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复合器件及开关电源专利背景

2022/07/16213 作者:佚名
导读:参考图1,图1示出了2014年4月之前技术中的一种开关电源100,可以适用于AC-DC和LED驱动,该开关电源100包括:开关电源控制装置101、电阻R1和功率MOS器件102。仍然参考图1,开关电源100在高压启动时,高压端HV通过电阻R1给开关电源控制装置101的供电端VCC提供启动电流,完成开关电源100的高压启动;在高压启动后,高压端HV又通过电阻R1给开关电源控制装置101的供电端VCC

参考图1,图1示出了2014年4月之前技术中的一种开关电源100,可以适用于AC-DC和LED驱动,该开关电源100包括:开关电源控制装置101、电阻R1和功率MOS器件102。仍然参考图1,开关电源100在高压启动时,高压端HV通过电阻R1给开关电源控制装置101的供电端VCC提供启动电流,完成开关电源100的高压启动;在高压启动后,高压端HV又通过电阻R1给开关电源控制装置101的供电端VCC供电;在工作时,开关电源控制装置101的驱动端DRV驱动高压器件102的栅极G,完成功率器件102的源极S或者高压端HV的功率驱动输出。

参考图2,图2示出了图1中的开关电源100内的功率器件102的版图201的示意图,该功率器件102为高压MOS器件。结合图1和图2在高压MOS器件102的版图201上,正面有栅极G的压点和源极S的压点,背面有漏极D的压点,这三个压点可以完成高压MOS器件102的功率驱动输出功能。

参考图3,图3示出了图2沿AA’方向的纵向剖面的示意图。如图3所示,以N型器件为例,该高压MOS器件包括:MOS管的N型外延区306,外延区306由电极301引出,形成MOS管的漏极;MOS管的P阱302;MOS管的N型掺杂区305;MOS管的P型掺杂区309,P阱302、P型掺杂区309以及N型掺杂区305通过电极303短路,形成MOS管的源极;MOS管的栅极304。从器件的整体结构而言,上述P阱302、N型掺杂区305、P型掺杂区309以及栅极304等都形成于元胞部分308,元胞部分308是器件的电流导通区域,元胞部分308为有源区,该功率器件可以由众多元胞部分308重复形成;在元胞部分308的边缘以外具有高压环307,高压环307可以包括多个P型掺杂310,该高压环307可以对应于图2所示的区域207。以上器件的内部结构以及工作原理为公知技术,不再详细描述。

结合图1和图3,电极301连接至开关电源100的高压端HV,栅极304连接到开关电源100的驱动端DRV。当栅极304上施加的电压高于阈值电压时,P阱302的表面反型形成沟道,使得MOS管的源极和漏极导通,以进行功率输出。图1所示的方案通过电阻R1来完成开关电源100的高压启动和给开关电源控制装置101的供电端VCC供电,由于流过电阻R1的电流一直存在,所以存在启动时间和待机功耗的矛盾,即:如果电阻R1的电阻值小,则在高压启动时,高压端HV通过电阻R1给供电端VCC提供的电流大,那么开关电源100的启动时间短,但在高压启动后,由于流过电阻R1的电流大,则开关电源100的待机功耗高;如果电阻R1的电阻值大,则在高压启动时,高压端HV通过电阻R1给供电端VCC提供的电流小,那么开关电源100的启动时间长,而在高压启动后,由于流过电阻R1的电流小,则开关电源100的待机功耗低。

为了兼顾启动时间和待机功耗,在实际应用中电阻R1一般选在MΩ级,但即使这样,在高压端HV的电压值为220VAC时,电阻R1的功耗也达到十几毫瓦至上百毫瓦。由上,2014年4月之前技术中的开关电源100通过电阻R1来完成开关电源100的高压启动和给开关电源控制装置101的供电端VCC供电,无法确保既能减少启动时间,又能降低待机功耗。

针对上述问题,2014年4月之前的技术中提出了一种增加耗尽型器件启动的技术方案,如图4所示。在2014年4月之前的开关电源的基础上,图4所示开关电源400增加了高压启动器件403以加快开关电源400的高压启动过程,该高压启动器件403为耗尽型MOS管;高压启动后关闭该高压启动器件403以降低开关电源400的待机功耗,从而提高开关电源400的效率。

2014年4月之前的技术中,高压启动器件403作为单独的器件来使用,主要起到高压信号处理和控制的作用。由于高压启动器件403是一个单独器件,因此开关电源400需要一个额外的元器件,从而增加了系统的复杂程度和成本。

针对上述问题,中国专利申请CN201210492874.4提出了一种合成的器件结构,把低压部分的开关电源控制部分和高压HVMOS部分以及JFET合成在一起,采用高压BCD的工艺进行实现。但是,该技术方案需要采用高压BCD工艺实现,使得整个芯片的工艺复杂,成本昂贵;而且由于高压BCD工艺中HVMOS器件的功耗限制,使得该技术方案无法适用于大功率的应用场景。

*文章为作者独立观点,不代表造价通立场,除来源是“造价通”外。
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