(57)【要約】【課題】リードフレームの部分同士の間の磁気結合を用いた直流絶縁によりコントローラ同士の間の通信を可能にする集積回路パッケージ構造を提供する。【解決手段】スイッチモードパワーコンバータで用いるための集積回路パッケージは、封入部とリードフレームとを含む。リードフレームの一部は封入部内に配設される。リードフレームは、封入部内に実質的に配設される第１の導通ループを有する第１の導体を含む。リードフレームは、第１の導体から直流絶縁される第２の導体も含む。第２の導体は、封入部内に実質的に配設され、第１の導通ループに近接しかつこれに磁気的に結合されて第１の導体と第２の導体との間に通信リンクを提供する第２の導通ループを含む。第１の制御回路を含む第１の制御ダイは第１の導体に結合される。第２の制御回路を含む第２の制御ダイは第２の導体に結合される。１つ以上の制御信号は、通信リンクを通して第１の制御ダイと第２の制御ダイとの間で通信される。【選択図】図３Ｃ
2014099610.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチモードパワーコンバータで用いるための集積回路パッケージであって、
封入部と、
リードフレームとを備え、前記リードフレームの一部は前記封入部内に配設され、前記リードフレームは、前記封入部内に実質的に配設される第１の導通ループを有する第１の導体を含み、前記リードフレームはさらに、前記第１の導体から直流絶縁される第２の導体を含み、前記第２の導体は、前記封入部内に実質的に配設され、前記第１の導通ループに近接しかつこれに磁気結合されて前記第１の導体と前記第２の導体との間に通信リンクを提供する第２の導通ループを含み、さらに、
前記第１の導体に結合される第１の制御回路を含む第１の制御ダイと、
前記第２の導体に結合される第２の制御回路を含む第２の制御ダイとを備え、
前記通信リンクを通して１つ以上の制御信号が前記第１の制御ダイと第２の制御ダイとの間で通信される、集積回路パッケージ。
【請求項２】
前記スイッチモードパワーコンバータは、電源の入力とエネルギ転送要素の入力との間に結合される切換回路を備え、前記エネルギ転送要素の出力は前記スイッチモードパワーコンバータの出力に結合され、前記第１の制御回路は、前記切換回路に結合されて、前記通信リンクを通して前記第１の制御ダイと第２の制御ダイとの間で通信される前記１つ以上の制御信号に応答して前記切換回路の切換を制御して、前記スイッチモードパワーコンバータの入力から前記スイッチモードパワーコンバータの出力へのエネルギの転送を調節する、請求項１に記載の集積回路パッケージ。
【請求項３】
前記スイッチモードパワーコンバータは絶縁された同期フライバックコンバータを備え、前記スイッチモードパワーコンバータはさらに、
前記エネルギ転送要素の出力および前記スイッチモードパワーコンバータの出力に結合される第２のスイッチを備え、
前記第２の制御回路は、前記スイッチモードパワーコンバータの前記出力を表わすフィードバック信号を受信するように結合され、前記第２の制御回路は、前記第２のスイッチにさらに結合されて前記第２のスイッチの切換を制御して前記エネルギ転送要素から前記スイッチモードパワーコンバータの出力へエネルギを転送し、前記第２の制御回路は、前記通信リンクを通して前記１つ以上の制御信号を前記第１の制御回路に送信して、前記スイッチモードパワーコンバータの入力から前記スイッチモードパワーコンバータの前記出力へのエネルギの転送を調節する、請求項２に記載の集積回路パッケージ。
【請求項４】
前記スイッチモードパワーコンバータは絶縁されたフライバックコンバータを備え、前記第２の制御回路は、前記スイッチモードパワーコンバータの出力を表わすフィードバック信号を受信するように結合され、前記１つ以上の制御信号は前記フィードバック信号に応答し、前記第２の制御回路は、前記通信リンクを通して前記１つ以上の制御信号を前記第１の制御回路に送信して、前記スイッチモードパワーコンバータの入力から前記スイッチモードパワーコンバータの出力へのエネルギの転送を調節する、請求項２に記載の集積回路パッケージ。
【請求項５】
前記第２の制御回路は、前記第１の制御ダイと第２の制御ダイとの間の前記通信リンクを通して前記第１の制御回路からＡＣラインゼロクロス信号を受信するようにさらに結合される、請求項４に記載の集積回路パッケージ。
【請求項６】
前記スイッチモードパワーコンバータは降圧コンバータを備え、前記第１の制御回路はハイ側制御回路であり、前記第２の制御回路は前記スイッチモードパワーコンバータの出力を表わすフィードバック信号を受信するように結合され、前記１つ以上の制御信号は前記フィードバック信号に応答し、前記第２の制御回路は前記通信リンクを通して前記１つ以上の制御信号を前記ハイ側制御回路に送信するように結合される、請求項２に記載の集積回路パッケージ。
【請求項７】
前記スイッチモードパワーコンバータは、前記エネルギ転送要素を駆動するように結合されるハイ側スイッチおよびロー側スイッチを有するスイッチングレグを含むハーフブリッジコンバータを備え、前記第１の制御回路は複数の制御回路のうち１つであり、前記複数の制御回路のうちの各々１つは、前記ハイ側およびロー側スイッチのそれぞれ１つの切換を制御するように結合される、請求項２に記載の集積回路パッケージ。
【請求項８】
状態信号は、前記通信リンクを通して前記第１の制御回路から前記複数の制御回路のうち他の１つに通信される、請求項７に記載の集積回路パッケージ。
【請求項９】
前記スイッチモードパワーコンバータは、第１および第２のスイッチングレグを含むフルブリッジコンバータを備え、前記第１および第２のスイッチングレグの各々１つは、前記エネルギ転送要素を駆動するように結合されるハイ側スイッチおよびロー側スイッチを備え、前記第１の制御回路は複数の制御回路のうちの１つであり、前記複数の制御回路の各々１つは、前記ハイ側およびロー側スイッチのそれぞれ１つの切換を制御するように結合される、請求項２に記載の集積回路パッケージ。
【請求項１０】
状態信号は、前記通信リンクを通して前記制御回路からフルブリッジコントローラ回路に通信される、請求項９に記載の集積回路パッケージ。
【請求項１１】
前記第１の制御ダイは前記リードフレームの前記第１の導体上に実装され、前記第１の制御ダイは前記第１の導通ループに結合されかつこれを完成する、請求項２に記載の集積回路パッケージ。
【請求項１２】
前記第１の導体および前記第１の制御ダイに結合される第１のボンドワイヤをさらに備え、前記第１のボンドワイヤは前記第１の導通ループの部分として含まれる、請求項１１に記載の集積回路パッケージ。
【請求項１３】
前記第２の制御ダイは前記リードフレームの前記第２の導体上に実装され、前記第２の制御ダイは前記第２の導通ループに結合される、請求項１１に記載の集積回路パッケージ。
【請求項１４】
前記第２の導体および前記第２の制御ダイに結合される第２のボンドワイヤをさらに備え、前記第２のボンドワイヤは前記第２の導通ループの部分として含まれる、請求項１３に記載の集積回路パッケージ。
【請求項１５】
前記１つ以上の制御信号は符号化された信号を備える、請求項１に記載の集積回路パッケージ。
【請求項１６】
前記通信リンクは一方向通信リンクを備える、請求項１に記載の集積回路パッケージ。
【請求項１７】
前記通信リンクは双方向通信リンクを備える、請求項１に記載の集積回路パッケージ。
【請求項１８】
スイッチモードパワーコンバータであって、
エネルギ転送要素の入力および前記スイッチモードパワーコンバータの入力に結合される切換回路を備え、前記エネルギ転送要素は、前記切換回路と前記スイッチモードパワーコンバータの出力との間に結合され、さらに
前記切換回路に結合されるとともに、前記切換回路の切換を制御して前記スイッチモードパワーコンバータの入力から前記スイッチモードパワーコンバータの出力へのエネルギの転送を調節する制御回路と、
前記制御回路に結合される第１の導通ループを含む第１の導体とを備え、前記第１の導体は集積回路パッケージのリードフレームに含まれ、さらに
前記集積回路パッケージの前記リードフレームに含まれるとともに、前記第１の導体から直流絶縁される第２の導体を備え、前記第２の導体は、前記第１の導通ループに近接して配設されかつこれに磁気的に結合されて、前記第１の導体と第２の導体との間に通信リンクを提供する第２の導通ループを含み、前記制御回路は、前記第１の導通ループと前記第２の導通ループとの間の磁気結合を通して前記第２の導通ループから受信される１つ以上の制御信号に応答して前記切換回路を切換えるように結合される、スイッチモードパワーコンバータ。
【請求項１９】
前記スイッチモードパワーコンバータは絶縁された同期フライバックコンバータを備え、前記制御回路は一次制御回路であり、前記スイッチモードパワーコンバータはさらに、
前記エネルギ転送要素の出力および前記スイッチモードパワーコンバータの出力に結合される第２のスイッチと、
前記スイッチモードパワーコンバータの出力を表わすフィードバック信号を受信するように結合される二次制御回路とを備え、
前記二次制御回路は、前記第２のスイッチにさらに結合されるとともに、前記第２のスイッチの切換を制御して前記エネルギ転送要素から電源の出力にエネルギを転送し、前記二次制御回路は、前記二次導体に結合されて、前記フィードバック信号に応答して前記第１の導通ループと第２の導通ループとの間の磁気結合を通して前記１つ以上の制御信号を前記一次制御回路に送信する、請求項１８に記載のスイッチモードパワーコンバータ。
【請求項２０】
前記スイッチモードパワーコンバータは絶縁されたフライバックコンバータを備え、前記制御回路は一次制御回路であり、前記スイッチモードパワーコンバータは、前記スイッチモードパワーコンバータの出力を表わすフィードバック信号を受信するように結合される二次制御回路をさらに備え、前記１つ以上の制御信号は前記フィードバック信号に応答し、前記二次制御回路は、前記第２の導体に結合されて、前記第１の導通ループと第２の導通ループとの間の磁気結合を通して前記１つ以上の制御信号を前記一次制御回路に送信する、請求項１８に記載のスイッチモードパワーコンバータ。
【請求項２１】
前記二次制御回路は、前記第１の導体と前記第２の導体との間の前記通信リンクを通して前記一次制御回路からゼロクロス信号を受信するようにさらに結合される、請求項２０に記載のスイッチモードパワーコンバータ。
【請求項２２】
前記スイッチモードパワーコンバータは降圧コンバータを備え、前記制御回路はハイ側制御回路であり、前記スイッチモードパワーコンバータは、前記スイッチモードパワーコンバータの出力を表わすフィードバック信号を受信するように結合される第２の制御回路をさらに備え、前記１つ以上の制御信号は前記フィードバック信号に応答し、前記第２の制御回路は、前記第２の導体に結合されて、前記第１の導通ループと第２の導通ループとの間の磁気結合を通して前記１つ以上の制御信号を前記ハイ側制御回路に送信する、請求項１８に記載のスイッチモードパワーコンバータ。
【請求項２３】
前記切換回路は、前記エネルギ転送要素を駆動するように結合されるハイ側スイッチおよびロー側スイッチを有するスイッチングレグを含むハーフブリッジコンバータを備え、前記制御回路は複数の制御回路のうちの１つであり、前記複数の制御回路の各々１つは、前記ハイ側およびロー側スイッチのそれぞれ１つの切換を制御するように結合される、請求項１８に記載のスイッチモードパワーコンバータ。
【請求項２４】
状態信号は、前記通信リンクを介して前記制御回路から前記複数の制御回路の他の１つに通信される、請求項２３に記載のスイッチモードパワーコンバータ。
【請求項２５】
前記切換回路は第１および第２のスイッチングレグを含むフルブリッジ構成を備え、前記第１および第２のスイッチングレグの各々１つは、前記エネルギ転送要素を駆動するように結合されるハイ側スイッチおよびロー側スイッチを備え、前記制御回路は複数の制御回路のうち１つであり、前記複数の制御回路の各々１つは、前記ハイ側およびロー側スイッチのそれぞれ１つの切換を制御するように結合される、請求項１８に記載のスイッチモードパワーコンバータ。
【請求項２６】
状態信号は、前記通信リンクを通して前記制御回路からフルブリッジコントローラ回路に通信される、請求項２５に記載のスイッチモードパワーコンバータ。
【請求項２７】
前記制御回路はリードフレームの前記第１の導体上に実装される第１の集積回路ダイに含まれ、前記第１の集積回路ダイは前記第１の導通ループの部分をともに結合する、請求項１８に記載のスイッチモードパワーコンバータ。
【請求項２８】
前記第１の導体および前記第１の集積回路ダイに結合される第１のボンドワイヤをさらに備え、前記第１のボンドワイヤは前記第１の導通ループの部分として含まれる、請求項２７に記載のスイッチモードパワーコンバータ。
【請求項２９】
前記第１の集積回路ダイから絶縁されるとともに、前記リードフレームの前記第２の導体上に実装される第２の集積回路ダイをさらに備え、前記第２の集積回路ダイは前記第２の導通ループの部分をともに結合する、請求項２７に記載のスイッチモードパワーコンバータ。
【請求項３０】
前記第２の導体および前記第２の集積回路ダイに結合される第２のボンドワイヤをさらに備え、前記第２のボンドワイヤは前記第２の導通ループの部分として含まれる、請求項２９に記載のスイッチモードパワーコンバータ。
【請求項３１】
前記第１および第２の導通ループは前記集積回路パッケージのそれぞれの外部ピンパッドに結合される、請求項１８に記載のスイッチモードパワーコンバータ。
【請求項３２】
前記１つ以上の制御信号は符号化された信号を備える、請求項１８に記載のスイッチモードパワーコンバータ。
【請求項３３】
前記通信リンクは一方向通信リンクを備える、請求項１８に記載のスイッチモードパワーコンバータ。
【請求項３４】
前記通信リンクは双方向通信リンクを備える、請求項１８に記載のスイッチモードパワーコンバータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
この出願は、２０１２年１１月１４日に出願された、「リードフレームを用いる磁気結合直流絶縁通信（Magnetically Coupled Galvanically Isolated Communication Using Lead Frame）」と題され、本願の譲受人に譲渡される、Balakrishnan et al.の米国特許出願第１３／６７７，０８８号に関連する。
【０００２】
この出願は、２０１２年１１月１４日に出願された、「リードフレームを利用する磁気結合通信リンクのためのノイズ除去（Noise Cancellation for A Magnetically Coupled Communication Link Utilizing A Lead Frame）」と題され、本願の譲受人に譲渡される、Kung et al.の米国特許出願第１３／６７７，０６８号にも関連する。
【０００３】
背景情報
開示の分野
本発明は、直流絶縁を必要とする回路同士の間の通信に一般に関する。より具体的には、本発明の例は、電源およびパワーインバータなどのスイッチモードパワーコンバータにおける絶縁障壁にわたる通信に関する。
【背景技術】
【０００４】
背景
スイッチモードパワーコンバータは、移動体電子機器で一般的に用いられる、たとえば充電器などの、それらの動作のための調節された直流（ＤＣ）源を必要とする家庭用または産業用電気製品のために広く用いられる。オフラインＡＣ−ＤＣコンバータは、低周波（たとえば５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）高圧ＡＣ（交流）入力電圧を必要なレベルのＤＣ出力電圧に変換する。安全性および保護特徴とともに、十分に調節された出力、高効率、および小さなサイズにより、さまざまな種類のスイッチモードパワーコンバータが普及している。スイッチモードパワーコンバータの普及したトポロジーは、とりわけ共振型を含む、フライバック、フォワード、昇圧、降圧、ハーフブリッジ、およびフルブリッジを含む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願第１３／６７７，０８８号
【特許文献２】米国特許出願第１３／６７７，０６８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
絶縁されたスイッチモードパワーコンバータの安全要件は一般的に、出力における電圧レベルの変化に加えて、スイッチモードパワーコンバータの入力と出力との間の直流絶縁を与えるのに、高周波変圧器の使用を要件とする。
【０００７】
スイッチモードパワーコンバータの市場における主な課題は、高性能の動作仕様を維持しながら、スイッチモードパワーコンバータのサイズおよびコストを低減することである。公知の絶縁スイッチモードパワーコンバータでは、スイッチモードパワーコンバータの出力の検知、および電流または電圧などのスイッチモードパワーコンバータ出力パラメータを調節するためのフィードバック信号の通信は、通常、たとえば光カプラなどの外部絶縁構成要素を用いて達成される。これらの公知の方法は、望まれない付加的なサイズおよびコストをスイッチモードパワーコンバータに加えてしまう。さらに、光カプラは動作が遅く、多くの場合、スイッチモードパワーコンバータのフィードバック帯域幅および過渡的応答を限定してしまう。
【０００８】
以下の図を参照して、本発明の非限定的かつ非網羅的実施形態を記載する。図中、同じ参照番号は、他に示さなければ、さまざまな図を通して同じ部分を指す。
【０００９】
対応する参照符号は、図面のいくつかの図を通して対応する構成要素を示す。当業者は、簡潔さおよび明瞭性のために図中の要素が図示され、必ずしも縮尺通りに描かれていないことを認めるであろう。たとえば、図中の要素のいくつかの寸法は、本発明のさまざまな実施形態の理解を深めるのを助けるために、他の要素に対して誇張されていることがある。また、本発明のこれらのさまざまな実施形態がより妨げられずに見えるのを容易にするために、商業的に実現可能な実施形態で有用または必要な、一般的であるが十分に理解されている要素をしばしば描いていない。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ】この開示の目的のための、信号を送受信してデジタルまたはアナログ情報を通信する磁気結合導通ループの概念的な動作を示す図である。
【図１Ｂ】この開示の教示に従う双方向動作に好適な導通ループの別の概念的な例を図示する図である。
【図２Ａ】本発明の教示に従う、集積回路パッケージの封入された部分の内部のリードフレームの絶縁された導体によって形成される直流絶縁磁気結合導通ループを有する集積回路パッケージの一例の外観図である。
【図２Ｂ】本発明の教示に従う、図２Ａの例示的な集積回路パッケージの内部のリードフレームの絶縁された導体によって形成される直流絶縁磁気結合導通ループの一例の構造の内部図である。
【図２Ｃ】本発明の教示に従う、集積回路パッケージの封入された部分の内部のリードフレームの絶縁された導体によって形成される直流絶縁磁気結合導通ループを有する集積回路パッケージの一例の外観図である。
【図２Ｄ】本発明の教示に従う、図２Ｃの例示的な集積回路パッケージの内部のリードフレームの絶縁された導体によって形成される直流絶縁磁気結合導通ループの一例の構造の内部図である。
【図３Ａ】本発明の教示に従う、集積回路パッケージの封入された部分の内部のリードフレームの絶縁された導体によって形成される磁気結合通信リンクを有する集積回路パッケージの例の外観図である。
【図３Ｂ】本発明の教示に従う、集積回路パッケージの封入された部分の内部のリードフレームの絶縁された導体の磁気結合導通ループによって形成される磁気結合通信リンクを有する集積回路パッケージの内部のリードフレームの一例の内部図である。
【図３Ｃ】本発明の教示に従う、コントローラダイ同士の間の磁気結合通信リンクを有する複数ダイ絶縁コントローラ集積回路パッケージのリードフレームの例の内部図であり、当該通信リンクは集積回路パッケージの封入された部分の内部のリードフレームの絶縁された導体の磁気結合導通ループによって形成される。
【図３Ｄ】本発明の教示に従う集積回路パッケージの内部のリードフレームの絶縁された導体の導通ループおよび集積回路ダイに結合されるジャンパーボンドワイヤの例示的な側面図である。
【図４Ａ】本発明の教示に従う、集積回路パッケージの封入された部分の内部のリードフレームの絶縁された導体の磁気結合導通ループによって形成される磁気結合通信リンクを有する集積回路パッケージのリードフレームの一例の内部図の傾斜３Ｄ（三次元）図である。
【図４Ｂ】本発明の教示に従う、集積回路パッケージの封入された部分の内部のリードフレームの絶縁された導体によって形成される磁気結合導通ループによって形成される、コントローラダイ同士の間の通信リンクを有する複数ダイ絶縁コントローラ集積回路パッケージのリードフレームの一例の内部図の傾斜３Ｄ図である。
【図５】本発明の教示に従う、集積回路パッケージの封入された部分の内部のリードフレームの絶縁された導体によって形成される、コントローラダイ同士の間の磁気結合通信リンクを有する複数ダイ絶縁コントローラ集積回路パッケージの一例を利用する二次制御を有する同期フライバックスイッチモードパワーコンバータの一例の概略図である。
【図６】本発明の教示に従う、磁気結合通信リンクを通して出力情報が一次側に転送され、磁気結合通信リンクを通してラインゼロクロス検出信号が二次側に転送される、集積回路パッケージの封入された部分の内部のコントローラダイ同士の間における双方向磁気結合通信リンクを含む複数ダイ絶縁コントローラ集積回路パッケージの一例を利用するフライバックスイッチモードパワーコンバータの一例の概略図である。
【図７】本発明の教示に従う、集積回路パッケージの封入された部分の内部のリードフレームの絶縁された導体によって形成される磁気結合通信リンクを有する複数ダイ絶縁コントローラ集積回路パッケージの一例を利用する降圧コンバータの一例の概略図である。
【図８Ａ】本発明の教示に従う、集積回路パッケージの封入された部分の内部のリードフレームの絶縁された導体によって形成される磁気結合通信リンクを有する複数ダイ絶縁コントローラ集積回路パッケージの例を利用するハーフブリッジコンバータの部分の一例を含むスイッチモードパワーコンバータの例の概略図である。
【図８Ｂ】本発明の教示に従う、集積回路パッケージの封入された部分の内部のリードフレームの絶縁された導体によって形成される磁気結合通信リンクを有する複数ダイ絶縁コントローラ集積回路パッケージの例を利用するハーフブリッジコンバータの部分の別の例を含むスイッチモードパワーコンバータの例の概略図である。
【図８Ｃ】本発明の教示に従う、集積回路パッケージの封入された部分の内部のリードフレームの絶縁された導体によって形成される磁気結合通信リンクを有する複数ダイ絶縁コントローラ集積回路パッケージの例を利用するハーフブリッジコンバータの部分のまた別の例を含むスイッチモードパワーコンバータの例の概略図である。
【図９Ａ】本発明の教示に従う、集積回路パッケージの封入された部分の内部のリードフレームの絶縁された導体によって形成される例示的な磁気結合通信リンクを利用するハーフブリッジコンバータの部分の一例を含むスイッチモードパワーコンバータの例の概略図である。
【図９Ｂ】本発明の教示に従う、集積回路パッケージの封入された部分の内部のリードフレームの絶縁された導体によって形成される例示的な磁気結合通信リンクを利用するハーフブリッジコンバータの部分の別の例を含むスイッチモードパワーコンバータの例の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
詳細な説明
以下の説明では、本発明の完全な理解を与えるために、数多くの具体的な詳細を述べる。しかしながら、当業者には、本発明を実践するのに具体的な詳細を用いる必要がないことが明らかであろう。他の事例では、本発明を曖昧にするのを避けるために、周知の材料または方法を詳細に記載していない。
【００１２】
この明細書を通じての「１つの実施形態」、「実施形態」、「一例」、または「例」の参照は、実施形態または例と関連して記載する特定の特徴、構造、または特性が本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。このように、この明細書を通じたさまざまな場所での「１つの実施形態では」、「実施形態では」、「一例」、または「例」という文言の出現は、必ずしも、すべてが同じ実施形態または例を参照しているわけではない。さらに、１つ以上の実施形態または例の中で、特定の特徴、構造、または特性を任意の好適な組合せおよび／または副次的組合せで組合せてもよい。特定の特徴、構造、または特性は、集積回路、電子回路、組合せ論理回路、または記載の機能性を提供する他の好適な構成要素に含まれてもよい。さらに、ここに与える図は、当業者に対する説明目的のためのものであり、図面は必ずしも縮尺通りに描かれていないことが認められる。
【００１３】
いくつかの適用例では、単一の集積回路パッケージの中に複数のコントローラが収容されることがある。各々のコントローラは半導体ダイとして作製される。本願は、パッケージ全体にコストをほとんどまたは全く加えずに、リードフレームの部分同士の間の磁気結合を用いた直流絶縁により、コントローラ同士の間の通信を可能にする集積回路パッケージ構造を開示する。
【００１４】
集積回路パッケージは典型的にリードフレームを含む。リードフレームは、集積回路パッケージ内に収容され得る単一のダイまたは複数のダイのための機械的支持を与える。一般的に、リードフレームは典型的に、半導体ダイを取付け得るダイ取付パッドを含む。さらに、リードフレームは一般的に、集積回路パッケージ外部の回路への電気的接続部となる導線も含む。リードフレームは一般的に、金属の平らなシートから構成される。金属の平らなシートには、ダイ取付パッドおよびリードフレームのさまざまな導線を規定するパターンを有するように、打抜き、エッチング、パンチングなどがなされてもよい。
【００１５】
以上で言及したように、公知のスイッチモードパワーコンバータにおいて、絶縁はしばしば、たとえば光カプラなどの外部絶縁構成要素を用いて、または二次巻線に磁気的に結合される変圧器コア上の余分のバイアス（たとえばフィードバック）巻線の使用によって与えられる。これらの公知の方法は、スイッチモードパワーコンバータに望まれない付加的なサイズおよび全体的なコストを加えてしまう。本発明の教示に従う例では、絶縁は、絶縁される回路同士の間の磁気結合通信リンクを与える、集積回路パッケージ構造の封入された部分の内部のリードフレームの直流絶縁された導体によって形成される磁気結合導通ループによって与えられる。さまざまな例では、本発明の教示に従う集積回路パッケージのリードフレームの絶縁された導体によって形成される磁気結合通信リンクによって与えられる絶縁を、スイッチモードパワーコンバータの一次側と二次側との間の直流絶縁を要件とするスイッチモードパワーコンバータを含むさまざまな適用例で利用してもよい。集積回路パッケージのリードフレームの絶縁された導体によって形成される磁気結合通信リンクを有する集積回路パッケージを利用するいくつかの例示的なスイッチモードパワーコンバータは、本発明の教示に従うと、同期フライバック、絶縁フライバック、絶縁同期フライバック、降圧、フォワード、ハーフブリッジ、およびフルブリッジトポロジーを含むが、これらに限定されない。
【００１６】
この開示の目的のため、電流のための物理的な閉じた経路をループと称する。ループは、（この開示の例ではＩＣパッケージ内部のリードフレームおよびボンドワイヤによって形成することができる）導体などの異なる要素および循環電流の経路にある電気的構成要素を含んでもよい。ループ中の各々の要素はループの一部を形成し、ループ中の１つ以上の要素の組合せを部分ループと称する。磁場結合の文脈では、磁場を囲むループを典型的に１つ以上の巻数を有すると称する。各々の巻数は磁場の１つの囲みに対応する。
【００１７】
図１Ａおよび図１Ｂは、たとえば本発明の教示に従う、スイッチモードパワーコンバータのコントローラＩＣにおいて動作情報を通信するために信号を送受信する磁気結合導通ループの概念的な動作を示す。図１Ａでは、磁気結合通信リンク１００は、送信回路１１０に結合される外側導通ループ１０２と、受信回路１３０に結合される内側導通ループ１０５とを含む。外側導通ループ１０２は、一例では、パルス電流１２０を導通ループ１０２に注入するパルス電流源１１４を含む。実施形態では、送信回路１１０は、送信器電流ＩT１２０を利用して情報を通信し得る。一例では、送信回路１１０内の回路は、送信器電流ＩT１２０のさまざまな性質を制御して、情報を受信回路１３０に通信し得る。送信器電流ＩT１２０の大きさが時間とともに変化するまたは変わる場合、これは、内側導通ループ１０５の導体の近くで、変動する磁場を発生する。電磁誘導の法則により、変動する磁場を受ける導体の両端で電圧が生成される。一例でのパルス電流ＩT１２０は、立上がり時間と、立下がり時間と、振幅とを有する。送信器電流ＩT１２０により外側導通ループ１０２によって生成される変動する磁束は、ページの表面に入る方向を有する。マーカ１０８は、送信器ループ１０２および受信器ループ１０５の両方を通る全体的な磁場を図示する。一般的に、マーカ１０８について図示するような「Ｘ」符号は、ページの中への磁場または磁束を示す一方で、マーカ符号についての点符号はページから外への磁場または磁束を示す。
【００１８】
したがって、実施形態では、電流ＩT１２０の変化によって生成される変動する磁場により受信器電圧ＶR１４０が誘導され、その結果、図１Ａに図示する方向の受信器電流ＩR１３８が生じ得る。
【００１９】
受信回路１３０は、送信回路１１０によって誘導される電圧および／または電流を受け得る回路を含んでもよく、電圧および／または電流を情報と解釈する。情報を通信するように制御され得る送信器電流ＩT１２０の性質は、送信器電流ＩT１２０の大きさおよび変化率を含み得る。図示された送信器電流ＩT１２０の例では、パルス波形１２０が規定する立上がりおよび立下がりの傾斜は、送信器電流パルス波形１２０の立上がり時間の間の正の振幅および立下がり時間の間の負の振幅を有する脈動電圧ＶR１４０を誘導する。一例での受信回路１３０は、しきい値電圧ＶTh１３４と、受信回路１３０の誘導電圧パルスＶR１４０の振幅との比較に応答する比較器１３２を含んでもよい。
【００２０】
通信された信号は、デジタル情報またはアナログ情報の形態を取ってもよい。デジタル情報の場合、通信は、当業者には公知のように、２値信号またはより複雑な符号化されたデジタルデータの形態であり得る。他の通信技術を用いてもよいことが認められる。他の例では、送信器電流ＩT１２０と、受信回路１３０が受信する結果的に誘導される受信器電圧ＶR１４０および受信器電流ＩR１３８との間の関係を利用する通信技術を利用してもよい。
【００２１】
図１Ｂは、磁気結合通信リンク１５０の別の例を図示する。一例では、通信リンク１５０は双方向通信に適し得、２つの導通ループを含む。第１のループ１５２および第２のループ１５５は、最大の共通の磁場区域を囲むように位置決めされる。一方向通信により適し得る図１Ａの例とは反対に、図１Ｂの双方向の例のループ１５２および１５５はほぼ同じ寸法を有する。最良の双方向動作のためには、結果的にほぼ等しい双方向の挙動を生じるループの物理的な対称性が重要である。第１のループ１５２および第２のループ１５５中の磁場または磁束はページの中への方向を有する。
【００２２】
図１Ａと図１Ｂとの間の動作上／機能上の差は、図１Ｂでは、第１のループ１５２および第２のループ１５５の両方がそれぞれトランシーバ（送信／受信）回路１６０および１８０に結合されることである。トランシーバ回路１，１６０は、選択スイッチＳ１  １６３を介して、送信回路１６２または受信回路１６５のいずれかを第１のループ１５２に結合し得る。
【００２３】
トランシーバ回路２，１８０は、選択スイッチＳ２  １８３を介して、送信回路１８２または受信回路１８５のいずれかを第２のループ１５５に結合し得る。
【００２４】
トランシーバ回路１  １６０が送信回路として結合されて電流パルスＩTR1を第１のループに注入すると、トランシーバ回路２  １８０は、第２のループ１５５およびスイッチＳ２  １８３を介して受信回路として結合されて、通信された信号を電流パルスＩTR2１９０または電圧パルスＶTR2１８７として受信するであろう。
【００２５】
一方で、トランシーバ回路２  １８０が送信回路として結合されて電流パルスＩTR2１９０を第２のループに注入すると、トランシーバ回路１  １６０は、第１のループ１５２をを介してかつスイッチＳ１  １６３の制御された機能により、受信回路として結合されて、通信された信号を電流パルスＩTR1１７０としてまたは電圧パルスＶTR1１６７として受信するであろう。
【００２６】
トランシーバ回路１６０および１８０中の送信回路１６２および１８２は、それぞれパルス電流源１６４および１８４を含むことができ、トランシーバ回路１６０および１８０中の受信回路１６５および１８５は、それぞれしきい値電圧１６８および１８８を有する比較器回路１６６および１８６を含むことができる。
【００２７】
ＩＣ業界での実際的な適用例の例を図示するため、図２Ａおよび図２Ｂは、本発明の教示に従う、集積回路パッケージの封入された部分の内部のリードフレームの直流絶縁された導体によって形成される直流絶縁磁気結合導通ループを有する例示的な集積回路パッケージ２１０を示す。図２Ａおよび図２Ｂに図示する例では、集積回路パッケージ２１０の２つの側に、外部ピン２０１、２０２、２０３、および２０４、ならびに外部ピン２０５、２０６、２０７、および２０８が存在する。例では、外部ピンのすべては、内部導通要素２９６および２９７を備えるリードフレーム２９８の一部であり、内部導通要素２９６および２９７は、示すように、ボンドワイヤ２９５などの任意のボンドワイヤが導入され、かつ集積回路パッケージ２１０の封入部２９９から延在する前に、集積回路パッケージ２１０の基本的に一部となっている。一例では、リードフレーム２９８は、たとえば銅などの、集積回路パッケージ化の際にリードフレームに利用される公知の導通材料を備えてもよく、これは実質的に平らであり、集積回路パッケージ２１０の成形化合物中に埋込まれる。例では、リードフレーム２９８は、パッケージ２１０のピン２０１〜２０８に結合される回路構成へのまたはそれからの電気的接続性を提供するとともに、ボンドワイヤ２９５の接続のための機械的支持を与える。
【００２８】
図２Ｂは、本発明の教示に従う、図２Ａの例示的な集積回路パッケージ２１０のリードフレーム２９８の絶縁された第１の導体２９７および第２の導体２９６によって形成される直流絶縁磁気結合導通ループ２１５および２１１の１つの例示的な構造を顕す、封入部２９９内部の図を示す。特に、図示する例に示すように、リードフレーム２９８は、封入部２９９内の絶縁成形化合物材料の中に封入される第１の導体２９７および第２の導体２９６を含む。一例では、リードフレーム２９８の第１および第２の導体２９７および２９６は、エッチング、打抜き、パンチングなどによって金属の平らなシートから形成されて、第１の導体２９７中の第１の導通部分ループ２１５および第２の導体２９６中の第２の導通部分ループ２１１を形成してもよい。図２Ｂに描かれた例では、ボンドワイヤ２９５は、示すように第２の導体２９６に結合されて、第２の導通部分ループ２１１の部分をともに結合する。描かれた例では、第２の導体２９６は第１の導体２９７から直流絶縁される。一例では、ボンドワイヤ２９５は、第１の導体２９７と第２の導体２９６との間の直流絶縁を維持するために、第１の導体２９７から十分な絶縁空間を設けるのに十分な経路長さを有する。図示しない別の例では、第１の導通ループ２１５および／または第２の導通ループ２１１の部分をともに結合する１つ以上の付加的なボンドワイヤを含んでもよいことが認められる。ピン２０１、２０２とピン２０３、２０４との間に接続される回路要素は、通信リンクを通して信号を送信または受信するために、示される部分導通ループ２１５を完成させる必要があることが認められる。同様に、ピン２０５、２０６とピン２０７、２０８との間に接続される回路要素は、通信リンクを通して信号を送信または受信するために、示される部分導通ループ２１１を真に完成させる必要があることが認められる。しかしながら、この記載の目的のため、部分導通ループ２１１および２１５を導通ループと称することがある。この記述は以下の図２Ｃおよび図２Ｄの後の考察にも拡張されることが認められる。
【００２９】
例に示すように、第２の導通ループ２１１は、封入部２９９内に配設され、第１の導通ループ２１５に近接してかつこれに磁気的に結合されて、本発明の教示に従い、直流絶縁された第１の導体２９７と第２の導体２９６との間に通信リンクを提供する。一例では、第１の導通ループ２１５および第２の導通ループ２１１の磁気結合部分は実質的に平らであり、実質的に同じ平面に配設される。図示する例に示すように、第１の導通ループ２１５および第２の導通ループ２１１は各々１つの巻数からなる。一例では、第２の導通ループ２１１と第１の導通ループ２１５との間の磁気結合によって与えられる通信リンクを利用して、本発明の教示に従い、リードフレーム２９８の直流絶縁された第２の導体２９６と第１の導体２９７との間で１つ以上の信号を通信する。一例では、送信信号が第１の端子Ｔ１のピン２０５および２０６と第２の端子Ｔ２のピン２０７および２０８との間に印加される。回路基板上の組立の便宜のため、端子に共通の１つよりも多くの外部ピンを有することが望ましいことがある。
【００３０】
図示する例を続けて、信号は、第１の端子Ｒ１のピン２０１および２０２と第２の端子Ｒ２のピン２０３および２０４との間の第２の導通ループ２１１から、磁気結合を通して第１の導通ループ２１５によって受信される。別の例では、信号は、反対方向に通信されて双方向通信を与えることもできることが認められる。
【００３１】
例に示すように、第１の端子Ｒ１のピン２０１および２０２はリードフレーム接続部２１６を通して第１の導通ループ２１５に結合され、第２の端子Ｒ２のピン２０３および２０４はリードフレーム接続部２１８を通して第１の導通ループ２１５に結合される。例では、端子Ｔ１およびＲ１の信号は、磁気結合および誘導の法則に従って同相である。一例では、複数の組立選択肢を設けることによる、上述したような外側ピン２０５／２０６、２０７／２０８、２０１／２０２、および２０３／２０４のそれぞれの対への各端子Ｔ１  ２１４、Ｔ２  ２１２、Ｒ１  ２１６、およびＲ２  ２１８の接続は、集積回路パッケージ２１０が実装される回路基板上の物理的接続を簡略化する。
【００３２】
図２Ｃは、本発明の教示に従う、集積回路パッケージ２５０の封入された部分の内部のリードフレーム２９８の絶縁された導体によって形成される直流絶縁磁気結合導通ループを有する集積回路パッケージ２５０の一例の外観図を示す。図２Ｃの集積回路パッケージ２５０は図２Ａの集積回路パッケージ２１０と多数の類似点を共有することが認められる。たとえば、図２Ｃの集積回路パッケージ２５０は、リードフレーム２９８が配設される封入部２９９を含む。しかしながら、１つの相違点は、集積回路パッケージの２つの側に配置される外部ピンを有する代わりに、集積回路パッケージ２５０は、集積回路パッケージ２５０の１つの側に配置される外部ピン２５２、２５４、２５６、および２５８を含むことである。例では、外部ピンのすべてが集積回路パッケージ２５０のリードフレーム２９８の一部であり、示されるように集積回路パッケージ２５０の封入部２９９の単一の側から延在する。
【００３３】
図２Ｄは、本発明の教示に従う、図２Ｃの例示的な集積回路パッケージのリードフレーム２９８の絶縁された第１の導体２９７および第２の導体２９６によって形成される直流絶縁磁気結合導通ループ２１５および２１１の１つの例示的な構造の封入部２９９内部の図を示す。集積回路パッケージ２５０の封入部２９９内部の図は、集積回路パッケージ２１０の封入部２９９内部の図と多数の類似点を共有することが認められる。たとえば、図２Ｄに示すように、リードフレーム２９８は、封入部２９９内で絶縁材料中に封入される第１の導体２９７と第２の導体２９６とを含む。描かれた例では、第２の導体２９６は第１の導体２９７から直流絶縁される。例に示すように、第２の導体２９６の第２の導通ループ２６０は、第１の導体２９７に含まれる第１の導通ループ２５５に近接してかつこれに磁気結合されて封入部２９９内に配設され、本発明の教示に従い、直流絶縁された第１の導体２９７と第２の導体２９６との間に通信リンクを提供する。図２Ｂに図示する例との１つの相違点は、図２Ｄに図示する例では第１の導通ループ２５５および／または第２の導通ループ２６０の中にボンドワイヤ２９５が含まれないことである。
【００３４】
図２Ｄに図示する例では、本発明の教示に従い、第２の導通ループ２６０と第１の導通ループ２５５との間の磁気結合によって設けられる通信リンクを利用して、リードフレーム２９８の直流絶縁された第２の導体２９６と第１の導体２９７との間で１つ以上の信号を通信する。例では、送信信号が第１の端子Ｔ１のピン２５８と第２の端子Ｔ２のピン２５２との間に印加される。例に示すように、第１の端子Ｔ１のピン２５８および第２の端子Ｔ２  ２５２は第２の導通ループ２６０に結合される。信号は、第１の端子Ｒ１のピン２５６と第２の端子Ｒ２のピン２５４との間の第２の導通ループ２６０から磁気結合を通して第１の導通ループ２５５によって受信される。別の例では、信号は、反対方向に通信されて双方向通信も提供することができることが認められる。
【００３５】
図３Ａは、本発明の教示に従う、集積回路パッケージ３１５の封入部３９９内部のリードフレーム３９８の絶縁された導通ループによって形成される磁気結合通信リンクを有する集積回路パッケージ３１５の例の外側図を示す。図３Ａに図示する例では、示すように、外部ピン３０１、３０２、３０３、３０４、３０５、３０６、３０７、３０８、３０９、３１０、３１１、および３１２が存在する。例では、示されるように、外部ピンのすべては、集積回路パッケージ３１５のリードフレーム３９８の一部であり、集積回路パッケージ３１５の封入部３９９から延在する。一例では、リードフレーム３９８は、たとえば銅などの、集積回路パッケージ化の際にリードフレームに利用される公知の導通材料を備えてもよく、これは実質的に平らであり、成形化合物の中に封入される。例では、リードフレーム３９８は、集積回路パッケージ３１５の封入部分内の内部回路構成へおよびそれからの電気的接続性を提供するとともに、パッケージ３１５内部の集積回路およびボンドワイヤのための機械的支持を与える。
【００３６】
図３Ｂは、本発明の教示に従う、図３Ａの例示的な複数ダイ絶縁コントローラ集積回路パッケージ３１５のリードフレーム３９８の絶縁された第１の導体３９７および第２の導体３９６によって形成される直流絶縁磁気結合導通ループ３３７および３３５の１つの例示的な構造を顕す封入部３９９内部の図を示す。特に、図示する例に示すように、リードフレーム３９８は、封入部３９９内で絶縁材料内に封入される第１の導体３９７と第２の導体３９６とを含む。描かれた例に示すように、第１の導体３９７は第１の導通ループ３３７を含み、第２の導体３９６は第２の導通ループ３３５を含む。例に示すように、第２の導通ループ３３５は、第１の導通ループ３３７に近接しかつこれに磁気的に結合されて封入部３９９内に配設され、本発明の教示に従い、直流絶縁された第１の導体３９７と第２の導体３９６との間に通信リンクを提供する。一例では、第１の導体３９７は、一例では示すように雑音消去に利用されてもよく、かつタイバー３３９に取付けられるオプションの第３の導通ループ３３８も含む。一例では、タイバー３３９は、リードフレーム３９８を封入部３９９で封入する前に、パッケージ３１５の製造の際に機械的支持接続部を設ける。一例では、封入部３９９は成形化合物を用いて射出成形される。第２の導通ループ３３５と第１の導通ループ３３７との間の磁気結合によって与えられる通信リンクを利用して、本発明の教示に従い、リードフレーム３９８の直流絶縁された第２の導体３９６と第１の導体３９７との間で１つ以上の信号を通信する。
【００３７】
図３Ｂでは、一例では、コントローラダイ３６０に含まれ、ダイパッド３３４上に組立てられる送信回路３６７からの電流信号が、送信回路３６７のノード３４１からボンドワイヤ３４４を通して注入される。電流信号はボンドワイヤ３４４の端ノード３４３に流れ、次に第２のループ３３５を完成させ、リードフレームを通って送信回路３６７へとボンドワイヤ３６１を通って流れ戻る。注入された信号は、第１の導通ループ３３７中に電圧信号を誘導する変動する磁場を生成し、これは、ボンドワイヤ３７７および３５７を通って第１の導通ループ３３７から受信回路３５５へ閉じる電流信号を生じる結果となる。受信回路３５５は、一次接地であるダイパッド３３３上に組立てられる第１の制御ダイ３５０中に含まれてもよい。
【００３８】
図３Ｃは、本発明の教示に従う、第１の制御ダイ３５０が第１の導体３９７に実装されかつこれに結合されるとともに、第２の制御ダイ３６０が第２の導体３９６に実装されかつこれに結合される、封入部３９９内部の別の図を示す。図示する例では、示すように、第１の制御ダイ３５０がダイパッド３３３上に実装され、第２の制御ダイ３６０がダイパッド３３４上に実装される。図示する例では、ダイパッド３３３および３３４はそれぞれ一次接地パッドおよび二次接地パッドとして利用される。図３に示す例では、第１の制御ダイ３５０と第２の制御ダイ３６０との間の磁気結合通信リンクは、本発明の教示に従い、第１の導通ループ３３７と第２の導通ループ３３５との間の磁気結合通信リンクによって形成される。一例では、本発明の教示に従い、複数ダイ絶縁コントローラ集積回路パッケージ３１５を、たとえば、二次制御を伴なう同期フライバックスイッチモードパワーコンバータなどのスイッチモードパワーコンバータで利用してもよい。
【００３９】
たとえば５Ｖ以下などの低出力電圧を要件とする製品および適用例は、高効率および小さな形状因子を達成するのに同期整流を用いることがある。同期整流は、出力整流器ダイオードの代わりに整流器のように振る舞うように切換えられるＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物半導体電界効果トランジスタ）を利用して電圧降下および電力損失を低減する。出力ＭＯＳＦＥＴ整流器の切換行為は、十分に制御されたゲート信号によって主電力切換と同期される。一例では、第１の制御ダイ３５０は、同期フライバックスイッチモードパワーコンバータの一次側で用いるための一次制御回路およびスイッチ（一例ではＭＯＳＦＥＴ）を含み、第２の制御ダイ３６０は、同期フライバックスイッチモードパワーコンバータの二次側で用いるための二次制御回路を含む。さまざまな例では、一次制御回路およびスイッチ／ＭＯＳＦＥＴは、第１の制御ダイ３５０のためのモノリシックまたはハイブリッド構造で実現され得る。
【００４０】
図３Ｃに図示する例に示すように、一次スイッチ（またはＭＯＳＦＥＴ）は第１の制御ダイ３５０に含まれる。一例では、ＭＯＳＦＥＴのドレイン端子Ｄ  ３４０はボンドワイヤ３４２を通してピン３０１に結合される。ＭＯＳＦＥＴのソース端子Ｓ  ３４５は、ボンドワイヤ３４７を通して一次接地ダイパッド３３３に結合され、ソースピン３０２を通してアクセス可能である。図示する例では、ドレインピン３０１とソースピン３０２との間に大きな隙間（すなわち、ピンがなくなっている）が存在する。図示する例では、ソースピン３０２の広いパッドは、ヒートシンクとしても働き得る一次接地パッド３３３に内部で結合される。一例では、ピン３０３および３０４はそれぞれ、ボンドワイヤ３５２および３５４を通して第１の制御ダイ３５０に結合されて、第１の制御ダイ３５０を、たとえば、ラインアンダーボルテージ（line under voltage）（図５中のＵＶ５３６の例）および供給バイパスコンデンサ（図５中のＢＰ５３１の例）などの外部回路構成に接続する。
【００４１】
ボンドワイヤ３３６は、第３の導通ループ３３８を第１の制御ダイ３５０に結合する。第２の導通ループ３３５中を流れる変化する電流によって生成される変動する磁場により、第１の導通ループ３３７の中に電圧信号が誘導される。図３Ｃの例では、第１の導通ループ３３７が第３の導通ループ３３８（第１の導通ループの延長であるオプションの雑音消去ループ）に結合される。誘導電圧信号は、ボンドワイヤ３３６および３４７を通して、一例では一次接地ダイパッド３３３上の一次ダイ３５０中に含まれる受信回路に結合される。
【００４２】
例では、ピン３０５は、機械的支持のために第２の導体３９６の第２の導通ループ３３５に取付けられる。第２の制御ダイ３６０から通信される信号は、第２の導通ループ３３５を完成させるボンドワイヤ３４４および３６１を通して第２の導通ループ３３５に結合される。例に示すように、ボンドワイヤ３４４は、ポイント３４３において第２の導通ループ３３５をポイント３４１の第２の制御ダイ３６０に結合する接続部である。一例のピン３１２は、電流検知ボンドワイヤ３７１を通して二次接地パッド３３４に結合され、ボンドワイヤ３７１上の検知された電圧降下が、ボンドワイヤ３７０および３７２を通して第２の制御ダイ３６０に結合されるとともに、二次電流測定に利用される。一例では、ボンドワイヤ３６２、３６４、３６５、および３６６は、それぞれ第２の制御ダイ３６０とピン３０６、３０７、３０８、３０９、および３１０との間に結合されて、二次信号の入力／出力に利用される。一例では、ピン３１１は、示されるように、二次接地パッド３３４へのアクセスを与える。
【００４３】
一例では、第２の制御ダイ３６０下の二次接地パッド３３４上のスロットは、第２の導通ループ３３５を通して接地パッド３３４へ強制的に電流を流すことによって第２の導通ループ３３５をより長くして、第１の導通ループ３３７により近くかつこれに平行に流れて磁気結合を向上させる。第２の導通ループ３３５に近接しかつこれによって取囲まれるより小さな第１の導通ループ３３７は、本発明の教示に従い、第１の導通ループと第２の導通ループとの強い磁気結合を与える。一例では、リードフレーム３９８は平らであるが、他の例では、リードフレーム３９８の一部は、ダイの厚みを収容してボンドワイヤのプロファイルを最適化しかつ集積回路パッケージ３１５のタイバーおよび外部ピンを整列させるように、最適な縦方向の位置決めのために、上におよび／または下にセットされてもよい。
【００４４】
図３Ｄは、本発明の教示に従う、以上で言及したような電気的接続部であり、第２の導通ループ３３５のポイント３４１で第２の制御ダイ３６０に結合され、ポイント３４３で第２の導通ループ３３５に結合されるボンドワイヤ３３６の例示的な側面図を示す。例に示すように、ボンドワイヤ３３６はリードフレーム３９８の第２の導通ループ３３５およびピンパッド３３４のレベルよりも高レベルにある。示すように、ボンドワイヤ３３６は、第２の導通送信器ループ３３５を完成させ、第１の導通ループ３３７から絶縁されるのに十分な距離を有する。
【００４５】
図４Ａは、本発明の教示に従う、集積回路パッケージの封入された部分の内部のリードフレームの絶縁された導体の磁気結合導通ループを用いて形成される磁気結合通信リンクを有する集積回路パッケージのリードフレームの一例の内部図の傾斜３Ｄ（三次元）図を示す。図４Ａは、図示されるリードフレーム構造が図３Ｂおよび図３Ｃのリードフレーム３９８の構造と類似点を共有することを示す。特に、図４Ａの例では、リードフレーム構造は、図３Ｂおよび図３Ｃのダイパッド３３３、第１の導通ループ３３７、および第３の導通ループ３３８とそれぞれ対応する、一次ダイパッド４３３および第１の導通ループ４３７ならびに第３の導通ループ４３８を含む第１の導体を含む。さらに、図４Ａの例では、リードフレーム構造は、図３Ｂおよび図３Ｃのダイパッド３３４および第２の導通ループ３３５にそれぞれ対応する、二次ダイパッド４３４および第２の導通ループ４３５を含む第２の導体も含む。図４Ａおよび図４Ｂでは、第３の導通ループ４３８を支持するタイバー接続部４３９Ａは、図３Ｂおよび図３Ｃの第３の導通ループ３３８を支持するタイバー接続部３３９とは異なる場所にあり、図４Ａおよび図４Ｂのタイバー接続部４３９Ｂは、図３Ｂおよび図３Ｃのリードフレーム３９８には存在しない。その結果、図３Ａ、図３Ｂ、および図３Ｃに示すリードフレームの設計は、リードフレームの一次導体と二次導体との間の外部沿面距離を、封入部の外面に沿って測定される、外部ピン３０４と３０５との間または外部ピン３０１と３１２との間のいずれか小さい方の最小距離に増大させる、封入部の頂部側および底部側のタイバー接続部を有しない。
【００４６】
図４Ｂは、本発明の教示に従う、集積回路パッケージの封入された部分の内部のリードフレームの絶縁された導体の磁気結合導通ループを用いて形成される、コントローラダイ同士の間の通信リンクを有する複数ダイ絶縁コントローラ集積回路パッケージのリードフレームの一例の封入部内部の別の図の傾斜３Ｄ図を示す。図４Ｂは、図４Ａに示すリードフレーム構造との類似点を共有するリードフレーム構造を示す。図４Ｂに図示する例では、一次および二次ダイはリードフレームに実装されて示される。図示する例に示すように、一次スイッチ４５０およびコントローラ４５１は、−一般的にハイブリッド構造と称される異なるダイ上にある。図４Ｂの例では、パワーＭＯＳＦＥＴは高い電力定格を有し、その結果、一次接地ダイパッド４３３の実質的にすべてを覆う大きなサイズを有する別個のダイ４５０を生じる。図示する例では、一次制御ダイ４５１は、示されるように第３の導通ループ４３８の一部の上にわたって実装される。二次制御ダイ４５２は、示されるように、二次接地ダイパッド４３４上に実装される。
【００４７】
本発明の教示に従う集積回路パッケージの封入された部分の内部のリードフレームの直流絶縁された導体同士の間の磁気結合通信リンクを有する集積回路パッケージをさまざまな異なる適用例で利用してもよいことが認められる。磁気結合通信リンクを有するそのような集積回路パッケージを利用するいくつかの異なるスイッチモードパワーコンバータトポロジーを本明細書中に記載するが、この開示に記載する具体的な例は説明の目的のために与えるものであり、他の適用例は、本発明の教示に従う集積回路パッケージの封入された部分の内部のリードフレームの直流絶縁された導体同士の間の磁気結合通信リンクを利用してもよいことが認められる。
【００４８】
図示のため、図５は、本発明の教示に従う、集積回路パッケージ５６０の封入された部分の内部のリードフレームの直流絶縁された導体を用いて形成される、コントローラダイ同士の間の磁気結合通信リンク５４０を有する複数ダイ絶縁コントローラ集積回路パッケージ５６０の一例を利用する、二次制御を有する例示的な同期フライバックスイッチモードパワーコンバータ５００の概略図を用いて１つのそのような例示的な適用例を示す。
【００４９】
フライバックコンバータのための二次制御は、より厳しい出力調節および過渡負荷に対するより速い応答という利点を有することが認められる。しかしながら、先に論じたように、二次制御の従来の方法はしばしば、スイッチモードパワーコンバータの複雑さおよびコストを増大させる、たとえば光カプラなどの外部絶縁装置を用いる。本発明の教示に従うと、絶縁された一次および二次制御ダイを有する磁気結合通信リンク５４０を有する例示的な複数ダイ絶縁コントローラ集積回路パッケージ５６０を用いることにより、光カプラなどの外部に加えられる絶縁構成要素はもはや必要ない。さらに、集積回路パッケージ５６０は、以前に論じたような集積回路パッケージのリードフレームを用いることによって磁気結合通信リンクを設けるので、本発明の教示に従うと、外部絶縁構成要素を追加する必要なしに、追加コストがほぼゼロで、スイッチモードパワーコンバータの一次側と二次側との間で直流絶縁を維持する。
【００５０】
例示的な同期フライバックスイッチモードパワーコンバータ５００では、一次および二次コントローラは互いから直流絶縁されるが、一次コントローラと二次コントローラとの間には依然として確実な通信が存在する。図５の例は同期フライバックコンバータを示すが、同期ＭＯＳＦＥＴ５５０がダイオードで置換された標準的なフライバックコンバータも本発明の教示から利益を得るであろうことが認められる。
【００５１】
図５に図示される例では、同期フライバックスイッチモードパワーコンバータ５００は、示されるようにＡＣ配線５０５に結合される入力を含む。フルブリッジ整流器５１０はＡＣ配線５０５に結合されて、整流されたＡＣ５１５を生成し、これはキャパシタンスＣF５１７によってフィルタリングされる。整流されたＡＣ５１５は、示されるように一次巻線５２１および二次巻線５２２を含むエネルギ転送要素５２０によって受けられるように結合される。図示する例では、示すように、クランプ回路５２５がエネルギ転送要素５２０の一次巻線５２１の両端に結合される。
【００５２】
描かれる例では、切換装置Ｓ１  ５３０が、一次接地５０１において同期フライバックスイッチモードパワーコンバータ５００の入力に、および一次巻線５２１においてエネルギ転送要素５２０に結合される。図示される例では、切換装置Ｓ１  ５３０を集積回路パッケージ５６０中のモノリシックまたはハイブリッド構造に含んでもよい。描かれる例に示されるように、切換装置Ｓ１は一次コントローラダイ５３５からの制御信号５３９によって制御され、配線および負荷の変化に応答して、変圧器５２０の一次巻線５２１を通した二次巻線５２２へのエネルギ転送を調節する。図示される例ではダイオード−抵抗器−コンデンサ回路であるクランプ回路５２５は、切換装置Ｓ１  ５３０両端にわたる一次巻線５２１からの漏れインダクタンスから生じるターンオフスパイクをクランプするように結合される。
【００５３】
図５の例に示すように、スイッチＳ２  ５５０および逆並列ダイオードＤ２  ５５５が二次側の二次巻線５２２に結合され、同期フライバックスイッチモードパワーコンバータ５００の同期整流器として働く。一例では、ダイオードＤ２  ５５５は外部に接続されるショットキーダイオードである。一例では、スイッチＳ２  ５５０は、二次コントローラダイ５６５のＳＲピンからの信号によって制御される。ＳＲ端子５７５での電圧がゲートしきい値電圧よりも高い値に上昇すると常に、スイッチＳ２  ５５０によって与えられる同期整流器が電流を導通し始める。二次リップルは出力フィルタキャパシタンスＣ１  ５８６によって平滑化され、ＤＣ出力電圧Ｖo５８０が負荷電流Ｉo５８２とともに負荷５８５に印加される。出力電圧Ｖo５８０は、抵抗器５７２および５７４を備える抵抗分割器を通して検知され、抵抗器５７２、５７４は二次コントローラのフィードバックピンＦＢ５７３に結合される。他の例では、依然として本発明の教示から利益を得ながら、抵抗器５７４および５７２を集積回路５６０内に集積可能であることが認められる。
【００５４】
起動の際、一次接地５０１を基準とする一次ダイ５３５はスイッチＳ１  ５３０の切換を開始し、これは二次側へのエネルギの転送を開始する。バイパスピンＢＰ５３１はバイパスコンデンサ５３２に外部で結合される。ラインアンダーボルテージピンＵＶ５３６は、別の例では整流されたＡＣバス５１５に結合可能なＡＣ入力配線に、抵抗器５３７を通して外部で結合される。一次ダイ５３５と二次ダイ５６５との間の通信は、本発明の教示に従う集積回路パッケージのリードフレームの絶縁された導体によって形成される磁気結合通信リンク５４０によって設けられる磁気結合を通したものである。さまざまな例では、通信リンク５４０は、本発明の教示に従い、上述の集積回路パッケージのリードフレームに含まれる直流絶縁された導通ループを用いて実現される。
【００５５】
図６は、本発明の教示に従い、集積回路パッケージの封入された部分の内部のコントローラダイ同士の間の双方向磁気結合通信リンクを含む複数ダイ絶縁コントローラ集積回路パッケージの一例を利用するフライバックスイッチモードパワーコンバータ６００の一例の概略を示し、それにおいては出力情報が磁気結合通信リンクを通して一次側に転送され、ラインゼロクロス検出信号が磁気結合通信リンクを通して二次側に転送される。
【００５６】
図６に図示する例では、フライバックスイッチモードパワーコンバータ６００は、示すように、ＡＣ配線６０５に結合される入力を含む。フルブリッジ整流器６１０はＡＣ配線６０５に結合されて、整流されたＡＣ６１５を生成し、これはキャパシタンスＣF６１７によってフィルタリングされる。整流されたＡＣ６１５は、示されるように、一次巻線６２１および二次巻線６２２を含むエネルギ転送要素６２０によって受信されるように結合される。図示される例では、示されるように、エネルギ転送要素６２０の一次巻線６２１の両端にクランプ回路６２５が結合される。
【００５７】
描かれる例では、切換装置Ｓ１  ６３０が集積回路パッケージ６６０に含まれる。一例では、スイッチダイおよび一次制御ダイがモノリシックまたはハイブリッドダイとして構築されてもよい。例では、切換装置Ｓ１  ６３０は、一次接地６０１においてフライバックスイッチモードパワーコンバータ６００の入力に、および一次巻線６２１においてエネルギ転送要素６２０に結合される。描かれる例に示されるように、切換装置Ｓ１  ６３０は一次コントローラダイ６３５からの制御信号６３９によって制御され、配線および負荷の変化に応答して、変圧器６２０の一次巻線６２１を通した二次巻線６２２へのエネルギ転送を調節する。図示される例ではダイオード−抵抗器−コンデンサ回路であるクランプ回路６２５は、切換装置Ｓ１  ６３０両端にわたる一次巻線６２１からの漏れインダクタンスから生じるターンオフスパイクをクランプするように結合される。図示される例では、フライバック中の二次整流器ダイオードＤ２  ６５５は、一次スイッチ６３０のオフ時間の間のみ電流を導通する。
【００５８】
二次リップルは出力フィルタキャパシタンスＣ１  ６８６によってフィルタリングされ、ＤＣ出力電圧Ｖo６８０が負荷電流Ｉo６８２とともに負荷６８５に印加される。出力電圧Ｖo６８０は、抵抗器６７２および６７４を備える抵抗分割器を通して検知され、それは二次コントローラダイ６６５のフィードバックピンＦＢ６７３に結合されるとともに、一次接地６０１から絶縁される二次接地６９１を基準とする。一例では、フィードバック信号６７３は、リードフレーム通信ループ６４１の磁気結合を通して送信され、一次接地６０１を参照して一次ダイ６３５によって受信されるデータ信号である。一例では、一次側コントローラダイ６３５への通信リンク６４０のリードフレーム磁気結合によって転送されるＦＢ信号６７３は、デジタルまたはアナログ信号のいずれかであり得る。抵抗器６３７を通してピン６３４で受信される入力配線情報と組合せてＦＢ信号を利用して、スイッチＳ１  ６３０の切換を制御するゲート制御信号６３９を生成して、エネルギ転送要素６２０を通した出力へのエネルギの転送を調節する。一例では、リードフレーム通信リンク６４０は、本発明の教示に従い、ダイ６６５と６３５との間で１つ以上の制御信号を送信する一方向通信リンク６４１および６４２を含む。別の例では、リードフレーム通信リンク６４０は、本発明の教示に従い、ダイ６６５と６３５との間のいずれかの方向に１つ以上の制御信号を送信するのに同じ磁気結合リードフレームループを用いる（図１Ｂに描かれるような）単一の双方向通信リンクを含む。
【００５９】
一例では、図６の例示的なフライバックスイッチモードパワーコンバータ６００の具体的な制御機能は、示されるように一次接地６０１を基準とする共通のポイント６０４においてシャント接続された抵抗器６０２および６０３を通してＡＣ配線入力６０５で検知されるＡＣ配線のゼロクロス信号も利用する。例では、ゼロ検知信号６０６を一次ダイ６３５に結合するとともに、一次接地６０１を基準とし、リードフレーム通信ループ６４２の磁気結合を通して送信し、二次接地６９１を参照して二次ダイ６６５によって受信し、これを絶縁された遠隔制御信号として利用することができる。たとえば、ゼロクロス信号（１つおきのラインサイクルでゼロを通過するＡＣ入力電圧と同期するパルス）を、たとえば洗濯機などの何らかの電気機器のための絶縁された信号として利用してライン周波数を検知するか、または機器中の効率的な負荷切換のために必要なタイミング信号を生成することができる。
【００６０】
図示する例に示すように、リードフレーム通信リンク６４０は双方向であり、２つの一方向通信リンク６４１および６４２を含む。通信リンク６４２はリードフレーム通信リンク６４１の逆方向に一方向である。図示する例では個別のリードフレーム通信リンクを一方向通信リンクとして説明したとしても、別の例では、本発明の教示に従う２つの一方向通信リンクの代わりに、単一のリードフレーム通信リンクを、（たとえば図１Ｂに提示するように）双方向実現例で利用することができることが認められる。
【００６１】
この発明の教示に従って構築される磁気結合通信リンクが直流絶縁を与えるとしても、当業者ならば、この発明の利点から利益を得るように、この発明を実践するスイッチモードパワーコンバータなどのシステム全体がシステムの入力と出力との間で必ずしも直流絶縁される必要がないことを認めるであろう。たとえば、非絶縁コンバータでは、本発明の教示に従う直流絶縁通信リンクは、固定可能なまたは互いに対して経時的に変化可能な異なる電圧を基準とする、スイッチモードパワーコンバータの２つの部分の間の通信を可能にする。
【００６２】
図７は、本発明の教示に従う、集積回路パッケージの封入された部分の内部のリードフレームの絶縁された導体によって形成される磁気結合通信リンクを有する複数ダイ絶縁コントローラ集積回路パッケージの一例を利用する降圧コンバータ７００の一例の概略を示す。
【００６３】
図７に図示される例では、降圧コンバータ７００は、示されるようにＡＣ配線７０５に結合される入力を含む。フルブリッジ整流器７１０はＡＣ配線７０５に結合されて、整流されたＡＣ７１５を生成し、これは、キャパシタンスＣF７１７によってフィルタリングされる。ＡＣ配線７０５はブリッジ整流器７１０を通して整流され、整流されたＡＣ７１５はキャパシタンスＣF７１７によってフィルタリングされ、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴスイッチＳ１  ７２０として描かれるハイ側スイッチに印加される。例では、ＭＯＳＦＥＴスイッチＳ１  ７２０は、制御信号７２５を印加することによってオンされる。特に、ゲート抵抗器７２３両端のゲート−ソース電圧がゲートしきい値電圧を上回ると、ＭＯＳＦＥＴ  Ｓ１  ７２０がオンされる。
【００６４】
図示される例ではインダクタ７４０であるエネルギ転送要素７４０は、示されるようにＭＯＳＦＥＴスイッチＳ１  ７２０に結合される。動作の際、エネルギは、ＭＯＳＦＥＴスイッチＳ１  ７２０の切換制御を通して降圧コンバータ７００のインダクタ７４０に転送される。特にＭＯＳＦＥＴスイッチＳ１  ７２０がオンである場合にエネルギがインダクタ７４０に転送され、ＭＯＳＦＥＴスイッチＳ１  ７２０のオフ時間の間は、インダクタ７４０に蓄えられたエネルギが、負荷７６５を通して負荷電流７６３を循環させ、ダイオード７４５を循環することによって負荷７６５に送達される。調節された出力電圧Ｖo７６０は、キャパシタンスＣ１  ７６１によってフィルタリングされる。
【００６５】
図示される例では、非絶縁降圧コンバータ中のハイ側ＭＯＳＦＥＴスイッチＳ１  ７２０のための切換制御信号７２５は、コンバータ基準接地７０１から絶縁される。フィードバック信号ＦＢ７５５は、抵抗器７５２および７５４を含む抵抗分割器を通して出力電圧Ｖo７６０から生成され、コンバータ接地７０１を基準とするコントローラダイ７３６に入力される。図示される例では、入来／送出制御信号７０２はコントローラダイ７３６に結合される。一例では、入来／送出制御信号７０２は、たとえば、入来切換信号および送出状態／故障保護信号を含み得、コンバータ接地７０１を基準とする。例では、制御信号７０２は、本発明の教示に従う、集積回路パッケージ内部のリードフレームの第１および第２の導通ループの磁気結合によって与えられる双方向通信リンクを通して、絶縁されたハイ側制御ダイ７３２とコントローラダイ７３６との間で通信される。一例では、よりロー側の制御ダイ７３６への供給電圧は、コンバータ接地７０１を基準とするＶL７３８であり、ハイ側制御ダイ７３２への供給電圧は、ＭＯＳＦＥＴスイッチＳ１  ７２０のソースを基準とするＶH７３９である。
【００６６】
他の例では、電流導通が逆の制御されたスイッチによって置換される循環ダイオード７４５を用いて同期降圧コンバータを実現してもよいことが認められる。制御されたスイッチのその例における切換は、ハイ側降圧主ＭＯＳＦＥＴスイッチＳ１  ７２０と同期される。同期降圧コンバータのためのコントローラ回路も、他の例と同じように、本発明の教示に従う、リードフレームの直流絶縁された第１および第２の導通ループを通した磁気結合通信リンクから利益を得ることができることが認められる。さらに、同期コンバータの別の例示的な概略はハーフブリッジ構成を利用することができることに注意すべきである。
【００６７】
図８Ａ、図７Ｂ、および図８Ｃは、本発明の教示に従い、集積回路パッケージ中のリードフレームの磁気結合された第１および第２の導通ループを利用して、さまざまなハーフブリッジ構成で通信リンクを提供する、絶縁された制御回路を有する集積回路パッケージの例を紹介する。たとえば、図８Ａは、本発明の教示に従う、集積回路パッケージの封入された部分の内部のリードフレームの絶縁された導体によって形成される磁気結合通信リンクを有する複数ダイ絶縁コントローラ集積回路パッケージの例に含まれ得るハーフブリッジ構成８５０の一例を含むスイッチモードパワーコンバータ８００の例の概略を示す。示されるように、入力段８１０は、ハーフブリッジ構成８５０の入力ポート８２０の入力端子においてハーフブリッジ構成８５０へＤＣ電圧を与える。一例では、ハーフブリッジ構成８５０は、スイッチモードパワーコンバータ８００の出力段７３０のエネルギ転送要素を駆動するように結合される、ハーフブリッジ構成８５０の出力ポート８２５の出力端子で高周波パルスを生成する。
【００６８】
図示される例では、ハーフブリッジ構成８５０は、入力ポート８２０および出力ポート８２５に結合されるスイッチングレグを含む。スイッチングレグは、示すように、出力段８３０のエネルギ転送要素を駆動するように結合されるハイ側スイッチＱ２  ８５７およびロー側スイッチＱ１  ８５３を含む。ハイ側スイッチＱ２  ８５７およびロー側スイッチＱ１  ８５３の切換を制御するために、複数の制御回路が結合される。図示される例では、複数の制御回路のうち１つはハイ側コントローラ８５５であり、これはハイ側スイッチＱ２  ８５７のソースを基準とする制御信号８５６を用いてハイ側スイッチＱ２  ８５７を制御するように結合され、ハイ側スイッチＱ２  ８５７は、示されるように、ハーフブリッジ出力ポート８２５のハーフブリッジ中間点Ａ８２３および高電位端子♯１に接続される。複数の制御回路のうち別の１つはロー側コントローラ８５１であり、これは、ロー側スイッチＱ１  ８５３のソースおよび接地基準８０１を基準とする制御信号８５２を用いてロー側スイッチＱ１  ８５３を制御するように結合される。したがって、一例では、ハイ側コントローラ７５５およびロー側コントローラ８５１は互いから直流絶縁される。描かれた例に示されるように、絶縁されたハイ側コントローラ８５５とロー側コントローラ８５１との間に磁気結合通信リンク８６０が存在し、これを通して１つ以上の制御信号を通信し得る。
【００６９】
一例では、絶縁されたロー側コントローラ８５１およびハイ側コントローラ８５５ダイは、本発明の教示に従い、通信リンク８６０が、集積回路パッケージの封入された部分の内部のリードフレームの直流絶縁された導体によって形成される磁気結合通信リンクを有する集積回路パッケージに含まれる、単一の集積回路パッケージに含まれる。一例では、通信リンク８６０は、直流絶縁されたロー側コントローラ８５１およびハイ側コントローラ８５５ダイのそれぞれのトランシーバ回路同士の間の双方向リンクである。別の例では、通信リンク８６０は、直流絶縁されたロー側コントローラ８５１およびハイ側コントローラ８５５ダイのそれぞれの送信回路と受信回路との間の複数の一方向リンクを含む。一例では、それぞれロー側およびハイ側切換装置８５３および８５７の制御信号８５２および８５６は、入力ポート８２０端子同士の間のシュートスルーという結果を生じ得る、ハイ側およびロー側スイッチ８５３および８５７のいずれの重なり合う切換も回避するように、ぴったりと同期される。
【００７０】
一例では、ロー側コントローラ８５１は、示されるように、入力制御信号８０２を受けるように結合される。一例では、制御信号８５２および８５６は、入力制御信号８０２に応答して、ロー側およびハイ側切換装置８５３および８５７を駆動するように結合される。一例では、ロー側コントローラ８５１は、状態信号８０４を出力するようにさらに結合され、これは、一例では、故障／状態情報を含むことがあり、故障条件の場合はハーフブリッジコンバータを保護するのに用いられ得る。一例では、状態信号８０４は、通信リンク８６０を通してロー側コントローラ８５１によって受信された、ロー側コントローラ８５１からのスイッチＱ１  ８７３に関する故障／状態情報およびハイ側コントローラ８５５からのスイッチＱ２  ８７７に関する故障／状態情報を含み得る。
【００７１】
一例では、供給ＶL８８５はロー側コントローラ８５１に結合され、接地基準８０１を基準とする。供給ＶH８８９はハイ側コントローラ８５５に結合され、ハーフブリッジ中間点Ａ８２３を基準とする。ブートストラップコンデンサを通したハイ側供給の一例を以下の図８Ｃに描く。他の例では、変圧器上の直流絶縁された巻線によってハイ側供給を与えることができるか、またはハイ側スイッチのドレインからハイ側供給を供給することができる。
【００７２】
図８Ｂは、本発明の教示に従う、集積回路パッケージの封入された部分の内部のリードフレームの絶縁された導体によって形成される磁気結合通信リンクを有する複数ダイ絶縁コントローラ集積回路パッケージの例に含まれ得るハーフブリッジ構成８７０の一例を含むスイッチモードパワーコンバータ８０３の別の例の概略を示す。図８Ｂのスイッチモードパワーコンバータ８０３は、図８Ａのスイッチモードパワーコンバータ８００と多数の類似点を共有することが認められる。たとえば、図８Ｂのスイッチモードパワーコンバータ８０３は、ハーフブリッジ構成８７０の入力ポート８２０の入力端子でハーフブリッジ構成８７０にＤＣ電圧を与える入力段８１０を含む。一例では、ハーフブリッジ構成８７０は、スイッチモードパワーコンバータ８０３の出力段８３０でエネルギ転送要素を駆動するように結合される、ハーフブリッジ構成８７０の出力ポート８２５の出力端子で高周波パルスを生成する。
【００７３】
さらに、ハーフブリッジ構成８７０は、入力ポート８２０および出力ポート８２５に結合されるスイッチングレグを含む。スイッチングレグは、示されるように、出力段８３０でエネルギ転送要素を駆動するように結合されるハイ側スイッチＱ２  ８７７およびロー側スイッチＱ１  ８７５を含む。複数の制御回路は、ハイ側スイッチＱ２  ８７７およびロー側スイッチＱ１  ８７５の切換を制御するように結合される。図示される例では、複数の制御回路のうち１つは、ハイ側スイッチＱ２  ８７７を制御するように結合されるハイ側コントローラ８７５である。複数の制御回路のうち別の１つは、ロー側スイッチＱ１  ８７５を制御するように結合されるロー側コントローラ８７１である。
【００７４】
図８Ｂのスイッチモードパワーコンバータ８０３と図８Ａのスイッチモードパワーコンバータ８００との間の１つの相違点は、図８Ｂの例示的なスイッチモードパワーコンバータ８０３では、ドライバ８７２および８７６を有するＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）Ｑ１  ８７５およびＱ２  ８７７として描かれるロー側およびハイ側切換装置がロー側およびハイ側コントローラ８７１および８７５のコントローラ集積回路パッケージ８８５には含まれないことである。一例では、図８Ｂのスイッチモードパワーコンバータ８０３の構成は、高圧高電力ハーフブリッジ適用例により適している。図８Ｂに描かれる例示的なスイッチモードパワーコンバータ８０３のような、ＩＧＢＴスイッチを用い、スイッチによる逆電流導通が求められる適用例では、スイッチＱ１  ８７５およびＱ２  ８７７は、ＩＧＢＴ  Ｑ１  ８７５両端のダイオード８７９およびＩＧＢＴ  Ｑ２  ８７７両端の逆並列ダイオード８７８によって描かれる内部または外部逆並列ダイオードを含むべきである。
【００７５】
一例では、ハイ側コントローラ８７５およびロー側コントローラ８７１は互いから直流絶縁される。特に、ロー側コントローラ供給ＶL８８３は接地基準８０１を基準とし、ハイ側コントローラ供給ＶH８８９はロー側コントローラ供給ＶL８８３から絶縁され、ハーフブリッジ中間点Ａ８２３を基準とする。ハーフブリッジスイッチを駆動するための入力制御信号８０２は、ハイ側およびロー側切換の両方を制御するロー側コントローラに結合される。描かれる例に示されるように、絶縁されたハイ側コントローラ８７５とロー側コントローラ８７１との間には通信リンク８８０が存在し、これを通して１つ以上の制御信号を通信し得る。一例では、絶縁されたロー側コントローラダイ８７１およびハイ側コントローラダイ８７５は、本発明の教示に従い、通信リンク８６０が集積回路パッケージ８８５の封入された部分の内部のリードフレームの絶縁された導体によって形成される磁気結合通信リンクを有する集積回路パッケージに含まれる、単一の集積回路パッケージに含まれる。一例では、通信リンク８８０は、直流絶縁されたロー側コントローラダイ８７１およびハイ側コントローラダイ８７５のそれぞれのトランシーバ回路同士の間の双方向リンクである。別の例では、通信リンク８８０は、直流絶縁されたロー側コントローラダイ８７１およびハイ側コントローラダイ８７５のそれぞれの送信回路と受信回路との間の複数の一方向リンクを含む。
【００７６】
一例では、ロー側コントローラ８７１は、状態信号８０４を出力するようにさらに結合され、それは一例では故障／状態情報を含み得、故障条件の場合はハーフブリッジコンバータを保護するように用いられ得る。一例では、状態信号８０４は、通信リンク８８０を通してロー側コントローラ８７１が受信する、ロー側コントローラ８７１からのスイッチＱ１  ８７３に関する故障／状態情報およびハイ側コントローラ８７５からのスイッチＱ２  ８７７に関する故障／状態情報を含み得る。
【００７７】
図８Ｃは、図８Ｂのスイッチモードパワーコンバータ８０３と多くの類似点を共有するスイッチモードパワーコンバータ８０５の例を示す。特に、図８Ｂのスイッチモードパワーコンバータ８０３の前段８１０、出力段８３０、ハーフブリッジ構成８７０、および集積回路パッケージ８８５という構成要素のすべては図８Ｃのスイッチモードパワーコンバータ８０５にも含まれる。図８Ｃに描かれる例ではブートストラップコンデンサも含まれ、ロー側コントローラ供給およびロー側接地基準８０１から絶縁されるブートストラップコンデンサ８８８を通ってハイ側コントローラ８７５に供給電圧ＶH８８９を与える。一例では、ブートストラップコンデンサ８８８は、示されるように、ロー側コントローラ供給端子ＶL８８３に結合されるロー側コントローラ供給８８２から充電される。ロー側スイッチＱ１  ８７５が閉じ、ハイ側スイッチＱ２  ８７７が開く毎回の切換サイクルで、ブートストラップコンデンサ８８８は、接地基準８０１に対して、供給８８２からダイオード８８６および抵抗器８８４を通して充電される。さらに、ブートストラップコンデンサ８８８は、ロー側スイッチＱ１  ８７５が開放され、ハイ側スイッチＱ２  ８７７が閉成され、高電圧が中間点Ａ８２３に印加されると、ハイ側コントローラ８７５にＶH８８９を供給するように結合される。
【００７８】
別の例では、絶縁されたバイアスまたは変圧器からの供給巻線を通して、絶縁された供給電圧もハイ側コントローラに与えられ得ることが認められる。また別の例では、電圧は、ハイ側スイッチのドレイン端子からハイ側コントローラに供給されてもよい。
【００７９】
図９Ａは、本発明の教示に従う、集積回路パッケージの封入された部分の内部のリードフレームの絶縁された導体によって形成される４つの双方向磁気結合通信リンクの例を利用するフルブリッジ構成９５０の一例を含むスイッチモードパワーコンバータ９００の例の概略を示す。一例では、フルブリッジ構成９５０は、本発明の教示に従う、集積回路パッケージの封入された部分の内部のリードフレームの絶縁された導体によって形成される磁気結合通信リンクを有する複数ダイ絶縁コントローラ集積回路パッケージの例に含まれ得る。示されるように、入力段９１０は、フルブリッジ構成９５０の入力ポート９２０の入力端子でＤＣまたは低周波電圧をフルブリッジ構成９５０に与える。一例では、フルブリッジ構成９５０は、フルブリッジ構成９５０の出力ポート９２５の出力端子で高周波パルスを生成し、スイッチモードパワーコンバータ９００の出力段９３０でエネルギ転送要素を駆動するように結合される。
【００８０】
図示される例では、フルブリッジ構成９５０は、入力ポート９２０および出力ポート９２５に結合される第１および第２のスイッチングレグを含む。描かれる例に示されるように、スイッチングレグの一方は、ハイ側スイッチＱ２  ９５２に結合されるロー側スイッチＱ１  ９５１を含む。他方のスイッチングレグは、ハイ側スイッチＱ４  ９５４に結合されるロー側スイッチＱ３  ９５３を含む。第１および第２のスイッチングレグは、複数の制御回路ダイのうちそれぞれ１つから受信されるように結合されるそれぞれの制御信号に応答して、出力段９３０でエネルギ転送要素を駆動するように結合される。図示される例では、制御回路ダイ９３１は、制御信号９１５を生成して、ロー側スイッチＱ１  ９５１の切換を制御するように結合される。制御回路ダイ９３２は、制御信号９１６を生成して、ハイ側スイッチＱ２  ９５２の切換を制御するように結合される。制御回路ダイ９４１は、制御信号９１７を生成して、ロー側スイッチＱ３  ９５３の切換を制御するように結合される。制御回路ダイ９４２は、制御信号９１８を生成して、ハイ側スイッチＱ４  ９５４の切換を制御するように結合される。
【００８１】
その例では、制御回路ダイ９３１および９４１からそれぞれ生成される制御信号９１５および９１７は接地基準９０１を基準とする。制御回路ダイ９３２および９４２からそれぞれ生成される制御信号９１６および９１８は、ハイ側スイッチＱ２  ９５２およびＱ４  ９５４のソースをそれぞれ基準とするか、または換言するとそれぞれハーフブリッジ中間点Ａ９２１およびＢ９２３を基準とする。
【００８２】
図９Ａに描かれる例では、フルブリッジ構成９５０は、集積回路パッケージ中のフルブリッジコントローラ９５５によって実現される。一例では、集積回路パッケージは、ハイ側およびロー側スイッチのための絶縁された複数のコントローラダイならびにドライバおよび切換装置を含んでもよい。
【００８３】
図９Ａに図示される例では、フルブリッジコントローラ９５５へのおよびそれからの入力信号９０２および状態信号９０４は、スイッチモードパワーコンバータ９００の動作パラメータおよび故障／状態条件に対応する。図９Ａの例に示されるように、１つ以上の制御信号は、通信リンク９３３を通して、フルブリッジコントローラ９５５のトランシーバ回路９３５と制御回路ダイ９３１との間で通信されてもよい。１つ以上の制御信号は、通信リンク９３４を通して、フルブリッジコントローラ９５５のトランシーバ回路９３６と制御回路ダイ９３２との間で通信されてもよい。１つ以上の制御信号は、通信リンク９４３を通して、フルブリッジコントローラ９５５のトランシーバ回路９４５と制御回路ダイ９４１との間で通信されてもよい。１つ以上の制御信号は、通信リンク９４４を通して、フルブリッジコントローラ９５５のトランシーバ回路９４６と制御回路ダイ９４２との間で通信されてもよい。一例では、通信リンク９３３、９３４、９４３、および９４４は、本発明の教示に従う集積回路パッケージのリードフレームおよびボンドワイヤを用いて形成される絶縁された導通ループの磁気結合を用いて実現される。一例では、通信リンク９３３、９３４、９４３、および９４４は双方向である。別の例では、通信リンク９３３、９３４、９４３、および９４４は、複数の一方向リンクを含んで双方向通信を提供し得る。
【００８４】
図９Ｂは、本発明の教示に従う、集積回路パッケージの封入された部分の内部のリードフレームの絶縁された導体によって形成される例示的な磁気結合通信リンクを利用するフルブリッジ構成９７０の別の例を含むスイッチモードパワーコンバータ９０３の例の概略を示す。図９Ｂのスイッチモードパワーコンバータ９０３は、図９Ａのスイッチモードパワーコンバータ９００と多数の類似点を共有することが認められる。たとえば、図９Ｂのスイッチモードパワーコンバータ９０３は、フルブリッジ構成９７０の入力ポート９２０の入力端子でＤＣまたは低周波電圧をフルブリッジ構成９７０に与える入力段９１０を含む。一例では、フルブリッジ構成９７０は、フルブリッジ構成９７０の出力ポート９２５の出力端子で高周波パルスを生成し、スイッチモードパワーコンバータ９０３の出力段９３０でエネルギ転送要素を駆動するように結合される。
【００８５】
さらに、フルブリッジ構成９７０は、入力ポート９２０および出力ポート９２５に結合される第１および第２のスイッチングレグを含む。描かれる例に示されるように、スイッチングレグの一方は、ハイ側スイッチＱ２  ９５２に結合されるロー側スイッチＱ１  ９５１を含む。他方のスイッチングレグは、ハイ側スイッチＱ４  ９５４に結合されるロー側スイッチＱ３  ９５３を含む。第１および第２のスイッチングレグは、フルブリッジ構成９７０のマイクロコントローラ９９５から受信されるように結合されるそれぞれの制御信号に応答して、出力段９３０でエネルギ転送要素を駆動するように結合される。
【００８６】
描かれる例では、マイクロコントローラ９９５は、切換プログラムでプログラムされてフルブリッジ構成９７０を制御して、スイッチＱ１  ９５１、Ｑ２  ９５２、Ｑ３  ９５３、およびＱ４  ９５４の切換を制御する。一例では、マイクロコントローラ９９５への入来切換信号９０２およびそれからの送出状態信号９０４は、スイッチモードパワーコンバータ９０３の動作パラメータおよび故障／状態条件に対応する。一例では、マイクロコントローラ９９５は、入力信号９０２に応答して制御信号９９１、９９２、９９３、および９９４を生成する。一例では、制御信号９９１はモジュール９７９を通して通信され、モジュール９７９は、ロー側スイッチＱ１  ９５１の切換を制御するように結合される制御信号９５５を出力する。制御信号９９２はモジュール９８０を通して通信され、モジュール９８０は、ハイ側スイッチＱ２  ９５２の切換を制御するように結合される制御信号９５６を出力する。制御信号９９３はモジュール９８９を通して通信され、モジュール９８９はロー側スイッチＱ３  ９５３の切換を制御するように結合される制御信号９５７を出力する。制御信号９９４はモジュール９９０を通して通信され、モジュール９９０は、ハイ側スイッチＱ４  ９５４の切換を制御するように結合される制御信号９５８を出力する。
【００８７】
図９Ｂに図示される例では、各々のモジュール９７９、９８０、９８９、および９９０はそれぞれ集積回路パッケージ９７３、９７４、９８３、および９８４を含むことに注意すべきである。一例では、集積回路パッケージ９７３、９７４、９８３、および９８４は、図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃ、および図２Ｄについて上述したように、集積回路パッケージ２１０および／または集積回路パッケージ２５０との実質的な類似点を共有する。したがって、各々の集積回路パッケージ９７９、９７４、９７５、および９７６は、本発明の教示に従う、集積回路パッケージのそれぞれの封入された部分の内部のリードフレームの絶縁された導体によって形成される直流絶縁磁気結合導通ループを含む。したがって、本発明の教示に従うと、各々の集積回路パッケージ９７９、９７４、９７５、および９７６の対向する端に結合されるトランシーバ回路または送信／受信回路は直流絶縁されるが、依然として通信可能である。各々のモジュール９７９、９８０、９８９、および９９０に含まれる各々のトランシーバ回路および／または送信／受信回路は、マイクロコントローラ９９５の接地基準に拘わらず、制御されたスイッチのソース端子を基準とし得ることが認められる。
【００８８】
一例では、モジュール９７９、９８０、９８９、および９９０の各々は実質的に互いに類似しており、各々が同様の構成要素を含む。モジュール９７９の具体的な例を参照して図示するため、モジュール９７９のトランシーバ回路９７１および９７５は、示されるように、集積回路パッケージ９７３を通して通信する。一例では、信号を昇圧してロー側スイッチＱ１  ９５１を駆動するドライバ９７７をモジュール９７９にも含むことができる。一例では、個別のモジュール９７９、９８０、９８９、および９９０の利用は、高電力定格のフルブリッジコンバータ設計によく適している。
【００８９】
一例では、モジュール９７９、９８０、９８９、および９９０の各々は、本発明の教示に従い、送信／受信回路のためのダイ、オプションのドライバ、および集積回路パッケージの封入された部分の内部のリードフレームの絶縁された導体によって形成される直流絶縁通信リンクを含む集積回路パッケージである。
【００９０】
この開示の目的のため、集積回路パッケージの「封入部」は、その中に配設される１つ以上の集積回路ダイおよび集積回路ダイパッドから集積回路パッケージのリードフレームおよびピンへの接続部を含み得るリードフレームの部分を取囲むまたは囲む任意の外部構造体、容器、または型と考えられ得る。例示的な封入部は、成形された非鉄絶縁材料、プラスチック、セラミックカバーなどから作られ得る。いくつかの例では、集積回路パッケージの封入部は、その中に入れられる物品を外部要素から保護する気密封止を与えても与えなくてもよい。
【００９１】
この開示の目的のため、「集積回路」パッケージという用語は、集積回路に一般的に用いられるパッケージの種類を指す。図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃ、および図２Ｄ中の例などの、この発明のいくつかの実施形態はパッケージ中に集積回路を有していないことがあることが認められる。
【００９２】
要約書に記載するものを含む本発明の図示する例の上記記載は、網羅的になることまたは開示される正確な形態への限定を意図するものではない。発明の具体的な実施形態およびそのための例を図示の目的のためにここに記載するが、本発明のより広い精神および範囲から逸脱することなく、さまざまな均等の修正例が可能である。実際に、具体的な例示的な電圧、電流、周波数、電力範囲の値、時間などは説明の目的のために与えられるものであり、本発明の教示に従う他の実施形態および例では他の値も用いてもよいことが認められる。
【符号の説明】
【００９３】
１００，１５０，５４０，６４０，８６０，８８０，９３３，９３４，９４３，９４４  通信リンク、１０２，１０５，１５２，１５５，２１１，２１５，２５５，２６０，３３５，３３７  ループ、２１０，３１５，５６０，８８５，９７３，９７４，９８３，９８４  集積回路パッケージ、２９５，３４２，３４７  ボンドワイヤ、２９６，２９７，３９６，３９７  導体、２９８，３９８  リードフレーム、２９９，３９９  封入部、３３３，３３４  ダイパッド、３５０，３６０，３６９，４５１，４５２  制御ダイ、３３９  タイバー、５００，６００，８００，８０３，８０５，９００，９０３  スイッチモードパワーコンバータ、７００  降圧コンバータ、７４０  エネルギ転送要素、８５０，８７０  ハーフブリッジ構成、９５０，９７０  フルブリッジ構成。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【外国語明細書】
2014099610000001.pdf