具有自鉗位晶體管的整流器電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明描述一種整流器電路，該整流器電路具有陰極連接端(K1)、陽極連接端(A1)以及在該陰極連接端(K1)與該陽極連接端(A1)之間的電子電路(2)，該電路(2)包括至少一個具有集成的反向二極管(D6)的MOSFET晶體管(T1)，其中，以雪崩運行來運行的所述MOSFET晶體管(T1)的漏源擊穿電壓相當于所述整流器電路(1)的所述陰極連接端(K2)與所述陽極連接端(A2)之間的鉗位電壓。此外，提出一種用于運行整流器電路的方法，該整流器電路包括陰極連接端(K1)、陽極連接端(A1)以及在該陰極連接端(K1)與該陽極連接端(A1)之間的至少一個具有集成的反向二極管(D6)的MOSFET晶體管(T1)，其中，選擇所述MOSFET晶體管(T1)的漏源擊穿電壓，其相當于所述陰極連接端(K2)與所述陽極連接端(A2)之間的所述鉗位電壓，并且以雪崩運行來運行所述MOSFET晶體管(T1)。
【專利說明】
具有自鉗位晶體管的整流器電路
技術領域
[0001] 本發(fā)明涉及整流器電路、具有整流器電路的電子器件、用于借助整流器電路進行 機動車的電壓供應的發(fā)電機以及用于運行整流器電路的方法。
【背景技術】
[0002] 為了由交流電壓產(chǎn)生直流電壓，現(xiàn)今通常使用由二極管互相連接而組成的整流器 電橋。替代地，可以在二極管的位置上使用同步整流器或主動整流器以用于降低導通損耗。 在此，通過合適的功率M0SFET替換通常使用的二極管。這表現(xiàn)出更高的電路耗費，因為對于 M0SFET需要時間精確的操控。這樣的附加的電路部分經(jīng)常被綜合在集成電路中并且與所述 M0SFET各自的柵極連接端連接。
[0003] 在DE 10 2007 060 219 A1中提出同步整流器的一種簡單的變形方案。在那里給 每個功率M0SFET單獨配屬附加電路元件。在此，分別由一個小的輔助電容器接管所述附加 電路元件的電流供應。如果由晶體管、二極管、電阻和所述輔助電容器組成的附加電路元件 與所述功率M0SFET-起集成到小殼體中，則這樣構造的部件能夠像二極管那樣連接。
[0004] 這種電路裝置也可以設計為，使得其允許對高電壓峰值進行限界。例如當在交流 發(fā)電機的情況下出現(xiàn)大的、突然的負載變換時，出現(xiàn)高電壓峰值。這樣的發(fā)電機例如可以是 三相或多相的機動車發(fā)電機。這樣的、短持續(xù)時間的運行情況被稱為負載突降(Loaddump)。
[0005] DE 10 2007 060 219 A1的圖1示出一種整流器電路，該整流器電路代替硅PN二極 管在整流器電橋中使用。所述整流器電路同樣如硅PN二極管那樣具有陰極連接端K1和陽極 連接端A1 J0S晶體管T1和反向二極管D6并聯(lián)地連接，并且在這種連接中由技術方面決定地 共同構成一個微電子器件。
[0006] 所述整流器電路具有對稱地構造的差分放大器，該差分放大器由晶體管T2和T3以 及電阻R1、R2和R3組成。所述差分放大器的第一輸入端通過二極管D1與陰極連接端K1和M0S 晶體管T1的漏極連接端連接。所述差分放大器的第二輸入端通過二極管D2與陽極連接端A1 連接。所述差分放大器放大在所述整流器電路的陰極連接端K1與陽極連接端A1之間存在的 電勢差。由于所述差分放大器的對稱結構，溫度差和老化影響僅僅在小范圍內(nèi)對所述差分 放大器的特性起作用。
[0007] 所述差分放大器的輸出信號在晶體管T3的集電極可供使用并且通過電阻R4傳遞 到電流放大器級的輸入端上。所述電流放大器級由基極連在一起的晶體管T4和T5組成。穩(wěn) 壓二極管D5起用于晶體管T1的保護元件的作用并且保護晶體管T1的柵極免受過電壓的影 響。
[0008] 在整流交流電壓的情況下，在陰極連接端K1與陽極連接端A1之間加載頻率f的交 流電壓。在陰極連接端K1上是正電勢的情況下，M0S晶體管T1與其集成的反向二極管D6處于 截止運行中，電容器C1可以通過二極管D3和電阻R5進行充電。在電容器C1上加載的電壓用 于供應所述整流器電路的其他器件。
[0009] 如果在所述整流器電路的陰極連接端K1上的電勢相對于在陽極連接端A1上的電 勢為負，則MOS晶體管T1的柵源電壓為正并且比MOS晶體管T1的閾值電壓更高。MOS晶體管T1 在所述條件下是導通的，其中，具有這個流動方向的電流僅僅導致小的電壓降。
[0010]如果在所述整流器電路的陰極連接端K1上的電勢相對于在所述整流器電路的陽 極連接端A1上的電勢又為正，則M0S晶體管T1的柵源電壓比其閾值電壓更低。在這種條件下 M0S晶體管T1截止。因此，通過M0S晶體管T1的電流僅僅非常小。
[0011] 如果在所述整流器電路的陰極連接端K1上的電勢相對于在所述整流器電路的陽 極連接端A1上的電勢為正，并且這個電勢差超出通過穩(wěn)壓二極管D4設定的值，則由晶體管 T4和T5組成的電流放大器級的輸入電勢提升。由此，M0S晶體管T1的柵源電壓提高并且在 M0S晶體管T1的漏極與源極之間出現(xiàn)電流。這個電流在給定的條件下將所述整流器電路的 陰極連接端K1與陽極連接端A1之間的電勢差限界到預確定的值。所述對電勢差進行限界的 特征表示電壓鉗位并且在特殊情況下形成過電壓保護或負載突降保護。
[0012] 在此，M0SFET晶體管T1在其耐壓強度方面如此設計，使得其漏源擊穿電壓明顯高 于通過鉗位二極管D4確定的電路鉗位電壓。例如在22V的鉗位電壓的情況下使用具有大約 40V的漏源擊穿電壓的功率M0SFET晶體管。在借助二極管D4鉗位期間，晶體管T1同時在高電 壓和高電流的情況下運行。這被稱為在電流飽和中的運行或線性運行。
[0013]所述線性運行尤其在現(xiàn)代M0SFET晶體管的情況下由于M0SFET晶體管的小的單元 結構(Zellstrukturen)而不穩(wěn)定。在高漏源電壓和高漏極電流的情況下，所述電流易于使 在一個位置上收縮，這可能導致所述器件的毀壞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 根據(jù)本發(fā)明提供一種整流器電路，該整流器電路具有陰極連接端、陽極連接端以 及在該陰極連接端與該陽極連接端之間的電子電路，該電子電路包括至少一個具有集成的 反向二極管的M0SFET晶體管，其中，以雪崩運行來運行的M0SFET晶體管的漏源擊穿電壓相 當于所述整流器電路的所述陰極連接端與所述陽極連接端之間的鉗位電壓。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明提出，在至今所使用主動的電壓鉗位的位置上使用M0SFET晶體管，該 M0SFET晶體管的漏源擊穿電壓相當于所希望的鉗位電壓。因為下降的漏源擊穿電壓的特性 與接通電阻的降低聯(lián)系在一起，這里描述的方法同時使得在整流器運行中產(chǎn)生的損耗功率 減小。
[0016] 再者，在功率晶體管的芯片面積不變情況下，降低在整流器運行中的導通損耗，并 且附加實現(xiàn)了在電壓鉗位運行中更高的負載能力。
[0017] 所述M0SFET晶體管可以是平面的、垂直的DM0SFET晶體管。按照DM0S技術(double-diffused metal-oxide semiconductor: 雙擴散金屬氧化物半導體） 的晶體管特別好地適 合于所述運行。
[0018]所述M0SFET晶體管的結構有利地這樣實施，使得在雪崩擊穿中轉(zhuǎn)化的損耗功率至 少近似均勻地分布在有效芯片面積(akt i ve_.ChipfBe.he)上。
[0019] 所述M0SFET晶體管的結構有利地這樣實施，使得避免向M0SFET晶體管的柵極氧化 物中注入載流子。
[0020] 所述M0SFET晶體管可以是溝槽式M0S晶體管。因為根據(jù)本發(fā)明有利地使用所述雪 崩運行代替所述線性模式運行，所以現(xiàn)在也可以使用具有小的單元尺寸(ZellgrdRe)的溝 槽式晶體管。
[0021] 根據(jù)本發(fā)明提出一種用于交流電壓的整流的電子器件，該電子器件包括至少一個 先前所描述的整流器電路。它適用如上所述的相同的優(yōu)點和改型。
[0022] 根據(jù)本發(fā)明還提出一種用于機動車的電壓供應的發(fā)電機，該發(fā)電機包括至少一個 先前所描述的整流器電路和/或一個先前所描述的電子器件。它適用如上所述的相同的優(yōu) 點和改型。
[0023] 根據(jù)本發(fā)明的用于運行整流器電路的方法，所述整流器電路包括陰極連接端、陽 極連接端以及在該陰極連接端與該陽極連接端之間的至少一個具有集成的反向二極管的 M0SFET晶體管，所述方法原則上包括以下步驟：
[0024] 根據(jù)所述陰極連接端與所述陽極連接端之間的鉗位電壓來選擇所述M0SFET晶體 管的漏源擊穿電壓；
[0025]以雪崩運行來運行所述M0SFET晶體管。
[0026] 它適用如上所述的相同的優(yōu)點和改型。
[0027] 本發(fā)明的有利的擴展方案在從屬權利要求中給出且在說明中描述。
【附圖說明】
[0028] 借助附圖和以下說明更詳細地闡述本發(fā)明的實施例。附圖示出：
[0029]圖1示出已知的整流器電路，
[0030] 圖2示出根據(jù)本發(fā)明的整流器電路。
【具體實施方式】
[0031] 在圖2中示出具有電子電路2的整流器電路1，該電子電路2布置在陰極連接端K1與 陽極連接端A1之間。在整流器電路1中，由T1和D6組成的功率晶體管以雪崩擊穿運行。功率 晶體管T1/D6具有相當于所希望的鉗位電壓的漏源擊穿電壓。例如在機動車中使用時，鉗位 電壓處于20至30或40伏范圍內(nèi)。
[0032]與圖1相比較由此省去穩(wěn)壓二極管D4和電阻R6。為簡單起見這里不重復并且僅僅 闡述與圖1的區(qū)別。
[0033]在圖1中，所述晶體管具有大約40V的擊穿電壓，該擊穿電壓相對于使用或應用的 電壓是高的，這需要為所述鉗位進行晶體管的主動的上調(diào)控制(Aufsteuerung)，而根據(jù)圖2 大約20V的擊穿電壓相對于所使用的電壓是低的，使得晶體管T1或者說二極管D6自動鉗位 所述電壓峰值。
[0034]二極管D6在此示出為穩(wěn)壓二極管，以便指出二極管D6因為雪崩運行起如穩(wěn)壓二極 管那樣的作用。
[0035] 所述鉗位主要以兩種狀態(tài)進行。一種是在短的、暫態(tài)的過程中，例如通過發(fā)電機到 機動車的車載網(wǎng)絡上的電感性連接所導致的過程。另一種是在長的、暫態(tài)的過程中，例如在 負載突降(英文:Loaddump)的情況下產(chǎn)生的過程。
[0036] 為了實現(xiàn)所述電路這樣選擇或確定所述技術或晶體管T1的尺寸，使得能夠通晶體 管T1設定所述鉗位電壓。也就是說，晶體管T1的漏源擊穿電壓相當于所希望的鉗位電壓。
[0037] 在此，例如以平面的、垂直的DM0S技術（doub 1 e_dif f used metal-oxi de semiconductor:雙擴散金屬氧化物半導體）的MOSFET可以用于功率晶體管Tl/D6〇 [0038] MOSFET的接通電阻Ron與所述MOSFET的耐壓強度或者說所述MOSFET的擊穿電壓 BVdss相關。接通電阻Ron隨著截止電壓比例過大地增加。對于垂直DM0S晶體管，Ron與 BVdss 2'5成比例地升高。由此，通過根據(jù)本發(fā)明的措施以有利的方式相對于根據(jù)圖1的原來 的裝置降低根據(jù)圖2的同步整流器的接通電阻。
[0039]以雪崩模式運行也還允許使用具有小的單元尺寸的、現(xiàn)代的、耐雪崩的MOSFET晶 體管。例如現(xiàn)在也可以使用按照溝槽式MOSFET技術的晶體管。溝槽式M0S晶體管由于其小的 結構尺寸和高的互導(Steilheit)不是特別適合于在線性模式中運行。根據(jù)圖1的電路中的 現(xiàn)代晶體管的使用因此強烈受限。如果代替線性模式運行而使用雪崩運行，則也可以使用 具有小單元幾何結構(Zel lgeometrie)的晶體管，例如溝槽式晶體管。
【主權項】
1. 一種整流器電路，該整流器電路具有陰極連接端(Kl)、陽極連接端(Al)以及在該陰 極連接端(Kl)與該陽極連接端(Al)之間的電子電路(2)，該電子電路(2)包括至少一個具有 集成的反向二極管(D6)的MOSFET晶體管(Tl)， 其特征在于， 以雪崩運行來運行的所述MOSFET晶體管（Tl)的漏源擊穿電壓相當于所述整流器電路 (1)的所述陰極連接端(K2)與所述陽極連接端(A2)之間的鉗位電壓。2. 根據(jù)權利要求1所述的整流器電路，其中，所述MOSFET晶體管(Tl)是平面的、垂直的 DM0SFET晶體管。3. 根據(jù)權利要求1至2中任一項所述的整流器電路，其中，所述MOSFET晶體管（Tl)是溝 槽式MOS晶體管。4. 根據(jù)權利要求1至3中任一項所述的整流器電路，其中，所述MOSFET晶體管（Tl)這樣 實施，使得在雪崩擊穿中轉(zhuǎn)化的損耗功率至少近似均勻地分布在有效芯片面積上。5. 根據(jù)權利要求1至4中任一項所述的整流器電路，其中，所述MOSFET晶體管（Tl)這樣 實施，使得避免向所述MOSFET晶體管(Tl)的柵極氧化物中注入載流子。6. -種用于交流電壓的整流的電子器件，該電子器件具有至少一個根據(jù)權利要求1至5 中任一項所述的整流器電路(1)。7. -種用于機動車的電壓供應的發(fā)電機，該發(fā)電機具有至少一個根據(jù)權利要求1至5中 任一項所述的整流器電路(1)和/或根據(jù)權利要求6所述的電子器件。8. -種用于運行整流器電路的方法，該整流器電路包括陰極連接端(Kl)、陽極連接端 (Al)以及在該陰極連接端(Kl)與該陽極連接端(Al)之間的至少一個具有集成的反向二極 管(D6)的MOSFET晶體管(T1)，該方法具有以下步驟： 根據(jù)所述陰極連接端（K2)與所述陽極連接端(A2)之間的所述鉗位電壓來選擇所述 MOSFET晶體管(Tl)的漏源擊穿電壓； 以雪崩運行來運行所述MOSFET晶體管(Tl)。
【文檔編號】H03K17/0814GK105960758SQ201480074973
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2014年12月1日
【發(fā)明人】A·格拉赫, M·鮑爾
【申請人】羅伯特·博世有限公司