[發(fā)明專利]理想二極管及其控制電路

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811536717.2
• 申請日: 2018-12-14
• 公開（公告）號: CN109450234A
• 公開（公告）日: 2019-03-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 寧志華;李偉
• 申請（專利權(quán)）人: 杭州士蘭微電子股份有限公司
• 主分類號: H02M1/08
• 分類號: H02M1/08
• 代理公司: 北京成創(chuàng)同維知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11449
• 代理人: 蔡純;高青

本申請公開了理想二極管及其控制電路。該理想二極管包括：晶體管，所述晶體管的第一端接收輸入電壓，第二端提供輸出電壓；以及控制電路，與所述晶體管相連接，采用所述晶體管的第一端和第二端之間的電壓降供電，并且向所述晶體管的控制端提供控制信號，使得所述晶體管持續(xù)導(dǎo)通，并且在導(dǎo)通狀態(tài)下，所述第一端和所述第二端之間的電壓降穩(wěn)定為設(shè)定的目標(biāo)值。該理想二極管中的晶體管處于持續(xù)導(dǎo)通狀態(tài)，從而可以實(shí)現(xiàn)晶體管及其控制電路的單片集成，并且可以去除使得晶體管的間隙式導(dǎo)通所需的大電容，減少外圍元件的數(shù)量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)，更具體地，涉及理想二極管及其控制電路。

背景技術(shù)

肖特基二極管是利用金屬與半導(dǎo)體之間的接觸特性形成的二極管，由于接觸界面存在的肖特基墊壘產(chǎn)生整流效果。如圖1所示，肖特基二極管D1在正向?qū)〞r(shí)，電流從陽極端流向陰極端，從而在陽極端接收輸入電壓VIN，在陰極端提供輸出電壓VOUT。肖特基二極管具有非對稱導(dǎo)電特性，在正向?qū)顟B(tài)時(shí)的電阻遠(yuǎn)小于反向?qū)顟B(tài)時(shí)的電阻。然而，肖特基二極管在正向?qū)〞r(shí)仍然存在著明顯的電阻，二極管損耗很大，從而降低轉(zhuǎn)換效率。同時(shí)，肖特基二極管在工作時(shí)的發(fā)熱非常嚴(yán)重，需要進(jìn)行散熱處理，從而導(dǎo)致應(yīng)用成本增大。

為了進(jìn)一步降低整流器件的損耗，可以采用理想二極管替代肖特基二極管。圖2示出間歇式工作的理想二極管的示意性電路圖，其中未示出控制電路。圖3示出間歇式工作的理想二極管的詳細(xì)電路圖。理想二極管200包括晶體管Q1以及晶體管Q1的控制電路。控制電路包括振蕩器OSC、電荷泵CP、帶隙基準(zhǔn)模塊BG、比較器COMP、驅(qū)動模塊DRV、電阻R1和R2、電容C1。晶體管Q1和控制電路的主要部分例如形成芯片210，電容C1則是芯片210的外圍元件。

在芯片210的內(nèi)部，晶體管Q1的源極和漏極分別連接至芯片210的輸入端VIN和輸出端VOUT。在芯片210的外部，電容C1的兩端分別連接至芯片210的電容正端CP+和電容負(fù)端CP-。在晶體管Q1的截止?fàn)顟B(tài)，由于晶體管Q1的體二極管，電流仍然可以從芯片210的輸入端VIN流向輸出端VOUT。晶體管Q1的體二極管上的電壓降產(chǎn)生內(nèi)部供電電壓，使得振蕩器OSC和電荷泵CP工作，在芯片210的電容正端CP+和電容負(fù)端CP-之間產(chǎn)生充電電壓，對電容C1進(jìn)行充電。芯片210內(nèi)部的比較器COMP、帶隙基準(zhǔn)模塊BG和驅(qū)動模塊DRV均獲得內(nèi)部供電電壓開始工作。

在電容C1的充電期間，電阻R1和R2組成分壓網(wǎng)絡(luò)，用于獲得用于表征電容C1的端電壓的檢測信號。比較器COMP將檢測信號與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較。當(dāng)電容C1的端電壓達(dá)到一定基準(zhǔn)電壓時(shí)，比較器COMP的比較結(jié)果翻轉(zhuǎn)，使得驅(qū)動模塊DRV產(chǎn)生的控制信號翻轉(zhuǎn)，使得晶體管Q1導(dǎo)通。此時(shí)，由于晶體管Q1導(dǎo)通電阻很小，晶體管Q1源漏電壓降很低，也即芯片210的輸入端VIN和輸出端VOUT的電壓降很小，從而晶體管Q1的功耗很小。在芯片210的內(nèi)部，電荷泵CP獲得的內(nèi)部供電電壓過小，因而停止工作。電容C1上儲存的電荷會逐漸放電給晶體管Q1的柵電容。

在電容C1的放電期間，當(dāng)外面C1電容被放電到一定閾值后，芯片內(nèi)部比較器會關(guān)閉晶體管Q1，而后振蕩器和電荷泵開始工作，對C1進(jìn)行充電，如此反復(fù)，間歇式導(dǎo)通晶體管Q1。

在上述的理想二極管中，電容C1周期性充電和放電，使得晶體管Q1在控制電路的控制下間歇導(dǎo)通。晶體管Q1的導(dǎo)通占空比可以最高達(dá)到98％，從而可以提高導(dǎo)通效率。但是，現(xiàn)有技術(shù)中的理想二極管必須外接一個(gè)泵電容C1，用來儲存能量，才能使得晶體管Q1在控制電路的控制下間歇導(dǎo)通，因此，理想二極管還具有外圍器件，成本較高。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種理想二極管及其控制電路，其中，控制電路維持晶體管的持續(xù)導(dǎo)通，并且穩(wěn)定晶體管的第一端和第二端之間的電壓降，從而可以減小功耗，可以實(shí)現(xiàn)片上全集成。