半导体器件和使用所述器件的开关调节器制造技术

根据本发明专利技术的半导体器件包括：n沟道输出晶体管，其中在漏极上施加输入电压，并且从源极引出与晶体管的开关驱动相对应的脉冲式开关电压；自举电路，用于产生比开关电压高预定电势的升压电压；内部电路，用于接收所述升压电压的供应以产生开关驱动信号，并且将所述信号供应给输出晶体管的栅极；过压保护电路，用于监测所述开关电压和所述升压电压之间的电势差，并且用于产生过压检测信号；以及开关元件，根据所述过压检测信号，在所述内部电路和施加所述升压电压的端子之间建立/阻断电传导。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于执行输出晶体管的开关驱动控制的半导体器件，并且涉及一种使 用这种器件的开关调节器。
技术介绍
图11是示出了传统开关调节器的电路方框图。如图11所示，η沟道M0S(金属氧 化物半导体)场效应晶体管201a用作传统开关调节器中的输出晶体管，需要大于输入电压 Vin的栅极电压以导通所述晶体管201a。鉴于这种原因，传统的开关调节器配置有自举电 路(二极管203和电容器以)，并且将超过所述开关端子SW中的开关电压Vsw电容器C2的 充电电压(通过从恒定电压Vreg减去二极管203的正向电压降Vf获得的电压)的自举电 压Vbst提供给驱动器20加，用于产生所述晶体管201a的栅极电压。可以引用日本未审专利公开No. 2009-108115和10-014217作为与开关调节器有 关的现有技术示例。
技术实现思路
图12是说明了自举操作的示例的波形图。在图中，实线是开关电压Vsw，虚线是自 举电压Vbst。因为常规操作期间在自举端子BST和开关端子SW之间不会产生大于等于恒定电 压Vreg(例如5V)的电势差，不需要用于耐高压的驱动器20加。然而，例如当在自举端子BST和输入端子VIN之间形成短路时，在所述自举端子 BST和开关端子SW之间产生与所述输入电压Vin相对应的电势差(例如，12V)。因此，此时 可能在驱动器20 中发生击穿。即使当此时避免了驱动器20 的击穿时，当晶体管201a 导通时，通过自举端子BST和开关端子SW之间的自举操作产生与约两倍于输入电压Vin 相对应的电势差(例如MV)，使得可以防止驱动器20 击穿，除非所述驱动器20 设计用 于耐高压。在最差情况下，由于当驱动器20 已经击穿的情况下不再可能按照常规方式导 通或截止晶体管201a，可能发生爆炸或者着火。将驱动器20 设计为耐高压以便能够甚至在与两倍于输入电压Vin的电势差下 操作，结果是驱动器20 占据非常大的面积。因此，遇到了开关电源IC200变得更大且更 加昂贵的问题。鉴于本申请专利技术人遇到的这些问题，本专利技术的目的是提供一种半导体器件，所述 半导体器件允许将整个器件制造为更耐高压，同时抑制了器件尺寸和成本的增加，并且提 出了一种使用这种器件的开关调节器。为了实现所述目的，根据本专利技术的半导体器件配置用于具有m沟道或npn型输出 晶体管，其中将输入电压施加到漏极或集电极，从源极或发射极引出与晶体管的开关驱动 相对应的脉冲开关电压；自举电路，用于产生比开关电压增加预定电势的升压电压；内部 电路，用于接收所述升压电压的供应以产生开关驱动信号，并且将所述信号供应给输出晶体管的栅极或基极；过压保护电路，用于监测所述开关电压和所述升压电压之间的电势差， 并且用于产生过压检测信号；以及开关元件，根据所述过压检测信号，在所述内部电路和施 加所述升压电压的端子之间建立/阻断电传导。利用这样配置的半导体器件，可以将整个器件制造地更能耐受高电压，同时防止 尺寸和成本增加，使其可以对于减小使用这种器件获得的开关调节器的尺寸和成本有贡 献。根据优选实施例的以下详细描述以及与其相关的附图，本专利技术的其他特征、元件、 步骤、益处和特征将变得更加清楚。附图说明图1是示出了开关调节器的第一实施例的方框图；图2是示出了软启动控制电路6的结构示例的电路图；图3是示出了过压保护电路19的结构示例的电路图；图4是示出了所述过压保护操作的时序图；图5是示出了开关调节器的第二实施例的方框图；图6是示出了开关调节器的第三实施例的方框图；图7是示出了 PWM和PFM组合使用的优点的图表；图8是示出了开关调节器的第四实施例的方框图；图9是示出了电流/电压转换电路25的结构示例的电路图；图10是示出了误差电压Verr的上拉操作的时序图；图11是示出了开关调节器的传统示例的电路方框图；图12是示出了自举操作的结构示例的波形图；以及图13是示出了关闭电路28的结构示例的电路图。具体实施例方式下面是参考在根据自举方法操作的降压开关调节器中实现本专利技术的结构给出的 详细描述。(第一实施例)图1是示出了开关调节器的第一实施例的电路方框图。如所示的，第一实施例的 开关调节器是降压开关调节器(断续调节器)，包括开关电源IC 100、外部电感器Li、二极 管D1、电阻器Rl至R3和电容器Cl至C5，并且适用于根据输入电压Vin产生所需的输出电 压 Vout0开关电源IC 100具有η沟道MOS场效应晶体管Ia和lb、驱动器加和2b、电平移 位器3a和北、驱动控制电路4、误差放大器5、软启动控制电路6、pnp双极型晶体管7、倾斜 电压发生电路8、PWM(脉冲宽度调制)比较器9、参考电压发生电路10、振荡器11、电阻器 1 和12b、升压恒压发生电路13、二极管14、低压闭锁电路15、热关闭电路16、输入偏置电 流发生电路17、过流保护电路18、过压保护电路19和ρ沟道MOS场效应晶体管20。此外，作为与外部电连接的装置，所述开关电源IC 100具有使能端EN、反馈端FB、 相位补偿端CP、软启动端SS、自举端BST、输入端VIN、开关端SW和接地端GND。在所述开关电源IC 100的外部，输入端VIN与其上施加输入电压Vin (例如12V) 的端子相连，并且也经由电容器Cl与接地端相连。开关端SW与二极管Dl的负极和电感器 Ll的一端相连。二极管Dl的正极与接地端相连。电感器Ll的另一端与输出电压Vout的 引出端相连，并且分别与电容器C3的一端以及电阻器Rl的一端相连。电容器C3的另一端 与接地端相连。电阻器Rl的另一端经由电阻器R2与接地端相连。电阻器Rl和电阻器R2 的连接节点与作为反馈电压Vfb的引出端的反馈端FB相连。电容器C2连接在开关端SW 和自举端BST之间。使能端EN是为了使能或禁用开关电源IC 100驱动的目的而被施加以 使能信号的端子。相位补偿端CP经由电容器C4和电阻器R3与接地端相连。软启动端SS 经由电容器C5与接地端相连。上述电感器Li、二极管Dl和电容器C3用作整流/平滑电路，适于对从开关端SW抽 取的开关电压Vsw进行整流/平滑，以便产生所需的输出电压Vout。上述电阻器R1、R2用 作反馈电压发生电路(电阻分压电路)，用于产生与输出电压Vout相对应的反馈电压Vfb。 电容器C2和内置在开关电源IC 100中的二极管14 一起形成了自举电路。接下来将描述开关电源IC 100的内部结构。晶体管la、Ib是串联连接在输入端VIN(施加输入电压Vin的端子)和接地端GND 之间的一对开关元件。通过按照互补方式开关驱动这些元件，根据输入电压Vin产生脉冲 开关电压Vsw。晶体管Ia是大型输出晶体管(功率晶体管)，设计用于通过较大的开关电 流Isw，而晶体管Ib是小型同步整流晶体管，设计用于将在低负载时(在非连续电流模式期 间)产生的振铃噪声释放到接地端GND。为了更加具体地描述这两端的连接关系，晶体管 Ia的漏极与输入端VIN相连。晶体管Ia的源极和背栅极与开关端SW相连。晶体管Ib的 漏极与开关端SW相连。晶体管Ib的源极和背栅极与接地端GND相连。这里使用的术语“互补”不仅指的是其中晶体管la、lb的导通/截止态完全反转 的情况，也包括其中对晶体管l本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体器件，包括：ｎ沟道或ｎｐｎ型输出晶体管，其中在漏极或集电极上施加输入电压，并且从源极或发射极引出与晶体管的开关驱动相对应的脉冲式开关电压；自举电路，用于产生比开关电压高预定电势的升压电压；内部电路，用于接收所述升压电压的供应以产生开关驱动信号，并且将所述信号供应给输出晶体管的栅极或基极；过压保护电路，用于监测所述开关电压和所述升压电压之间的电势差，并且用于产生过压检测信号；以及开关元件，根据所述过压检测信号，在所述内部电路和施加所述升压电压的端子之间建立／阻断电传导。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：村上和宏，土井干也，福本洋祐，
申请(专利权)人：罗姆股份有限公司，
类型：发明
国别省市：JP