(57)【要約】ソレノイドコイル９２などの誘導性負荷のドライバは、３つのＦＥＴ４，６，８を含む。ＦＥＴのうちの２つは、バッテリ端子１８と出力端子１６との間で逆に接続され、ＦＥＴのうちの１つは、出力端子１６と接地端子１４との間に接続される。高側及び低側制御回路５８，５６を有する駆動回路１０は、２つのＦＥＴ４，６とともに共通基板に形成される。使用時、コイル９２は、出力端子１６に接続され、コイル９２の電流が矢印１００によって示されるように増加する活性化モード、矢印１０２によって示されるように自由に電流が循環するフリーホイールモードに駆動され、その後にオフに切り換わることができる。逆に接続されたＦＥＴは、活性化モードにおいて双方の短絡が回避されることを可能とし、コイルが素早くオフに切り換わることを可能とする。制御回路が幾つかのＦＥＴとともに共通基板に形成されるにもかかわらず、この構成によりＦＥＴが適正に駆動されることが可能となる。
2006523993.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧バッテリ出力及び接地バッテリ出力とのそれぞれの接続のためのバッテリ端子及び接地端子と、
コイルを駆動する出力端子と、
ソース、ゲート及びドレインを有する活性化ＦＥＴと、
ソース、ゲート及びドレインを有する制御ＦＥＴと、
ソース、ゲート及びドレインを有するフリーホイールＦＥＴと、
を有し、
前記活性化ＦＥＴは、前記出力端子と前記接地端子との間においてソース及びドレインと接続され、前記制御ＦＥＴ及びフリーホイールＦＥＴは、前記バッテリ端子と前記出力端子との間に直列に接続され、前記制御ＦＥＴ及びフリーホイールＦＥＴのソース及びドレインは、直列の前記制御ＦＥＴ及び前記フリーホイールＦＥＴを通じて流れる電流が前記制御ＦＥＴ及び前記フリーホイールＦＥＴの一方においてソースからドレインに流れ、当該他方においてドレインからソースに流れるよう逆に構成されている、ドライバ。
【請求項２】
請求項１に記載のドライバであって、前記活性化ＦＥＴのソースは、前記接地端子に接続され、前記ドレインは、前記出力端子に接続され、
前記制御ＦＥＴのドレインは、前記活性化ＦＥＴのドレインと共通して前記出力端子に接続され、
前記フリーホイールＦＥＴのドレインは、前記バッテリ端子に接続され、前記ソースは、前記制御ＦＥＴのソースに接続される、ドライバ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のドライバであって、共通半導体基板を有し、前記制御ＦＥＴ及び前記活性化ＦＥＴのドレインは、前記共通半導体基板に形成され、前記フリーホイールＦＥＴのドレインは、前記共通半導体基板から絶縁されている、ドライバ。
【請求項４】
請求項３に記載のドライバであって、前記共通半導体基板に集積されて形成された制御回路をさらに有し、前記制御回路は、前記バッテリ端子に接続された高電圧電力線及び前記接地端子に接続された低電圧電力線を有し、前記バッテリ端子及び接地端子から前記制御回路に給電する、ドライバ。
【請求項５】
請求項４に記載のドライバであって、前記制御回路は、
前記共通半導体基板に集積され前記制御ＦＥＴ及びフリーホイールＦＥＴのゲートに接続されて当該ＦＥＴを制御するようにした高側制御回路と、
前記共通半導体基板に集積され前記活性化ＦＥＴのゲートに接続されて前記活性化ＦＥＴを制御するようにした低側制御回路と、
を含む、ドライバ。
【請求項６】
請求項４又は５に記載のドライバであって、前記制御ＦＥＴは、前記フリーホイールＦＥＴよりも高いゲート容量を有するように構成され、前記制御回路は、前記活性化モードにおいて前記制御ＦＥＴを十分にオンとし、前記活性化モードからフリーホイールモードに切り換わるときに前記フリーホイールＦＥＴ及び前記制御ＦＥＴのゲートを共に接続するよう構成される、ドライバ。
【請求項７】
請求項４ないし６のうちいずれか１つに記載のドライバであって、前記制御回路は、前記活性化ＦＥＴ、前記制御ＦＥＴ及び前記フリーホイールＦＥＴの１つ以上を保護するための温度及び電圧過負荷保護をさらに有する、ドライバ。
【請求項８】
請求項４ないし７のうちいずれか１つに記載のドライバであって、前記制御回路は、前記活性化ＦＥＴがオンとなり前記フリーホイールＦＥＴがオフとなる活性化モードと、前記活性化ＦＥＴがオフとなり前記制御ＦＥＴ及びフリーホイールＦＥＴの双方がオフとなるフリーホイールモードと、前記活性化ＦＥＴがオフとなり前記制御ＦＥＴがオフとなるリングオフモードとの間で前記ＦＥＴを切り換えるよう構成される、ドライバ。
【請求項９】
請求項３ないし８のうちいずれか１つに記載のドライバであって、前記フリーホイールＦＥＴは、別個の半導体基板に形成されたディスクリートＦＥＴである、ドライバ。
【請求項１０】
電圧バッテリ出力及び接地バッテリ出力とのそれぞれの接続のためのバッテリ端子及び接地端子と、
コイルを駆動する出力端子と、
共通基板に集積され、前記バッテリ端子と前記出力端子との間及び前記接地端子と前記出力端子との間にそれぞれ接続される高側及び低側ドライバＦＥＴと、
前記共通基板の電圧が前記共通半導体基板に集積された接地端子の電圧を少なくとも１Ｖ上回るときに動作可能であり、前記高側ドライバＦＥＴの１つ又は複数を制御するために前記高側ドライバＦＥＴの１つ又は複数のゲートに接続される高側制御回路と、
前記共通基板の電圧が前記共通半導体基板に集積された接地端子の電圧近傍となったときにも動作可能であり、前記低側ドライバＦＥＴの１つ又は複数を制御するために前記低側ドライバＦＥＴの１つ又は複数のゲートに接続される低側制御回路と、
を有するドライバ。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のうちいずれか１つに記載のドライバであって、前記ＦＥＴは、それぞれｎ型である、ドライバ。
【請求項１２】
請求項１ないし１１のうちいずれか１つに記載のドライバと、
前記ドライバのバッテリ端子に接続される電圧バッテリ出力と、前記ドライバの接地端子に接続される接地バッテリ出力とを有するバッテリと、
前記ドライバの出力端子と前記電圧バッテリ出力との間に接続されるコイルと、
を有するコイル制御回路。
【請求項１３】
請求項１２に記載のコイル制御回路であって、前記コイルは、前記コイルの電流によって動作する機械的アクチュエータを有するソレノイドアクチュエータである、回路。
【請求項１４】
コイル制御回路の動作方法であって、
コイルを有するコイル制御回路と、正極性及び負極性出力を有するバッテリと、ドライバとを備え、前記ドライバは、前記バッテリ出力のうちの一方に前記コイルを介して接続される出力端子と、前記出力端子と前記バッテリ出力の他方との間に接続される活性化ＦＥＴと、前記出力端子と前記バッテリ出力の一方との間に直列に逆に接続される同等の伝導型の制御ＦＥＴ及びフリーホイールＦＥＴとを有し、
前記コイルを励磁するために前記活性化ＦＥＴをオンとし前記フリーホイールＦＥＴをオフとする活性化モードへ切り換え、
前記コイルの励磁を保持するために前記活性化ＦＥＴをオフとし前記制御ＦＥＴ及びフリーホイールＦＥＴの双方をオンとするフリーホイールモードへ切り換え、
前記コイルを励磁解除するために前記活性化ＦＥＴをオフとし前記制御ＦＥＴをオフとするリングオフモードに切り換える、
方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の方法であって、前記活性化モードにおいて前記制御ＦＥＴを十分にオンに切り換えることと、前記活性化モードから前記フリーホイールモードへの切り換えのときに、前記フリーホイールＦＥＴをオンに切り換えるよう電荷を分配するために前記フリーホイールＦＥＴ及び前記制御ＦＥＴのゲートを共に接続することとをさらに含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘導性負荷のドライバ、かかるドライバの動作方法及びドライバの製造方法に関する。特に、本発明はソレノイドドライバに関する（但し、これに限定するものではない）。
【背景技術】
【０００２】
誘導性負荷のドライバのための数多くの応用例がある。便宜上、かかる誘導性負荷を以下では「コイル」と呼ぶことにする。特に関連しているのは、コイルによって駆動させられる機械的アクチュエータ、特に自動変速装置の電気機械式制御バルブを有する自動車のソレノイドを駆動する必要性である。
【０００３】
こうした用途のドライバは、３つのモードで動作可能である必要がある。第１のモード（以下、「励磁モード」（又は活性化モード）と呼ぶ）では、ドライバは、当該ドライバにおいてコイルを低い損失で励磁させ可能な限り迅速に出来るだけ多量に利用可能な電源電圧をコイルに供給することができなければならない。自動車のソレノイドの場合、このような迅速な励磁は、機械的出力を素早く作用させるために必要である。
【０００４】
第２のモード（フリーホイールモード）では、ドライバは、コイル電流を再循環すなわちフリーホイール動作させることをこれも当該ドライバにおいて低損失にて可能とし当該コイル電流がゆっくりと減衰するようにしなければならない。
【０００５】
第３のモード（リングオフモード）では、ドライバは、機械的出力を迅速に作動解除するために素早くコイルエネルギを消費させることを可能としなければならない。
【０００６】
使用時には、ドライバは第１のモードにおいて素早くコイルを励磁させその機械的出力を活性化させるために用いられる。短時間の後、当該システムは、当該ドライバが励磁モードとフリーホイールモードとの間で交互に切り替わるパルス幅変調（ＰＷＭ）方式に切り換わる。この態様において、当該システムは、平均コイル電流及び電力消費を減らすとともに機械式アクチュエータの位置を維持する。
【０００７】
アクチュエータを停止位置に戻す必要がある場合、ドライバは、電流を整流して高電圧クランプとし素早くコイルの蓄積エネルギを吸収する。
【０００８】
従来のドライバは、個別にパッケージされたＭＯＳＦＥＴ、バイポーラダイオード及び制御集積回路（ＩＣ）を含みうる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明者が知る集積化に絞られた方策は、制御回路、コイルを励磁（活性化）する低側ＭＯＳＦＥＴ出力段及びＮＰＮバイポーラトランジスタを集積するバイポーラＣＭＯＳＤＭＯＳ（ＢＣＤ）デバイスである。このアプローチの不利な点は、ＢＣＤ処理の高い製造コストと、フリーホイールモードにおけるバイポーラトランジスタの相当な損失を含んでいる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によれば、電圧バッテリ出力及び接地バッテリ出力とのそれぞれの接続のためのバッテリ端子及び接地端子と、コイルを駆動する出力端子と、ソース、ゲート及びドレインを有する活性化ＦＥＴと、ソース、ゲート及びドレインを有する制御ＦＥＴと、ソース、ゲート及びドレインを有するフリーホイールＦＥＴと、を有し、前記活性化ＦＥＴは、前記出力端子と前記接地端子との間においてソース及びドレインと接続され、前記制御ＦＥＴ及び活性化ＦＥＴは、前記バッテリ端子と前記出力端子との間に直列に接続され、当該ＦＥＴは、逆極性のそれらのソース及びドレインと逆接続されているドライバが提供される。
【００１１】
本発明者らは、直列の２つのＦＥＴ、制御ＦＥＴとフリーホイールＦＥＴは、各方向における電流輸送を遮断するよう効率的に機能し、活性化モードにおいて制御ＦＥＴ及びフリーホイールＦＥＴを通じて短絡を回避し、リングオフモードにおいてコイルをオフに切り換えることができることを見出した。これは、ＦＥＴを直列に接続して当該直列のＦＥＴを流れる電流が一方のＦＥＴにおいてドレイン〜ソース方向に通じ他方のＦＥＴにおいてソース〜ドレイン方向に通じるようにすることによって達成される。ソース及びドレインに結合するボディ−ドレインダイオードは、ＦＥＴがオフに切り換えられたときに一方向に電流が流れることを許容する。したがって、逆に接続された直列の２つのＦＥＴを用いることによって、ダイオードのうちの１つだけが電流を伝導し、これによりＦＥＴの対は、電流をオフに切り換えるように共働動作することができる。
【００１２】
さらに、本発明者らは、かかる回路は活性化ＦＥＴ及び制御ＦＥＴが共通の基板に集積されドレインがその出力に共通接続されることを可能にすることを見出した。
【００１３】
本発明は、ＢＣＤ装置に係わる解決策に対しての利点を奏する。先ず、かかる従来技術の装置においては、フリーホイールモードにおける損失が、簡単には減らすことのできないバイポーラ飽和電圧によって支配される。これに対して、本発明において用いられるＦＥＴ技術はこうした問題を回避するものである。第２に、バイポーラトランジスタは、コイルが励磁解除されたときに高レベルのエネルギを吸収するのにあまり適さない傾向もある。
【００１４】
本発明者らは、集積化したソレノイドドライバに対し数多くの選択肢を検討し、高側及び低側ＦＥＴの慣例的な実現形態から逸脱するに至った。フィリップスアプリケーションノートＡＮ０１０４８の“PIP3 TOPFETs for industrial automation”には、ドライバと共に集積されたＦＥＴの最先端の有用な言及が含まれている。
【００１５】
伝統的な高側ｎチャネルＦＥＴデバイスにおいては、基板は、集積化されたＣＭＯＳ制御回路の正極性電源に接続される。このようなＣＭＯＳ技術によって、高側ドライバＦＥＴと共に集積化されるチャージポンプなどの多くの回路機能のコスト面で効率的な実現が可能となる。ＦＥＴのドレインは基板であり、ソースは出力を担う。さらに、このような高側ｎチャネルデバイスは、単一のチップにおいて多数のソース出力を持つことができる。何故なら、共通ドレインが正極性のバッテリ電源に接続されるからである。フィリップスセミコンダクターズの製品ＢＵＫ２１８−５０ＤＹは、このタイプのものである。
【００１６】
伝統的低側ｎチャネルＦＥＴデバイスにおいて、高側ドライバＦＥＴのドレインも基板である。低側デバイスの場合、ドレインは接地電位又はこれに近い電位となりうる出力端子である。これは、追加の正極性電源入力が制御回路を給電するように設けられる必要があることを意味している。さらに、制御回路が自己絶縁するような場合、ｎチャネルＭＯＳ技術及びｎチャネル抵抗だけを用いる必要がある。何故なら、ｐ型の構成要素は、出力、したがって基板が接地電位に近いときに絶縁されないからである。ＣＭＯＳによって提供される汎用性なしにｎチャネルデバイスだけを用いた制御回路を実現するのは難しいが可能である。ＢＵＫ１０１−５０ＤＬやＢＵＫ１２０−５０ＤＬなどのフィリップスのデバイスはこのタイプのものである。
【００１７】
ドレイン出力は共通基板によって共に接続されるので、このような低側デバイスにおいて複数の出力を集積することはできない。
【００１８】
こうした影響は、低側回路が自己絶縁のために正極性基板電位に依拠するので、慣例的に高側回路が低側回路と組み合わされていなかったことを意味する。
【００１９】
しかし本発明者らは、本ケースにおいて想定される構成においてはＣＭＯＳ論理回路を高側及び低側双方のＦＥＴと共に集積することができることを見出した。特に、低側デバイスがオフでドレイン電圧が高く引き上げられているときは、制御回路は、慣例的な高側チャージポンプ技術を用いることができる。したがって、ドライバは共通半導体基板においてＣＭＯＳ制御回路を集積し、ＦＥＴを制御するために制御回路が活性化、制御及びフリーホイールの各ＦＥＴのゲートに接続されるようにすることができる。
【００２０】
制御回路は、活性化ＦＥＴがオンでフリーホイールＦＥＴがオフとなる活性化モードと、活性化ＦＥＴがオフで制御ＦＥＴ及びフリーホイールＦＥＴ双方がオフとなるフリーホイールモードと、活性化ＦＥＴがオフで制御ＦＥＴがオフとなるリングオフモードとにＦＥＴを切り換えるように構成されるのが好ましい。
【００２１】
好ましい構成においては、前記活性化ＦＥＴのソースは、前記接地端子に接続され、前記ドレインは、前記出力端子に接続され、前記制御ＦＥＴのドレインは、前記活性化ＦＥＴのドレインと共通して前記出力端子に接続され、前記フリーホイールＦＥＴのドレインは、前記バッテリ端子に接続され、前記ソースは、前記制御ＦＥＴのソースに接続される。
【００２２】
ＦＥＴは、それぞれｎ型とすることができる。Ｎ型のＦＥＴは、規定のコストに対して低損失を奏し、これにより最もコスト効率性の高いデバイスを可能とする。
【００２３】
共通半導体基板は「スマートパワー」チップを集積し、フリーホイールＦＥＴはトレンチ型ＭＯＳＦＥＴとすることができる。「スマートパワー」チップは、温度及び過負荷保護を集積したトランジスタを意味する。特に、この「スマートパワー」チップは、フィリップスの「ＴＯＰＦＥＴ」（Temperature and Overload Protected Field Effect Transistor）デバイスとすることができる。
【００２４】
本発明はまた、もう１つの態様において、上記ドライバと、前記ドライバのバッテリ端子に接続される電圧バッテリ出力と、前記ドライバの接地端子に接続される接地バッテリ出力とを有するバッテリと、前記ドライバの出力端子と前記電圧バッテリ出力との間に接続されるコイルと、を有するコイル制御回路にも関係する。
【００２５】
特に好ましい応用例においては、前記コイルは、前記コイルの電流によって動作する機械的アクチュエータを有するソレノイドアクチュエータとされる。
【００２６】
他の態様において、電圧バッテリ出力及び接地バッテリ出力とのそれぞれの接続のためのバッテリ端子及び接地端子と、コイルを駆動する出力端子と、共通基板に集積され、前記バッテリ端子と前記出力端子との間及び前記接地端子と前記出力端子との間にそれぞれ接続される高側及び低側ドライバＦＥＴと、前記共通基板の電圧が前記共通半導体基板に集積された接地端子の電圧を少なくとも１Ｖ上回るときに動作可能であり、前記高側ドライバＦＥＴの１つ又は複数を制御するために前記高側ドライバＦＥＴの１つ又は複数のゲートに接続される高側制御回路と、前記共通体基板の電圧が前記共通半導体基板に集積された接地端子の電圧近傍となったときにも動作可能であり、前記低側ドライバＦＥＴの１つ又は複数を制御するために前記低側ドライバＦＥＴの１つ又は複数のゲートに接続される低側制御回路と、を有するドライバが提供される。
【００２７】
追加の１つ又は複数のＦＥＴを共通の半導体基板に集積せずに設けてもよいが、共通半導体基板から絶縁される。
【００２８】
好ましくは高側回路は、大なる基板電圧で動作し、好ましくは少なくとも１Ｖ、より好ましくは２Ｖ又は５Ｖで動作するのがよい。低側回路は、１Ｖを下回る基板電圧で動作可能とするのがよい。
【００２９】
本発明はまた、回路の動作方法であって、コイルを有するコイル制御回路と、正極性及び負極性出力を有するバッテリと、ドライバとを含み、前記ドライバは、前記バッテリ出力のうちの一方に前記コイルを介して接続される出力端子と、前記出力端子と前記バッテリ出力の他方との間に接続される活性化ＦＥＴと、共に接続されるソース及び前記出力端子と前記バッテリ出力の一方とにそれぞれ接続されるドレインの同等の伝導型の制御ＦＥＴ及びフリーホイールＦＥＴとを有する。この方法は、前記コイルを励磁するために前記活性化ＦＥＴをオンとし前記フリーホイールＦＥＴをオフとする活性化モードへ切り換えることと、前記コイルの励磁を保持するために前記活性化ＦＥＴをオフとし前記制御ＦＥＴ及びフリーホイールＦＥＴの双方をオフとするフリーホイールモードへ切り換えることと、  前記コイルを励磁解除するために前記活性化ＦＥＴをオフとし前記制御ＦＥＴをオフとするリングオフモードに切り換えることと、を含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明の実施例を例を挙げて添付図面を参照しつつ説明する。
【００３１】
ドライバ２は、３つのｎ型ドライバ電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）すなわち励磁（活性化）ＦＥＴ４、制御ＦＥＴ６、フリーホイールＦＥＴ８を含む。このドライバはまた、制御回路１０を含む。ドライバは、制御入力１２と、３つの電力端子すなわちバッテリ端子１８、接地端子１４及び出力端子１６を具備する。
【００３２】
励磁ＦＥＴ４は、デュアルソース４２，４３と、ボディ４４と、ドレイン４６と、ゲート４８とを有し、ボディ−ドレインダイオード４９がソースとドレインを接続するように共通基板３にドレイン４６が形成される。制御ＦＥＴ６は略同一であり、デュアルソース６２，６３と、ボディ６４と、ドレイン６６と、ゲート６８とを有し、ボディ−ドレインダイオード６９がソースとドレインを接続するように共通基板３にドレイン６６が形成される。ドライバ回路１０は、同じ共通基板に形成される。
【００３３】
フリーホイールＦＥＴ８も、ソース−ドレインダイオード８９と共にソース８２、ボディ８４、ドレイン８６及びゲート８８を有する。但し、フリーホイールＦＥＴのボディとドレインは、共通基板３から絶縁されている。好ましい実施例においては、ディスクリートデバイスとして別個のフリーホイールＦＥＴ８を形成しこれを単に同じパッケージに含ませることによってこれを実現する。或いは、半導体基板の領域を絶縁しこの絶縁した領域にフリーホイールＦＥＴ８を形成することによってフリーホイールＦＥＴ８の絶縁をなすようにしてもよい。
【００３４】
励磁ＦＥＴ４は、出力端子１６と接地端子１４との間に低側ＦＥＴとして接続されるとともに、そのドレイン４６は、出力端子１６に接続され、そのソース４２は接地端子１４に接続される。ゲート４８は、制御回路１０に接続され制御され、第２のソース４３は同様に制御回路１０に接続される。
【００３５】
制御ＦＥＴ６及びフリーホイールＦＥＴ８は、バッテリ端子１８と出力端子１６との間に直列に接続される。フリーホイールＦＥＴ８のドレイン８６はバッテリ端子に接続され、フリーホイールＦＥＴ８のソース８２は制御ＦＥＴ６のソース６２に接続され、制御ＦＥＴ６のドレイン６６は、直列接続された制御ＦＥＴ６及びフリーホイールＦＥＴ８が逆に接続されるように出力端子に接続される。すなわち、直列のＦＥＴを通じて流れる電流は、当該ＦＥＴの一方においてソースからドレインへ通過し当該ＦＥＴの他方においてドレインからソースへ通過する。
【００３６】
制御ＦＥＴ６及びフリーホイールＦＥＴ８のゲート６８，８８は、制御回路に接続される。制御ＦＥＴ６の第２のソース６３は、同様に制御回路に接続される。
【００３７】
制御回路は、入力端子１２に接続された制御入力５０を有し、バッテリ端子１８に接続された正極性電力線５２及び接地端子に接続された接地電力線５４からの電力を得る。当該制御回路は、フリーホイール及び制御のＦＥＴ６，８を制御するための高側制御回路５８と、励磁ＦＥＴ４を制御するための低側制御回路５６とを有する。
【００３８】
この回路の他の重要な特徴は、制御及びフリーホイールのＦＥＴ６，８のゲートが、励磁ＦＥＴがオフのときにそのゲートを（当該ＦＥＴをオンに正極性に切り換えるべく）ゲート電圧を上回るように維持させるだけで済む点である。この状態において、出力端子１６の電圧はコイル９２を介して高く引き上げられるので、励磁ＦＥＴ４及び制御ＦＥＴ６のドレイン電圧は同様に引き上げられる。こうして従来の回路の絶縁を維持することができる。これは、高側制御回路５８を普通の高側チャージポンプ回路を用いて完全なＣＭＯＳとすることが、当該回路が低側ＦＥＴ４と共に集積化されたとしてもできることを意味する。
【００３９】
逆に、低側ドライバ回路５６は、ｎ−ＭＯＳＦＥＴ及び抵抗によって実現するのがよい。何故ならば、出力端子の電圧はこのトランジスタがオンに切り換えられたときに低くなることができるからである。ｐ型回路を低側ドライバ回路に用いると、当該ｐ型回路は基板から適正に絶縁されない。当業者によって理解されるように、このようなｎ−ＭＯＳ回路は、ＣＭＯＳにおいて利用可能なｐ型及びｎ型デバイスからｎ型デバイスだけを選択することによって高側ＣＭＯＳ回路に用いられる同じＣＭＯＳ処理によって形成可能である。
【００４０】
なお、高側回路５８は、低側様式ＮＭＯＳ回路において実現される幾つかの部分を含んでもよい。特に、励磁、制御及びフリーホイールのＦＥＴ４，６，８のゲートは、当該ゲートが基板／ドレインよりも高い電圧で動作可能なことを保証するためにＮＭＯＳとするのがよい。
【００４１】
また、低側回路５６は一般にＮＭＯＳとする必要があるが、上述から分かるように、ＣＭＯＳ回路は、代替の実施例では、ドレインが十分に高い正極性電圧を呈するときにのみ動作することが必要とされる回路の各部に用いられるものとしてもよい。
【００４２】
また、当業者であれば、種々の回路の必要性に応じて電圧レベルを適合させるためにレベルシフト回路を用いることができることも分かる。
【００４３】
ドライバは、バッテリ端子１８と出力端子１６との間に接続されたソレノイド９２と、バッテリ９０として示されバッテリ端子１８と接地端子１４との間に接続された電源とを有するコイル制御回路に用いることができる。このソレノイドは、通常は非励磁位置にあるがソレノイド９２を通じる電流により作動位置に移動可能な機械的アクチュエータ９６を含む。特定の用途において、機械的アクチュエータ９６は、自動車用自動変速装置の制御バルブに機械的に接続される。
【００４４】
使用時には、ドライバ２は３つのモードを循環する。第１に、励磁ＦＥＴ４がオンとなりフリーホイールＦＥＴ８がオフとなる。バッテリ９０から矢印１００により示される方向においてコイル９２及び励磁ＦＥＴ４を通じて電流が流れる。オフとされたフリーホイールＦＥＴ８によって、電流がフリーホイール及び制御のＦＥＴ６，８を通じてコイル９２を短絡させないことを保障する。このモードにおいて、当該ドライバは、可能な限り大きな得られうる電源電圧を可能な限り素早くコイルに供給する。電流は、機械的アクチュエータ９６を駆動するようソレノイド９２を活性化する。
【００４５】
コイルの電流が増大した後、制御ＦＥＴ６はオンとなり励磁ＦＥＴ４がオフとなってフリーホイールモードを呈することが可能となる。励磁ＦＥＴ４は、電流が矢印１００によって示されるループを回って通過し続けるのを防止し、コイルの電流は、矢印１０２によって示される回路を回って流れることになる。制御ＦＥＴ６及びフリーホイールＦＥＴ８は、当該電流がゆっくりとしか減衰しないようにどちらも低損失ｎ型ＦＥＴとされる。周期的に、ＦＥＴは電流を満たすよう励磁モードに戻るように切り換えられ、その後にフリーホイールモードに戻るよう切り換えられ、もって機械的アクチュエータが動作し続けるようコイルに十分な電流を流し続ける。
【００４６】
アクチュエータを非アクティブにする必要があるときには、励磁ＦＥＴ４がオフに切り換えられ、制御ＦＥＴ６もオフに切り換えられる。このモードにおいて、コイルの電流は、機械的アクチュエータ９６を動作解除するよう急速に減衰する。
【００４７】
なお、フリーホイール及び制御のＦＥＴ６，８は、アクチュエータを不活性化するよう矢印１０２の方向に流れる電流を遮断する必要があるが、励磁モードにおいてはコイル９２が短絡するのを回避するよう反対方向に流れる電流を遮断する必要がある。したがって、２つのＦＥＴの一方だけが存在する場合、ＦＥＴに存在するボディ−ドレインダイオードは、これら２つの状態の一方において短絡することになる。逆方向に構成された直列のＦＥＴを用いることによって、ＦＥＴは両方向に通過する電流を遮断することができる。
【００４８】
制御回路の他の特徴は、制御ＦＥＴ６が励磁モードにおいて完全にオンとなることであり、フリーホイールＦＥＴ８だけが短絡を避けるためにオフとなる必要がある。そして、フリーホイールモードに入ると、制御回路１０においてフリーホイール及び制御のＦＥＴ６，８のゲート６８，８８を接続することによって極めて迅速にフリーホイールＦＥＴ８をオンにすることができる。したがって、制御ＦＥＴ６のゲート容量は、この電荷分配を最適化するようフリーホイールＦＥＴ８よりも大きなものとするのが好ましい。
【００４９】
こうしたアプローチによって、チャージポンプからＦＥＴ８をオンに切り換えるよう電荷の全てを供給する必要がないので、当該切換時間が短くなる。このアプローチによって、制御ＦＥＴ６とともにフリーホイールＦＥＴ８が効率的に自力動作（ブートストラップ）する。
【００５０】
なお、上述においてはモードの各々における各ＦＥＴの制御を述べていないが、これはＦＥＴの全てがモードの各々において切り換えられる必要がある訳ではないからである。例えば励磁モードにおいて、制御ＦＥＴ６は直列の制御ＦＥＴ及びフリーホイールＦＥＴを通じてショートする電流を回避することができない。何故ならば、ボディ−ドレインダイオードはＦＥＴがオンであったとしてもオフであったとしても電流が流れるのを許容するからである。したがって、フリーホイールＦＥＴ８がオフである限り、制御ＦＥＴ６は重要ではない。同様に、コイルの電流を不活性化するために、制御ＦＥＴ６だけがオフとなる必要があり、フリーホイールＦＥＴ８はこの働きをすることができない。何となれば、そのボディ−ドレインダイオードがフリーホイールＦＥＴ８がオンかオフかにかかわらず電流を通過させうるからである。
【００５１】
励磁ＦＥＴ４及び制御ＦＥＴ６の適正な温度制御及び過電圧制御回路５９は知られており、制御回路１０に組み入れることができる。この場合、励磁ＦＥＴ４及び制御ＦＥＴ６は「スマートパワー」ＦＥＴと呼ばれることがある。実施例において提示された簡単なトレンチ型ＭＯＳＦＥＴよりも複雑なフリーホイールＦＥＴ８用のデバイス（フィリップスのトレンチＰＬＵＳ（TrenchPLUS）など）を用いることによって、適正な温度制御及び過電圧制御回路をフリーホイールＦＥＴ８に含ませるようにしてもよい。
【００５２】
ドライバＦＥＴとしてｎチャネルＦＥＴだけを用いることは、当該回路がフリーホイールモードにおいて低いトータルオン抵抗を呈し、もって低損失であるように形成することができることを意味する。それでも、当該回路は形成するのに比較的に安価である。したがって、高度に集積されたドライバをコスト効率の高い方法で形成することができる。
【００５３】
図２に示される第２の好適実施例では、かかる２つの完全なドライバが単一のパッケージ１１０に集積される。２つの別個のフリーホイールＦＥＴ８，９は、共通のバッテリ端子１８を共有する。共通の接地端子１４も設けられる。別個の出力端子１６，１７は、それぞれの基板に形成された対応の励磁及び制御のＦＥＴを含む２つの個別の「スマートパワー」チップ３，５のために設けられる。
【００５４】
本回路について自動変速装置のソレノイドを駆動する目的で説明したが、当該アプローチのために数多くの応用例がある。本回路は、他の制御バルブ及びアクチュエータの他に、一般の誘導性負荷も駆動するのに適したものである。
【００５５】
この開示内容を読むことにより、他の変形例や変更例が当業者に明らかなものとなる。このような変形例や変更例は、パワー半導体デバイスの設計、製造及び使用において既に知られここに記述した特徴に加え又は代えて用いることの可能な等価な要素及び他の特徴を含みうる。本願において請求項は特定の特徴の組み合わせに対して明示しているが、開示範囲には明白に又は暗黙的にここに開示された新規な特徴若しくは特徴の新規な組み合わせ又はその概念も含むものであり、これは本発明がなすのと同じ技術的問題のいずれか又は全てを軽減するかどうかとは無関係である。本出願人はここに、本願の又は本願より派生する他の出願の手続中において、かかる特徴及び／又はかかる特徴の組み合わせに対して新しい請求項が明示されうることを注記するものである。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の第１の実施例による回路におけるドライバを示す図。
【図２】１対のドライバを有する本発明の第２の実施例を示す図。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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