整流器器件制造技术

在此描述了整流器器件。根据一个实施例，整流器器件包括掺杂有第一掺杂类型的掺杂剂的半导体本体以及布置在半导体本体中并且掺杂有第二掺杂类型的掺杂剂的一个或多个阱区。由此，一个或多个阱区和周围的半导体本体形成pn结。整流器器件进一步包括阳极端子和阴极端子，阳极端子和阴极端子被通过第一MOS晶体管和二极管的负载电流路径连接，二极管与负载电流路径并联。在整流器器件的操作期间，在阳极端子和阴极端子之间施加有交流输入电压。整流器器件包括控制电路，该控制电路被配置为在导通时间段内使第一MOS晶体管开启，在所述导通时间段期间二极管被正向偏置，其中第一MOS晶体管和二极管被集成在半导体本体中并且控制电路至少部分地被布置在一个或多个阱区中。进一步地，整流器器件包括开关电路，该开关电路被配置为只要交流输入电压高于门限值，就将一个或多个阱区中的第一阱区与阳极端子电连接，并且只要交流输入电压处于或低于门限值，就将第一阱区的电压朝向交流输入电压拉动。

Rectifier device

The rectifier device is described here. According to one embodiment, the rectifier device includes a semiconductor body doped with a first doping type dopant and one or more well regions arranged in the semiconductor body doped with a second doping type dopant. Thus, one or more well regions and the surrounding semiconductor body form a PN junction. The rectifier device further comprises an anode terminal and a cathode terminal, the anode terminal and the cathode terminal are connected through the load current path of the first MOS transistor and the diode, and the diode is in parallel with the load current path. During the operation of the rectifier device, an AC input voltage is applied between the anode terminal and the cathode terminal. The rectifier device includes a control circuit configured to turn on the first MOS transistor during the on time period, during which the diode is positively biased, wherein the first MOS transistor and the diode are integrated in the semiconductor body and the control circuit is at least partially arranged in one or more well areas. Further, the rectifier device includes a switch circuit configured to electrically connect the first well area of one or more well areas with the anode terminal as long as the AC input voltage is higher than the threshold value, and pull the voltage of the first well area toward the AC input voltage as long as the AC input voltage is at or lower than the threshold value.

【技术实现步骤摘要】
整流器器件
本申请涉及电源领域，特别是涉及整流器电路和器件以及相关的方法和器件。
技术介绍
在电气电网中，由于各种原因，电力通常以交流电（AC）的形式分配给客户。另外交流发电机例如被使用在汽车中以生成交流电。在许多应用中，必须将交流电转换成直流电（DC）以便为需要DC供给的电子电路或其它设备提供DC供给。该转换处理被称为整流。用于构建整流器的标准组件是硅二极管。存在几种类型的整流器。一种常见的类型是单相全波整流器，其通常是使用以桥式配置（所谓的格雷兹（Graetz）桥）连接的四个二极管构建的。作为旁注，应该提到的是，由电气电网提供的交流电压（例如120或230伏）通常在被整流之前使用变压器转变为更低的电压。在汽车行业领域中，交流发电机通常生成多相输出电压，并且例如，三相全波整流器包括六个二极管。进一步地，整流器二极管也可以例如被使用在（DC/DC或AC/DC））转换器中。硅二极管具有近似为0.6至0.7伏的正向电压。肖特基二极管和锗二极管具有近似为0.3伏的略微更低的正向电压。pn结的（即二极管的）的正向电压取决于半导体材料，并且因此实际上可以被视为对于特定的半导体制造技术（该技术一般基于硅）而言的恒定参数。然而，理解的是实际的正向电压是取决于温度的。也就是，硅二极管将总是产生按每安培负载电流近似为600到700毫瓦的功率耗散。由四个二极管组成的二极管桥（桥式整流器）因此产生按每安培（RMS）的负载电流近似为1.2到1.4瓦的功率耗散，因为在二极管桥中总是有两个二极管被正向偏置。特别是对于相比较而言的低电压（例如5至15伏）来说，整流器中的功率耗散可能是总的功率消耗中的很大部分。为了降低整流器器件中的功率耗散，可以使用被称为动态整流的技术。由此，硅二极管被功率晶体管（诸如功率MOS场效应晶体管（MOSFET）或功率双极结型晶体管（BJT））替代，功率晶体管具有相比较而言低的导通阻抗，并且因此可以产生如与简单的硅二极管相比的明显更低的电压降。然而，通常需要相对复杂的控制电路来与交流电压同步地开启和关闭晶体管。与在DC供给电压下操作的普通高侧半导体开关不同，具有功率MOS晶体管的整流器器件是在交流供给电压下操作的。整流器可以包括控制电路，该控制电路被配置为与交流供给电压同步地开启和关闭功率MOS晶体管。取决于实际的实现，另一个挑战可能是防止在正电压电平和负电压电平之间交变时可能由交流供给电压触发的闩锁效应。
技术实现思路
在此描述了整流器器件。根据一个实施例，整流器器件包括掺杂有第一掺杂类型的掺杂剂的半导体本体，以及布置在半导体本体中的并且掺杂有第二掺杂类型的掺杂剂的一个或多个阱区。由此，一个或多个阱区和周围的半导体本体形成pn结。整流器器件进一步包括通过第一MOS晶体管和二极管的负载电流路径连接的阳极端子和阴极端子，二极管与负载电流路径并联。在整流器器件的操作期间，在阳极端子和阴极端子之间施加交流输入电压。整流器器件包括控制电路，该控制电路被配置为使第一MOS晶体管在导通时间段内开启，在所述导通时间段期间二极管被正向偏置，其中第一MOS晶体管和二极管被集成在半导体本体中，并且控制电路被至少部分地布置在一个或多个阱区中。进一步地，整流器器件包括开关电路，该开关电路被配置为只要交流输入电压高于门限值，就将一个或多个阱区的第一阱区与阳极端子电连接，并且只要交流输入电压处于或低于门限值，就将第一阱区的电压朝向交流输入电压拉动。更进一步地，在此描述了一种半导体器件，根据一个实施例，半导体器件包括掺杂有第一掺杂类型的掺杂剂的半导体本体和布置在半导体本体中并且掺杂有第二掺杂类型的掺杂剂的一个或多个阱区。在操作期间，将交流的衬底电压施加到半导体本体。半导体器件进一步包括开关电路，该开关电路包括耦合在第一阱区和阳极端子之间的第一晶体管、耦合在第一阱区和阴极端子之间的第三晶体管、耦合在阴极端子和第一电路节点之间的第二晶体管、耦合在第一电路节点和第一阱区之间的第五晶体管、以及具有第四晶体管和耦合在内部供给节点与阳极端子之间的电流源电路的串联电路。第三晶体管、第四晶体管和第五晶体管具有耦合到第四晶体管的漏极的栅极电极，并且第一晶体管具有耦合到第一电路节点的栅极电极，并且第二晶体管具有耦合到内部供给节点的栅极电极。附图说明参考以下描述和附图可以更好地理解在此描述的实施例。各图中的组件未必是成比例的，相反重点被放在图示实施例的原理上。更进一步地，在各图中，同样的参考标号指明对应的部分。在附图中：图1作为说明性的示例图示由连接到三相交流发电机的六个二极管组成的三相全波整流器电路。图2图示可以被用于替代整流器电路中的二极管的功率MOSFET，其中在在此描述的实施例中，功率MOSFET在开启时是反向导通的。图3是图示图2的功率MOSFET的示例性实现的半导体本体的横截面视图。图4是图示图2的功率MOSFET和控制电路的电路图，该控制电路被配置为当体二极管变为正向偏置时主动地开启MOSFET。图5是图示当MOSFET被连接到负载并且在供给有交流电压的时候未被主动开启时跨图4的MOSFET的体二极管的电压的时序图。图6是图示可以被包括在控制电路中以生成内部供给电压的示例性供给电路的电路图。图7是图示当供给有交流电压时图4的MOSFET可以如何开启和关闭的一个示例的时序图。图8是类似于图3的半导体本体的横截面视图；在该图中图示可能引起闩锁效应的寄生组件。图9是可以被用于防止寄生组件的激活的一个示例性电路。图10是作为图9的示例的简化修改的另一示例性电路。具体实施方式如上面提到那样，存在几种类型的整流器。图1图示三相全波整流器的一个示例性实现，其是使用以桥式配置（所谓的三相整流器桥）连接的六个二极管D1，D2，D3，D4，D5，D6构建的。图1还图示三相AC电压源G，其可以表示例如电网、三相变压器的次级侧、诸如在汽车中使用的三相交流发电机的AC发电机、或者任何其它常见的AC电压源。电压源G提供被连接到整流器桥的三个相。各相之间的AC电压被标明为VUV，VUW和VVW。电容器C1可以被连接到整流器桥的输出以减少DC输出电压VDC的纹波。如所提到那样，汽车电池可以被耦合到整流器桥，从而电池可以由发电机G充电。硅二极管通常具有近似0.6到0.7伏的正向电压，并且因此可能引起显著的功率耗散。为了降低功率耗散，可以由包括可控半导体开关的整流器器件替代硅二极管。在图2中图示的示例中，整流器器件10包括功率MOS晶体管MP（MOSFET），其具有与功率MOS晶体管MP的负载电流路径（漏极-源极电流路径）并联耦合的本征二极管DR（体二极管）。整流器器件10的阳极端子和阴极端子对应于本征二极管的阳极和阴极，并且分别被标记为A和K。虽然在在此描述的示例中使用MOSFET，但是可以替代地使用具有集成的反向二极管的IGBT。一般地，整流器器件10可以仅具有两个端子，并且因此可以被用作为用于普通硅二极管的简单替代物。与已知的动态整流本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种整流器器件，包括：/n掺杂有第一掺杂类型的掺杂剂的半导体本体（100）；/n一个或多个阱区（200，300），其被布置在半导体本体（100）中并且掺杂有第二掺杂类型的掺杂剂；所述一个或多个阱区（200，300）和周围的半导体本体（100）形成pn结；/n阳极端子（A）和阴极端子（K），被通过第一MOS晶体管（M

【技术特征摘要】
20180601 DE 102018113146.11.一种整流器器件，包括：
掺杂有第一掺杂类型的掺杂剂的半导体本体（100）；
一个或多个阱区（200，300），其被布置在半导体本体（100）中并且掺杂有第二掺杂类型的掺杂剂；所述一个或多个阱区（200，300）和周围的半导体本体（100）形成pn结；
阳极端子（A）和阴极端子（K），被通过第一MOS晶体管（MP）和二极管（DR）的负载电流路径连接，二极管（DR）并联连接于负载电流路径；在阳极端子（A）和阴极端子（K）之间可操作地施加有交流输入电压（VSUBST）；
控制电路（11），其被配置为在导通时间段（TON）内使第一MOS晶体管（MP）开启，在所述导通时间段（TON）期间二极管（DR）被正向偏置；第一MOS晶体管（MP）和二极管（DR）被集成在半导体本体（100）中，并且控制电路（11）至少部分地被布置在所述一个或多个阱区（200，300）中；和
开关电路，其被配置为只要交流输入电压（VSUBST）高于预定的门限值，就将所述一个或多个阱区中的第一阱区（200）与阳极端子（A）电连接，并且只要交流输入电压（VSUBST）处于或低于预定的门限值，就将第一阱区（200）的电压朝向交流输入电压（VSUBST）拉动。


2.根据权利要求1所述的整流器器件，其中为了将第一阱区（200）与阳极端子（A）电连接，开关电路包括：
电阻器（R5），被耦合在第一阱区（200）和阳极端子（A）之间。


3.根据权利要求1所述的整流器器件，其中为了将第一阱区（200）与阳极端子（A）电连接，开关电路包括：
第一晶体管（N5），被耦合在第一阱区（200）和阳极端子（A）之间。


4.根据权利要求3所述的整流器器件，
其中第一晶体管（N5）被配置为选择性地连接第一阱区（200）和阳极端子（A），
其中晶体管（N5）具有连接到电路节点（X）的栅极，电路节点（X）耦合到阴极端子（K）；电路节点（X）的电压根据交流输入电压（VSUBST）交变。


5.根据权利要求4所述的整流器器件，其中开关电路进一步包括：
第二晶体管（N4），被耦合在阴极端子（K）和电路节点（X）之间；第二晶体管的栅极耦合到供给节点以接收内部供给电压（VINT）。


6.根据权利要求1至5中的任何一项所述的整流器器件，其中开关电路进一步包括：
第三晶体管（N3），被耦合在阴极端子（K）和第一阱区（200）之间；
电路，被配置为向第三晶体管（N3）提供栅极电压，从而第三晶体管（N3）在其线性区中操作。


7.根据权利要求6所述的整流器器件，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：A皮杜蒂，D加德勒，I帕克尼斯，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE