[发明专利]形成电荷泵控制器的方法及其结构

说明书

技术领域

本发明大体涉及电子学，尤其是涉及形成半导体器件的方法及结 构。

背景技术

过去，半导体工业利用各种方法和结构来构造电荷泵控制器，其 利用电容器来增加来自电压源的电压的值，以便将大电压施加到负 载。一般，晶体管用作开关，其交替地将泵电容器耦合到电压源用于 给泵电容器充电，并接着将泵电容器与电压源串联耦合以向负载提供 较高的电压。在2007年1月18日出版的发明人Remi Gerber的PCT 专利公布号WO/2007/008202中公开了电荷泵控制器的例子。

当开关电容控制器首先将功率施加到泵电容器时，需要大电流最 初给电容器充电到期望的电压。该电流常常称为涌入电流。涌入电流 通常非常大，且常常超过用于给电容器充电的电压源的最大电流容 量。

此外，如果控制器的输出与地短路，则短路条件常常使大短路电 流流动，这常常损坏控制器。

因此，期望有一种限制涌入电流的值并在短路条件下最小化损坏 的开关电容控制器。

附图说明

图1简要示出利用根据本发明的开关电容控制器的电源系统的 示例性形式的一部分的实施方式；

图2是具有曲线的图，其示出在根据本发明的图1的开关电容控 制器的操作期间形成的一些信号；

图3简要示出包括根据本发明的图1的控制器的半导体器件的放 大平面图；

图4简要示出另一开关电容控制器的示例性形式的一部分的实 施方式，其为根据本发明的图1的控制器的可选实施方式。

图5简要示出利用根据本发明的另一开关电容控制器的另一电 源系统的示例性形式的一部分的实施方式。

为了说明的简洁和清楚，附图中的元件不一定按比例绘制，且不 同图中相同的参考数字表示相同的元件。此外，为了描述的简单而省 略了公知的步骤和元件的说明与细节。如这里所使用的载流电极表示 器件的一个元件，该元件承载通过该器件的电流，载流电极例如为 MOS晶体管的源极或漏极、或双极晶体管的集电极或发射极、或二 极管的阴极或阳极；而控制电极表示器件的一个元件，该元件控制通 过该器件的电流，控制电极例如为MOS晶体管的栅极或双极晶体管 的基极。虽然这些器件在这里被解释为某个N沟道或P沟道器件、或 某个N型或P型掺杂区，但本领域中的普通技术人员应该认识到，依 照本发明，互补器件也是可能的。本领域中的技术人员应认识到，这 里使用的词“在...的期间、在...同时、当...的时候”不是表示一有启动行 为就会马上发生行为的准确术语，而是在被初始行为激起的反应之间 可能有一些微小但合理的延迟，例如传播延迟。为了附图的清楚，器 件结构的掺杂区被示为一般具有直线边缘和精确角度的角。但是，本 领域的技术人员理解，由于掺杂物的扩散和活化，掺杂区的边缘一般 不是直线，并且角可能不是精确的角度。

此外，本发明的器件被示为显示蜂窝式设计(其中晶体管的体区 域是多个蜂窝式区域)或单体设计(其中体区域由以细长图案、一般 以蛇状图案形成的单个区域组成)。为了容易理解，本发明的器件在 整个说明书中被描述为单体设计，然而，应理解，意图是本发明包括 蜂窝式设计和单体设计。

具体实施方式

图1简要示出电源系统10的示例性形式的一部分的实施方式， 该电源系统10利用开关电容控制器20来将输出电压提供到负载，例 如发光二极管(LED)15。系统10在功率输入端子12和功率返回端 子13之间从电压源例如电池11接收功率，并在输出27和返回端子 13之间形成输出电压。泵电容器14用于增加从电池11接收的电压的 值，以便向LED15提供输出电压和负载电流17。电容器16可连接在 输出27和返回13之间，以稳定提供到LED 15的输出电压的值。

开关电容控制器20配置成在初始启动阶段期间限制用于给电容 器14充电的充电电流45的值，并在启动阶段之后提供较大值的电流 45来给电容器14充电。如将在下文中进一步看到的，控制器20利用 具有两个不同的导通电阻值的晶体管。在启动阶段期间选择性地使用 第一导通电阻，以便限制提供到泵电容器14的电流的值，并在启动 阶段之后选择性地使用较低的导通电阻。