[发明专利]低压电源

说明书

技术领域

本发明涉及半导体功率集成电路领域，尤其涉及一种低压电源。 

背景技术

通常功率集成电路包含高压功率器件和低压集成电路，其中高压功率器件常由低电压的集成电路来控制及检测。低压集成电路自身需要一个低压的供电电源，该低压电源的电压比加在功率器件上的电压低得多。所需的低压电源虽然可以通过功率器件的开关动作将高压电源经变换器得到，但至少高压器件在初始开关动作时，需要一个低压电源给低压集成电路供电。 

图1示出现有技术中由电容器向低压集成电路供电的结构示意图。如图1所示，低压集成电路用于控制高压功率器件(n型金属氧化物半导体场效应晶体管)的导通与关闭，电容器C充当向低压集成电路供电的电源。具体来说，功率n-MOS器件的漏极D对于源极S有一个正电压V_DS，由低压集成电路产生的栅源电压V_GS用于控制经过此功率n-MOS器件的电流。通过在电容器C上累积的电荷形成相对于源极S为正的电压V_S’S，从而向低压集成电路提供电源。通常电容器本身依靠高压电源来充电，电压V_S’S远小于V_DS(参见美国专利申请US6,778,411B2，公开日2004.08.17，Fengtai Huang，Start-up circuit for power converters with controller)。在实际应用中，对电容器C的充电可以通过串联电阻后再连接到高电压端来实现。然而在功率集成电路中制造集成的电阻会使得成本提高。 

此外，该串联电阻也可以是有源电阻；此有源电阻必须是常开启(如耗尽型的高压MOS的器件)，当电容器上形成了一定电压后才可使此常开启的器件截止(参见美国专利申请US6,504,352B2，公开 日2003.01.07，Johan Christiana Halberstadt，On Chip CurrentSource)。而功率器件通常是常截止(normally-off)的高压器件。在制造常截止器件的同时还要制造常开启的高压器件会使得工艺成本增加。为了避免因制造常开启器件而增加额外的工艺成本，在衬底表面制作与衬底导电类型相反的孤立的区。 

图2示出现有技术中利用衬底表面下的与衬底相反导电类型的区对电容C进行充电的低压电路电源结构的示意图。如图2所示，左侧虚线以左以及右侧虚线以右都是n-VDMOS，在两虚线之间的n^-型衬底表面下形成有浮P区；当漏电极D相对于源电极S的电压从零增加到使浮p区周围的n^-型衬底区全耗尽之后，浮P区会感应出一个相对于源电极S为正的电压，并利用感应出的正电压给电容器C充电使其达到所需电压V_S’S。该浮P区直接作为低压电源的一个输出端，或为一个晶体管的控制极提供电压以间接控制向低压电源提供输出电流。在图2中的浮P区与电容器C的充电路径中还有一个二极管D，其作用是防止当浮P区的电位降低时电流回流(参见电子科技大学“一种半导体器件及其提供的低压电源的应用”，中国专利申请，申请号：200810097388.6，申请日：2008.05.14，公开号：CN101281907A，公开日：2008.10.08)。 

在实际应用中，为了使V_S’S在功率器件开关工作状态时持续维持一个恒定的值而不至于过高，通常可以在与浮p区接触的电极和源极S之间串联一个受控的MOSFET，当V_S’S的值过高时使浮P区的电位小于电容C的正极电位时，浮P区不再给电容C充电。控制MOSFET的栅电压使该MOSFET开启，浮P区内的电荷会通过该MOSFET流到源极S并使得浮P区的电位降低。当需要浮p区再次给电容C充电时，则关断该MOSFET。这种方法的缺点是，浮P区需要补充电荷使其电位提高时，电荷的唯一通路是来自n^-型衬底与其构成的反偏pn结的漏电流。由于这种漏电流非常之小，要让浮p区的电位达到所需之值需要很长的时间，这在多数应用场合是不利的。 

发明内容

本发明要解决的一个技术问题是提供一种低压电源，不需要制造耗尽型器件。