流66〇係因此用以 在低電流傳導期間控制Idbias之量值並感測高電流低電阻 狀態中的短路條件。此電流感測方法係說明在申請案號 [律師檔案號AATI-26-DS-US]中，其名稱為”離散功率半導 體裝置之級聯電流感測器"，其係與本發明同時申請而且 以引用之方式併入本文中。 明確而言，如圖15c所示’藉由包通道金氧半導體場 效電晶體653及N通道金氧半導體場效電晶體654之閑極驅 動器來控制施加於功率金氧半導體場效電晶體656的閘極 偏壓。閘極電位Vgs可當在低電阻條件下操作時包含I。， 或在低電流狀態中時包含Vbias。電屢V，係使用回授來 控芾J以產生所而輸出電流Idbias而不管操作條件或製程變 J31290.doc 41 200903969 化。使用與功率金氧半導體場效電晶體656串聯連接並具 有閘極寬度η·\ν的低電阻低電壓金氧半導體場效電晶體 658Α來達到電流感測。功率金氧半導體場效電晶體656可 包含低或高電壓裝置而且不必與電路65〇中的其他組件整 合。電流感測元件包括閘極寬度评之電流鏡金氧半導體場 效電晶體658Β，其係與較大金氧半導體場效電晶體658Α 單片地製造並共享一共同源極與分離的汲極。 在一較佳具體實施例中，金氧半導體場效電晶體658Α及 658B皆使其閘極偏壓至供應電壓並且因此偏壓至其低 電阻線性操作區中。即使在高1〇汲極電流情況下，金氧半 導體場效電晶體658A之低電阻仍確保金氧半導體場效電晶 體658A之汲極處的電壓Va保持為較低。金氧半導體場效 電晶體658Β之汲極電壓係指定為Vp。差動放大器659控制 一獨立電流源660中的電流isense直至金氧半導體場效電晶 體658A及656B之汲極電壓係相等，即Vp = Va。在此條件 下，Isense = (ID/n)，而且精確地測量在功率金氧半導體場效 電晶體656中流動的電流Id，而不管其偏壓條件。

Isense之數值係使用電流鏡66 1反射成與感測電阻器664串 聯之比例電流1mirror，以產生與Va成比例的感測電壓 Vsense。因為運算放大器659之電壓增益，能使信號較 大而不管電壓乂„為較小的事實。Vsense之數值係藉由一運 算放大器663相對於藉由電壓源662產生的參考電壓 而差動地放大。 在閉路操作下，當金氧半導體場效電晶體654係開啟且 131290.doc -42- 200903969 金氧半導體場效電晶體653係關閉時，放A|| 663之輸出在 ID等於目標電流IDBIAS&情況下具有輸出電麼〜〜AS。若1〇 太，，則imirr〇r中的電流亦將減小，從而降低U壓至D 運算放大器663之負輸入。較低負輸入電壓會產生放大器 663之輸出電壓的增加，此依次驅動功率金氧半導體場效 電晶體656之閘極至較高偏壓，從而增加1〇至其目標值。 當N通道654係關閉且p通道653係開啟時，功率金氧半 導體場政電晶體656係偏壓至其高電流狀態中，且忽視橫 跨電阻器655所降落之運算放大器663的輸 ’土 v sense 仍可基於短路及過電流保護而用以監視金氧半導體場效電 晶體658A中的電流lD。如所示，藉由滯後比較器67〇，比 較電壓Vsense與藉由電壓源671所提供的參考電壓Vw。當 vsense超過vref時，電流Id太高且過電流關閉，即〇csd比較 為670產生一鬲邏輯輸出信號，其通知系統一過電流條件 已發生，且功率金氧半導體場效電晶體656應該加以切 斷。 因此，藉由利用電流感測技術，包括感測電阻器、電流 鏡、級聯電流感測或任何其他方法，藉由電流感測技術並 將其與負回授組合以調變閘極偏壓Vbias，能精確地控制 汲極電流iDBIAS之數值。藉由控制Idbias之數值，在各切換 循環之低狀態中，保持在功率金氧半導體場效電晶體之閘 極上的表小閘極電荷qgl亦能被控制成與圖9之曲線圖一 致，並依據該發明方法以最小化閘極驅動損失。 具有電流微調的減少閘極驅動損失電路：雖然以上技術 131290.doc -43 - 200903969 使用電流回授以設定Idbias低電流條件之數值，日 精度及電路複雜性可能大於許多應用 仁疋電机 备也措 汀高要。因為飽和金 氧+ ν體場效電晶體具有藉由下列等 、土. Λ所徒供的汲極電 /；n · 其係與跨導因數成線性比例，且鱼f 、lVGs_vt)之平方成比 例’臨界電壓係影響飽和電流的主要裎序來考。同； 2藉由電路之電性微調來達到合理精確的電流控制樣2補 償作為製程之部分的臨界可變性。

如圖16A所示，依據本發明製造的具有低驅動損失之功 率金氧半導體場效電晶體的閘極驅動器7 0 i驅動功率金氧 半導體場效電晶體702之閘極，|中電壓在用於低電阻操 作的Vee與用於低電流傳導的V圓之間交替。固定電壓源 7〇6設定Vbias之數值。在製造之後，#由測試設備測量/電 流Id並將其用以調整微調網路705直至1〇之測量值與偏壓= 流IDBIAS之目標值匹配。較佳在室溫下執行此校準。 因為飽和電流亦主要由於臨界電壓而隨溫度變化，所以 一可選溫度補償電路709能用以調整Vbias 7〇6以隨溫度維 持ID之半恒定數值。 圖16B中所示的經微調閘極驅動電路72〇包括具有金氧半 導體場效電晶體721及722、功率金氧半導體場效電晶體 724及負載725的閘極驅動器。其餘組件係用以實施經微調 偏壓電壓VBIAS，該等組件包括提供參考電壓Vref2 _參考 電壓源726、包括電阻器728A及728B與729a至729e之一電 131290.doc •44- 200903969 阻分配器網路728、一次可程式化（〇τρ)金氧半導體場效電 晶體730a至730e、偏壓多工器7313至7316以及一 程式 化器727。電阻器728A及728B分別具有數值、及以。 在製造之後，OTP金氧半導體場效電晶體乃如至乃如展 現適當在Vee以下的正常臨界電壓。在操作期間，多工器 73 4至7316偏壓0TP金氧半導體場效電晶體73〇&至73〇£之 每一者的閘極至Vce ’從而開啟〇TP金氧半導體場效電晶體 73 0a至73〇e之每一者而且短接與其並聯連接的電阻器72% 至729e之一。例如，在未程式化狀態中，〇τρ金氧半導體 場效電晶體730c具有臨界值〇·7 V。當多工器731c連接ΟΤΡ 金氧半導體％效電晶體730c之閘極至Vcc，接著其傳導並 短接對應電阻器729c。 在未程式化狀態中’短接所有電阻器72%至729e，以便 藉由電阻分配器728將VBIAS設定為： f D \ V 一 八 d r/ V^\ra,rb)v^ 程式化涉及將OTP金氧半導體場效電晶體73〇3至73〇e之 任給疋者的閘極連接至程式化器727，並以高電壓將該 裝置偏壓至飽和中。該程序產生熱載子並充電閘極氧化 物，從而永久地增加該裝置之臨界電壓至較高數值以便在 正常操作下OTP金氧半導體場效電晶體將不傳導。因此將 電阻器729a至729e之一並聯者插入分壓器728中，從而調 整電阻分配器比率及VBIAS之數值。電阻器729a至729e之數 值可以為相等或不同，以便微調可以為線性或非線性。 131290.doc -45- 200903969 根據729a至729e之數值，微調輸出的範圍能從高達v 至某分數Vref/m。可在諸如圖1 6C所示的組合之任何數目的 組合中配置程式碼。如所示，程式碼C1至C8對應於各種 電阻組合，根據該等組合藉由未程式化〇τρ金氧半導體 場效電晶體730a至73〇e來短接電阻器。程式碼^在最低電 壓（線741)下以VBIAS開始並隨藉由關閉〇τρ金氧半導體場 效電晶體730a至730e之個別者來程式化各種位元而增加 (線742)。藉由線743所指示的替代性圖案使用非線性階梯 並以量值Vref的最大電壓（線744)而結束。 雖然許多特定程式化序列為可行，但是用於微鮮_ 的一般程式化演算法780係顯示在圖16D中，其中將固定電 壓vDS施加於在其低電流（即Idbias)狀態中操作的功率金氧 半導體場效電晶體724。於在步驟781中施加此偏壓之後， 在步驟782中測量汲極電流1〇，而且在步驟783中將汲極電 流Id與某容限㈣Idbias之目標範圍比較。若電流係較太 低，則在步驟784中程式化〇TP金氧半導體場效電晶體 730a至730e之一或多個，從而增加及電流l。接著重 複程序（步驟785)直至測量的1〇達到用於Id_的指定範圍 並接著程式終止（步驟786)。 圖16E顯tfIdbias程式化之一範例，其中製造後的產品具 有量值Iinitial(線801)之電流而且在各迭代期間電流會增加 八達到正好在丨⑴⑽至iDhigh之目標範圍以外的藉由線 802所表不的-數值。纟第五迭代中電流增加至在目標 摩巳圍内的精由線804所表示的數值，並接著終止該程式。 131290.doc -46· 200903969 雖然可在室溫下執行該程式，但是亦可在較高溫度下使用 相同程式。 或者私式化可在一個溫度下執行：一個溫度用以校正 初始電流中的誤差而且第二微調用以補償隨溫度的臨界值 變化之效應。圖16A中的溫度補償電路7〇9可假定某一溫度 糸數（例如-3 mV/ C )以避免對以尚溫度進行微調的需求。 無論採用何方式，均使用微調來改良Idbias之精度，並因 此更嚴密地控制金氧半導體場效電晶體7〇2之閘極電荷擺 動。 具有電流鏡驅動的減少閘極驅動損失電路：在以上說明 的技術中，IDBIAS之量值取決於功率金氧半導體場效電晶 體的臨界值。在一種情況了，將主動微調用以調整Vbm 之數值以產生IDBIASi目標值。在另一種情況下，在閉路 操作下將電流回授用以促使1〇為目標值Idbias。 在本發明之另一具體實施例中，減少閘極驅動損失電路 利用對功率金氧半導體場效電晶體中的臨界值波動不敏感 的閘極驅動技術。圖丨7A顯示利用電流鏡閘極驅動電路gw 來消除對臨界值的敏感性之一此方法。在實際上不感測電 流的情況下’該技術使用下列原理：單片地製造的二個金 氧半導體場效電晶體將展現實質上匹配的臨界電壓並且在 相同閘極驅動條件下，在飽和中汲極電流將粗略地與金氧 半導體場效電晶體之閘極寬度成比例地縮放。 明確而言，金氧半導體場效電晶體824A及82仙係單片 地製造為電流鏡830。功率金氧半導體場效電晶體824A係 131290.doc •47- 200903969 具有大閘極寬度n.W的低電阻裝置，而電流鏡金氧半導體 場效電晶體824B具有閘極寬度w,即小於金氧半導體場效 電晶體824A之閘極寬度的因數"n"。採用在三個輸入： V“、VB1AS與接地當中進行選擇之選項，藉由閑極驅動器 821驅動金氧半導體場效電晶體824A之閘極^當選擇I。 時，功率金氧半導體場效電晶體824A係偏壓至低電阻狀態 中，從而在其線性區中操作。當選擇接地時，切斷功率金 氧半導體場效電晶體824A而且沒有電流流動。 當選擇乂_時，藉由包含電流源822及鏡金氧半導體場 效電晶體8 2 4 B之偏壓網路來決定功率金氧半導體場效電晶 體824A之閘極驅動。圖17B顯示此模式中的等效電路，其 中選擇或預設固定電流源822以供應目標電流除以寬 度比率η 。此電流iDBIAs/n係饋送至使其汲極與閘極短接 (即臨界值連接）的金氧半導體場效電晶體824B中。臨界值 連接金氧半導體場效電晶體824]5係自偏壓，意指其將調整 其閘極電壓至承載藉由固定電流源822所供應的汲極電流 所耑要的電位VBIAS。藉由定義，臨界值連接金氧半導體 場效電晶體在其飽和區中操作，因為Vds=Vgs保證飽和條 件Vds > (VGS-Vt)始終得到滿足。 此vBIAS電壓（即金氧半導體場效電晶體82扣之閘極電壓） 亦為大功率金氧半導體場效電晶體824八上的閘極電壓。若 金氧半導體場效電晶體824A上的Vds為較大，意指並 非太大，則其亦在飽和中並且金氧半導體場效電晶體824A 及824B中的電流應該藉由比率”η'，來縮放。若電流源822係 131290.doc -48- 200903969 預設為電流IDBIAS/n，則金氧半導體場效電晶體824八及負 載823中的電流應該為： '

lD=n*(IDBI AS/n)=IDBIAS 因為金氧半導體場效電晶體824A及824B之臨界電壓係 緊密匹配，所以由於程序變化或溫度所致的％之任何偏移 會出現在二個裝置中並且拒絕為共同模式雜訊。例如，若 vt因任何原因而降落至（Vt^Vt)，則VBiAsp落—相稱數量 至（vB〗AS^Vt)。金氧半導體場效電晶體824A之閘極驅動從 (VBIAS-Vt)改變為數值： (VBiAs-AVt)-(Vt.AVt)=(VBIAS.Vt) 其係與原始條件相同。因此使用電流鏡閘極驅動來取消臨 界值變化之效應。 設定IDBIAS中的任何誤差因此係由於諸如短通道效應、 串聯電阻、準飽和等二次因數所致。若需要，則微調電路 83 1此用以凋整作為製程之部分的電流源之數值。 圖18顯示沒有微調的電流鏡閘極驅動電路860。閘極驅 動電路860包括-電流鏡金氧半導體場效電晶體對如、一 負載863、包括金氧半導體場效電晶體864、865及870的-二間極㈣ '—先斷後合（BBM)緩衝器866以及具有一 電阻态869的一偏壓電流產生器之金氧半導體場效電晶體 寸八^、々所示，功率金氧半導體場效電晶體862A可當P通 道金：半導體場效電晶體_係開啟時偏壓至低電阻狀態 中’田N通道金氧半導體場效電晶體8鳩開啟時偏麼至完 全關閉非傳導壯能ώ 等狀L中’以及當Ν通道金氧半導體場效電晶 131290.doc -49- 200903969 體865係開啟時偏壓至低受控電流下的飽和中。在 BBM緩衝器866之控制下’金氧半導體場效電晶體864、 8 6 5及8 7 0之僅一個每次可以為開啟。 金氧半導體場效電晶體對86丨包含具有閘極寬度的 功率金氧半導體場效電晶體862A以及具有閘極寬度w的較 小電流鏡金氧半導體場效電晶體862B。採用金氧半導體場 效電晶體862B之閘極及汲極上的電壓^^，該裝置傳導 汲極電流IDBIAs/n。藉由包含p通道金氧半導體場效電晶體 867及868的電流鏡871建立此電流。臨界值連接金氧半導 體場效電晶體868傳導藉由電阻器869所設定的電流，其 具有下列量值：

V ~~>L = ±DBML R η 藉由金氧半導體場效電晶體867反射電流Iref以驅動金氧 半導體場效電晶體862B。給定p通道臨界電壓Vtp，電阻器 869之數值R經調整用以將此電流設定為目標值1〇心洳。° 圖19解說依據本發明所製造的電流鏡閘極驅動，其 中使用提供電壓vref之-電壓參考源刚與—電阻器889來 實施iref。因此藉由下列等式提供電流Iref: 其中選擇R之數值以便Iref=lDB丨As/n。 電路880亦解說一三態閘極驅動器之另一實施方案。閘 極驅動器包含一 Vcc連接p通道金氧半導體場效電晶體 884、一 VBIAS連接N通道金氧半導體場效電晶體885以及接 131290.doc -50- 200903969 地連接N通道金氧半導體場效電晶體891，其係藉由邏輯 "AND"閘極892及893並藉由反相器894、895及896來驅 動。無論何時致能信號EN係在邏輯低狀態，AND閘極892 及893之輸出均為較低，從而關閉金氧半導體場效電晶體 885，而且藉由金氧半導體場效電晶體894所倒轉，AND閘 極892之輸出偏壓P通道金氧半導體場效電晶體884之閘極 為高，從而將其關閉。藉由反相器896所倒轉的低致能信 號採用高閘極偏壓驅動接地金氧半導體場效電晶體891， 從而將其開啟並短接功率金氧半導體場效電晶體882A之閘 極至接地。在此狀態中，金氧半導體場效電晶體891係開 啟並且金氧半導體場效電晶體884及885係關閉。 當致能EN係高時，反相器896之輸出係低而且金氧半導 體場效電晶體89 1係關閉。在將EN作為至AND閘極892及 893的高輸入時，其輸出單獨地取決於輸入銷IN之狀態。 當IN係高時，反相器895驅動AND閘極893之輸入及輸出為 低而且關閉N通道金氧半導體場效電晶體885。然而，高輸 入驅動AND閘極892之輸入及輸出為高並藉由反相器894將 其倒轉，驅動P通道金氧半導體場效電晶體884之閘極為 低，從而開啟P通道884。在此狀態中，金氧半導體場效電 晶體884係開啟並且金氧半導體場效電晶體885及896係關 閉。 相反地，當EN係高而且IN係低時，反相器895驅動AND 閘極893之輸入及輸出為高而且開啟N通道金氧半導體場效 電晶體885。然而，低輸入驅動AND閘極892之輸入及輸出 131290.doc -51 - 200903969 為低並藉由反相器894將其倒轉，驅動p通道金氧半導體場 效電晶體884之閘極為高，從而關閉p通道884。在此狀態 中，金氧半導體場效電晶體885係開啟並且金氧半導體場 效電晶體884及896係關閉。 使用組合邏輯，驅動功率金氧半導體場效電晶體882A之 閘極的二個金氧半導體場效電晶體884、885或891之僅一 個係在任何一次開啟。電路88〇因此操作為一三態閘極驅 動器以依據本發明控制功率金氧半導體場效電晶體882八之 傳導及閘極電荷擺動。表3係用於該三態閘極驅動器之邏 輯的真值表。 輸 EN 入 IN QO/I 邏輯 功率金氧半導體場效電晶體882A L l/ηΠ OOH 關閉 〇〇5 關閉 891 開啟 VGS1 ον 狀態 截止 Id 〜0 — Η Η 開啟 關閉 關閉 Voc 低電阻 L 關閉 開啟 關閉 Vbias 飽和 Idbias 表3 圖20解說依據本發明之電流鏡閘極驅動器的另一變量， 其中一二態閘極驅動器9〇 1採用數值Vgsi驅動功率金氧半 導體場效電晶體903A之閘極至三個電位：Vec、接地或 vB〗AS之一。藉由傳導自受控電流源9〇4的電流Iref之臨界值 連接金氧半導體場效電晶體903B來決定電壓Vbias。金氧 半導體場效電晶體903B及903A—起包含分別具有閘極寬 度W及η·ψ的單片地製造金氧半導體場效電晶體對9〇2。 電流Iref係藉由D/A轉換器906在數位邏輯、數位信號處 理器或微處理器907之控制下調整並可動態地而且按需要 即時地調整。D/A轉換器906及相依電流源904一起可包含 131290.doc -52- 200903969 一電流輸出D/A轉換器。 圖21B解說直接驅動鏡金氧半導體場效電晶體942b的電 流型d/a轉換器947之一範例。電流模式d/a轉換器947包 括-參考電壓源949,其產生—參考電塵V』消除對供應 電應V“中的波動之敏感性Q或纟，可使用控制—受控電 壓源928的D/A轉換器929來產生電流^，如圖21八所示。 使用具有數值R的電阻器927將電壓Vw轉換成電流，因而 Iref=(Vref-Vtn)/R。可使用如先前說明的一系列電阻器及 OTP金氧半導體場效電晶體來微調尺的精確數值。 藉由促進乂_之系統控制’能調整飽和（即Id_)期間 汲極電流IDsat之數值以回應變化條件。例如，能將1謂痛 整為線性低電阻狀態期間所傳導的1〇以之百分比，即 fDsa, = he/AS X = VcjRDS{〇n) 此範例係顯示在解說丨議^對^^的圖22八中。曲線圖 980中的曲線983解說使用線性區電流之類比回授所控制的 恆定百分比。或者，能使用D/A轉換器及數位控制來達到 包含顯示為曲線982a、982b及982c的電流之的階梯 式增加。恆定IdbiasS顯示為用於參考的線981。在圖 之曲線圖990中，1dbias係改變（曲線992)為與頻率f而非其 餘常數（線99 1)成函數關係。 具有切換偏壓電流鏡驅動的減少閘極驅動損失電路：在 先前電流鏡驅動電路中’功率金氧半導體場效電晶體間極 偏壓係藉由在Vce、Vbias及可視需要的接地當中進行選擇 131290.doc •53- 200903969 之一多工閘極驅動器來決定。在此類實施方案中，藉由一 電源建立vBIAS，該電流源饋送硬線連接為臨界值連接 裝置的電流鏡金氧半導體場效電晶體，即VGS==VDS。 圖2 3 A中所解說的一替代性方法係在高頻率切換期間在 接地與偏壓供應電流〗r e f之間切換電流鏡金氧半導體場效電 晶體1002B上的閘極偏壓。當p通道金氧半導體場效電晶體 1 0 0 4係開啟並且致能信號係尚時’閘極驅動器1 〇 〇 $連接n 通道金氧半導體場效電晶體1002B之閘極至接地，從而關 閉金氧半導體場效電晶體10〇2B。因此，vGS1=Vcc，而且 功率金氧半導體場效電晶體1002A係偏壓至低電阻狀態 中’在此期間金氧半導體場效電晶體1006保持關閉。 在飽和低電流模式中，關閉金氧半導體場效電晶體 1 004，而且在致能信號為高的情況下，閘極驅動器1〇〇5短 接鏡金氧半導體場效電晶體1002B之閘極至其汲極。同時 地’開啟金氧半導體场效電晶體1〇〇6，而且參考電壓源 1008透過電阻器1〇〇7供應電流lref至臨界值連接金氧半導體 場效電晶體1002B。僅在當VGS丨=VB〗AS的時間期間臨界值 連接鏡金氧半導體場效電晶體1002B ^因此，功率金氧半 導體％效電晶體1 0 0 2 A係採用ID B! A s之汲極電流偏壓至飽和 中〇 若致能信號係低，則閘極驅動器1 005連接金氧半導體場 效電晶體1002B之閘極至Vcc，從而將其開啟並將功率金氧 半導體場效電晶體1 0 0 2 A之閘極接地。在此條件下，金氧 半導體場效電晶體1004及1006保持關閉。 131290.doc -54- 200903969 切換偏壓電路1〇〇〇之一優點為其需要僅二個大區域金氧 半導體場效電晶體作為緩衝器用以驅動功率金氧半導體場 效電晶體1002A之閘極，即高側金氧半導體場效電晶體 1〇〇4用以驅動功率金氧半導體場效電晶體1〇〇2八至低電阻 狀態中，以及多功能鏡金氧半導體場效電晶體l〇〇2B用以 提供VB1AS閘極驅動以在飽和中操作功率金氧半導體場效 電晶體1002A並用以關閉功率金氧半導體場效電晶體 1002A。 圖23B解說電路1〇〇〇之一版本，其中驅動電流鏡金氧半 導體場效電晶體1022B之閘極的閘極驅動器包含用於關閉 金氧半導體場效電晶體1022B的接地]sf通道金氧半導體場 效電晶體1025，以及用於短接金氧半導體場效電晶體 1 022B之閘極及汲極的N通道金氧半導體場效電晶體 1 029。金氧半導體场效電晶體1 026係用以在電壓vbias下 偏壓鏡金氧半導體場效電晶體1022B之閘極。金氧半導體 場效電晶體1024係用以驅動功率金氧半導體場效電晶體 1 022A至低電阻狀態中。 減少閘極驅動損失電路之應用及拓撲：用於採用低閘極 驅動損失來驅動功率金氧半導體場效電晶體之以上說明的 方法及電路能應用於N通道或P通道傳導率類型之低側 '高 側或推挽組態功率金氧半導體場效電晶體。圖24a至24D 解說使用N通道功率金氧半導體場效電晶體的低損失閘極 驅動，而圖25A及25B解說使用P通道及互補功率金氧半導 體場效電晶體的低損失閘極驅動。 131290.doc -55- 200903969 如以上所註明，問極驅動器可包含二態驅動器，其在低 電阻完全開啟條件與有限 條件之間切換。或者，二==導體場效電晶體 其在低電阻完全開啟條Γ 含一三態緩衝器’ '、牛有限電流飽和金氧半導體場效 電晶體條件與用於休眠模式操作的完全關閉條件之間切 換。電源電路中的各功率金氧半導體場效電晶體可使用低 閉極驅動損失技術之-或者該等電源裝置之僅一個可利用 低驅動損失方法。 圖24A解言兄一三態問極驅動器11〇2，其具有產生的 :電壓供應1106並藉由產生驅動接地式（即低側組態）N通 道功率金虱半導體場效電晶體1ι〇ι的V“之一電壓供應 "〇5來供電。藉由產生％之一電壓源所供應的功率 金氧半導體場效電晶體_及負載m3中的電流可包含低 電阻狀態中的vDD/R ’在飽和中時的恒定電流‘Μ，以及 在未切換時的1〇=〇。當致能en係低而且功率金氧半導體場 效電晶體1101之閘極係接地時，帛止切換。電壓供應 U〇4(VDD)& 11〇5(Vec)可包含相同的電源供應。藉自在與 BIAS之間的切換期間限制閘極偏壓來減少閘極電荷擺動並 且改良切換_的功率金氧半導體場效電日日日體11()1之效率。 圖24B解說浮動三態閑極驅動器1122，其具有產生 的：浮動電壓供應1126 ’言亥驅動器係ϋ由㈣高側(即源 極Ik耦器組悲）Ν通道功率金氧半導體場效電晶體丨丨2丨之靴 帶式電谷器1128所供電。無論何時金氧半導體場效電晶體 1121係關閉而且負載1123處的電壓I係處於接地或小於供 131290.doc -56- 200903969 應電壓vee，均藉由產生vee的電壓供應1125透過靴帶式二 極體1127來充電靴帶式電容器i128。該靴帶式電容器在當 VGsi=Vb<)()t«Vce並且金氧半導體場效電晶體1121係隨低電 阻為完全開啟的間隔期間為閘極驅動器丨222供電。 藉由產生VDD之電壓源1124所供應的功率金氧半導體場 效電晶體1121及負載1123中的電流可當金氧半導體場效電 晶體1121係在低電阻狀態中時等於Vdd/r，當金氧半導體 場效電晶體11 21係在飽和時中等於恆定電流ι〇βιμ，或當 金氧半導體場效電晶體1121並未在切換時等於零。當致能 k號EN係低而且功率金氧半導體場效電晶體丨丨2丨之閘極係 連接至其源極電壓Vx時禁止金氧半導體場效電晶體1121之 切換。藉由饋送閘極驅動器1122的位準偏移電路1129而位 準偏移致能及輸入信號。電壓供應U24(Vdd)及ll25(Vcc) 可以為單一電壓供應。藉由在Vcc與VBIAS之間切換金氧半 ‘體場效電晶體11 2 1之閘極來減少閘極電荷擺動並且改良 切換期間的功率金氧半導體場效電晶體1121之效率。 圖24C解說依據本發明之一同步增壓轉換器ιι6〇，其包 含低側N通道功率金氧半導體場效電晶體丨i6i、同步整流 器金氧半導體場效電晶體i j 66以及低損失閘極驅動器na 與1167。如所不’具有產生VB丨ASL之電壓供應1163的三態 閘極驅動H 1162係藉由供電並驅動—接地低側組態 N通道功率金氧半導體場效電晶體“Μ。功率金氧半導體 場效電晶體1161中的電流可當金氧半導體場效電晶體1161 係在低電阻狀態中時等於Vx/R，當金氧半導體場效電晶體 131290.doc -57- 200903969 1161係在飽和中時等於恒定電流ws，或當金氧半導體 場效電晶體=並未在切換時等於零。當致能信號觸低 力率金氧半導體場效電晶體1161之閘極係接地時，禁 止切換。當致能時，脈衝寬度調變（pWM)控制器1164決定 金氧半導體場效電晶體1161之脈衝寬度及開啟時間，盆依

次控制在一電感器1165中流動的電流。藉由在H V_L之間的切換期間限制金氧半導體場效電晶體1161之 射i偏塵來減少閘極電荷擺動並且改良切換期間的功率金 氧半導體場效電晶體u 6〗之效率。 增塵轉換nmo亦解說_P_N整流器二極體ιΐ69，並益 論何時低側金氧半導體場效電晶體叫係關閉並 行 至^之上均傳導。為了減少功率損失，浮動n通道同步 整“金乳丰導體場效電晶體1166當低側金氧半導體場效 電晶體1161係關閉時的某部分時間内傳導。如所示，同步 整流器金氧半導體場效電晶體1166係藉由二態閘極驅動器 1167所驅動並藉由鞋帶式電容_所供電。無論何時Vx 係接近於接地均透過鞋帶式二極體mi來充電轨帶式電容 器⑽。電麼uvx之頂部上浮動以便至閉極驅動器 ㈣的供應係^^^而不管電壓^之量值^係 充電親電容器1172時的橫跨轨帶式二極體1171的正向 偏壓電壓。 :字動二態閘極驅動器1167採用電位V,Vb_驅動浮動 金乳半導體場效電晶體1166之閘極以在低開啟狀態電壓降 落以及電位vgsf=Vbiasf下操作以在電流iD_下操作為飽 131290.doc -58- 200903969 和電流源。同步整流器金氧半導體場效電晶體⑽係較佳 藉由倒轉先斷後合緩衝器1173與低側金氧半導體場效電晶 體1161異相驅動以便每次僅—個金氧半導體場效電晶體係 在低電阻高電流狀態中操作。在此類間隔期間，其他金氧 半導體場效電晶體可以為關閉或傳導低偏塵電流^譲以 依據本發明減少閘極電荷擺動。 因為N通道金氧半導體場效電晶體11 61在傳導期間展現 比同步整流器金氧半導體場效電晶體1166大的沒極電壓轉 變、’所以本發明限制極電荷擺動之益處對驅動低側金氧 半導體場效電晶體U61之閘極驅動器1162為最大。不過， 驅動同步整流器金氧半導體場效電晶體1166的驅動器⑽ 提供閘極驅動損失上的某減少而且更重要的係減少從整流 器二極體1169中的二極體恢復所產生的效率損失及雜訊。 藉由偏壓作為電流源之同步整流器金氧半導體場效電晶體

來控制一極體恢復的主旨係在申請案號[律師樓案號AAR 1 8-DS-US]中提出’該申請案的名稱為”採用受控二極體傳 導之低雜訊直流/直流轉換器"，其係與本發明同時申請而 且以引用之方式併人本文中。表4係說明以上說明之各種 組合的真值表。 輸入 功率金氧半導體場效電晶體1161 同步整流益'金氧半導體場效電晶體 EN IN Γν^τη 狀態 In 1166 站能丨 τ L L/H Η ον ----- ν 載止 ~0 狀態I In 無關緊要 Η L VBIASL 低Rds 飽和 Vbatt/RDS(on) Idbias Vbiasf Vb〇〇t 飽和 低Rds Idbias (V x-V 〇ut)/RDS(on) 表4 131290.doc -59- 200903969 亦應注意在圖24C之具體實施例中，僅閘極驅動器丨1 Q 係三態，因為金氧半導體場效電晶體1161形成從電池輪入 至接地的串聯分流。將金氧半導體場效電晶體1166置於禁 止金氧半導體場效電晶體11 66之切換的休眠模式中並不預 防Vbatt充電輸出電容器U70至接近Vbatt，因為無論何時 vbatt > v0ut二極體1169均得以正向偏壓。將整流器金氧半 導體場效電晶體11 66置於休眠模式中的主要益處係預防將 電容器1170逐漸放電回至中。 在本發明之另一具體實施例中，圖24D解說依據本發明 之具有減少閘極驅動損失的N通道同步降壓轉換器丨18〇。 如所示，降壓轉換器1180包含具有產生Vbiash之浮動電壓 供應11 83的浮動三態閘極驅動器丨丨82。閘極驅動器丨丨82係 藉由靴帶式電容器丨！ 85所供電並驅動高側（即源極隨耦器 組態）N通道功率金氧半導體場效電晶體1181。無論何時金 氧半導體場效電晶體丨丨8丨係關閉而且電壓Vx係處於接地或 小於供應電壓Vbau ’靴帶式電容器11 85均係透過靴帶式二 極體1184從Vbatt充電。奉匕帶式電容器1185在當VGSH=Vb^v_ 並且金氧半導體場效電晶體1181係隨低電阻為完全開啟的 間隔期間為閘極驅動器11 8 2供電。 金氧半導體場效電晶體1181使其開啟時間受PWM控制器 1193所控制。供應至金氧半導體場效電晶體11 8 1的脈衝之 見度經調變用以控制流經電感器1190並充電電容器1191的 電、流°使用閉路控制，使用回授信號VFB將輸出電壓Vout© 授至PWM控制器1193，以對照輸入電壓、川及負載電流來 131290.doc -60- 200903969 調節輸出電壓。無論何時金氧半導體場效電晶體1181係飽 和並在傳導低電流idbias，電感器1190均促使1在接地以 下，而且因此二極體1189變為正向偏壓。低側N通道金氧 半導體場效電晶體1186經包括用以無論何時閘極驅動器 11 8 7偏壓金氧半導體場效電晶體丨丨86之閘極至，均藉 由分流透過較低電壓降落路徑之電流來減少二極體傳導損 失。 、 相反地，無論何時高側金氧半導體場效電晶體1181係在 低電阻狀態中採用VGSH=Vb〇ot傳導電流，因此同步整流器 金氧半導體場效電晶體1186係藉由閘極緩衝器採用 VGSL=VBIAS而偏壓並且同步整流器金氧半導體場效電晶體 傳導低電流IDBIAS。BBM電路1192預防高側及低側金氧半 導體場效電晶體1181及1182二者同時傳導高電流。 因為高側金氧半導體場效電晶體mi在傳導期間展現比同 步整流器金氧半導體場效電晶體1186大的汲極電壓轉變，所 以本發明在限制閘極電荷擺動中的益處對驅動高側金氧半導 體場效電晶體1181之閘極驅動器1182為最大。不過，驅動同 步整流器金氧半導體場效電晶體1186的閘極驅動器ιΐ87提供 閘極驅動損失上的某減少而且更重要的係減少從整流器二極 體1189中的二極體恢復所產生的效率損失及雜訊。 藉由偏壓作為電流源的同步整流器金氧半導體場效電晶 體來控制二極體恢復的主旨係在以上參考的申請案號[律 師檔案號AATI-18_DS_US]中提出。表5係說明以上說明之 各種組合的真值表。 131290.doc -61 - 200903969 輸 入 功率金氧半導體場效電晶體1181 同步整流器金氧半導體場效電晶 體 1186 EN IN Vgsh 狀態 Id V〇sl 狀態 Id L L/H r ον 截止 〜0 無關緊要 Η Η ^boot 低Rds (Vbatt-Vx)/RDS(〇n) Vbiasl 飽和 Idbias L VbiASH 飽和 Idbias Vbatt 低Rds Vx/RDSfon) 表5 亦應注意僅閘極驅動器11 82需要為三態，因為關閉金氧 半導體場效電晶體11 8 1或11 86會中斷從Vbatt至接地的電流 路徑。 在本發明之另一具體實施例中，圖25A在電路1200中解 說一二態閘極驅動器1 202，其具有產生VBIAS的電壓供應 1203。產生Vdd的電壓供應12〇5經由Vec連接（即高側組態）p 通道功率金氧半導體場效電晶體1201來驅動負載1204。藉 由電壓源1205供應之功率金氧半導體場效電晶體12〇1及負 載1204中的電流可在金氧半導體場效電晶體12〇1之低電阻 狀悲中等於Vdd/r ’當金氧半導體場效電晶體1201係在飽 和中日守等於恆定電流Idbias，以及當金氧半導體場效電晶 體12〇1並未在切換時等於零。當致能信號εν係低而且功 率金氧半導體場效電晶體1 201之閘極係連接至vDD時禁止 金氧半導體場效電晶體1201之切換。 致能（EN)及輸入（IN)信號可遞送至Vdd與接地之間的邏 輯切換，如藉由反相器1206及12〇9所指示，其係在I。與 接地之間偏壓。若供應電壓Vdd係大於，則en&…信 唬必頊加以位準偏移至Vdd。在圖25A之具體實施例中， 位準偏移電路使用一 N通道金氧半導體場效電晶體及 131290.doc -62- 200903969 一電阻器1208以將反相器丨206之輸出轉換成在Vdd與接地 之間切換的輸入信號IN，。同樣地，N通道金氧半導體場效 電晶體1210及電阻器1211將反相器12〇6之輸出轉換成在 Vdd與接地之間切換的致能信號ΕΝ，。或者，可藉由單一 電源供應來供應Vee及Vdd以便不需要位準偏移電路。總 之藉由在Vce與VBIAS之間的切換期間限制功率金氧半導 體場效電晶體1201之閘極偏壓來減少閘極電荷擺動並且改 良切換期間的功率金氧半導體場效電晶體之效率。 圖25B解說依據本發明之具有減少閘極驅動損失的一互 補同步降壓轉換器1220。轉換器122〇包含一高側參考三態 閘極驅動器1 222，其具有產生vB〗ASH之高側參考電壓供應 1 223 ’ a亥驅動益係直接藉由、扣所供電並驅動高側（即共同 源極組態）p通道功率金氧半導體場效電晶體1221。 藉由PWM控制器1231控制金氧半導體場效電晶體1221之 開啟時間。遞送至金氧半導體場效電晶體1221之閘極的脈 衝之見度經調變用以控制流經電感器丨228並充電電容器 1229的電流。使用閉路控制，使用回授信號Vfb將輸出電 左Vout回授至pWM控制器123 1，以對照輸入電壓及負載電 流之變化來調節輸出電壓。無論何時金氧半導體場效電晶 體1221係飽和並在傳導低電流Idbias，電感器1228均促使 vx在接地以下，而且因此二極體1227變為正向偏壓。低側 N通道金氧半導體場效電晶體丨224經包括用以無論何時閘 極驅動1225偏塵金氧半導體場效電晶體丨224之閘極至 Vbau ’均藉由分流透過較低電壓降落路徑之電流來減少二 131290.doc •63· 200903969 極體傳導損失。 相反地無淪何時高側Ρ通道金氧半導體場效電晶體 1221係在低電阻狀態中採用Vg⑶=_Vbatt傳導電流，因此同 乂整μ器金氧半導體場效電晶體1224係藉由閘極驅動器採 用VGSL = VBIAS而偏壓並且同步整流器金氧半導體場效電晶 體1224傳導低電流Idbias。BBM電路12 場效電晶體咖及⑽同時傳導高電流。 因為P通道金氧半導體場效電晶體1221在傳導期間展現 比同步整流器金氧半導體場效電晶體1224大的汲極電壓轉 變，所以本發明在限制閘極電荷擺動中的益處對驅動高側 p通道金氧半導體場效電晶體1221之閘極驅動器m2為最 大。不過’驅動同步整流器金氧半導體場效電晶體心的 閘極驅動器1225提供閘極驅動損失上的某減少而且更重要 的係減少從整流器二極體1227中的二極體恢復所產生的效 率損失及雜訊。 藉由偏壓作為電流源的同步整流器金氧半導體場效電曰 體來控制二極體恢復的主旨係在以上參考的申請案號心 師檔案號AATI-18-DS-US1中槎屮〇 杈出表6為說明以上說明之 各種組合的真值表。 輪 入 P通道功率金氧半導體場效電晶體丨22I EN IN Vgsi 狀態 ID-- L L/H ον 截止 ~0 ~ Η Η Vbatt 低Rds -(VbatrVx)/Rm“、 L "^BIASH 飽和 '^dbias ---電晶體1224 —OS2 1 ~~ 表6 亦應注意僅閘極驅動器1222需要為三態，因為關閉金氧 要 飽和

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DBIAS ^Ll-Vx/Rc I3I290.doc -64 - 200903969 半導體場效電晶體1221或1224會中斷從Vbatt至接地的電流 路徑。 雖然已在本文中說明本發明之特定具體實施例，但是熟 習技術人士應瞭解所說明的具體實施例僅為解說性，而非 限制性。本發明之廣義原理係定義在下列申請專利範圍 中。 【圖式簡單說明】 圖1A係降壓轉換器之電路圖。 ξ . 圖1Β係具有互補功率金氧半導體場效電晶體的同步降壓 轉換器之電路圖。 圖1C係具有圖騰柱Ν通道功率金氧半導體場效電晶體的 同步降壓轉換器之電路圖。 圖1D係非同步增壓轉換器之電路圖。 圖1Ε係具有Ρ通道功率金氧半導體場效電晶體的返馳或 正向轉換器之電路圖。 i 圖1F係具有N通道功率金氧半導體場效電晶體的返馳或 正向轉換器之電路圖。 圖2A係解說一閘極驅動器之操作的電路圖。 圖係解。尤金氧半導體場效電晶體中的本質電容之 式。 圖2C係顯不覆蓋在Id_Vds曲線族上的切換瞬態之 圖。 ® 2D係顯不在金氧半導體場效電晶體從關閉條件變為開 啟條件日寸及極至源極電壓及閘極電荷中的變化之曲線圖。 131290.doc -65- 200903969 圖3A係顯示與閘極電壓成函數關係的 變化的曲線圖。 电饤汉kds之 圖3B係與閘極偏壓成函數關係的功率損失之曲線圖。 圖4A係一CMOS閘極驅動器之電路圖。 圖4B顯示切換期間該閘極 羞之曲線圖。 中的閉極電何及閉極電

圖5係依據本發明之減少閘極電荷功率金氧半導體場效 電晶體閘極驅動器的概念電路圖。 ，圖6顯示本發明之閘極驅動器中的電壓及電流切換波 形0 圖7係與閘極電荷成函數關係的閘極電壓及汲極電壓之 曲線圖’其解說本發明之-間極驅動器中的有限閘極電壓 擺動。 圖8係顯示藉由本發明之一閘極驅動器所驅動之金氧半 導體場效電晶體中的有限汲極電流之曲線圖。 圖9係顯示藉由本發明之一閘極驅動器所驅動之金氧半 導體％效電晶體中的有限閘極電荷之曲線圖。 圖10係依據本發明之一三態閘極驅動器的概念電路圖。 圖11A至11F係曲線及電路圖，其解說本發明之一三態閘 極驅動器的操作條件，包括低電阻條件、低或受控電流條 件或關閉狀態條件。 圖12A顯示本發明之一三態閘極驅動器中的電壓及電流 切換波形之曲線圖。 圖1 2B係本發明之一閘極驅動器中的閘極電壓在低電流 131290.doc -66 - 200903969 與傳統閘極驅動技術之間交替的曲線圖。 圖1 2 C係具有軟開啟特性的本發明之一閘極驅動器中的 閘極電壓之曲線圖。 圖13 A係包含一傳遞電晶體的一閘極驅動器之電路圖。 圖13B係包含一 D/A轉換器的一閘極驅動器之電路圖。 圖13A係包含多工傳遞電晶體的一閘極驅動器之電路 圖。 圖13D係包含一多工電阻器分壓器的一閘極驅動器之電 路圖。 圖13E係包含一多工電阻器/二極體分壓器的一閘極驅動 β之電路圖。 圖1 4 Α係 >又有回授的開路閘極驅動器之電’路圖。 圖14 B係具有一電流感測回授糸統的一閘極驅動号之電 路圖。 圖14C係比較開路及回授閘極驅動器中的汲極電流之穩 定性的曲線圖。 圖14D係解說具有回授的一閘極驅動器之汲極電流之控 制的I-V曲線圖。 圖1 5 A係具有利用一電流感測電阻器之一 γ浸系統的一 閘極驅動器之電路圖。 圖1 5 Β係具有利用一電流鏡感測技術之. 閘極驅動器之電路圖。 圖1 5C係具有利用一級聯電流鏡感測 的一閘極驅動器之電路圖。 131290.doc -67· 200903969 圖1 6A係用於本發明之__關；):¾ u ^ ^ 閘極驅動态的一微調電路之概 念電路圖。 圖16B係用於包含-次可程式化金氧半導體場效電晶體 的本發明之一閘極驅動器的一微調電路之概念電路圖。 圖16C係用於圖16B之閘極驅動器的一偏壓程式碼之曲 線圖。 圖16D係用於微調電路的校準演算法之流程圖。 圖1 6E係用於微調電路的程式化序列之曲線圖。 圖1 7 A係利用電流鏡以在低電流條件下控制金氧半導體 場效電晶體中的電流之一閘極驅動器之電路圖。 圖17B係顯示用以調整電流鏡之大小的微調電路之電路 圖。 圖1 8係包括P通道電流鏡的一閘極驅動器之電路圖。 圖19係包括用於將一參考電壓轉換為一參考電流以在低 %流狀悲中控制金氧半導體場效電晶體中的電流之大小的 電路之一閘極驅動器之電路圖。 圖20係包括用於獲得一可變參考電流以在低電流狀態中 控制金氧半導體場效電晶體中的電流之大小的電路之一閘 極驅動器之電路圖。 圖2 1A係包括用於獲得一可變參考電流以在低電流狀態 中控制金氧半導體場效電晶體中的電流之大小的電路之另 閘極驅動器之電路圖。 圖21B係包括產生一可變參考電流以在低電流狀態中控 制金氧半導體場效電晶體中的電流之大小的數位至類比轉 131290.doc -68 · 200903969 換态之一閘極驅動器之電路圖。 圖22A係顯示與汲極電流成函 双係的閘極驅動電流之 曲線圖。 圖22Β係顯示與傳導時間成 數關係的閘極，驅動電流之 曲線圖。 圖23八係-閘極驅動器之概念電路圖，其中在接地盘一 偏麼供應電流之間切換金氧半導體場效電晶體鏡之問極。 圖23Β係圖23續示的閉極驅動器之更詳細電路圖。 圖2 4 Α係顯示在將一 Ν通道低側金氧半導體場效電晶體 與一負載連接的情況下，本發明之-閘極驅動器之使用的 電路圖。 圖24Β係顯不在將―Ν通道高側金氧半導體場效電晶體 與一負載連接的情況下’本發明之一閘極驅動器之使用的 電路圖。 圖24C係顯示在同步增壓轉換器中本發明之一閘極驅動 器之使用的電路圖。 圖24D係顯示在同步降壓轉換器中本發明之一閘極驅動 器之使用的電路圖。 圖25Α係顯示在將一 ρ通道高側金氧半導體場效電晶體 與一負載連接的情況下，本發明之一閘極驅動器之使用的 電路圖。 圖25B係顯示在一互補降壓轉換器中本發明之一閘極驅 動器之使用的電路圖。 【主要元件符號說明】 131290.doc -69· 降壓轉換器 高側功率金氧半導體場效電晶體 整流器二極體 電感器 電容器 二極體 PWM控制器 同步降壓轉換器 高側P通道金氧半導體場效電晶體 N通道金氧半導體場效電晶體 電感器 電容器 本質P-N二極體 本質P-N二極體 PWM控制器 先斷後合(BBM)電路 異步降壓轉換器 N通道高側金氧半導體場效電晶體 N通道低側同步整流器金氧半導體場效電晶體

PWM

BBM 增壓轉換器 金氧半導體場效電晶體 電感器 -70- 整流器二極體 濾波電容器 PWM控制器 轉換器 兩側金氧半導體場效電晶體 柄合式電感器 電容器 隔離阻障 PMW控制器 轉換器 接地N通道金氧半導體場效電晶體 搞合式電感器 金氧半導體場效電晶體整流器電路 電容器 光耦合器 一次側P WM控制器 金氧半導體場效電晶體 負載 閘極緩衝器 金氧半導體場效電晶體 負載 閘極至汲極電容 閘極至源極電容 P-N接面二極體/路徑 -71 - 200903969 72 汲極至源極電容 73 閘極電壓 74 閘極電壓 75 點 76 線性區 78 點 79 點 82 平台 84 點 87 飽和 88 線性區 90 點/ID電流回授電路 100 曲線圖 101 曲線 102 線性區 104 截止區 105 飽和區 106 線性區/曲線 107 閘極電荷 108 點 120 曲線圖 121 曲線 122 曲線 123 曲線 131290.doc -72. 200903969 141 閘極緩衝器 142 P通道金氧半導體場效電晶體 143 N通道金氧半導體場效電晶體 144 功率金氧半導體場效電晶體 145 負載 146 電壓源 150 切換波形 151 向上進展 153 斜率變化 154 向上進展 156 平滑衰減 157 斜率變化 158 平滑衰減 159 最終閘極電壓 170 曲線圖 171 開始值 172 斜率 173 最終值 174 衰減 175 最終值 200 電路 201 緩衝器或反相器 202 閘極驅動器 203 功率金氧半導體場效電晶體 131290.doc •73 200903969 f % \ 204 負載 205 偏壓供應 220 曲線圖 221 接地 222 轉變 223 電壓 224 轉變 230 曲線圖 232 轉變 234 轉變 240 曲線圖 241 最小電流 242 轉變 243 最大電流 244 轉變 250 曲線圖 251 最大電壓 253 最小電壓 280 曲線圖 281 曲線 282 曲線 283 曲線 284 曲線 285 線 131290.doc •74 200903969 286 點 287 點 290 曲線 291 曲線 292 曲線 293 曲線 294 點 295 點 296 點 301 端點 302 曲線 303 切換波形/曲線 304 曲線/端點 305 飽和區 306 I-V曲線 307 線性操作區 308 金氧半導體場效電晶體 320 曲線圖 321 曲線 322 轉變 323 曲線 324 轉變 325 區域 350 電路 131290.doc -75- 200903969 k 351 緩衝器 352 閘極驅動器 353 金氧半導體場效電 354 負載 355 參考電壓源 361 閘極驅動器 365 I-V曲線 366 點 371 閘極緩衝區 376 點 381 閘極緩衝器 386 點 400 曲線圖 401 曲線 402 曲線 403 曲線 404 邏輯輸入電壓轉變 405 邏輯輸入電壓轉變 406 邏輯輸入電壓轉變 407 邏輯輸入電壓轉變 410 曲線圖 411 方波 412 方波 413 方波 131290.doc -76- 200903969 414 方波 415 曲線 416 曲線 420 曲線圖 421 方波 422 方波 423 方波 424 方波 425 曲線 426 曲線 430 曲線圖 431 波形 432 波形 433 波形 434 波形/曲線 435 曲線 440 曲線圖 441 區 442 曲線 443 區 444 曲線 445 接地 446 曲線圖 447 區 131290.doc -77 200903969 448 曲線 449 曲線 450 電路 451 高側P通道金氧半導體場效電晶體 452 N通道傳遞電晶體/金氧半導體場效電 453 低側N通道金氧半導體場效電晶體 454 功率金氧半導體場效電晶體 455 參考電壓源 456 二極體 457A 寄生主體二極體 457B 寄生主體二極體 460 電路 461 高側P通道金氧半導體場效電晶體 462 傳遞電晶體/金氧半導體場效電晶體 463 低則N通道金氧半導體場效電晶體 464 功率金氧半導體場效電晶體 465 數位至類比轉換器 466 電壓參考源 468A N通道金氧半導體場效電晶體 468B N通道金氧半導體場效電晶體 469A 寄生P-N二極體 469B 寄生P-N二極體 470 電路 471 功率金氧半導體場效電晶體 131290.doc -78- 200903969 \ 472 傳遞電晶體/高側金氧半導體場效電晶體 473 傳遞電晶體/金氧半導體場效電晶體 474 傳遞電晶體/金氧半導體場效電晶體 475 傳遞電晶體/低側金氧半導體場效電晶體 492 金氧半導體場效電晶體 493 金氧半導體場效電晶體 494 金氧半導體場效電晶體 495 金氧半導體場效電晶體 496A 電阻器 496B 電阻器 496C 電阻器 550 電路 553 高側P通道金氧半導體場效電晶體 554 N通道金氧半導體場效電晶體 555 電壓源 556 功率金氧半導體場效電晶體 557 負載 580 電路 585 參考電壓源 587 負載 588 放大器 589 電流源 590 電流感測器 600 曲線圖 131290.doc -79- 200903969 κ. 601 汲極電流 602 曲線 606 目標值 607A 過電流 610 電路 614 金氧半導體場效電晶體 615B 電流感測電阻器 616 功率金氧半導體場效電晶體 617 電性負載 618 運算放大器 619 電壓源 620 電路 623 P通道金氧半導體場效電晶體 624 N通道金氧半導體場效電晶體 626A 功率金氧半導體場效電晶體 626B 感測金氧半導體場效電晶體 627 電流源 628 運算放大器 629 負載 630 電流源 631 感應電阻器 632 電壓源 633 運算放大器 650 電路 131290.doc -80- 200903969 653 654 655 656 657 658A 658B 659 660 661 662 663 664 670 671 701 702 703 705 706 709 720 721 722 P通道金氧半導體場效電晶體 N通道金氧半導體場效電晶體 電阻器 功率金氧半導體場效電晶體 負載 金氧半導體場效電晶體 電流鏡金氧半導體場效電晶體 差動放大器/運算放大器 感測電流/電流源 電流鏡 電壓源 運算放大器 感測電阻器 比較器 電壓源 閘極驅動器 功率金氧半導體場效電晶體 負載 微調網路 電壓源 溫度補償電路 微調閘極驅動電路 金氧半導體場效電晶體 金氧半導體場效電晶體 131290.doc -81 - 200903969 724 功率金氧半導體場效電晶體 725 負載 726 參考電壓源 727 OTP程式化器 728A 電阻器 728B 電阻器 729a至729e 電阻器 730a至730e 一次可程式化（OTP)金氧半導體場效電晶體 r ， 731a至731e 偏壓多工器 741 線 742 線 743 線 744 線 801 線 802 線 804 線 i , 820 電流鏡閘極驅動電路 821 閘極驅動器 822 電流源 823 負載 824A 功率金氧半導體場效電晶體 824B 電流鏡金氧半導體場效電晶體 830 電流鏡 831 微調電路 131290.doc -82- 200903969 860 電流鏡閘極驅動電路 861 電流鏡金氧半導體場效電晶體對 862A 功率金氧半導體場效電晶體 862B 電流鏡金氧半導體場效電晶體 863 負載 864 金氧半導體場效電晶體 865 金氧半導體場效電晶體 866 先斷後合（BBM)緩衝器 867 P通道金氧半導體場效電晶體 868 P通道金氧半導體場效電晶體 869 電阻器 870 金氧半導體場效電晶體 871 金氧半導體場效電晶體對/電流鏡 880 電流鏡閘極驅動/電路 882A 功率金氧半導體場效電晶體 884 P通道金氧半導體場效電晶體 885 N通道金氧半導體場效電晶體 889 電阻器 890 電壓參考源 891 接地連接N通道金氧半導體場效電晶體 892 邏輯"AND”閘極 893 邏輯”AND”閘極 894 反相器 895 反相器 131290.doc -83- 200903969 896 反相器 901 三態閘極驅動器 902 金氧半導體場效電晶體對 903A 功率金氧半導體場效電晶體 903B 金氧半導體場效電晶體 904 受控電流源 905 負載 906 D/A轉換器 907 微處理器 925 BBM 926 負載 927 電阻器 928 受控電壓源 929 D/A轉換器 942B 鏡金氧半導體場效電晶體 945 BBM 946 負載 947 電流型D/A轉換器 949 參考電壓源 980 曲線圖 981 線 982a 曲線 982b 曲線 982c 曲線 131290.doc -84- 200903969 983 曲線 990 曲線圖 991 線 992 曲線 1000 切換偏壓電路 1002A 功率金氧半導體場效電晶體 1002B 金氧半導體場效電晶體 1003 負載 1004 P通道金氧半導體場效電晶體 1005 閘極驅動器 1006 金氧半導體場效電晶體 1007 電阻器 1008 參考電壓源 1022A 功率金氧半導體場效電晶體 1022B 金氧半導體場效電晶體 1023 負載 1024 金氧半導體場效電晶體 1025 接地N通道金氧半導體場效電晶體 1026 金氧半導體場效電晶體 1029 N通道金氧半導體場效電晶體 1101 N通道功率金氧半導體場效電晶體 1102 三態閘極驅動器 1103 負載 1104 電壓源 131290.doc -85- 200903969 1105 電壓供應 1106 電壓供應 1107 缓衝器 1121 N通道功率金氧半導體場效電晶體 1122 浮動三態閘極驅動器 1123 負載 1124 電壓源 1125 電壓供應 f 1 1126 浮動電壓供應 1127 靴帶式二極體 1128 靴帶式電容器 1129 位準偏移電路 1160 同步增壓轉換器 1161 低側N通道功率金氧半導體場效電晶體 1162 低損失閘極驅動器 1163 電壓供應 i 1164 脈衝寬度調變（PWM)控制器 1165 電感器 1166 同步整流器金氧半導體場效電晶體 1169 P-N整流器二極體 1170 輸出電容器 1171 靴帶式二極體 1172 靴帶式電容器 1173 先斷後合緩衝器 131290.doc -86- 200903969 1180 N通道同步降壓轉換器 1181 N通道功率金氧半導體場效電晶體 1182 浮動三態閘極驅動器 1183 浮動電壓供應 1184 靴帶式二極體 1185 靴帶式電容器 1186 低側N通道金氧半導體場效電晶體 1187 閘極驅動器 1189 整流器二極體 1190 電感器 1191 電容器 1192 BBM電路 1193 PWM控制器 1200 電路 1201 P通道功率金氧半導體場效電晶體 1202 三態閘極驅動器 1203 電壓供應 1204 負載 1205 電壓供應/電壓源 1206 反相器 1207 N通道金氧半導體場效電晶體 1208 電阻器 1209 反相器 1210 N通道金氧半導體場效電晶體 131290.doc -87- 200903969 1211 1220 1221 1222 1223 1224 1225 1227 1228 1229 1230 1231 電阻器 互補同步降壓轉換器 金氧半導體場效電晶體 閘極驅動器 電壓供應 金氧半導體場效電晶體 閘極驅動器 二極體 電感器 電容器 BBM電路 PWM控制器 131290.doc 88-

Claims (1)

1. 200903969 十、申請專利範圍： 1. -種包含-間極驅動器及—功率金氧半導體場效電晶體 的組合，該閉極驅動器之一輸出端子係連接至該功率金 氧半導體場效電晶體之—閘極端子，該閘極驅動器進一 步包含： -第-輸入端子與一第二輸入端子，一輸入端子 係連接至ϋ壓源，該第二輸人端子係連接至一第 二電壓源； 切換7L件’其用於在該第—輸人端子與該第二輸入 端子之間切換該輸出端子； 其中藉由4第-電壓源所提供之一第一電壓使該功率 金氧半導體场效電晶ϋ在遞送至該閘極端子時係在一完 王開啟條件了，而藉由該第2電壓源所提供之一第二 電C使a功率金氧半導體場效電晶體在遞送至該問極端 子時係在一低電流條件下。 士。月求項1之組合，進一步包含一連接至該閘極驅動器 乂在。亥等第一與第二輸入端子之間重複地切換該輸出端 子的緩衝器。 3. 如請求項1之組合，其中該切換元件包含一 CMOS對，該 對之第—金氧半導體場效電晶體係連接於該第 :輸入端子與該輪出端子之間，該CMOS對之一第二金 氧半導體場效電晶體係連接於該第二輸人端子與該輸出 端子之間。 4. 如求項!之組合’其中該閘極驅動器包含一第三輸入 131290.doc 200903969 端子，该第二輸入端子係連接至該功率金氧半導體場效 電晶體之一源極端子，該切換元件能夠在該等第一、第 一與第二輸入端子之間切換該輪出端子。 5，如請求項4之組合，其中該閘極驅動器包含一 CMOS對及 第二金氧半導體場效電晶體，該CM〇s對之一第一金 氧半導體場效電晶體係連接於該第—輸人端子與該輸出 端子之間，該CMOS對之一第二金氧半導體場效電晶體 係連接於s亥第三輸入端子與該輸出端子之間，該第三金 氧半導體場效電晶體係連接於該第二輸入端子與該輸出 端子之間。 6·如請求項丨之組合，其中該功率金氧半導體場效電晶體 係與一電源電路中之一負載連接，該組合進一步包含— 連接於該電源電路與該閘極驅動器之該第二端子之間的 回授電路，該回授電路係用於產生—將該功率金氧半導 體場效電晶體之該低電流條件下的電流維持在一目標值 的誤差信號。 7.如請求項6之組合，其中該回授電路包含連接在該電源 電路中之一電流感測器及一放大器，且其中該第二電壓 源包含一可變電壓源，該電流感測器係連接至該放大器 之一第一輸入端子，該放大器之一第二輸入端子係連接 至一參考電流源，該放大器之一輸出係連接至該可變 壓源。 ” 8'如請求項6之組合’其中該電源電路包括一感測電阻 器，且該回授電路包含一放大器及一參考電壓源， 131290.doc 200903969 大器之一第—輸入端子係連接至該感測電阻器，該放大 器之一第二輸入端子係連接至該參考電壓源，且該放大 之輸出&子係連接至該閘極驅動器之該第二端子。 9·如請求項6之組合，其中該回授電路包含： 電流鏡配置，用於產生一鏡電流，該鏡電流之大小 係與該電源電路中之該電流之該大小成比例； 一感測電阻器，其係連接至該電流鏡配置，使得該鏡 電流流經該感測電阻器；以及 放大器，該放大器之一第一輸入端子係連接至一參 考電壓源，該放大器之一第二輸入端子係連接至該感測 電阻器，且該放大器之一輸出端子係連接至該閘極驅動 器之該第二輸入端子。 10· T請求項9之組合，其中該回授電路包含一與該功率金 氧半導體場效電晶體串聯連接的第二金氧半導體場效電 晶體。 H·如請求項丨之組合，其中該功率金氧半導體場效電晶體 係與-電源電路中之-負載連接，且該第：電壓源包含 可變電壓源’該組合進一步包含一連接在該電源電路 中的電流感測器，及一連接至該電源源及該可變電壓源 的微調電路，該微調電路經調適以調整該第二電壓之量 值，以回應一輸出自該電流感測器的信號。 1 2.如《月求項11之組合，其中該微調電路包含複數個電阻器 及複數個一次可程式化金氧半導體場效電晶體，該等電 阻為之每一者係與該等一次可程式化金氧半導體場效電 131290.doc 200903969 晶體之一對應者並聯連接。 13.如請求項丨之組合，其中該功率金氧半導體場效電晶體 係與一電源電路中之一負載連接，該組合進一步包含： 一電流鏡金氧半導體場效電晶體，該電流鏡之該等閘 極及及極％子係短接在一起，並連接至該閘極驅動器之 該第二端子； 一電流感測器，其係連接在該電源電路中； 一可變電流源，其係連接至該電流鏡金氧半導體場效 電晶體；以及 一微調電路，其係連接至該電流源及該可變電流源， 名微調電路經調適以調整由該可變電流源所供應之電流 之忒夏值，以回應一輸出自該電流感測器的信號。 14.

   如請求項丨之組合’其中該功率金氧半導體似電晶體 係與-電源電路中之—負載連接，該組合進—步包含： -電流鏡金氧半導體場效電晶體，該電流鏡之該等閘 極及没極端子係、短接在—起，並連接至該閉極驅動器之 5亥第一端子；以及 U其係連接至該電流鏡金氧半導體場效電晶 體，該電流源經調適以供應具有一量值的電流，該量值 寻於該低電流條件下該功率金氧半導體場效電晶體中之 一電流之一所需量值的指定部分。 如請求項1 4之組合， 該組合進一步包含— 的數位至類比轉換器 15. /、中忒電流源包含一可變電流源， 連接至該卩變電流源之—輸入端子 ，以及—連接至該數位至類比轉換 131290.doc 200903969 器之一輸入端子的數位裝置。 I?:求項】之組合，其，該功率金氧半導體場效電晶體 :增㈣換器之-組件，該功率金氧半導體場效電晶 糸與—電感器串聯連接，一同步整流器金氧半導體場 效電晶體係連接於該增㈣㈣'之—輸㈣子與在該功 率金氧半導體場效電晶體與該電感器之間之—共同節點 之間。 f 17.:::求項1之組合，其中該功率金氧半導體場效電晶體 二：降壓轉換器之一組件，該功率金氧半導體場效電晶 體係與-同步整流H金氧半導體場效電晶體串聯連接， 二電感㈣連接於料壓轉換㈣料與在該功 率金氧半導體場效電晶體與該同步整流器金氧半導體場 效電晶體之間之一共同節點之間。 131290.doc