开关电容DC-DC转换器中的功率开关可靠性制造技术

本发明专利技术涉及开关电容DC-DC转换器中的功率开关可靠性。器件和技术的有代表性的实施方案最小化开关电容dc-dc转换器中的热载流子应力。多开关布置可以结合定时方案被用来给功率开关工作分级。

【技术实现步骤摘要】
开关电容DC-DC转换器中的功率开关可靠性
本专利技术涉及开关电容DC-DC转换器中的功率开关可靠性。
技术介绍
各种移动或便携式电子器件可能已经通过在低电压（例如3.0伏特、1.5伏特等）下在这些器件内操作一些系统来减少功耗。这样的电子器件经常使用直流到直流转换器（“dc到dc转换器”或“dc-dc转换器”）来把可从其电源得到的电压“逐步减低”到被这些系统使用的较低的电压。通常的dc-dc转换器包括开关电容dc-dc转换器，所述开关电容dc-dc转换器可以包含一个或多个控制一个或多个储能元件（例如“飞跨电容（flyingcapacitor）”等）的开关。这些开关确定储能元件何时充电和放电，以给负载供电。这些储能元件可以从被调节的电流源充电，并且可以至少部分地向与负载并联地耦合的“缓冲器”或者输出电容放电。在开关电容dc-dc转换器（特别地以亚微米工艺来实施的那些转换器）中使用的开关可能遭受被称为热载流子应力（HCS）的情形，所述热载流子应力（HCS）可以随着时间的过去降低开关的性能。高能载流子（也被叫作热载流子）可以作为在工作期间在器件周围生成的高能电场的结果而在开关中被生成。这样的热载流子的存在触发众多物理损伤过程（被称为HCS），所述物理损伤过程可以在器件的使用期限内改变开关特性。长期工作可以引起使用诸如dc-dc转换器之类的开关的电路的故障。例如，高能电场可以将开关材料（例如半导体材料）中的本地载流子加速到大大高于晶格温度的有效温度。热载流子可以向晶格传递可以破坏在Si/SiO2界面处的接合（bond）的动能。同样地，作为高能电场的结果，载流子可以被注入到SiO2层中，并且在那里可以变得被捕获。诸如接合被破坏或载流子变得被捕获之类的意外事件可以在SiO2层中创建不期望的电荷和/或引起可以减少沟道载流子迁移率并增加器件的阈值电压的界面陷阱。各种器件中的由HCS引起的相关问题可以包括：由于热载流子流入体中引起的衬底电流，因为热载流子流入栅的器件退化，减少的漏电流、减少的跨导和亚阈值斜率的降低。一些解决方案已经被提供来减少HCS的影响。以开关的导通电阻/阻抗（RON）的增加或开关的面积的增加（以实现相同的RON值）为代价，如果不是所有的则是许多所提供的解决方案减少热载流子退化。开关的RON以及开关的面积都是开关电容dc-dc转换器中的重要的性能参数，特别是当以亚微米工艺来实施时。一般地，RON越低，性能越好，并且面积越小，器件越好地满足实施或设计标准。
技术实现思路
本专利技术提供了一种设备。所述设备包括储能元件、第一开关和第二开关。第一开关被耦合到储能元件的第一端子。第二开关被耦合到储能元件的第一端子，并且第二开关被布置来与第一开关偏移地来回切换（toggle）。本专利技术还提供了一种直流到直流（dc-dc）转换器。所述直流到直流（dc-dc）转换器包括储能元件和多个开关。所述多个开关被耦合到储能元件的第一端子。所述多个开关中的至少一个被布置来接收切换信号。所述切换信号被布置来使多个开关中的一个或多个的切换在多个开关中的另一开关已来回切换时延迟预置的持续时间。此外，本专利技术还提供了一种方法。所述方法包括：关于直流到直流（dc-dc）转换器的储能器件布置第一开关和第二开关，其中第一开关和第二开关中的一个或多个将所述储能器件耦合到电压源；来回切换第一开关；与来回切换第一开关同时地开始预置的延迟；在预置的延迟结束时来回切换第二开关。附图说明参照所附的附图，详细的描述被阐明。在附图中，参考数字的最左侧的（多个）数标识参考数字在其中第一次出现的图。相同参考数字在不同的图中的使用指示类似的或相同的项。图1A是其中根据本公开内容的技术可以被实施的实例开关电容dc-dc转换器的示意图。图1A示出了在第一工作阶段中的实例dc-dc转换器。图1B是图1A的实例开关电容dc-dc转换器在第二工作阶段中的示意图。相对于在图1A和1B中示出的第一和第二工作阶段，图2是示出了控制各种开关的实例电压波形的波形图。图3是图1A和1B的dc-dc转换器的被实施为开关集合的实例开关的示意图。同样被示出的是示出针对开关集合的偏移切换方案的实例时序图。图4是图示了在根据实施方案的dc-dc转换器中使用多个开关的实例开关定时过程的流程图。具体实施方式概述技术和/或器件的有代表性的实施方案提供对开关定时的控制，和/或提供对被用在开关电容dc-dc转换器中的功率开关的开关布置。在各种实施方案中，定时方案可以结合各种开关布置被使用，以减少或消除高能场对开关（包括基于金属氧化物半导体（MOS）的开关和其他）的影响。技术和/或器件可以被用来减少、最小化或消除热载流子应力（HCS）对于开关器件的影响。实例最坏情况HCS情形是其中低阻抗功率开关被采用来同时切换高电流和高电压的情形。这个组合一般创建上面所描述的高能电场，并且可能随着时间的过去导致对开关的物理损伤。多开关布置可以结合定时方案被使用，以使功率开关工作分级（stage），并且以避免对低阻抗功率开关进行热切换。通常的开关电容dc-dc转换器包含控制一个或多个储能元件（例如电容）的充电和放电的一个或多个开关。开关可以将（多个）储能元件耦合到用于进行充电的电压源和/或用于进行放电的负载。在一个例子中，通过使用开关对或组，开关中的一个或多个可以被实施。例如，（具有所选的工作特性的）包括两个或更多个开关的开关集合可以代替dc-dc转换器中的单个功率开关被使用。通过使用定时方案，该集合中的开关的定时可以被协调，使得该集合中的开关在例如充电阶段期间不可同时来回切换。在替换的实施方案中，开关集合中的一个或多个开关可以被布置来以基于每个开关的相对阻抗的顺序进行切换。例如，该集合中的较高阻抗开关可以被布置来在较低阻抗开关之前切换。在其他实施方案中，各个单独的开关的其他特性可以被用来协调集合中的开关的定时。针对开关电容dc-dc转换器的开关定时控制和开关布置的各种实施方案在本公开内容中被讨论。切换控制的技术和器件参照在附图中所图示的实例dc-dc转换器电路示意图和各种相关的波形被讨论。所讨论的技术和器件可以被应用于各种dc-dc转换器设计、电路和器件中的任何一个，并且处于本公开内容的范围之内。此外，为了便于讨论和图示的便利，在dc-dc转换器电路的环境下指的是在这里所讨论的技术和器件。这些技术和/或器件也可以被用在其他实施方案、电路、系统等等中，以减少或消除热载流子应力。所公开的技术和器件的优点是变化的，并且包括：1）对开关器件（例如功率开关）的减少的物理损伤，其包括被破坏的接合以及其他器件退化；2）开关与系统的增加的可靠性；3）通过使用低阻抗开关被改进的性能；4）开关器件的减少的尺寸；5）被减少的影响载流子迁移率和阈值电压的界面陷阱发生和衬底电流；以及6）可靠的漏电流、跨导与亚阈值斜率。所公开的技术的其他优点也可以存在。不同时切换高电流和高电压提供附加的益处。除了改进热载流子可靠性实施例之外，产品的改进表明比公知的设备显著更低的电磁干扰。以偏移的方式切换电流和电压实现单独控制的变化率或适度的电压以及电流斜坡。这导致特别是在车辆应用中所要求的更小的高频干扰和良好的电磁兼容，以确保系统的（例如汽车的）其他部件并不被妨碍。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种设备，其包括：储能元件；被耦合到储能元件的第一端子的第一开关；被耦合到储能元件的第一端子的第二开关，所述第二开关被布置来与第一开关偏移地来回切换。

【技术特征摘要】
2011.09.12 US 13/230,7721.一种开关定时的控制设备，其包括：储能元件；被耦合到储能元件的第一端子的第一开关；被耦合到储能元件的第一端子的第二开关，所述第二开关被布置来在一个工作阶段期间与第一开关偏移地来回切换，其中，第一开关和所述第二开关并联连接，并且所述第二开关被布置来当第二开关上的电压大约为最小电压时来回切换，其中，第一和第二开关被布置来以基于第一和第二开关的相对阻抗的顺序来回切换，其中，第二开关被布置来在预置的延迟之后闭合，其中所述预置的延迟在第一开关的闭合时开始。2.根据权利要求1所述的设备，其中，第一开关具有比第二开关更大的阻抗，并且其中第一开关被布置来在第二开关之前来回切换。3.根据权利要求1所述的设备，其中，第一开关具有比第二开关大至少十的数量级的阻抗，并且其中第二开关被布置来在第一开关已经来回切换之后来回切换预置的持续时间。4.根据权利要求1所述的设备，其中，第一和第二开关被布置来同时断开。5.根据权利要求1所述的设备，其中，第一开关被布置来当第一开关上的电压大约为最大电压...

【专利技术属性】
技术研发人员：B安克勒，W赫林格，S马西利，
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：