[發明專利]回授式組件塊與二極管橋式整流器及方法

有效

• 申請號: 200980102923.5
• 申請日: 2009-01-23
• 公開（公告）號: CN102027594A
• 公開（公告）日: 2011-04-20
• 發明（設計）人: A·安庫迪諾伍;V·諾杜伍
• 申請（專利權）人: 意法半導體有限公司
• 主分類號: H01L23/48
• 分類號: H01L23/48
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 王茂華

相關申請

本申請關聯并要求在2008年1月23日提交的美國臨時申請61/022968、以及在2008年9月25日提交的美國專利申請12/238308的權益，并通過后者要求在2007年9月26日提交的題為“可調節的場效應整流器(Adjustable?Field?Effect?Rectifier)”的美國臨時申請60/975467的權益，且被共同受讓。

技術領域

本發明總地涉及半導體整流器，且更具體地涉及用于改進二極管電橋的性能的回授式自動控制結構及用于這種結構的方法。

背景技術

全電橋或半電橋的二極管電橋是非常常見的電路元件，用以執行對振蕩輸出信號的整流。半電橋由兩個二極管構成，并具有三個外部電極。它們通常在開關模式電源電路中用于輸出整流，諸如正激、推挽、半電橋和全電橋拓撲結構。對于信號的一種極性，電流流過一個二極管(處于導通狀態)，且不流過另一個二極管(處于截止狀態)。對于相反的極性，二極管切換它們的狀態：導通的二極管變為截止狀態，截止的二極管變為導通狀態。這種兩個二極管之間的電流切換導致整流。

在信號整流期間的能量損耗由各個二極管的性能所決定。對于實際二極管的實現方式，其受理想二極管的公式所限制：

I_F/I_R≤exp(qV_F/kT)

其中，I_F是正向電流，V_F是正向偏壓，I_R是漏電流，以及室溫T下kT/q＝0.0259V。因此，某些整流比要求正向電壓降大于一些限定值

V_F＞0.0259ln(1+I_F/I_R)

例如，對于導電電流為10A漏電流為10μA的二極管，則正向電壓降大于0.358。一些二極管接近于該理論限定值，因此給通過常規技術來進行改進的空間非常小。一旦電子器件在較低電壓下運行，則該理論限定值將導致二極管效率非常低。例如，如果電源采用3.3V，則在半電橋上的損耗將是大約0.358/3.3＝11％。對現代開關模式電源來說，這種在整流上的高能量損耗是不可接受的。

為了克服整流器電橋在低壓應用中的高損耗，采用同步整流。一種方法是采用MOSFET來執行二極管的整流功能。然而，同步整流的電路的實現方式非常復雜。需要控制器來提供柵電壓并將MOSFET從導通變到截止狀態。需要傳感器告知控制器所施加的電壓的信號已經變化。這種附加的信號處理降低了由同步整流器構成的半電橋的運行速度。因此，人們需要復雜得多的且昂貴的電路替代兩個二極管。

所以，長期以來都存在對一種橋式整流器的需要，該橋式整流器能夠在低壓下高效工作，而無需復雜電路，且沒有常規同步整流器的頻率范圍限制。

發明內容

提出一種回授式組件塊(RBB)作為新的半導體器件，具體地，其被成對用于形成高效的二極管半電橋，該二極管半電橋能夠在低壓下運行而沒有不可接受的損耗。每一RBB具有4個電極：源極、漏極、柵極和探測極。在一實施例中，在每一RBB的源極和漏極之間的電流可以由柵極電壓所控制。第一RBB的探測電極為第二RBB的柵電極提供回授信號。來自探測電極的該信號可以被用于在導通和截止狀態之間開關鄰近的半導體器件，該鄰近的半導體器件形成一對中的第二器件。因此，根據本發明用一對RBB構成的半電橋僅僅具有三個外部接點。由兩個RBB制成的具有共陽極或共陰極的半電橋實施例顯示出比理想二極管性能更好的性能，類似于同步整流器。由于半電橋僅僅有三個接點，避免了常規同步整流器控制信號的復雜性。

附圖說明

圖1示出了示意性的4-端子回授式組件塊(RBB)的結構。源極和漏極之間的電流由柵電極所控制。探測電極可以被用作附加電流控制或作為回授信號的源；

圖2示出了將兩個圖1所示的RBB組合形成的回授式半電橋。每一RBB的探測電極被連接到另一RBB柵電極用于在導通和截止狀態之間自動切換。在一實施例中，兩個n型(p型)RBB將構成共陽極(共陰極)的回授式半電橋。

圖3示意了組合成二極管全電橋的共陽極和共陰極半電橋，電流用箭頭指示。

圖4圖示出正向電壓降隨所施加電流的變化圖。與20μA漏電流的理想二極管(藍)相比，共陽極(紅)和共陰極(綠)半電橋具有更小的電壓降。

圖5示出了根據本發明的回授式半電橋的示意性I-V曲線。負電阻區對應于柵電壓超過閾電壓時從截止到導通狀態的自動切換。

圖6示出回授式半電橋倍流整流設計。