半导体器件及其操作方法技术

提供了一种半导体器件及其操作方法。半导体器件可以包括比较器，所述比较器将第一电压与整流电压进行比较并且根据比较提供第二电压。定时器电路可以根据第二电压操作定时器，并与定时器的操作时间相对应地输出第三电压。驱动器可以根据第三电压利用由驱动器产生的第四电压来驱动晶体管。校准电路可以基于第二电压和第四电压产生定时器校准信号。定时器校准信号可以提供给定时器电路并且用于对定时器的操作时间进行校准。由此可以实现更高效的整流，并且减少反向电流的发生。

【技术实现步骤摘要】
半导体器件及其操作方法本申请要求2017年1月16日向韩国知识产权局递交的韩国专利申请No.10-2017-0007143的权益，其公开通过引用全部合并在此。
本公开涉及一种半导体器件及其操作方法，更具体地，涉及一种执行整流以将交流(AC)电压转换为直流(DC)电压的半导体器件和操作所述半导体器件的方法。
技术介绍
整流器用于将AC电压转换为DC电压。特别是，近年来随着消费电子产品的无线电力传输技术的发展，在使用频率比较高例如6.78MHz(当今的标准无线充电频率)的AC信号的环境下，整流器的操作影响使用整流器的无线电力设备的效率和稳定性。因此，希望在高速操作环境中特别是在接收无线电力的设备中，将AC电压高效且稳定地转换成DC电压。也希望防止在整流电压和AC电压之间产生反向电流。
技术实现思路
本公开的方案提供了能够在高速操作环境下高效且稳定地执行电压转换的半导体器件。本公开的方案还提供了一种操作能够在高速操作环境中高效且稳定地执行电压转换的半导体器件的方法。然而，本公开的方案不限于在此阐述的内容。通过参考下面给出的对本公开的详细描述，本公开的上述和其他方面对于本公开所属领域的普通技术人员将变得更加清楚。根据本专利技术的一个方面，提出了一种半导体器件，所述半导体器件包括比较器，所述比较器将第一电压与整流电压进行比较并且根据比较提供第二电压。定时器电路可以根据第二电压操作定时器，并与定时器的操作时间相对应地输出第三电压。驱动器可以根据第三电压利用由驱动器产生的第四电压来驱动晶体管。校准电路可以基于第二电压和第四电压产生定时器校准信号。定时器校准信号可以提供给定时器电路并且用于对定时器的操作时间进行校准。根据本公开的另一个方面，提出了一种半导体器件，所述半导体器件包括：第一比较器，所述第一比较器将第一节点的电压电平与整流电压的电压电平进行比较，以控制第二节点的电压电平；定时器电路，所述定时器电路根据第二节点的电压电平来操作定时器，并且控制第三节点的电压电平；驱动器，所述驱动器通过根据第三节点的电压电平控制第四节点的电压电平来驱动晶体管；以及保护电路，所述保护电路监测整流电压所在的节点与第一节点之间流动的电流，并且当产生反向电流时产生用于停止定时器的操作的定时器停止信号，并且将定时器停止信号提供给定时器电路。根据本公开的又一个方面，提供了一种操作半导体器件的方法，所述方法包括：将第一节点的电压电平与整流电压的电压电平进行比较；通过根据比较结果控制第二节点的电平，操作使用第二节点作为输入的定时器电路的定时器；使用驱动器，通过控制与驱动器的输出相对应的第四节点的电压电平来驱动晶体管，其中驱动器利用与定时器电路的输出相对应的第三节点作为输入来操作；以及通过监测第二节点的电压电平和第四节点的电压电平来向定时器电路提供用于校准定时器的操作时间的定时器校准信号。附图说明通过以下结合附图对实施例的描述，这些和/或其他方面将变得清楚并且更容易理解，在附图中：图1是根据实施例的半导体器件可以应用于的示例整流器的方框图；图2是根据实施例的半导体器件的电路图；图3、图4和图5均是示出了根据图2的实施例的半导体器件的相应操作示例的时序图；图6是根据实施例的半导体器件的电路图；图7是示出了根据图6的实施例的半导体器件的操作示例的时序图；图8是根据实施例的半导体器件的电路图；图9是根据实施例的半导体器件的电路图；图10是根据实施例的半导体器件的电路图；图11是根据实施例的半导体器件的电路图；图12是根据实施例的半导体器件的电路图；以及图13是根据实施例的半导体器件的电路图。具体实施方式图1是根据实施例的半导体器件可以应用于的示例整流器1的方框图。整流器1可以实现为使用金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)作为开关元件的混合有源整流器。其他整流器类型和结构也是可以想到的。示例整流器1可以包括四个晶体管N1至N4。晶体管N1和N2彼此并联连接并且在不同的时间接通和关断。晶体管N3和N4彼此并联连接，并分别与晶体管N1和N2串联连接。晶体管N3和N4同样在不同的时间接通和关断。在本示例中，晶体管N1至N4实现为n沟道金属氧化物半导体(NMOS)晶体管。从交流(AC)电源10提供的AC电压施加在节点AC_P和AC_N之间。在节点AC_P处产生的相对于地(GND)的电压在下文中称为VAC_P，而节点AC_N处相对于GND的电压称为VAC_N。晶体管N1的源极和晶体管N3的漏极均可以连接到节点AC_P，并且晶体管N2的源极和晶体管N4的漏极可以连接到节点AC_N。通过晶体管N1至N4的接通和关断操作将AC电压转换成为直流(DC)电压的整流电压Vrect。具体地，在VAC_P减VAC_N为正的时间段期间，晶体管N1和N4接通，并且晶体管N2和N3关断。为此，在与VAC_P减VAC_N为正近似一致的时间段内，半导体器件100将晶体管N1接通。这一时间段与VAC_P(相对于GND)为正实质上一致，因为晶体管N4接通，并且晶体管N4两端漏极到源极电压VDS接近零，从而这个时间段期间节点GND和AC_N处于近似相同的电势。(在该示例中电流从源极流到漏极。)可以将这个时间段称作AC电压周期的前半周期。此外，由于将晶体管N4实现为通过电压VAC_P门控(自驱动连接)，在VAC_P为正的时间段期间晶体管N4接通。半导体器件100尤其在高速工作环境下精确地控制晶体管N1的操作，以使得整流器1能够高效且稳定地转换AC电压。下文将参考图2至图13来详细描述。晶体管N2和N3按照分别与晶体管N1和N4互补的方式接通和关断。具体地，在VAC_N减VAC_P为正的时间段期间，晶体管N1和N4关断，并且晶体管N2和N3接通(从而VAC_N相对于GND为正)。为此，在与VAC_N为正近似一致的时间段内，半导体器件200将晶体管N2接通。此外，由于将晶体管N3实现为通过VAC_N门控(自驱动连接)，在VAC_N为正(相对于GND)的时间段期间晶体管N3接通。如下所述，半导体器件200尤其在高速工作环境下精确地控制晶体管N2的操作，以使得整流器1能够高效且稳定地转换AC电压。在本示例中，具有小压降和高开关速度的肖特基势垒二极管D1至D4可以分别与晶体管N1至N4并联连接(在漏极至源极路径上)。然而，注意整流器1的具体结构可以根据实现的目的而变化。电容器C和电流源Iout连接到晶体管N1和N2的漏极端子，即，整流电压Vrect的输出端子。电容器C可以稳定整流电压Vrect。应该注意，本公开的范围不限于整流器的具体形式。因此，整流器1也可以以各种其他方式实施。在下文中将参照图2至图13描述半导体器件100和200的各种实现方式。在实现整流器1时，半导体器件100和200可以具有相同的结构，并且以相同的方式但是以互补的时序操作，以实现晶体管N1和N2所需的开关切换。备选地，晶体管可以具有不同的结构，只要实现晶体管开关目的。在图2至图13中，为了避免冗余，只描述控制晶体管N1的操作的半导体器件100。然而，相同的描述适用于控制晶体管N2的操作的半导体器件200。图2是根据实施例的半导体器件100a的电路图。半导体器件100a包括第一比较器110、定时器电路120、驱动器130和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体器件，包括：比较器，所述比较器将第一电压与整流电压进行比较，并且根据所述比较提供第二电压；定时器电路，所述定时器电路根据所述第二电压来操作定时器，并与所述定时器的操作时间相对应地输出第三电压；驱动器，所述驱动器根据所述第三电压用所述驱动器产生的第四电压驱动晶体管；以及校准电路，所述校准电路基于所述第二电压和所述第四电压来产生定时器校准信号，所述定时器校准信号被提供给所述定时器电路并用于对所述定时器的操作时间进行校准。

【技术特征摘要】
2017.01.16 KR 10-2017-00071431.一种半导体器件，包括：比较器，所述比较器将第一电压与整流电压进行比较，并且根据所述比较提供第二电压；定时器电路，所述定时器电路根据所述第二电压来操作定时器，并与所述定时器的操作时间相对应地输出第三电压；驱动器，所述驱动器根据所述第三电压用所述驱动器产生的第四电压驱动晶体管；以及校准电路，所述校准电路基于所述第二电压和所述第四电压来产生定时器校准信号，所述定时器校准信号被提供给所述定时器电路并用于对所述定时器的操作时间进行校准。2.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述校准电路响应于所述第四电压的变化而产生判断时间窗口。3.根据权利要求2所述的半导体器件，其中所述校准电路在所述判断时间窗口的时间段期间监测所述第二电压，并且基于所述监测的结果来产生所述定时器校准信号。4.根据权利要求1所述的半导体器件，其中在所述晶体管的源极处提供所述第一电压，并且将所述第四电压提供到所述晶体管的栅极。5.根据权利要求1所述的半导体器件，还包括保护电路，当产生从所述整流电压所在的节点到所述第一电压所在的节点的反向电流时，所述保护电路产生用于停止所述定时器操作的定时器停止信号，并向所述定时器电路提供所述定时器停止信号。6.根据权利要求5所述的半导体器件，其中所述比较器是第一比较器，并且所述保护电路包括：第二比较器，所述第二比较器确定所述整流电压的电平与所述第一电压之差是否超过偏移电压，并且响应于所述确定来提供确定电压；以及逻辑门，所述逻辑门通过对所述第四电压和所述确定电压执行逻辑运算来产生所述定时器停止信号。7.根据权利要求5所述的半导体器件，其中所述定时器电路根据所述定时器停止信号停止所述定时器的操作，并且所述驱动器关断所述晶体管。8.一种半导体器件，包括：比较器，所述比较器将第一节点的电压电平与整流电压的电压电平进行比较，并根据所述比较来控制第二节点的电压电平；定时器电路，所述定时器电路根据所述第二节点的电压电平来操作定时器，并且与所述定时器操作相对应地控制第三节点的电压电平；驱动器，所述驱动器通过根据所述第三节点的电压电平控制第四节点的电压电平来驱动晶体管；以及保护电路，所述保护电路监测在所述整流电压所在的节点与所述第一节点之间流动的电流，并且当产生反向电流时产生定时器停止信号，所述定时器停止信号被提供给所述定时器电路以停止所述定时器的操作。9.根据权利要求8所述的半导体器件，其中所述比较器是第一比较器，并且所述保护电路包括：第二比较器，所述第二比较器确定所述整流电压的...

【专利技术属性】
技术研发人员：野见山贵弘，文诚佑，高裕锡，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国,KR