晶体管体控制电路和集成电路制造技术

公开了晶体管体控制电路和集成电路。集成电路包括用于控制双向功率晶体管的体的晶体管体控制电路。所述晶体管体控制电路包括可连接到体端子和第一电流端子之间的开关，其具有用于控制流动通过所述开关的电流的控制端子。所述开关的所述控制端子被连接到交流AC电容性分压器。所述AC电容性分压器被连接到所述控制终并且被布置成控制所述开关，以根据所述第一电流端子和所述第二电流端子之间的电压来切换所述体端子的电压。所述集成电路还包括被连接到所述晶体管体控制电路的双向功率晶体管。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及晶体管体控制电路和集成电路。
技术介绍
双向开关切换通过其传传导极的高电流，同时阻止施加到传传导极的高电压。双向开关被用于各种电气系统。规定典型的双向开关指定用于提供高电流，其范围可以从几安培的最大电流至数百安培，这取决于特定切换和应用，同时阻止相对高的电压，例如至少25V电压而不击穿。双向开关通常使用机电开关或例如功率晶体管的半导体器件配置来实现。然而，标准功率晶体管在一个方向上没有技术上有意义的阻断电压，从而使得它们成为单向器件。因此，当前双向开关通常使用两个分离串联耦合的功率MOSFET来实现。分离MOSFET在分离半导体管芯上形成，并且经常被容纳于分离封装内，这导致了高制造成本并且在电路板上占用的大面积。当分离MOSFET管芯位于单个封装并与引线接合互连时，在电路板上占用的面积将减小，但对于许多应用来说制造成本仍然过高。美国专利7282406，7297603，7537970，7910409，8101969和8530284都公开了具有在相同电路上集成的若干不同晶体管的集成电路，包括用于电池充电保护的p沟道双向沟槽功率晶体管。该晶体管包括两个垂直沟槽，其中体存在于所述垂直沟槽之间。体通过高电压区与该体上方和下方的载流电极隔开，所述高电压区具有比电极掺杂浓度低的掺杂浓度。然而，这种双向沟槽功率晶体管具有由体和高电压区所形成的固有寄生双极晶体管。此外，它不适合使用高电压的操
作(例如，至少20或更高，例如高达40V或更高)和/或高电流(例如高于1mA，高达1A或更高)。美国专利8101969公开了一种体偏置开关，其包括并联连接到双向沟槽功率晶体管的native(原生)二极管的两个MOSFET。MOSFET与双向沟槽功率晶体管被集成在相同的管芯。当(漏极电压和源极电压当中)漏极电压是最高电压时，体被引用到源极电压，以及反之亦然，当源电压是最高电压时，体被引用到漏极电压。然而，由于MOSFET的栅极被直接分别直接连接到漏极和源极，所以该偏置开关带有使MOSFET过压损坏的风险。因此，在双向晶体管的最大漏极-源极电压超过MOSFET的击穿电压的情况下，后者风险不可逆转地进行损坏。
技术实现思路
正如随附权利要求中所描述的，本专利技术提供了晶体管体控制电路和集成电路。本专利技术的特定实施例在从属权利要求中被陈述。根据下文中描述的实施例，本专利技术的这些或其它方面将会很明显并且被阐述。附图说明根据附图，仅仅通过举例的方式，本专利技术的进一步细节、方面和实施例将被描述。在附图中，相似的参考符号被用于表示相同或功能相似的元素。为了简便以及清晰，附图中的元素不一定按比例绘制。图1示意性地显示了双向功率晶体管的一个实施例的一个例子的截面图。图2显示了适合于图1例子的晶体管体控制电路的第一例子的电路图。图3显示了适合于图1例子的晶体管体控制电路的第二例子的电
路图。图4显示了适合于图1例子的晶体管体控制电路的第三例子的电路图。图5显示了包括了功率晶体管和晶体管体控制电路的集成电路的一个例子的图表。图6显示了说明了不具有晶体管体控制电路的双向功率晶体管的模拟电流-电压特性的图表。图7显示了说明了具有晶体管体控制电路的双向功率晶体管的模拟电流-电压特性的图表。具体实施方式由于本专利技术说明的实施例可能大部分是通过使用本领域所属技术人员所熟知的电子元件和电路被实施，为了对本专利技术基本概念的理解以及认识不混淆或偏离本专利技术所教之内容，细节不会在比上述所说明的认为有必要的程度大的任何程度上进行解释。图1显示了双向功率晶体管100的一个例子。图1所示的功率晶体管100是双向晶体管，正如在下面更详细解释的，它可以支持高能量，即源自源极朝向漏以及反之亦然的高电流和/或高电压。功率晶体管例如可以具有大于1A的电流最大值，例如10A或更大，例如100A或更大，例如至少200A，和/或至少25V的正漏极-源极击穿电压，例如50V或更大，以及至少25V的负漏极-源极击穿电压，例如30V或更大，例如50V或更大，例如100V或更大，例如300V或更大。图2-4显示了适合于切换体103的电路。正如使用图6和7中的IV特征所说明的，漏极到源极方向中的击穿电压表示为BVdss，相反方向表示为BVr，当体103被主动地切换到源极或漏极电压时，相比于电位浮动的体，双向晶体管将在两个方向表现出更高的击穿电压。这在环境温度(25摄氏度)时都可观察到并且在升高的温度(175摄氏度)时变得更加显著。因此，晶体管体控制电路允许改善击穿电压。图2-4所示的晶体管体控制电路包括第一和第二开关M1，M2，例如场效应晶体管，其在切换模式中操作并且可连接在体端子B和双向功率晶体管的第一、第二电流端子D，S中相应端子之间。流动开关M1，M2的电流可以通过例如开关M1，M2的栅极的相应控制端子来控制。第一开关的控制端子被连接到第一交流电流或瞬态(下文称为AC)电容性分压器210并且第二开关的控制端子被连接到第二AC电容性分压器220。AC电容性分压器210，220被连接到晶体管的电流端子D，S，正如所示，AC电容性分压器210，220被连接在电路200的相应接触件201，203之间，其中该接触件可连接到电流端子D，S。当在操作中，AC电容性分压器210，220根据第一电流端子和第二电流端子之间电压，控制开关M1，M2，以将体端子的电压切换到第一电流端子或第二电流端子。因为在开关M1，M2的控制端子处，所施加的电压仅仅是电流端子D，S之间电压一小部分，所以AC电容性分压器降低了开关M1，M2被施加到电流端子D，S的过高电压所损坏的风险。返回参照图1，其中显示的双向功率晶体管的例子包括第一电流端子105(例如漏极)，和第二电流端子101(例如源极)。经过第一漂移区104、体103和第二漂移区102，在第一电流端子105和第二电流端子101之间存在电通路。通过给电极B，D，G，Sh和S施加合适信号和功率，该电通路可选择性地被启用或禁用，以允许电流在第一方向(例如从第一电流端子到第二电流端子)流动，或在相反于第一方向的第二方向中流动，其中所述电极B，D，G，Sh和S被连接到功率晶体管的部件101、103、105、107、108。功率晶体管100包括第一电流电极，例如在本例子中的漏极电极D，它被连接到功率晶体管100的第一电流端子105，例如漏极。第二电流电极S，例如源极电极，被连接到如图所示的功率晶体管的第二电流端子101，例如源极。栅极或控制电极G被连接到功率晶体管100的控制端子，例如栅极108。如图1中的例子所示，半导体产品还包括
可连接到外部电源以及功率晶体管100的体103的体电极B。提供了分离屏蔽电极Sh，经由分离屏蔽电极Sh，屏蔽板107的电压可以与其它电极的电压和/或电流分离地被控制。然而，第二电流电极S替代地可以连接到每个功率晶体管100的屏蔽板107，正如图1中虚线所表示的，因此屏蔽板的电压耦合于第二电流端子。在图1中，显示了截面图以解释双向功率晶体管的双向操作，但是很明显该晶体管具有伸长的类似指状件的形状，并且不同的电极可能连接到适合于特定实施方案的指状件的位置处的相应元件，并且不一定在图1中所示的部分处，例如体103可以在指状件本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于控制双向功率晶体管的体的晶体管体控制电路，包括：第一开关，所述第一开关可连接在所述双向功率晶体管的体端子和第一电流端子之间，包括用于控制流动通过所述第一开关的电流的控制端子；第二开关，所述第二开关可连接在所述双向功率晶体管的所述体端子和第二电流端子之间，包括用于控制流动通过所述第二开关的电流的控制端子；所述第一开关的所述控制端子被连接到第一交流电流AC电容性分压器，以及所述第二开关的所述控制端子被连接到第二AC电容性分压器；所述AC电容性分压器被连接到所述第一控制端子和所述第二电流端子，并且被布置成控制所述第一开关和所述第二开关，以根据所述第一电流端子和所述第二电流端子之间的电压来将所述体端子的电压切换到所述第一电流端子或所述第二电流端子。

【技术特征摘要】
2015.02.23 IB PCT/IB2015/0013891.一种用于控制双向功率晶体管的体的晶体管体控制电路，包括：第一开关，所述第一开关可连接在所述双向功率晶体管的体端子和第一电流端子之间，包括用于控制流动通过所述第一开关的电流的控制端子；第二开关，所述第二开关可连接在所述双向功率晶体管的所述体端子和第二电流端子之间，包括用于控制流动通过所述第二开关的电流的控制端子；所述第一开关的所述控制端子被连接到第一交流电流AC电容性分压器，以及所述第二开关的所述控制端子被连接到第二AC电容性分压器；所述AC电容性分压器被连接到所述第一控制端子和所述第二电流端子，并且被布置成控制所述第一开关和所述第二开关，以根据所述第一电流端子和所述第二电流端子之间的电压来将所述体端子的电压切换到所述第一电流端子或所述第二电流端子。2.根据权利要求1所述的电路，其中所述AC电容性分压器都包括可连接到所述晶体管的相应电流端子的串联连接的电阻器和串联的至少两个电容性元件，位于所述电容性元件之间的节点被连接到所述控制端子。3.根据权利要求2所述的电路，其中所述第一AC电容性分压器或第二AC电容性分压器中的至少一个包括二极管，所述二极管的阴极被连接到所述电阻器，并且所述二极管的阳极被连接到所述节点。4.根据任何一项前述权利要求所述的电路，其中对于所述第一AC电容性分压器或第二AC电容性分压器中的至少一个，所述分压器所连接的所述开关的电容性部分形成了连接所述控制端子和所述相应电流端子的所述AC电容性分压器的电容性元件。5.根据任何一项前述权利要求所述的电路，还包括钳位电路，所述钳位电路用于将所述控制端子相对于所述体端子钳位到低于所述控制端子的击穿电压。6.一种包括双向功率晶体管的集成电路，所述集成电路包括：晶体管体控制电路，所述晶体管体控制电路用于控制双向功率晶体管的体，所述晶体管体控制电路包括：第一开关，所述第一开关可连接在所述双向功率晶体管的体端子和第一电流端子之间，包括用于控制流动通过所述第一开关的电流的控制端子；第二开关，所述第二开关可连接在所述双向功率晶体管的所述体端子和第二电流端子之间，包括用于控制流动通过所述第二开关的电流的控制端子；所述第一开关的所述控制端子被连接到第一交流电流AC电容性分压器，以及所述第二开关的所述控制端子被连接到第二AC电容性分压器；所述AC电容性分压器被连接到所述第一控制端子和所述第二电流端子，并且被布置成控制所述第一开关和所述第二开关，以根据所述第一电流端子和所述第二电流端子之间的电压来将所述体端子的电压切换到所述第一电流端子或所述第二电流端子；所述集成电路...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶夫根尼·斯特凡诺夫，爱德华·丹尼斯·德弗莱萨特，休伯特·米歇尔·格朗德里，
申请(专利权)人：飞思卡尔半导体公司，
类型：发明
国别省市：美国;US