(57)【要約】【課題】スイッチング電源のノイズを低減する。【解決手段】スイッチング電源は、負の傾斜を有する高速スルー・レート領域と、やはり負の傾斜を有する低速スルー・レート領域とを含む初期ゲート駆動電圧波形を受ける複数のパワーＭＯＳＦＥＴを含むことができる。これらＭＯＳＦＥＴは、初期ゲート駆動電圧波形の低速スルー・レート領域中にオフにすることができる。【選択図】図３
2016096716.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのＭＯＳＦＥＴと、
上記少なくとも１つのＭＯＳＦＥＴのそれぞれのオフ遷移が、低速スルー領域が後に続く高速スルー領域を有する形状となるように、上記少なくとも１つのＭＯＳＦＥＴそれぞれのゲートを駆動するよう構成される少なくとも１つの波形発生装置と、
上記少なくとも１つのＭＯＳＦＥＴのそれぞれがオフになる時間を検出するよう構成される検出部と
を具えるスイッチング電源。
【請求項２】
上記少なくとも１つのＭＯＳＦＥＴを、上記高速スルー領域中にオフにするように構成される請求項１のスイッチング電源。
【請求項３】
上記少なくとも１つの波形発生装置が、上記ゲート駆動電圧波形への可変バイアスを、上記少なくとも１つのＭＯＳＦＥＴに供給するよう更に構成される請求項１のスイッチング電源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して電源に関し、特に、低ノイズのスイッチング電源に関する。
【背景技術】
【０００２】
低ノイズ電源は、一般にその電圧及び電流の両方をソフトにスイッチングする必要がある。ゼロ電圧スイッチング（ＺＶＳ）のようなテクニックによれば、典型的には、電圧の遷移を制御されたスルー・レートにするのを可能にする。図１は、ＺＶＳを用いたプッシュプル直流入力直流出力（DC to DC）電源１００の例を示している。この例では、電源１００には、２つの（ここでは、ＭＯＳＦＥＴ１とＭＯＳＦＥＴ２）と、負荷における出力電圧（Ｖｏｕｔ）とがある
【０００３】
電流をソフトにオフにスイッチングするには、通常、電流をランプ・ダウン（傾斜で減少）させる程度に充分に大きく、しかし、電流のスルー・レートが許容できないレベルのノイズが生じるほどには大きくない直列インピーダンスを加える必要がある。こうした直列インピーダンスを加えるために、一般に認められた手法の１つには、ＭＯＳＦＥＴのゲートを、そのしきい値電圧を通過するのに、低速に駆動するというものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５３２１７５８号公報
【特許文献２】特許第４３３８３３４号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】「ＭＯＳＦＥＴ」の記事、［online］、Wikipedia、［２０１５年１１月１３日検索］、インターネット<URL：https://ja.wikipedia.org/wiki/MOSFET>
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
全てではないが、ほとんどのパワーＭＯＳＦＥＴには、個体毎で数電圧変化するとと共に、温度でも変化することがあるしきい値電圧がある。低速なゲード駆動電圧の遷移は、通常、そのしきい値と交差した時点で大きな変化を生じさせることになろう。ゲード駆動電圧は、あり得る全てのしきい値電圧を合理的な長さの時間内で振幅（スウィング）するのではあろうが、結果としては、ＭＯＳＦＥＴに、電流をずっと高速にスイッチングさせ、そして、もっとたくさんのノイズを発生させる。
【０００７】
図２は、ゲート駆動電圧波形２００をグラフで表したもので、典型的なスイッチング電源のスイッチングのタイミングにおけるばらつきについて、低速ゲート駆動電圧２０２と高速ゲート駆動電圧２０４とが持ち得る影響を説明している。高速ゲート駆動電圧２０４は、低速ゲート駆動電圧２０２よりも、（例えば、最大しきい値２０６と最小しきい値２０８の間の）タイミングにおいて、より小さいばらつきという結果になることが、直ちに確認できるであろう。
【０００８】
そこで、改善された低ノイズのスイッチング電源についてのニーズが残っている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の実施形態は、概して、スイッチング電源に関し、このとき、プライマリ・パワーＭＯＳＦＥＴは、正及び／又は負の傾斜（スロープ）について、高速スルー・レート領域及び低速スルー・レート領域の両方を有するゲート駆動電圧波形を用いて、オン及び／又はオフに駆動される。電源の最初のオンの後、ゲート駆動電圧波形のオフセット又は形状は、各ＭＯＳＦＥＴのしきい値を、そのゲート駆動電圧波形の低速スルー・レート領域で、制御された時点において横切るように、各ＭＯＳＦＥＴについて独立に調整しても良い。
【００１０】
本発明は、種々の概念から表現することができる。例えば、本発明の概念１は、スイッチング電源であって、
少なくとも１つの金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）と、
上記少なくとも１つのＭＯＳＦＥＴのそれぞれのオフ遷移（off transition）が、低速スルー領域（Slewing Region：変化領域）が後に続く高速スルー領域を有する形状となるように、上記少なくとも１つのＭＯＳＦＥＴそれぞれのゲートを駆動するよう構成される少なくとも１つの波形発生装置と、
上記少なくとも１つのＭＯＳＦＥＴのそれぞれがオフになる時間を検出するよう構成される検出部（detection component）と
を具えている。
【００１１】
本発明の概念２は、上記概念１のスイッチング電源であって、このとき、上記少なくとも１つのＭＯＳＦＥＴを、上記高速スルー領域中にオフにするように構成される。
【００１２】
本発明の概念３は、上記概念１のスイッチング電源であって、このとき、上記少なくとも１つの波形発生装置が、上記ゲート駆動電圧波形に対する可変バイアスを、上記少なくとも１つのＭＯＳＦＥＴに供給するよう更に構成されている。
【００１３】
本発明の概念４は、上記概念３のスイッチング電源であって、このとき、上記少なくとも１つのＭＯＳＦＥＴを、調整された上記ゲート駆動電圧波形の低速スルー領域の間にオフにするよう構成されている。
【００１４】
本発明の概念５は、上記概念１のスイッチング電源であって、このとき、上記スルー領域は、少なくとも１つのＭＯＳＦＥＴをオフにするよう構成される方向にある。
【００１５】
本発明の概念６は、上記概念１のスイッチング電源であって、このとき、上記少なくとも１つのＭＯＳＦＥＴとしては、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴがある。
【００１６】
本発明の概念７は、上記概念６のスイッチング電源であって、このとき、上記ゲート駆動電圧は、上記ｎチャネルＭＯＳＦＥＴをオフにするように負方向に変化（slew）する。
【００１７】
本発明の概念８は、上記概念１のスイッチング電源であって、このとき、上記少なくとも１つのＭＯＳＦＥＴとしては、ｐチャネルＭＯＳＦＥＴがある。
【００１８】
本発明の概念９は、上記概念８のスイッチング電源であって、このとき、上記ゲート駆動電圧は、上記ｐチャネルＭＯＳＦＥＴをオフにするように正方向に変化（slew）する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、ゼロ電圧スイッチング（ＺＶＳ）を用いたプッシュプル直流入力直流出力電源の例を示している。
【図２】図２は、ゲート駆動電圧波形の例をグラフで表したもので、典型的なスイッチング電源のスイッチングのタイミングにおけるばらつきついて、低速及び高速ゲート駆動電圧が持ち得る影響を説明している。
【図３】図３は、ゲート駆動電圧波形をグラフで表したもので、本発明のある実施に関するスイッチング時間について、初期及び隆起ゲート駆動電圧が持ち得る影響を説明している。
【図４】図４は、本発明の実施に関する初期ゲート駆動電圧波形の例をグラフで表したものである。
【図５】図５は、本発明の実施に関する隆起ゲート駆動電圧波形の例をグラフで表したものである。
【図６】図６は、本発明のある実施形態に従って調整する前に、抵抗器を通してオシロスコープで測定されたコモン・モード・ノイズの例をグラフで表したものである。
【図７】図７は、本発明のある実施形態に従って調整した後に、抵抗器を通してオシロスコープで測定されたコモン・モード・ノイズの例をグラフで表したものである。
【図８】図８は、ＭＯＳＦＥＴがオフになり、続いてオンに戻るという本発明のある実施形態に従った例を示している。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の実施形態は、少なくとも１つのＭＯＳＦＥＴ（金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）と、上記少なくとも１つのＭＯＳＦＥＴそれぞれのオフの遷移が、低速なスルー領域（スルー領域）へと続く、より高速なスルー領域を有する形状を持つように、上記少なくとも１つのＭＯＳＦＥＴそれぞれのゲートを駆動するように構成される少なくとも１つの波形発生装置と、上記少なくとも１つのＭＯＳＦＥＴそれぞれがオフになる時点を検出するように構成される検出部とを含んでいても良い。
【００２１】
上記少なくとも１つのＭＯＳＦＥＴとしては、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴがあり、これにおいて、ゲート駆動電圧は、ＭＯＳＦＥＴをオフにするために負方向（ネガティブ）に変化（Slew：急激な変化）する。別の実施形態では、上記少なくとも１つのＭＯＳＦＥＴとしては、ｐチャネルＭＯＳＦＥＴがあり、これにおいて、ゲート駆動電圧は、ＭＯＳＦＥＴをオフにするために正方向（ポジティブ）に変化（Slew）する。
【００２２】
今日の電源の信号高速ゲート駆動電圧とは異なって、本発明の実施としては、大雑把に言えば、低速エッジが後に続く高速なエッジ（例えば、あり得る全てのしきい値を比較的短い長さの時間で横断できる高速なエッジのような）を有する形状のゲート駆動電圧を含む。図３は、ゲート駆動電圧波形３００の例をグラフで表したもので、本発明のある実施に関するスイッチング時間について、初期ゲート駆動電圧３０２と隆起（raised：持ち上げた、傾斜を起こした）ゲート駆動電圧３０４とが持ち得る影響を説明している。この例では、開始形状ゲート駆動電圧又は初期ゲート駆動電圧３０２には高速エッジがあって、これは、最大しきい値３０６及び最小しきい値３０８の両方を横切るが、最大しきい値３０６及び最小しきい値３０８間の全てのあり得るしきい値を完全に横切った後になって初めて、低速エッジが後に続く。
【００２３】
一度、電源が動作すると、ゲート駆動電圧波形に関して、いつＭＯＳＦＥＴがオフになるかの測定を行うことができる。ゲート駆動電圧波形を隆起させる（Rise：傾斜を起こす）と、ＭＯＳＦＥＴを、より遅れてオフにすることになろう。このように、ゲート駆動電圧波形は、実際のしきい値３１０を横切ることで示されるように、隆起させた波形３０４の低速エッジ中でＭＯＳＦＥＴがオフになる限り、隆起させた（Raised：傾斜を起こした）３０４とすることができる。この状況において、ＭＯＳＦＥＴは、今や低速レートで電流をオフにしており、結果として、発生するノイズは、効果的に減少するであろう。
【００２４】
図４は、本発明の実施に関する初期ゲート駆動電圧波形４００の例をグラフで表したものである。この例では、初期ゲート駆動電圧電圧（ＶＧ１及びＶＧ２）は、全てのあり得るしきい値（例えば、１から３ボルト）を急速に通過している。そのドレイン電流（ＩＤ１（ここでは、〜１３μｓ）及びＩＤ２（ここでは、〜３８μｓ）は、急速にオフになっている（「μｓ」は、マイクロ秒を意味し、「〜」は大凡等しいを意味する）。ドレイン電流がオフ（つまり、ＭＯＳＦＥＴがオフ）になり次第、ＭＯＳＦＥＴ１及びＭＯＳＦＥＴ２のドレイン電圧（それぞれＶＤ１及びＶＤ２）は、それぞれ〜１５μｓ及び〜４０μｓで電圧を反転させる。これによって、約ゼロ・ボルトでオンにするべきゼロ・ボルトに近いドレインが、それを横切る（つまり、ＺＶＳ）。ここで、ＭＯＳＦＥＴ２は、〜２４μｓでオンになり、ＭＯＳＦＥＴ１は、〜４９μｓでオンになる。
【００２５】
図５は、本発明の実施に関する隆起ゲート駆動電圧波形５００の例をグラフで表したものである。（例えば、ゲート駆動電圧波形を隆起させることによって）調整後、ゲート駆動電圧（ＶＧ１及びＶＧ２）は、ＭＯＳＦＥＴのしきい値（ここでは、〜２Ｖ）を低速で通過し、ドレイン電流（ＩＤ１及びＩＤ２）は、より低速にオフになる。
【００２６】
図６は、本発明のある実施形態に従ったゲート駆動電圧を調整する前に、抵抗器を通してオシロスコープで測定されたコモン・モード・ノイズの例６００をグラフで表したものである。この例では、抵抗器は、電源のプライマリ・グラウンドとセカンダリ・グラウンドの間に接続された２キロ・オームの抵抗器である（ここでは、２ｍＶ＝＞１μＡ）。図において、スコープのＣＨ２は、複数のドレイン電圧の１つを測定している。ゲート駆動電圧が調整される前では、プローブ電圧（ＣＨ１）６０２は、〜０．８＊２ｍＶの測定レンジを有し、これは、０．８μＡのピーク・トゥ・ピークと解釈される。
【００２７】
図７は、（例えば、図６において測定を行った後）本発明のある実施形態に従って調整した後に、抵抗器を通してオシロスコープで測定されたコモン・モード・ノイズの例７００をグラフで表したものである。この例では、調整が完了した後、プローブ電圧（ＣＨ１）７０２は、今や、〜０．２＊２ｍＶの測定レンジを有し、これは、０．２μＡのピーク・トゥ・ピークと解釈され、これは、図６で行われた測定に対して、（約）４倍の改善を表す。
【００２８】
図８は、ＭＯＳＦＥＴがオフになり、続いてオンに戻るという本発明のある実施形態に従った例８００を示している。この例では、開始形状ゲート駆動電圧又は初期ゲート駆動電圧８０２には高速エッジがあり、これは、最大のあり得るしきい値８０６及び最小のあり得るしきい値８０８の両方を横切るが、最小のあり得るしきい値８０８を完全に横切って初めて低速エッジが後に続く。ゲート駆動電圧波形は、実際のしきい値８１０を横切ることで示されるように、ＭＯＳＦＥＴが隆起させた波形８０４の低速エッジ中でオフになる限りは、隆起させた（傾斜を起こした）８０４とすることができる。
【００２９】
ここで、初期ゲート駆動電圧８０２及び隆起波形８０４の両方は、実際のしきい値８１０を２回横切ることで示されるように、ＭＯＳＦＥＴが隆起波形８０４の後方の低速エッジ中でオンに戻るように、おおよそ上記初期のものに対応する上方向の低速及び高速エッジと、下方向の低速及び高速エッジをそれぞれ有している。
【００３０】
以下の説明は、本発明の実施形態を実現できる適切なマシーンの簡潔で一般的な説明の提供を意図するものである。本願で用いられるように、用語「マシーン」は、単一のマシーン又は通信可能に結合された一緒に動作する複数のマシーン若しくは装置からなるシステムを広く網羅する。代表的なマシーンとしては、パソコン、ワークステーション、サーバ、ポータブル・コンピュータ、ハンドヘルド・デバイス、タブレット・デバイスなどがある。
【００３１】
典型的には、マシーンは、システム・バスを含み、これに、プロセッサ、メモリ（ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、リード・オンリー・メモリ（ＲＯＭ）、そして、その他の状態保持メディアなど）、ビデオ・インターフェース、そして、入力／出力インターフェース・ポートが取り付けられる。また、マシーンは、プログラマブル又はノン・プログラマブル・ロジック・デバイス又はアレー（ＦＰＧＡなど）、ＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）、組込み型コンピュータ、スマート・カードなどのような組込み型コントローラ（embedded controller）でも良い。マシーンは、少なくとも一部分は、キーボード、マウスなどの従来の入力デバイスからの入力によって制御されても良く、加えて、別のマシーンから受けた指示、バーチャル・リアリティ（ＶＲ）環境を用いるインタラクティブな処理、生体フィードバック、又は、他の適切な入力によって制御されても良い。
【００３２】
マシーンは、ネットワーク・インターフェース、モデム、他の通信による結合を介するなど、１つ以上の接続を用いて１つ以上の遠隔装置に接続されても良い。複数のマシーンが、イントラネット、インターネット、ＬＡＮ、ＷＡＮなどのような物理的又は論理的なネットワークにより、相互接続されていても良い。当業者であれば、ネットワーク通信には、無線周波数（ＲＦ）、衛星、マイクロ波、ＩＥＥＥ５４５.１１、Bluetooth、光通信、赤外線、ケーブル、レーザなどといった、種々の有線及び／又は無線の短距離又は長距離のキャリアやプロトコルを用いて良いことが理解できよう。
【００３３】
図示した実施形態を参照しながら、本発明の原理を記述し、特徴を説明してきたが、こうした原理から離れることなく、説明した実施形態の構成や細部を変更したり、望ましい形態に組み合わせても良いことが理解できよう。先の説明では、特定の実施形態に絞って説明しているが、別の構成も考えられる。
【００３４】
特に、「本発明の実施形態によると」といった表現を本願では用いているが、こうした言い回しは、大まかに言って実施形態として可能であることを意味し、特定の実施形態の構成に限定することを意図するものではない。本願で用いているように、これら用語は、別の実施形態に組み合わせ可能な同じ又は異なる実施形態に言及するものである。
【００３５】
従って、本願で説明した実施形態は、幅広い種々の変更の観点から、この詳細な説明や添付の資料は、単に説明の都合によるものに過ぎず、本発明の範囲を限定するものと考えるべきではない。
【符号の説明】
【００３６】
３００  ゲート駆動電圧波形
３０２  初期ゲート駆動電圧
３０４  隆起ゲート駆動電圧
３０６  最大しきい値
３０８   最小しきい値
３１０  実際のしきい値
６０２  プローブ電圧
７０２  プローブ電圧
８０２  初期形状ゲート駆動電圧
８０４  隆起形状ゲート駆動電圧
８０６  最大しきい値
８０８   最小しきい値
８１０  実際のしきい値
【図１】
2016096716.tif 000003
【図２】
2016096716.tif 000004
【図３】
2016096716.tif 000005
【図４】
2016096716.tif 000006
【図５】
2016096716.tif 000007
【図６】
2016096716.tif 000008
【図７】
2016096716.tif 000009
【図８】
2016096716.tif 000010
【外国語明細書】
【発明の名称】Switching power supply
【技術分野】
【０００１】
This invention relates generally to power supplies and, more particularly, to low noise switching power supplies.
【背景技術】
【０００２】
Low noise power supplies generally require both the voltage and the current to be switched softly.  Techniques such as zero voltage switching (ZVS) typically allow the voltage transitions to have controlled slew rates.  FIGURE 1 illustrates an example of a push-pull DC-to-DC power supply 100 using ZVS.  In the example, the power supply 100 includes two MOSFETs (here, MOSFET 1 and MOSFET 2) and an output voltage (Vout) at a load.
【０００３】
Softly switching the current off usually requires applying a series impedance that is large enough to force the current to ramp down but not so large that the current’s slew rate results in an unacceptable level of noise.  One generally accepted means for applying such a series impedance is to slowly drive the gate of a MOSFET through its threshold voltage.
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５３２１７５８号公報
【特許文献２】特許第４３３８３３４号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】「ＭＯＳＦＥＴ」の記事、［online］、Wikipedia、［２０１５年１１月１３日検索］、インターネット<URL：https://ja.wikipedia.org/wiki/MOSFET>
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
Most, if not all, power MOSFETs have threshold voltages that vary several volts from part to part and can vary with temperature as well.  A slow gate drive transition will generally result in a large variation in the time at which the threshold is crossed.  A gate drive that can swing though all possible threshold volts in a reasonable amount time will result in the MOSFET switching the current faster and generating more noise, however.
【０００７】
FIGURE 2 is a graphical representation of a gate drive waveform 200 illustrating the impact that a slow gate drive 202 and a fast gate drive 204 can have on the variation in time for the switching of a typical switching power supply.  One can readily ascertain that a fast gate drive 204 results in a smaller variation in timing (e.g., between the maximum threshold 206 and the minimum threshold 208) than the slow gate drive 202.
【０００８】
Accordingly, there remains a need for improved low noise switching power supplies.
【課題を解決するための手段】
【０００９】
Embodiments of the present invention are generally relate to a switching power supply where the primary power MOSFETs are driven on and/or off using a gate drive waveform that has both a fast slew rate region and a slow slew rate region for positive and/or negative slopes.  After an initial turn-on of the power supply, the offset or shape of the gate drive waveforms may be adjusted independently for each MOSFET such that the threshold of each MOSFET is traversed by the slow slew rate region of its gate drive waveform at a controlled point in time.
【００１０】
The present invention can be described from various concepts. For example, a concept 1 of the present invention is a switching power supply, comprising:
at least one metal-oxide-semiconductor field-effect transistor (MOSFET);
at least one waveform generator configured to drive a gate of each of the at least one MOSFET such that the off transition of each of the at least one MOSFET is shaped to have a faster slewing region followed by a slower slewing region; and
a detection component configured to detect a time that each of the at least one MOSFET switches off.
【００１１】
A concept 2 of the present invention is the switching power supply of the concept 1, wherein the at least one MOSFET is structured to turn off during the faster slewing region.
【００１２】
A concept 3 of the present invention is the switching power supply of the concept 1, wherein the at least one waveform generator is further configured to provide an adjustable bias to the gate drive waveform to the at least one MOSFET.
【００１３】
A concept 4 of the present invention is the switching power supply of the concept 3, wherein the at least one MOSFET is structured to turn off during a slower slewing region of the adjusted gate drive waveform.
【００１４】
A concept 5 of the present invention is the switching power supply of the concept 1, wherein the slewing regions are in a direction configured to turn off the at least one MOSFET.
【００１５】
A concept 6 of the present invention is the switching power supply of the concept 1, wherein the at least one MOSFET includes an n-channel MOSFET.
【００１６】
A concept 7 of the present invention is the switching power supply of the concept 6, in which the gate drive slews negative to turn the n-channel MOSFET off.
【００１７】
A concept 8 of the present invention is the switching power supply of the concept 1, wherein the at least one MOSFET includes a p-channel MOSFET.
【００１８】
A concept 9 of the present invention is the switching power supply of the concept 8, in which the gate drive slews positive to turn the p-channel MOSFET off.
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】FIGURE 1 illustrates an example of a push-pull DC-to-DC power supply using zero voltage switching (ZVS).
【図２】FIGURE 2 is a graphical representation of an example of a gate drive waveform illustrating the impact that slow and fast gate drives can have on the variation in the timing of the switching for a typical switching power supply.
【図３】FIGURE 3 is a graphical representation of an example of gate drive waveforms illustrating the impact that initial and raised gate drives can have on switching times for certain implementations of the present invention.
【図４】FIGURE 4 is a graphical representation of an example of initial gate drive voltages for certain implementations of the present invention.
【図５】FIGURE 5 is a graphical representation of an example of raised gate drive voltages for certain implementations of the present invention.
【図６】FIGURE 6 is a graphical representation of an example of common mode noise measured on an oscilloscope through a resistor before tuning in accordance with certain embodiments of the present invention.
【図７】FIGURE 7 is a graphical representation of an example of common mode noise measured on an oscilloscope through a resistor after tuning in accordance with certain embodiments of the present invention.
【図８】FIGURE 8 illustrates an example in which a MOSFET is turned off and subsequently turned back on in accordance with certain embodiments of the present invention.
【発明を実施するための形態】
【００２０】
Embodiments of the present invention may include at least one MOSFET (metal-oxide-semiconductor field-effect transistor), at least one waveform generator configured to drive a gate of each of the at least one MOSFET such that the off transition of each of the at least one MOSFET is shaped to have a faster slewing region followed by a slower slewing region, and a detection component configured to detect a time that each of the at least one MOSFET switches off.
【００２１】
The at least one MOSFET may include an n-channel MOSFET in which the gate drive slews negative to turn the MOSFET(s) off.  In alternative embodiments, the at least one MOSFET may include a p-channel MOSFET in which the gate drive would slew positive to turn the MOSFET(s) off.
【００２２】
Unlike a signal fast gate drive of today’s power supplies, implementations of the present invention generally include a gate drive that is shaped to have a fast edge followed by a slow edge, e.g., such that the fast edge can cut through all possible thresholds in a relatively short amount of time.  FIGURE 3 is a graphical representation of an example of gate drive waveforms 300 illustrating the impact that an initial gate drive 302 and a raised gate drive 304 can have on switching times for certain implementations of the present invention.  In the example, the starting shaped gate drive or initial gate drive 302 has a fast edge that crosses both the maximum threshold 306 and the minimum threshold 308 but is not followed by a slow edge until after it has completely crossed all possible threshold between the maximum threshold 306 and the minimum threshold 308.
【００２３】
Once the power supply is running, a measurement of when the MOSFET turns off with respect to the gate drive waveform can be made.  Raising the gate drive waveform will cause the MOSFET to turn off later.  Thus, the gate drive waveform can be raised 304 until the MOSFET turns off during the slow edge of the raised waveform 304, as indicated by its crossing the actual threshold 310.  In this situation, the MOSFET is now turning the current off at a slower rate and, consequently, the noise generated will be advantageously reduced.
【００２４】
FIGURE 4 is a graphical representation of an example of initial gate drive voltages 400 for certain implementations of the present invention.  In the example, the initial gate drive voltages (VG1 and VG2) quickly pass through all possible thresholds (e.g., 1 to 3 volts). The drain currents (ID1 (here, ~13μs) and ID2 (here, ~38μs) turn off quickly ("μs" means microsecond and "~" means approximately equal).  Once the drain current is off (i.e., the MOSFET is off), the drain voltages (VD1 and VD2, respectively) of MOSFET 1 and MOSFET 2 flip voltages at ~15μs and at ~40μs, respectively.  This allows the drain that is near zero volts to be turned on with approximately zero volts across it (i.e., ZVS).  Here, MOSFET 2 is turned on at ~ 24μs and MOSFET 1 is turned on at ~ 49μs.
【００２５】
FIGURE 5 is a graphical representation of an example of raised gate drive voltages 500 for certain implementations of the present invention.  After a tuning (e.g., by raising the gate drive waveforms), the gate drives voltages (VG1 and VG2) pass through the MOSFET thresholds (here, ~2V) slowly and the drain currents (ID1 and ID2) turn off slower.
【００２６】
FIGURE 6 is a graphical representation of an example of common mode noise measured on an oscilloscope through a resistor 600 before the gate drives have been tuned in accordance with certain embodiments of the present invention.  In the example, the resistor is a 2 kilo-Ohm resistor connected between the primary ground and the secondary ground of the power supply (here, 2mV => 1μA).  In the figure, Scope CH2 is measuring one of the drain voltages.  Before the gate drives have been tuned, the probe voltage (CH1) 602 has a measured range of ~0.8 * 2mV, which translates to 0.8μA peak-to-peak.
【００２７】
FIGURE 7 is a graphical representation of an example of common mode noise measured on an oscilloscope through a resistor 700 after tuning (e.g., after the measurement taken in FIGURE 6) in accordance with certain embodiments of the present invention.  In the example, after tuning has been completed, the probe voltage (CH1) 702 now has a measured range of ~0.2 * 2mV, which translates to 0.2μA peak-to-peak - this represents an [approximate] fourfold improvement over the measurement taken in FIGURE 6.
【００２８】
FIGURE 8 illustrates an example in which a MOSFET is turned off and subsequently turned back on 800 in accordance with certain embodiments of the present invention.  In the example, the starting shaped gate drive or initial gate drive 802 has a fast edge that crosses both the maximum possible threshold 806 and the minimum possible threshold 808 but is not followed by a slow edge until after it has completely crossed the minimum possible threshold 808.  The gate drive waveform can be raised 804 until the MOSFET turns off during the slow edge of the raised waveform 804, as indicated by its crossing the actual threshold 810.
【００２９】
Here, the initial gate drive 802 and raised waveform 804 both have upward slow and fast edges that roughly correspond to the initial, downward slow and fast edges, respectively, such that the MOSFET turns back on during the latter slow edge of the raised waveform 804, as indicated by its crossing the actual threshold 810 a second time.
【００３０】
The following discussion is intended to provide a brief, general description of a suitable machine in which embodiments of the present invention can be implemented.  As used herein, the term “machine” is intended to broadly encompass a single machine or a system of communicatively coupled machines or devices operating together.  Exemplary machines may include computing devices such as personal computers, workstations, servers, portable computers, handheld devices, tablet devices, and the like.
【００３１】
Typically, a machine includes a system bus to which processors, memory such as random access memory (RAM), read-only memory (ROM), and other state-preserving medium, storage devices, a video interface, and input/output interface ports can be attached.  The machine may also include embedded controllers such as programmable or non-programmable logic devices or arrays, Application Specific Integrated Circuits (ASICs), embedded computers, smart cards, and the like.  The machine may be controlled, at least in part, by input from conventional input devices such as keyboards and mice, as well as by directives received from another machine, interaction with a virtual reality (VR) environment, biometric feedback, or other pertinent input.
【００３２】
The machine may utilize one or more connections to one or more remote machines, such as through a network interface, modem, or other communicative coupling.  Machines can be interconnected by way of a physical and/or logical network, such as an intranet, the Internet, local area networks, wide area networks, etc.  One having ordinary skill in the art will appreciate that network communication may utilize various wired and/or wireless short range or long range carriers and protocols, including radio frequency (RF), satellite, microwave, Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) 545.11, Bluetooth, optical, infrared, cable, laser, etc.
【００３３】
Having described and illustrated the principles of the invention with reference to illustrated embodiments, it will be recognized that the illustrated embodiments may be modified in arrangement and detail without departing from such principles, and may be combined in any desired manner.  And although the foregoing discussion has focused on particular embodiments, other configurations are contemplated.  
【００３４】
In particular, even though expressions such as “according to an embodiment of the present invention” or the like are used herein, these phrases are meant to generally reference embodiment possibilities, and are not intended to limit the invention to particular embodiment configurations.  As used herein, these terms may reference the same or different embodiments that are combinable into other embodiments.
【００３５】
Consequently, in view of the wide variety of permutations to the embodiments that are described herein, this detailed description and accompanying material is intended to be illustrative only, and should not be taken as limiting the scope of the invention. 
【符号の説明】
【００３６】
300  gate drive waveforms
302  initial gate drive 
304  raised gate drive 
306  maximum threshold 
308   minimum threshold
310  actual threshold
602  Probe Voltage
702  Probe Voltage
802  initial shaped gate drive 
804  raised shaped gate drive
806  maximum threshold 
808   minimum threshold
810  actual threshold
【請求項１】
A switching power supply, comprising:
at least one MOSFET;
at least one waveform generator configured to drive a gate of each of the at least one MOSFET such that the off transition of each of the at least one MOSFET is shaped to have a faster slewing region followed by a slower slewing region; and
a detection component configured to detect a time that each of the at least one MOSFET switches off.
【請求項２】
The switching power supply of claim 1, wherein the at least one MOSFET is structured to turn off during the faster slewing region.
【請求項３】
The switching power supply of claim 1, wherein the at least one waveform generator is further configured to provide an adjustable bias to the gate drive waveform to the at least one MOSFET.
【要約】
【課題】 Reduce the noise of switching power supply.
【解決手段】 A switching power supply can include multiple power MOSFETs that receive an initial gate drive waveform comprising a fast slew rate region having a negative slope and a slow slew rate region also having a negative slope.  The MOSFETs can turn off during the slow slew rate region of the initial gate drive waveform.
【選択図】図３
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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