(57)【要約】      （修正有）【課題】DC/DCコンバータにスイッチング電圧を供給するように構成されるゲートドライバ回路を提供する。【解決手段】ゲートドライバ回路とDC/DCコンバータの双方は、少なくともトランジスタと、少なくとも一つのさらなる部品を備える。DC/DCコンバータは、入力電圧Vinを出力電圧Voutに変換して、Voutを負荷に供給するように構成する。さらに、ゲートドライバ回路とDC/DCコンバータを備える電力変換装置を提供する。ゲートドライバ回路は、トランジスタがMMICプロセス（マイクロ波モノリシック集積回路）またはRFICプロセス（高周波集積回路）による製造に適したトランジスタの形態をとるように設計する。【選択図】図３
2008306919.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
DC/DCコンバータ(400)へのスイッチング電圧の供給に適し、前記スイッチング電圧を前記DC/DCコンバータに供給するように構成され、少なくとも一つのトランジスタ(301、302、303)と、少なくとも一つのさらなる部品(315、321)を備えるゲートドライバ回路(300)であって、
前記ゲートドライバ回路は、T4(301)、T5(302)、T6(303)の三つのトランジスタを備え、
各トランジスタは、ソース端子、ゲート端子、ドレイン端子を備え、
前記トランジスタT4(301)とT5(302)は並列に配置され、
前記トランジスタT4の前記ドレイン端子は、前記トランジスタT6(303)の前記ゲート端子に接続し、
前記トランジスタT6の前記ソース端子は、前記少なくとも一つのさらなる部品(321)を介して、前記トランジスタT5の前記ドレイン端子に接続し、
前記トランジスタT4とT5の前記ソース端子は接続されていることを特徴とするゲートドライバ回路。
【請求項２】
前記トランジスタ(301、302、303)は、MMICプロセス（モノリシックマイクロ波集積回路）またはRFICプロセス（高周波集積回路）による製造に適したトランジスタの形態をとり、
前記ゲートドライバ回路の前記トランジスタ(301、302、303)は、MMICチップまたはRFICチップに集積されていることを特徴とする請求項1に記載されたゲートドライバ回路。
【請求項３】
前記トランジスタは、Nチャネルデプレションモード型であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載されたゲートドライバ回路。
【請求項４】
前記トランジスタは、金属半導体電界効果トランジスタ(MESFET)であることを特徴とする請求項1から請求項3の何れか一項に記載されたゲートドライバ回路。
【請求項５】
前記ゲートドライバ回路は、
それぞれ前記ソース端子、ゲート端子、ドレイン端子を有する三つの前記トランジスタT4(301)、T5(302)、(303)を備え、
前記トランジスタT4(301)とT5(302)の前記ソース端子は、第五の接続線(309)を介して接続され、
前記トランジスタT6(303)の前記ソース端子は、前記さらなる部品(321)を介して、第八の接続点(320)に接続し、かつ、前記トランジスタT5(302)の前記ドレイン端子は、前記第八の接続点(320)に接続し、
前記トランジスタT4(301)の前記ドレイン端子は、前記トランジスタT6(303)の前記ゲート端子と検流接触(galvanic contact)し、
前記トランジスタT6(303)の前記ドレイン端子は、電圧Vinが供給されるように構成され、
前記トランジスタT4(301)の前記ソース端子(3011)と、前記トランジスタT5(302)の前記ソース端子(3021)は、前記第五の接続線(309)を介して、最小値Vminと最大値Vmaxの間でスイッチする電圧パルスを受け取るように構成され、
前記トランジスタT4(301)とT5(302)がスイッチオンするように前記トランジスタT4(301)とT5(302)の前記ゲート端子に電圧が供給する場合、実質的に前記最小電圧Vminが前記第八の接続点(320)に供給され、前記トランジスタT4(301)とT5(302)がスイッチオフするように前記トランジスタT4(301)とT5(302)の前記ゲート端子に電圧を供給する場合、実質的に前記電圧Vが前記トランジスタT6(303)を介して前記第八の接続点(320)に供給され、それにより、VminとVinの間で変化する前記スイッチング電圧を、前記第八の接続点(320)において提供するように構成されることを特徴とする請求項1から請求項4の何れか一項に記載されたゲートドライバ回路。
【請求項６】
前記少なくとも一つのさらなる部品は、能動または受動の電子部品であることを特徴とする請求項1から請求項5の何れか一項に記載されたゲートドライバ回路。
【請求項７】
前記ゲートドライバ回路の前記少なくとも一つのさらなる部品は、
二つの端部を有し、第一の端部は前記ドレイン端子(3013)と検流接触し、第二の端子はドレイン端子(3033)と検流接触する第五の抵抗器(315)と、
二つの端部を有し、第一の端部はソース端子(3031)と検流接触し、第二の端子は前記第八の接続点(320)と検流接触する第四の抵抗器(321)であることを特徴とする請求項6に記載されたゲートドライバ回路。
【請求項８】
前記抵抗器の特性は、前記ゲートドライバ回路において、適切な電位および電流が得られるように選択されることを特徴とする請求項7に記載されたゲートドライバ回路。
【請求項９】
前記ゲートドライバ回路の前記さらなる部品の少なくとも一つは、前記MMICチップまたは前記RFICチップに集積されることを特徴とする請求項1から請求項8の何れか一項に記載されたゲートドライバ回路。
【請求項１０】
請求項1から請求項9の何れか一項に記載された前記ゲートドライバ回路(300)と前記DC/DCコンバータ(400)を備え、
前記ゲートドライバ回路は、前記DC/DCコンバータにスイッチング電圧を供給することを特徴とする電力変換装置。
【請求項１１】
前記ゲートドライバ回路と前記DC/DCコンバータの双方は、少なくとも一つのトランジスタ(301、302、303、401)と、少なくとも一つのさらなる部品(315、321、404、407、409)を備え、
前記DC/DCコンバータは、入力電圧Vinを出力電圧Voutに変換し、かつ、前記Voutを第三の負荷(411)に供給するように構成され、
前記トランジスタは、MMICプロセスまたはRFICプロセスによる製造に適したトランジスタの形態をとり、
前記トランジスタ(301、302、303、401)は、前記ゲートドライバ回路と前記DC/DCコンバータの双方において使用され、前記ゲートドライバ回路と前記DC/DCコンバータの前記トランジスタ(301、302、303、401)をMMICチップまたはRFICチップに集積することを特徴とする請求項10に記載された電力変換装置。
【請求項１２】
前記DC/DCコンバータは、
それぞれソース端子、ゲート端子、ドレイン端子を有する少なくとも一つのトランジスタT7(401)と、
前記少なくとも一つのさらなる部品(404、407、409)とを備え、
前記トランジスタ(401)の前記ドレイン端子は、第七の接続点(316)において入力電圧Vが供給されるように構成され、
前記トランジスタ(401)の前記ゲート端子(4012)は、前記第八の接続点(320)において前記スイッチング電圧に接続するように構成され、
前記トランジスタT7(401)の前記ソース端子は、さらなる部品の回路網を介して、グラウンド(405)とVout端子(412)の間に出力電圧Voutを出力するように構成され、
前記トランジスタT7(401)は、前記ゲート端子(4012)に実質的にVinである電圧が供給されるとスイッチオンするように構成され、前記ゲート端子(4012)に実質的にVminである電圧が供給されるとスイッチオフするように構成されることを特徴とする請求項11に記載された電力変換装置。
【請求項１３】
前記DC/DCコンバータの前記さらなる部品の回路網は、
二つの端部を有し、その順方向が前記グラウンド(405)から前記トランジスタ401の前記ソース端子(4011)に接続された第十の接続点(403)に向くように、第一の端部は前記グラウンドに接続し、第二の端部は前記第十の接続点(403)に接続する第三のダイオード(404)と、
二つの端部を有し、第一の端部は前記第十の接続点(403)に接続し、第二の端部は、第13の接続線(410)を介して前記Vout端子(412)に接続する、第11の接続点(408)に接続する第三のインダクタ(407)と、
二つの端部を有し、第一の端部は前記第13の接続線(410)を介して前記Vout端子(412)に接続し、第二の端部は前記グラウンド(405)に接続する第三のキャパシタ(409)とを備えることを特徴とする請求項12に記載された電力変換装置。
【請求項１４】
前記さらなる部品の回路網の前記部品の値は、安定した出力電圧を最適化するように選択されることを特徴とする請求項13に記載された電力変換装置。
【請求項１５】
前記DC/DCコンバータの前記さらなる部品の回路網の前記部品の少なくとも一つは、前記MMICチップまたは前記RFICチップに集積されることを特徴とする請求項10から請求項14の何れか一項に記載された電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、DC/DCコンバータのトランジスタスイッチを動作させるゲートドライバの分野に関する。とくに、マイクロ波モノリシック集積回路(MMIC)技術または高周波集積回路(RFIC)技術においてDC/DCコンバータとゲートドライバを集積する分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
DC/DCコンバータは、今日の電子工学において、供給電力の電圧または極性を変更するために一般に使用される。最も単純なコンバータは、DC電源に直列の一つまたは複数の抵抗器を備え、電圧を抵抗器で分割するリニアコンバータである。一般的な種類のスイッチングDC/DCコンバータは、DC電圧をある周波数でインダクタの両端に印加する。標準的な周波数は約100〜500kHzである。インダクタの両端に電圧を印加すると、インダクタを通って電流が流れ、電磁エネルギがインダクタに蓄積される。インダクタの両端の電圧が遮断されると、インダクタに蓄積されたエネルギは、DC/DCコンバータの出力に接続された負荷を通って流れる。理想的には、DC/DCコンバータの入力電圧Vinとコンバータの出力電圧Voutは、次式に示すように、総サイクル時間Tとインダクタの両端に電圧を印加する時間tonに関連する。
Vin/Vout = T/ton
【０００３】
インダクタの両端に印加する電圧のオン/オフ時間を変えると、DC/DCコンバータの出力電圧が変化する。この関係は、入力電圧に対して出力電圧が減少する所謂降圧コンバータにおいて有効である。
【０００４】
入力電圧に対して出力電圧を増加する、または、極性を変更するDC/DCコンバータも利用可能である。コンバータの種類の幾つかの例は、バック(Buck)、ブースト(Boost)、バックブースト(Buck-Boost)、フライバック(Flyback)、プッシュプル(Push-pull)およびセピック(Sepic)である。これらはすべて、第一のサイクル中にインダクタにエネルギを蓄積し、その後、第二のサイクル中にエネルギを放出する原理に基づく。トランジスタは、インダクタへの電流の流れをオンおよびオフするスイッチングに使用される。この動作を行うために、トランジスタは、ベースまたはゲート端子に供給されるスイッチング電圧を必要とする。このスイッチング電圧は、以下に説明するように、ゲートドライバ回路から供給される。
【０００５】
図1Aは、グラウンド103と電位VinのDC/DCコンバータの電圧入力104の間に直列接続された二つのトランジスタT1(101)とT2(102)を有する従来のDC/DCコンバータ100を示す図である。各トランジスタは、ゲート、ソースおよびドレインの三つの端子を有する。トランジスタのゲート端子105と106は、第一の接続点107に接続される。トランジスタT2のソース端子108は、グラウンド103に接続される。トランジスタT2のドレイン端子109は、第一の接続線110を介してトランジスタT1のソース端子111に接続され、トランジスタT1のドレイン端子112は電圧入力104において入力電圧Vinに接続される。第一のダイオード113は、グラウンド103と第二の接続点118の間に接続される。第二の接続点118は、第二の接続線119を介して、トランジスタT2のドレイン端子109に接続される。ダイオード113の順方向は、グラウンド103から第二の接続点118への向きである。第一のインダクタ114は、第二の接続点118と第三の接続点115の間に接続される。最後に、第一のキャパシタ116および第一の負荷117は、グラウンド103と第三の接続点115の間に並列接続される。このようにして、出力電圧Voutは、負荷117の両端に供給される。トランジスタT1はPチャネルエンハンスメントモード型であり、トランジスタT2はNチャネルデプレションモード型である。これらトランジスタの種類の特性を図1Bに示す。図1Bにおいて、水平軸123はゲート電圧Vgを、垂直軸124はドレイン電流Idを、曲線121はトランジスタT1を通るドレイン電流を、曲線122はトランジスタT2を通る電流をそれぞれ示す。図から明らかなように、トランジスタT1を通る電流はゲート電圧の減少に連れて増加し、一方、トランジスタT2を通る電流はゲート電圧の増加に連れて増加する。従って、これらトランジスタは相補型トランジスタと呼ばれる。ドレイン電流Idが0のときのゲート電圧Vgは、ピンチオフ電圧と呼ばれる。第一の接続点107には、パルス発生器130の内部抵抗である第一の抵抗器131を介して、パルス発生器130が供給する0Vと負電圧の間で変化する矩形波パルスが入力される。負の入力電圧において、トランジスタT2はスイッチオフし、トランジスタT1はスイッチオンする第一の位相において、電流はトランジスタT1を通って流れ、第二の接続点118はVinに近い電位を示す。それにより、電流は第一のインダクタ114および第一の負荷117を通って流れる。0Vの入力電圧において、トランジスタT1はスイッチオフし、トランジスタT2はスイッチオンするから、第二の接続点118は接地電位に近い値を示す。この第二の位相において、第一の位相の間に第一のインダクタ114に蓄積した電磁エネルギによって、第一の負荷117と第一のダイオード113を通って電流が流れる。この第二の位相は、フリーフィールフェーズとも呼ばれる。
【０００６】
図2は、変圧器を使用して、一つのトランジスタのみの使用を可能にするDC/DCコンバータ200に対する、別の従来技術のソリューションを示す図である。変圧器201は、一次巻線202と二次巻線203を有する。一次巻線には、パルス発生器204の内部抵抗である第二の抵抗器205を介して、パルス発生器204が供給する0Vと負電圧の間で変化する矩形波パルスが入力される。二次巻線203は二端を有し、第一端はトランジスタT3(208)のソース端子206に接続され、第二端はゲート端子207に接続される。トランジスタT3のドレイン端子209は、点210において入力電圧Vinに接続される。第二のダイオード211は、グラウンドとソース端子206の間に接続され、順方向はグラウンド214からソース端子206への向きである。第二のインダクタ212は、ソース端子206と第四の接続点213の間に接続される。最後に、第二のキャパシタ215と第二の負荷216は、グラウンド214と第四の接続点213の間に並列に接続される。トランジスタT3は、Pチャネルエンハンスメント型またはNチャネルデプレション型である。変化するゲート電圧によりトランジスタT3はスイッチオンおよびオフされる。これは、ソース端子が正電圧Vinおよび負電圧を示すことを意味する。トランジスタT3がスイッチオンすると、第二のインダクタ212と第二の負荷216を通って電流が流れる。トランジスタT3がスイッチオフすると、トランジスタT3がスイッチオンの位相の間に第二のインダクタ212に蓄積した電磁エネルギによって、第二の負荷216と第二のダイオード211を通って電流が流れる。これは、フリーフィールフェーズとも呼ばれる。
【０００７】
上述した従来技術のソリューション双方において、DC/DCコンバータ内のスイッチングトランジスタT1、T2、T3は、図2の例ではさらに変圧器を含む、パルス発生器が供給するスイッチング電圧によってスイッチオンおよびオフされる。以下の説明において、ゲートドライバは、DC/DCコンバータ内のスイッチングトランジスタをスイッチオンおよびオフする、DC/DCコンバータにスイッチング電圧を供給する回路と定義する。図1の例において、ゲートドライバはパルス発生器を備え、図2の例において、ゲートドライバはパルス発生器と変圧器を備える。
【０００８】
今日の多くの用途において、高電圧において高スイッチング周波数を有し、かつ、良好な熱効率で高電力を供給することができるDC/DCコンバータが必要とされる。マイクロ波モノリシック集積回路(MMIC)技術は、これら要求を満たすために非常に適する。しかし、RFIC（高周波集積回路）プロセスは、MMICほどの高周波数では使用できないにしても、利用可能である。RF増幅器をMMICチップまたはRFICチップ内に形成する多くの用途において、さらに、同一チップ内にDC/DCコンバータとゲートドライバを集積することが望まれる。
【０００９】
しかし、今日のゲートドライバは個別部品から形成され、DC/DCコンバータは相補型トランジスタおよび/あるいはMMJCまたはRFICに集積できない変圧器を使用して構成されることがしばしばである。これらのソリューションは、スペースを消費し、かつ、比較的遅い。
【００１０】
特許文献1は、GaAs技術で製造されるMMICのDC/DCコンバータを開示する。このソリューションの欠点は、高電力出力を許容できないことである。
【００１１】
従って、MMICまたはRFICの製造プロセスで実現されるトランジスタにより、MMICまたはRFICに集積可能で、同時にDC/DCコンバータの高出力電力を可能にする、小型高速のゲートドライバ回路とDC/DCコンバータの改良された別のソリューションが必要である。さらに、ゲートドライバ回路とDC/DCコンバータを備える電力変換装置が必要である。
【００１２】
【特許文献１】米国特許出願公開第2005/0242795A1号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、上述した従来技術のソリューションの欠点の少なくとも幾つかを取り除くことを目的とする。また、MMICまたはRFICの製造プロセスにおいて実現されるトランジスタによって、MMICまたはRFICに集積可能で、同時にDC/DCコンバータの高出力電力を可能にする、小型高速のゲートドライバ回路とDC/DCコンバータの改良された別のソリューションを提供する場合の問題を解決するゲートドライバ回路の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の目的は、DC/DCコンバータにスイッチング電圧を供給するのに適し、かつ、スイッチング電圧をDC/DCコンバータに供給するように構成されたゲートドライバ回路の提供により達成される。ゲートドライバ回路は、少なくとも一つのトランジスタと、少なくとも一つのさらなる部品を備え、ゲートドライバ回路の設計は、それぞれソース端子、ゲート端子、ドレイン端子を備える三つのトランジスタT4、T5、T6を並列に配置し、T4のドレイン端子をT6のゲート端子に接続し、少なくとも一つのさらなる部品を介してT6のソース端子をT5のドレイン端子に接続し、T4とT5のソース端子を接続する。
【００１５】
本発明のさらなる長所は、ゲートドライバ回路に関する請求項の何れかに記載されたゲートドライバ回路と、DC/DCコンバータを備える電力変換装置を提供することである。ゲートドライバ回路は、DC/DCコンバータにスイッチング電圧を供給するように構成される。
【００１６】
本発明の長所は、RFICまたはMMICを使用して実現可能であり、同時にDC/DCコンバータから高出力電力を供給できることである。以下、本発明は、主にMMICを参照して説明される。MMICは、RFICより高い周波数で使用可能である。
【００１７】
さらなる部品は、詳細な説明に示すように、能動または受動の任意の種類の電子部品である。
【００１８】
DC/DCコンバータは、例えば変圧器のようにMMICが含むことができない部品を含まなければ、バック、ブースト、バックブースト、フライバック、プッシュプル、セピックなど、任意の種類でよい。
【００１９】
本発明の長所は、DC/DCコンバータから高出力電力を供給し、かつ、ゲートドライバ回路とDC/DCコンバータを備える電力変換装置の、一つの同じMMICチップへの集積化を可能にして、デザインを非常に小型化できることである。さらなる長所は、良好な熱効率が得られることである。
【００２０】
さらに、本発明の長所は、MMICチップへのゲートドライバ回路の集積化を可能にすることである。
【００２１】
本発明の幾つかの実施例において使用されるMMIC技術の使用による、さらなる長所は、MMICプロセスの一部が、良好な熱効率において高電圧と高電力を使用可能にすることである。SiCを使用するMMICプロセスの標準的なアプリケーションにおいて、Vinは60V、Voutは40Vが可能である。しかし、VinとVoutの他の値は、本発明の範囲内で使用可能である。
【００２２】
さらなる長所iは、上述した特徴に加え、従属請求項の特徴の一つまたは幾つかを実現することにより達成可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面と本発明を実現する方法に関する幾つかの例を参照して、本発明の詳細を説明する。
【００２４】
図1Aから図2は、上記の背景技術に関連して説明した。
【００２５】
図3は、バッテリ304、305、324と、パルス発生器310とともに、本発明のゲートドライバ回路300の実施例を概略的に示す図である。バッテリと、第三の抵抗器311で表される内部抵抗を有するパルス発生器は、ゲートドライバ回路300の一部ではないが、ゲートドライバ回路300の機能の説明を明確にするために図示する。ゲートドライバ回路300は、三つのトランジスタT4〜T6(301〜303)を備える。これらトランジスタは、Nチャネルデプレションモード型であり、良好なRF特性を有する。シリコンベースのJFET（接合型電界効果トランジスタ）またはMOSFET（金属酸化膜型電界効果トランジスタ）より速い、Nチャネルデプレション型のMESFET（金属半導体型電界効果トランジスタ）トランジスタを使用することが好ましい。MESFETは、MMICと同一のプロセスに従い製造される。各トランジスタは、ソース、ゲート、ドレインの三端子を有する。トランジスタT4(301)は、ソース端子3011、ゲート端子3012、ドレイン端子3013を有する。トランジスタT5(302)とT6(303)は、対応する端子を有する。ゲートドライバ回路の設計の一般概念は、次のとおりである。トランジスタT4とT5は並列動作し、T4のドレイン端子がT6のゲート端子に接続し、さらなる部品を介して、T6のソース端子がT5のドレイン端子に接続し、T4とT5のソース端子が接続している。
【００２６】
MMICは、良好なRE特性を有し、300GHzまでの周波数範囲において使用可能である。MMIC回路は、例えば、ガリウム砒素、インジウム燐、シリコンゲルマニウムまたは炭化ケイ素から製造される。MMICに集積され、かつ、この材料から作成されるDC/DCコンバータは、非常に速いスイッチングが可能である。MMICは、例えば、MESFETプロセス（金属半導体型電界効果トランジスタ）またはpHEMT（疑似格子整合(pseudomorphic)高電子移動度トランジスタ）などの種々の技術を使用して製造される。MMIC技術の使用により、高いスイッチング周波数の使用が可能になり、より小型のDC/DCコンバータが導かれる。一つまたは幾つかのゲートドライバ回路、DC/DCコンバータ、並びに、他の電子回路および/または部品をMMICチップに集積可能である。これは、分散した電力変換を必要とするアプリケーションにおいて有利である。
【００２７】
以下、図3の実施例をより詳細に説明する。トランジスタの所謂ピンチオフ電圧である負電圧-V1は、0[V]の接地電位に関連して、次の手段により、トランジスタT4とT5のゲート端子3012と3022に印加される。つまり、バッテリ304と305の第一の端子はグラウンド306へ接続され、第二の端子は、第三と第四の接続線307と308を介して、ゲート端子3012と3022へ接続される。ソース端子3011と3021はともに、第五の接続線309を介して、二つの端子を有するパルス発生器310に接続する。パルス発生器310の二つの端子の一方はグラウンド306に接続し、他方は、第三の抵抗器311を介して、第五の接続線309上の第五の接続点312に接続する。パルス発生器310は、最大電圧Vmaxと最小電圧Vminの間でスイッチする。パルス発生器310は、第五の接続点312にVmax/Vminを加えるように設計されている。本例において、Vmaxは0[V]であり、Vminは-V2[V]である。本実施例において、V2の値はV1の値と同一である。トランジスタT4のドレイン端子3013は、第六の接続線313、第五の抵抗器315、第七の接続線317を介して、トランジスタT6のドレイン端子3033に接続する。第五の抵抗器315は二端を有し、一端は第六の接続点314において第六の接続線313に接続し、他端は第七の接続点316において第七の接続線317に接続する。トランジスタT4のドレイン端子3013は、第六の接続線313、第六の接続点314、第八の接続線318を介して、トランジスタT6のゲート端子3032に接続する。トランジスタT5のドレイン端子3023は、第九の接続線319を介して、第八の接続点320に接続する。トランジスタT6のソース端子3031は、第四の抵抗器321、第九の接続点322、第十の接続線323を介して、第八の接続点320に接続する。二端を有する第四の抵抗器321は、第九の接続点322、第十の接続線323、第八の接続点320、第九の接続線319を介して、トランジスタT6のソース端子3031とトランジスタT5のドレイン端子3023の間に接続される。最後に、バッテリ324は、グラウンド306と第11の接続線325の間に接続され、それにより、第11の接続線325、第七の接続点316、第七の接続線317を介して、正電圧VinをトランジスタT6のドレイン端子3033に供給する。
【００２８】
図3の実施例において、さらなる部品は、第四の抵抗器321と第五の抵抗器315である。
【００２９】
トランジスタT4〜T6は、例えばMESFETのようなNチャネルデプレションモード型が好ましい。Nチャネル型のトランジスタを用いる他の種類のMMICプロセスも利用可能である。
【００３０】
前述したように、ゲートドライバ回路の目的は、DC/DCコンバータにスイッチング電圧を供給することである。これは、MESFETを用いる図3の実施例において、以下のように達成される。第三の抵抗器311と第五の接続線309を介して、パルス発生器310が負電圧V2をソース端子3011と3021に供給すると、トランジスタT4とT5はスイッチオンする。これは、本実施例においてゲート端子に-V1=-V2が入力され、ゲート端子3012とソース端子3011の間、および、ゲート端子3022とソース端子3021の間の電圧が0[V]になるためである。図1Bの曲線122から明らかなように、ゲート電圧が零において、トランジスタはスイッチオンし、ドレイン電流が流れる。これにより、トランジスタT5における僅かな電圧降下を無視すれば、第八の接続点320はほぼ-V2の値を示す。これと同時に、トランジスタT4がスイッチオンすると、パルス発生器310は、トランジスタT6のゲート端子3032に負電圧-V2を供給する（トランジスタT4における電圧降下を無視する）。第四の抵抗器321の値は、トランジスタT6を通る小さな電流が存在するように選択され、つまり、トランジスタT6のゲート電圧がピンチオフ電圧に近付くように選択される。第四の抵抗器321における電圧降下V3によって、トランジスタT6のゲート電圧はピンチオフ電圧に近付く。他の実施例において、この作用は、他のさらなる部品を用いて達成される。これは、一つまたは幾つかのさらなる部品が、トランジスタT6のピンチオフ電圧に近付けるトランジスタの動作点を実現するのであれば、第四の抵抗器321は、そのような部品と置き換え可能であることを意味する。
【００３１】
パルス発生器310が、第三の抵抗器311、第五の接続点312、第五の接続線309を介して、ソース端子3011と3021に0[V]を出力する。この時点で、ゲート端子3012とソース端子3011の間と、ゲート端子3022とソース端子3021の間は-V1の負電圧になりトランジスタT4とT5はスイッチオフする。これは、ゲート端子3032の電圧が約-V2から約Vin（ゲート端子3032を通る電流が非常に少ないから僅かである、第五の抵抗器315における電圧降下を減算した値）に増加することを意味する。トランジスタT6は完全にスイッチオンし、電圧Vinから第四の抵抗器321とトランジスタT6における電圧降下V4を減算した電圧を第八の接続点320に出力する。トランジスタT6が完全にスイッチオンし、トランジスタT4とT5がスイッチオフすると、第八の接続点320は（図4に関連して説明する）DC/DCコンバータの非常に高いインピーダンスを有するトランジスタのゲート端子に接続するから、電圧降下V4は僅かである。従って、ゲートドライバ回路は、第八の接続点320において、-V2とVinの間で変化するスイッチング電圧をDC/DCコンバータに出力する。SiCを使用するMMICにすべてを集積し、RF増幅器に電力供給するDC/DCコンバータのアプリケーションにおける標準的な値は、Vin=60V、V2=-25Vである。より高いまたはより低い他の電圧も本発明の範囲で可能であり、他の実施例におけるV2は、例えば、約-5Vから-10Vが好ましい。
【００３２】
ゲートドライバ回路は、トランジスタと、さらなる部品を備える。図3の実施例において、さらなる部品は、二つの抵抗器315と321である。抵抗器の特性は、適切な電圧と電流がゲートドライバ回路内で得られるように選択する。この所望の機能は、さらなる部品の他の組み合わせによっても実現できる。さらなる部品は、所望の機能を達成するのであれば、能動または受動の任意の種類の電子部品でよい。例えば、各抵抗器は、直列接続された多くの抵抗器に置き換え可能だし、あるいは、各抵抗器は、互いに逆を向く二つの並列のダイオードと直列接続が可能である。さらなる部品を使用して所望の機能を実現する他の任意の方法は、本発明の範囲に含まれる。
【００３３】
図4は、DC/DCコンバータ400の一実施例を概略的に示す図である。DC/DCコンバータ400は、ソース端子4011、ゲート端子4012、ドレイン端子4013を有するトランジスタT7(401)を備える。トランジスタT7は、Nチャネルデプレションモード型である。ゲート端子4012は、第八の接続点320においてゲートドライバ回路に接続して、必要なスイッチング電圧を受け取る。ドレイン端子4013は、第七の接続点316に接続して、入力電圧Vinが供給される。トランジスタT7は、ゲート端子4012に実質的にVinの電圧が供給されるとスイッチオンし、ゲート端子4012に実質的にVminの電圧を供給されるとスイッチオフするように構成される。ソース端子4011は、第12の接続線402を介して、第十の接続点403に接続される。第三のダイオード404は、二つの端部を有し、順方向がグラウンド405からトランジスタ401のソース端子4011に接続された第十の接続点403に向くように、第一の端部はグラウンド405に接続し、第二の端部は第十の接続点403に接続する。二つの端部を有する第三のインダクタ407は、第一の端部が第十の接続点403に接続し、第二の端部は第11の接続点408に接続する。第11の接続点408は、第13の接続線410を介して、Vout端子412に接続する。
【００３４】
第三のキャパシタ409は、二つの端部を有し、第一の端部は第13の接続線410を介してVout端子412に接続し、第二の端部はグラウンド405に接続する。
【００３５】
出力電圧Voutは、第13の接続線410を介して、Vout端子412に出力される。そして、第三の負荷411がVout端子412とグラウンド405の間に接続可能である。
【００３６】
図3と図4に示すゲートドライバ回路とDC/DCコンバータの実施例において、トランジスタは、例えばMESFETなどのNチャネルデプレションモード型で実現される。MMICまたはRFIC製造プロセスにおいて実現可能であれば、他の種類のトランジスタも利用可能である。つまり、ゲートドライバ回路とDC/DCコンバータの双方のトランジスタは、MMICまたはRFICプロセスによる製造に適している必要がある。本発明にかかる決定的な要因は、ゲートドライバ回路および/またはDC/DCコンバータのトランジスタが、MMICまたはRFIC製造プロセスで製造可能であり、かつ、MMICまたはRFICチップに集積可能であことである。
【００３７】
従って、ゲートドライバ回路は、トランジスタがMMICプロセス（モノリシックマイクロ波集積回路）またはRFICプロセス（高周波集積回路）による製造に適したトランジスタの形態をとるように設計可能である。さらに、ゲートドライバ回路のトランジスタがMMICチップまたはRFICチップに集積されるように設計可能である。
【００３８】
図4のDC/DCコンバータは一つのトランジスタを備える。しかし、他のDC/DCコンバータの構成は、例えば幾つかのトランジスタの合体を使用することが可能である。その一つの例は、各端子が接続され、かつ、共通のゲート端子にスイッチング電圧を入力する並列の二つのトランジスタを使用することである。この構成は、より高電力を負荷に出力する場合に好ましい。
【００３９】
図4の実施例は、部品としてインダクタ、ダイオード、キャパシタを備える。これら部品は、さらなる部品の回路網を備え、これら部品の特性は、安定した出力電圧を最適化するように選択される。この所望の機能は、部品の他の組み合わせによっても実現される。部品は、所望の機能を達成するのであれば、能動または受動の任意の種類の電子部品でよい。DC/DCコンバータのさらなる部品の回路網の少なくとも一つの部品は、MMICチップまたはRFICチップに集積される。
【００４０】
本発明は、上述したように、電力変換装置をさらに提供し、電力変換装置は、上述したゲートドライバ回路とDC/DCコンバータを備える。ゲートドライバ回路は、DC/DCコンバータにスイッチング電圧を供給するように構成される。
【００４１】
電力変換装置のゲートドライバ回路とDC/DCコンバータの双方は、少なくとも一つのトランジスタ(301、302、303、401)と、少なくとも一つのさらなる部品(315、321、404、407、409)を備える。DC/DCコンバータは、入力電圧Vinを出力電圧Voutに変換し、Voutを第三の負荷411に供給するように構成される。前記トランジスタは、MMICプロセスまたはRFICプロセスによる製造に適したトランジスタの形態をとる。トランジスタ(301、302、303、401)は、ゲートドライバ回路およびDC/DCコンバータの双方で使用されるように設計される。さらに、ゲートドライバ回路およびDC/DCコンバータのトランジスタ(301、302、303、401)は、MMICチップまたはRFICチップに集積されるように設計される。
【００４２】
本発明は、通常、1GHzまでの、および、1GHz超のスイッチング周波数で実現可能である。
【００４３】
本発明は、上記の実施例に限定されず、添付する請求項の範囲内で自由に変化してもよい。図面に関する記載はMMICだけを示すが、図面に示したものと同じ回路設計はRFICに対しても有効である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１Ａ】従来技術のDC/DCコンバータを概略的に示す図、
【図１Ｂ】相補型トランジスタに関して、ゲート電圧の関数としてドレイン電流を示す図、
【図２】変圧器の使用に基づく、別の従来技術のDC/DCコンバータを概略的に示す図、
【図３】本発明のゲートドライバ回路を概略的に示す図、
【図４】図3に従うゲートドライバ回路とともに使用するのに適したDC/DCコンバータを概略的に示す図である。
【図１Ａ】
2008306919.tif 000003
【図１Ｂ】
2008306919.tif 000004
【図２】
2008306919.tif 000005
【図３】
2008306919.tif 000006
【図４】
2008306919.tif 000007
【外国語明細書】
[Title of Invention]
Integrated Power converter and gate driver circuit
[Field of the Invention]
The present invention relates to the field of gate drivers for 
operating transistor switches in DC/DC converters and in particular to 
the field of integrating DC/DC converters and gate drivers in 
Microwave Monolithic Integrated Circuit (MMIC) or Radio Frequency 
Integrated Circuit (RFIC) technology.
[Prior art solutions]
DC/DC converters are commonly used in electronics today for changing 
the voltage or the polarity of the feeding electric power.  The 
simplest converter is a linear converter comprising one or several 
resistors in series with the DC source, dividing the voltage over the 
resistors.  A common type of switched DC/DC converters applies a DC 
voltage across an inductor with a certain frequency.  Typical 
frequencies are around 100-500 kHz.  When the voltage is applied over 
the inductor, current flows through the inductor and electromagnetic 
energy is stored in the inductor.  When the voltage across the 
inductor is cut off, the energy stored in the inductor will flow 
through the load connected to the output of the DC/DC converter.  
Ideally the input voltage to the DC/DC converter Vin relates to the 
output voltage of the converter Vout as the total cycle time T relates 
to the time voltage is applied across the inductor ton, i.e.
Vin/Vout = T/ton
By varying the on/off time of voltage over the inductor the output 
voltage of the DC/DC converter can be varied.  This relation is valid 
for so called step down converters where the output voltage is 
decreased in relation to the input voltage.
There are also DC/DC converters available that can increase the output 
voltage in relation to the input voltage or that can change the 
polarity.  Some examples of converter types are Buck, Boost, Buck-
boost, Flyback, Push-pull and Sepic.  They are all based on the 
principle of storing energy over an inductor during a first cycle and 
then releasing the energy during a second cycle.  A transistor is used 
for switching the current flow to the inductor on and off.  To do this 
work the transistor needs a switching voltage applied to its base or 
gate terminal.  This switching voltage is supplied by a gate driver 
circuit as will be explained below.
Figure 1A shows a prior art DC/DC converter 100 with two transistors 
T1 and T2, 101 and 102, connected in series between a ground 103 and a 
voltage input 104 of the DC/DC converter with a potential Vin.  Each 
transistor has three terminals, gate, source and drain.  The gate 
terminals 105 and 106 of the transistors are connected to a first 
connection point 107.  The source terminal 108 of the transistor T2, 
102, is connected to the ground 103.  The drain terminal 109 of the 
transistor T2 is connected to the source terminal 111 of the 
transistor T1, 101, via a first connection line 110 and the drain 
terminal 112 of the transistor T1 is connected to the input voltage 
Vin at the voltage input 104.  A first diode 113 is connected between 
the ground and a second connection point 118.  The second connection 
point 118 is connected to the drain terminal 109 of the transistor T2 
via a second connection line 119.  Forward direction of the diode is 
from the ground to the second connection point 118.  A first inductor 
is 114 is connected between the second connection point 118 and a 
third connection point 115.  Finally a first capacitor 116 and a first 
load 117 are connected in parallel between the ground and the third 
connection point 115.  An output voltage Vout is thus supplied across 
the load 117.  The transistor T1 is of type P-channel enhancement mode 
and the transistor T2 of a type called N-channel depletion mode.  The 
characteristics of these transistor types are shown in the diagram of 
figure lb with gate voltage Vg on a horizontal axis 123 and drain 
current Id on a vertical axis 124.  The drain current through the 
transistor T1 is shown with a curve 121 and the corresponding current 
through the transistor T2 is shown with a curve 122.  As can be seen 
the current through the transistor T1 increases with decreased gate 
voltage while current through the transistor T2 increases with 
increased gate voltage.  These transistors are therefore called 
complementary transistors.  The gate voltage Vg at which the drain 
current Id is zero is called the pinch-off voltage.  The first 
connection point 107 is fed by a square wave pulse varying between 0V 
and a negative voltage supplied by a pulse generator 130 via a first 
resistor 131 being an inner resistance of the pulse generator 130.  At 
negative input voltage the transistor T2 will be switched off and the 
transistor T1 will be switched on, current will in this first phase 
flow through the transistor T1, the second connection point 118 will 
assume a potential close to Vin and causing current to flow through 
the first inductor 114 and the first load 117.  At 0V input voltage 
the transistor T1 will be switched off and the transistor T2 will be 
switched on causing the second connection point 118 to assume a value 
close to ground potential.  In this second phase electromagnetic 
energy stored in the first inductor during the first phase will cause 
current to flow through the first load and the first diode.  This 
second phase is also called the freewheel phase.
Another prior art solution for a DC/DC converter 200 is shown in 
figure 2 using a transformer, making it possible to use only one 
transistor.  The transformer 201 has a primary winding 202 and a 
secondary winding 203.  The primary winding is fed by a square wave 
pulse varying between 0V and a negative voltage supplied by a pulse 
generator 204 via a second resistor 205 being the inner resistance of 
the pulse generator 204.  The secondary winding 203 having two ends, 
the first end is connected to a source terminal 206 and the second end 
to a gate terminal 207 of a transistor T3, 208.  Drain terminal 209 of 
the transistor T3 is connected to an input voltage Vin at a point 210.  
A second diode 211 is connected between a ground 214 and the source 
terminal 206 with forward direction from the ground 214 to the source 
terminal 206.  A second inductor 212 is connected between the source 
terminal 206 and a fourth connection point 213.  Finally a second 
capacitor 215 and a second load 216 are connected in parallel between 
the ground 214 and the fourth connection point 213.  The transistor T3 
is of P-channel enhancement type or N-channel depletion type.  The 
varying gate voltage will cause the transistor T3 to be switched on 
and off which means that the source terminal will assume a positive 
voltage Vin and a negative voltage.  When the transistor T3 is 
switched on current will flow through the second inductor 212 and the 
second load 216.  When the transistor T3 is switched off 
electromagnetic energy stored in the second inductor 212 during the 
phase when the transistor is switched on will cause current to flow 
through the second load and the second diode.  This is also called the 
freewheel phase.
In both prior art solutions described above the switch transistors T1, 
T2 and T3 in the DC/DC converters are switched on and off by a 
switching voltage provided by a pulse generator including also a 
transformer in the example of figure 2.  Henceforth in the description 
a gate driver is defined as a circuit providing a switching voltage to 
the DC/DC converter causing the switching transistor or transistors in 
the DC/DC converter to be switched on and off.  In the example of 
figure 1 the gate driver comprises the pulse generator and in the 
example of figure 2 the gate driver comprises the pulse generator and 
the transformer.
In many applications today there is a need for DC/DC converters having 
high switching frequencies at high voltages and being able to supply 
high power with good thermal efficiency.  The Monolithic Microwave 
Integrated Circuit (MMIC) technology is well suited to meet these 
requirements.  However also RFIC (Radio Frequency Integrated Circuit) 
can be used even if this process can not be used at as high 
frequencies as MMIC.  In many applications where an RF-amplifier is 
made in an MMIC chip or RFIC chip it would be desirable to integrate 
also a DC/DC converter and gate driver in the same chip.
However gate drivers of today are made of discrete components and 
DC/DC converters are often based on using complementary transistors 
and /or transformers not allowing integration in MMJC or RFIC.  These 
solutions are also space consuming and relatively slow.
US 2005/0242795 Al discloses an MMIC DC/DC converter fabricated in 
GaAs technology.  A drawback with this solution is that it does not 
allow a high power output.
Thus there is a need for an improved alternative solution for a 
compact and fast gate driver circuit and DC/DC converter possible to 
integrate in MMIC or RFIC and allowing at the same time a high output 
power from the DC/DC converter where the transistors are realized in 
an MMIC or an RFIC manufacturing process.  There is also a need for a 
power converter comprising the gate driver circuit and the DC/DC 
converter.
[Summary of the invention]
The object of the invention is to remove at least some of the above 
mentioned deficiencies with prior art solutions and to provide a gate 
driver circuit to solve the problem of providing an improved 
alternative solution for a compact and fast gate driver circuit and 
DC/DC converter possible to integrate in MMIC or RFIC and at the same 
time allow a high output power from the DC/DC converter where the 
transistors are realized in an MMIC or an RFIC manufacturing process.
The object is achieved by providing a gate driver circuit, the gate 
driver circuit being suitable for, and arranged to supply a DC/DC 
converter with a switching voltage.  The gate driver circuit comprises 
at least one transistor and at least one further component wherein the 
design of the gate driver circuit comprises three transistors T4, T5 
and T6 each comprising a source terminal, a gate terminal and a drain 
terminal and designed such that the transistors T4 and T5 are arranged 
in parallel, the drain terminal of T4 is connected to the gate 
terminal of T6 and the source terminal of T6 is connected to the drain 
terminal of T5 via at least one further component and the source 
terminals of T4 and T5 are connected.
A further advantage of the invention is that it provides a power 
converter wherein the power converter comprises the gate driver 
circuit according to any of the claims for a gate driver circuit and 
the DC/DC converter.  The gate driver circuit is arranged to supply 
the DC/DC converter with a switching voltage.
An advantage of the invention is that it can be implemented using RFIC 
or MMIC and at the same time provide a high output power from the 
DC/DC converter.  The invention will henceforth mainly be described 
with reference to MMIC.  The MMIC can be used at higher frequencies 
than the RFIC.
The further component can be any type of electronic component, active 
or passive, as will be described in the detailed description.
The DC/DC converter can be of any type such as Buck, Boost, Buck-
boost, Flyback, Push-pull and Sepic as long as they do not include 
components not possible to include in MMIC, like e.g. transformers.
An advantage with the invention is that it allows for integration of a 
power converter providing a high output power from the DC/DC converter 
and comprising the gate driver circuit and the DC/DC converter in one 
and the same MMIC chip thus making the design very compact.  A further 
advantage is the good thermal efficiency that can be obtained.
Additionally the invention also has the advantage of allowing 
integration of a gate driver circuit in an MMIC chip.
A further advantage with using MMIC technology used in some 
embodiments of the invention is that some of the MMIC processes allow 
using high voltages and high power with good thermal efficiency.  In a 
typical application, using a SiC in the MMIC process, Vin can be 60V 
and Vout 40V.  However other values of Vin and Vout can be used within 
the scope of the invention.
Further advantages can be achieved by implementing one or several of 
the features of the dependent claims, over and above those mentioned 
above.
[Description of an embodiment of the invention]
The invention will now be described in detail with reference to the 
drawings and some examples on how to implement the invention.
Figure 1-2 has been explained in association with Background art 
above.
Figure 3 schematically shows an embodiment of a gate driver circuit 
300 according to the invention with batteries 304, 305, 324 and a 
pulse generator 310.  The batteries and the pulse generator with its 
inner resistance being symbolized with a third resistor 311 are not 
part of the gate driver circuit but are only shown here for clarity 
reasons when explaining the function of the gate driver circuit.  The 
gate driver circuit comprises three transistors T4-T6, 301-303.  These 
transistors are of type N-channel depletion mode as these transistors 
have good RF properties. Preferably MESFET (Metal semiconductor Field 
Effect Transistor) transistors are used which is of N -channel 
depletion type but faster than silicon based JFET (Junction gate Field 
Effect Transistor) or MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect 
Transistor).  MESFET transistors are also manufactured according to 
the same process as MMIC.  Each transistor has three terminals; 
source, gate and drain.  The transistor T4, 301, has a source terminal 
3011, a gate terminal 3012 and a drain terminal 3013.  The transistors 
T5, 302, and T6, 303, have corresponding terminals.  The general 
concept of the design of the gate driver circuit is that the 
transistors T4 and T5 are working in parallel, the drain terminal of 
T4 is connected to the gate terminal of T6 and the source terminal of 
T6 is connected to the drain terminal of T5 via a further component 
and the source terminals of T4 and T5 are connected.
MMIC has good RE properties and can be used in a frequency range up to 
300 GHz.  MMIC circuits are e.g. manufactured from Gallium Arsenide, 
Indium Phospfide, Silicon Germanium or Silicon carbide.  DC/DC 
converters integrated in MMIC and made in this material allow very 
fast switching frequencies.  MMIC can be manufactured using various 
types of technology, for example, MESFET process (Metal semiconductor 
Field Effect Transistor) or pHEMT (pseudomorphic High Electron 
Mobility Transistor).  By using the MMIC technology it will be 
possible to use high switching frequencies, which leads to smaller 
DC/DC converters.  One or several gate driver circuits, 
DC/DC-converters and other electronic circuits and/or components can 
be integrated in an MMIC chip.  This is advantageous in applications 
where distributed power conversion is needed.
The embodiment of figure 3 will now be described more in detail.  A 
negative voltage -V1, being the so called pinch-off voltage for the 
transistor, in relation to a ground potential being zero Volt is 
applied to the gates 3012 and 3022 of the transistors T4 and T5 by 
means of the batteries 304 and 305 having a first terminal to a ground 
306 and a second terminal connected to the gate terminals 3012 and 
3022 through a third and fourth connection line 307 and 308.  The 
source terminals 3011 and 3021 are connected together through a fifth 
connection line 309 and the pulse generator 310 having two terminals, 
one connected to the ground 306 and the other via the third resistor 
311 to a fifth connection point 312 on the fifth connection line 309.  
The pulse generator switches between a maximum voltage Vmax and a 
minimum voltage Vmin.  The pulse generator is designed such that it 
delivers Vmax/Vmin to the fifth connection point 312.  In this example 
Vmax is 0 Volt and Vmin is -V2 Volt.  The value of V2 is the same as 
the value of V1 in this embodiment.  The drain terminal 3013 of the 
transistor T4 is connected to the drain terminal 3033 of the 
transistor T6 via a sixth connection line 313, a fifth resistor 315 
and a seventh connection line 317.  The fifth resistor 315 having two 
ends, one end connected to the sixth connection line 313 at a sixth 
connection point 314 and the other end to the seventh connection line 
317 at a seventh connection point 316.  The drain terminal 3013 of the 
transistor T4 is also connected to the gate terminal 3032 of the 
transistor T6 via the sixth connection line 313, the sixth connection 
point 314 and an eighth connection line 318.  The drain terminal 3023 
of the transistor T5 is connected to an eighth connection point 320 
via a ninth connection line 319.  The source terminal 3031 of the 
transistor T6 is also connected to the eighth connection point 320 via 
a fourth resistor 321, a ninth connection point 322 and a tenth 
connection line 323.  A fourth resistor 321, having two ends, is 
connected between the source terminal of the transistor T6 and the 
drain terminal of the transistor T5 via the ninth connection point 
322, the tenth connection line 323, the eighth connection point 320 
and the ninth connection line 319.  Finally a battery 324 is connected 
between the ground 306 and an eleventh connection line 325 thus 
supplying a positive voltage Vin via the eleventh connection line 325, 
the seventh connection point 316 and the seventh connection line 317 
to the drain terminal 3033 of the transistor T6.
In the embodiment of figure 3 the further components comprises the 
fourth and fifth resistor 321 and 315.
The transistors T4-T6 are preferably of type N-channel depletion mode 
like e.g. MESFET transistors.  Other types of MMIC-processes with N-
channel type of transistors can also be used.
As stated earlier the purpose with the gate driver circuit is to 
supply a switching voltage to the DC/DC converter.  In the embodiment 
of figure 3 with MESFET transistors this is accomplished as follows.  
The transistors T4 and T5 will be switched on when the pulse generator 
310 supplies the source terminals 3011 and 3021 with the negative 
voltage V2 through the third resistor 311 and the fifth connection 
line 309.  This is due to the fact that there will be a potential of 
0V between the gate terminal 3012 and the source terminal 3011 and 
between the gate terminal 3022 and the source terminal 3021 as the 
gate terminals are fed with -V1=-V2 in this embodiment.  As can be 
seen in figure 1B, curve 122, the transistors will be switched on and 
deliver a drain current at zero gate voltage.  This will cause the 
eighth connection point 320 to assume a value of around -V2 if the 
minor voltage drop across the transistor T5 is neglected.  At the same 
time, when the transistor T4 is switched on, the pulse generator 310 
will supply the gate terminal 3032 of the transistor T6 with the 
negative voltage -V2 (neglecting voltage drop across the transistor 
T4).  The value of the fourth resistor 321 will be chosen such that 
there will be a small current through transistor T6, i.e. the gate 
voltage of the transistor T6 will be close to the pinch-off voltage.  
A voltage drop V3 over the fourth resistor 321 will cause the gate 
voltage of transistor T6 to come close to the pinch-off voltage. This 
effect can, in other embodiments, be accomplished with other further 
components. This means that the fourth resistor 321 can be replaced 
with one or several further components as long as this component or 
these components achieve the working point of the transistor to come 
close to the pinch-off voltage of the transistor T6.
When the pulse generator delivers 0V to the source terminal 3011 and 
3021 via the third resistor 311, the fifth connection point 312 and 
the fifth connection line 309, the transistors T4 and T5 will be 
switched off as there now will be a negative potential of -V1 between 
on the one hand the gate terminal 3012 and the source terminal 3011 
and on the other hand between the gate terminal 3022 and the source 
terminal 3021.  This means that the potential at the gate 3032 will 
increase from about -V2 to about Vin (minus a voltage drop over the 
fifth resistor 315 which will be minor as the current through the gate 
3032 is very low).  The transistor T6 will be fully switched on and 
deliver the potential Vin to the eighth connection point 320, minus a 
voltage drop V4 across the fourth resistor 321 and the transistor T6.  
The voltage drop V4 will be minor when the transistor T6 is fully 
switched on and transistors T4 and T5 switched off as the eighth 
connection point 320 will be connected to a gate terminal of a 
transistor in the DC/DC converter (as will be explained in association 
with figure 4) which has a very high impedance.  The gate driver 
circuit will thus deliver a switching voltage for the DC/DC converter 
at the eighth connection point 320 that will vary between -V2 and Vin.  
Typical values for an application with the DC/DC converter supplying 
an RF amplifier, all integrated in MMIC using SiC, can be Vin=60V and 
V2=-25V.  Other voltages, higher or lower, are also possible within 
the scope of the invention, V2 can e.g. preferably be around -5V to 
-10V in other embodiments.
The gate driver circuit comprises transistors and further components.  
In the embodiment of figure 3 the further components comprises of two 
resistors, 315 and 321.  The characteristics of the resistors are 
chosen such that suitable potentials and currents are obtained within 
the gate driver circuit.  This desired function can also be realized 
by other combinations of further components.  The further components 
can be any type of electronic components, active or passive, as long 
as the desired function is achieved.  Each resistor can for example be 
replaced with a number of resistors connected in series, or each 
resistor can be connected in series with two opposite directed diodes 
in parallel.  However any other way to realize the desired function 
using the further components is within the scope of the invention.
Figure 4 schematically shows one embodiment of a DC/DC converter 400.  
The DC/DC-converter comprises a transistor T7, 401, having a source 
terminal 4011, a gate terminal 4012 and a drain terminal 4013.  The 
transistor is of type N-channel depletion mode.  The gate terminal 
4012 is connected to the gate driver circuit in the eighth connection 
point 320 thus receiving the required switching voltage.  The drain 
terminal 4013 is connected to the seventh connection point 316 thus 
being supplied with the input voltage Vin.  The transistor T7, 401, is 
arranged to be switched on when the gate terminal 4012 is supplied 
with a voltage being substantially Vin and to be switched off when the 
gate terminal 4012 is supplied with a voltage being substantially 
Vmin.  The source terminal 4011 is via a twelfth connection line 402 
connected to a tenth connection point 403.  A third diode 404 having 
two ends and being connected to ground at the first end and to a tenth 
connection point 403 at the second end, the tenth connection point 403 
being connected to the source terminal 4011 of transistor 401, such 
that the forward direction of the third diode is from the ground 405 
to the tenth connection point 403.  A third inductor 407 having two 
ends and being connected to the tenth connection point 403 at the 
first end and to an eleventh connection point 408 at the second end, 
the eleventh connection point 408 being connected to the Vout terminal 
412 via a thirteenth connection line 410.
A third capacitor 409 having two ends and being connected to the Vout 
terminal 412 via the thirteenth connection line (410) at the first end 
and to the ground 405 at the second end.
An output voltage Vout is delivered to a Vout terminal 412 via a 
thirteenth connection line 410.  A third load 411 can then be 
connected between the Vout terminal 412 and the ground 405.
In the embodiments shown in figures 3 and 4 for a gate driver circuit 
and a DC/DC converter, the transistors have been realized with N-
channel depletion mode type as e.g. MESFET.  Other types of 
transistors can also be used as long as they can be realized in an 
MMIC or RFIC manufacturing process, i.e. the transistors in both the 
gate driver circuit and the DC/DC converter should be suitable for 
being manufactured in an MMIC or an RFIC process.  The decisive factor 
according to the invention is that the transistors in the gate driver 
circuit and/or the DC/DC converter can be manufactured in an MMIC or 
RFIC manufacturing process and be integrated in an MMIC or an RFIC 
chip.
The gate driver circuit can thus be designed such that the transistors 
are in the form of transistors being suitable for being manufactured 
in an MMIC-process (Monolithic Microwave Integrated Circuit) or an 
RFIC-process (Radio Frequency Integrated Circuit) and such that the 
transistors in the gate driver circuit are integrated in an MMIC chip 
or an RFIC chip.
The DC/DC converter of figure 4 comprises one transistor.  However 
other configurations for the DC/DC converter can be used incorporating 
e.g. several transistors.  One such example is using two transistors 
in parallel with their respective terminals connected and feeding the 
switching voltage to the common gate terminal.  This configuration is 
preferable when higher power shall be delivered to the load.
The embodiment of figure 4 comprises following components: an 
inductor, a diode and a capacitor.  These components comprise a 
network of further components and the characteristics of these 
components are chosen such as to optimize a stable output voltage.  
This desired function can also be realized by other combinations of 
components.  The components can be any type of electronic components, 
active or passive, as long as the desired function is achieved.  At 
least one of the components in the network of further components of 
the DC/DC converter is integrated in the MMIC chip or the RFIC chip.
The invention also provides a power converter as mentioned above, the 
power converter comprises the gate driver circuit as described above 
and the DC/DC converter.  The gate driver circuit is arranged to 
supply the DC/DC converter with a switching voltage.
Both the gate driver circuit and the DC/DC converter of the power 
converter comprises at least one transistor (301, 302, 303, 401) and 
at least one further component (315, 321, 404, 407, 409), the DC/DC 
converter being arranged to convert an input voltage Vin to an output 
voltage Vout and to supply Vout to a third load (411), said 
transistors are in the form of transistors being suitable for being 
manufactured in an MMIC-process or an RFIC-process and designed such 
that the transistors (301, 302, 303, 401) are used both in the gate 
driver circuit and the DC/DC converter and that the transistors (301, 
302, 303, 401) in the gate driver circuit and the DC/DC converter are 
integrated in an MMIC chip or RFIC chip.
The invention can typically be implemented with switching frequencies 
up to and above 1GHz.
The invention is not limited to the embodiments above, but may vary 
freely within the scope of the appended claims.  The description in 
relation to the figures only refer to MMIC but the same circuit design 
as shown in the figures is valid also for RFIC.
[List of figures]
Figure 1A schematically shows a prior art DC/DC converter.
Figure 1B shows a diagram of drain current as a function of gate 
voltage for complementary transistors.
Figure 2 schematically shows another prior art DC/DC converter based 
on the use of a transformer.
Figure 3 schematically shows the gate driver circuit according to the 
invention.
Figure 4 schematically shows a DC/DC converter suitable for use with 
the gate driver circuit according to figure 3.
1. A gate driver circuit (300), the gate driver circuit being suitable 
for, and arranged to supply a DC/DC converter (400) with a switching 
voltage, the gate driver circuit comprising at least one transistor 
(301, 302, 303) and at least one further component (315, 321), 
characterized in that the design of the gate driver circuit comprising 
three transistors T4 (301), T5 (302) and T6 (303) each comprising a 
source terminal, a gate terminal and a drain terminal and designed 
such that the transistors T4 (301) and T5 (302) are arranged in 
parallel, the drain terminal of T4 is connected to the gate terminal 
of T6 (303) and the source terminal of T6 is connected to the drain 
terminal of T5 via at least one further component (321) and the source 
terminals of T4 and T5 are connected.
2. A gate driver circuit (300) according to claim 1, characterized in 
that the gate driver circuit (300) is designed such that the 
transistors (301, 302, 303) are in the form of transistors being 
suitable for being manufactured in an MMIC-process (Monolithic 
Microwave Integrated Circuit) or an RFIC-process (Radio Frequency 
Integrated Circuit) and that the transistors (301, 302, 303) in the 
gate driver circuit are integrated in an MMIC chip or an RFIC chip.
3. The gate driver circuit according to claim 1 or 2, characterized in 
that the transistors are of type N-channel depletion mode.
4. The gate driver circuit according to any one of claims 1-3, 
characterized in that the transistors are Metal semiconductor Field 
Effect Transistors (MESFET).
5. The gate driver circuit according to any one of claims 1-4, 
characterized in that the gate driver circuit comprises:
・the three transistors T4, T5 and T6 (301-303) each with a source 
terminal, a gate terminal and a drain terminal and that
・the source terminals of the transistors T4 and T5 (301, 302) are 
connected through a fifth connection line (309)
・the source terminal of the transistor T6 (303), via the further 
component (321), and the drain terminal of the transistor T5 (302) are 
connected to an eighth connection point (320)
・the drain terminal of the transistor T4 (301) is in galvanic 
contact with the gate terminal of the transistor T6 (303)
・the drain terminal of the transistor T6 (303) is arranged to be 
supplied with a voltage Vin and
・the source terminals (3011, 3021) of the transistors T4 and t5 
(301, 302) are arranged to receive voltage pulses switching between a 
minimum value Vmin and a maximum value Vmax via the fifth connection 
line (309);
and that the transistors T4, T5 and T6 furthermore are arranged such 
that:
when the gate terminals of the transistors T4 and t5 (301, 302) are 
arranged to be supplied with voltages such that the transistors T4 and 
T5 (301, 302) are switched on, substantially the minimum voltage Vmin 
is arranged to be supplied to the eighth connection point (320) and 
when the gate terminals of the transistors T4 and T5 (301, 302) are 
arranged to be supplied with voltages such that the transistors T4 and 
T5 are switched off, substantially the voltage V is arranged to be 
supplied to the eighth connection point (320) through the transistor 
T6 (303) thus providing the switching voltage, varying between Vmin 
and Vin, at the eighth connection point (320).
6. The gate driver circuit according to any one of claims 1-5, 
characterized in that the at least one further component is an 
electronic component, active or passive.
7. The gate driver circuit according to claim 6, characterized in that 
the at least one further component of the gate driver circuit 
comprises:
・a fifth resistor (315) having two ends and being in galvanic 
contact with the drain terminal (3013) at the first end and in 
galvanic contact with drain terminal (3033) at the second end and
・a fourth resistor (321) having two ends and being in galvanic 
contact with the source terminal 3031 at the first end and in galvanic 
contact with the eighth connection point (320) at the second end.
8. The gate driver circuit according to claim 7, characterized in that 
the characteristics of the resistors are chosen such that suitable 
potentials and currents are obtained within the gate driver circuit.
9. The gate driver circuit according to any one of claims 1-8, 
characterized in that at least one of the further components of the 
gate driver circuit is integrated in the MMIC chip or the RFIC chip.
10. A power converter, characterized by comprising the gate driver 
circuit (300) according to any one of claims 1-9 and the DC/DC 
converter (400), the gate driver circuit is arranged to supply the 
DC/DC converter with a switching voltage.
11. A power converter according to claim 10, characterized in that 
both the gate driver circuit and the DC/DC converter comprise at least 
one transistor (301, 302, 303, 401) and at least one further component 
(315, 321, 404, 407, 409), the DC/DC converter being arranged to 
convert an input voltage Vin to an output voltage Vout and to supply 
Vout to a third load (411), said transistors are in the form of 
transistors being suitable for being manufactured in an MMIC-process 
or an RFIC-process and designed such that the transistors (301, 302, 
303, 401) are used both in the gate driver circuit and the DC/DC 
converter and that the transistors (301, 302, 303, 401) in the gate 
driver circuit and the DC/DC converter are integrated in an MMIC chip 
or RFIC chip.
12. The power converter according to claim 11, characterized in that 
the DC/DC converter comprises:
・at least one transistor T7 (401) each with a source terminal, a 
gate terminal and a drain terminal
・the at least one further component (404, 407, 409) and that
・the drain terminal of the transistor (401) arranged to be supplied 
with an input voltage V at the seventh connection point (316)
・the gate terminal (4012) of transistor (401) arranged to be 
connected to the switching voltage at the eighth connection point 
(320)
・the source terminal of the transistor T7 (401) arranged to deliver 
an output voltage Vout between a ground (405) and a Vout terminal 
(412) via a network of further components
and that the transistor T7 (401) is arranged to be switched on when 
the gate terminal (4012) is supplied with a voltage being 
substantially Vin and to be arranged to be switched off when the gate 
terminal (4012) is supplied with a voltage being substantially Vmin.
13. The power converter according to claim 12, characterized in that 
the network of further components of the DC/DC converter comprises:
・a third diode (404) having two ends and being connected to ground 
at the first end and to a tenth connection point (403) at the second 
end, the tenth connection point (403) being connected to the source 
terminal (4011) of transistor (401), such that the forward direction 
of the third diode is from the ground (405) to the tenth connection 
point (403),
・a third inductor (407) having two ends and being connected to the 
tenth connection point (403) at the first end and to an eleventh 
connection point (408) at the second end, the eleventh connection 
point (408) being connected to the Vout terminal (412) via a 
thirteenth connection line (410) and
・a third capacitor (409) having two ends and being connected to the 
Vout terminal (412) via the thirteenth connection line (410) at the 
first end and to the ground (405) at the second end.
14. The power converter according to claim 13, characterized in that 
the values of the components in the network of further components are 
chosen such as to optimize a stable output voltage.
15. The power converter according to any one of the claims 10-14, 
characterized in that at least one of the components in the network of 
further components of the DC/DC converter are integrated in the MMIC 
chip or the RFIC chip.
[Abstract]
The invention provides a gate driver circuit arranged to supply a 
DC/DC converter with a switching voltage.  Both the gate driver 
circuit and the DC/DC converter comprise at least one transistor and 
at least one further component.  The DC/DC converter is arranged to 
convert an input voltage Vin to an output voltage Vout and to supply 
Vout to a load.  The invention also provides a power converter 
comprising the gate driver circuit and the DC/DC converter.  The 
gate driver circuit can be designed such that the transistors are in 
the form of transistors being suitable for being manufactured in an 
MMIC-process (Monolithic Microwave Integrated Circuit) or an 
RFIC-process (Radio Frequency Integrated Circuit).
[Representative Drawing]
Figure 3.
【図1A】
2008306919.tif 000008
【図1B】
2008306919.tif 000009
【図2】
2008306919.tif 000010
【図3】
2008306919.tif 000011
【図4】
2008306919.tif 000012