[发明专利]具有多泄放通道可控自钳位SensorFET复合纵向功率器件

说明书

技术领域

本发明属于电子技术领域，涉及半导体功率器件技术和功率集成电路技术。

背景技术

二十世纪80年代，新型功率MOS器件和以其为基础的智能功率集成电路(Smart PowerIntegrated Circuit，SPIC)随着微电子技术的进步迅速发展起来。SPIC是逻辑控制电路与功率器件，直至调制模式的集成，具有低成本，高效率，高可靠性等优点，成为航空航天技术、工业自动化、汽车电子、未来家电和其它高新技术工业的基础。单片集成开关电源作为SPIC的一个重要分支，具有高集成度、高性价比、最简外围电路、最佳性能指标、能构成高效率无工频变压器的隔离式开关电源等特点。

目前，在单片集成开关电源电路设计中，为了实现对高压电路和功率器件的保护，其信号采样主要有两种方式，分别是电压采样和电流采样。选择合适的采样方案，并辅以正确的电路设计，是开关电源电路设计成败的关键之一。在智能功率集成电路设计中，主要通过信号采样反馈控制的方式实现对高压电路和功率器件的保护以及对工作状态的监控。图1为一简化的智能开关电源电路图。AC to DC转换电路11将交流电压10转换成直流电压。当栅电极15加上5.8V电压时，功率主开关管14开启，电流流过变压器12的初级线圈。电流检测与自充电复合器件16将会产生与流过功率主开关管14的导通电流成比例的电流，并将该电流输入电流检测电路18。电流检测电路18将会产生一控制信号111，该控制信号111通过主控制电路110来反馈控制主开关器件14。当功率主开关管14关断时，流过电流检测与自充电复合器件16的电流将通过充电电路17对内部芯片进行充电，同时输出端的反馈信号112也被送入主控制电路110用以调整占空比。电流检测与自充电器件承担着对主开关器件电流状态的检测，同时也承担着对内部电路的供电，为更好地设计充电与检测电路，需要对电流检测与自充电复合器件进行有效的设计。李泽宏，等提出了一种高压SensorFET器件，专利CN1937257，如图2所示。利用器件漏端为较小电压(主开关器件导通并处于线性区)时工作在线性区，通过电阻分流的原理，实现采样主开关器件导通电流的功能；利用漏端为大电压(主开关器件关断)时工作在饱和区，实现提供电源的功能。但是当流过变压器12初级线圈的电流发生变化时，初级线圈两端有电压V＝L*(di/dt)。功率主开关器件14关断时，初级线圈上的电压会上升到几百伏，初级线圈存储的雪崩能量会通过电流检测与自充电复合器件16进行泄放。由于SensorFET的器件宽度通常远小于主开关器件的宽度，所以上述高压SensorFET器件在主开关器件关断时，面临无法有效地对雪崩能量进行泄放的问题，这时，高压SensorFET被置于高压或/和大电流的条件下，器件温度会迅速上升。当硅的温度达到1173K或表面温度达到金属-硅共熔温度(铝-硅为850K)时，器件或芯片就会遭到损坏。

发明内容

本发明提供一种具有多泄放通道可控自钳位SensorFET复合纵向功率器件，该复合功率器件复合了功率变换器中的主开关管和一个SensorFET器件，其中的SensorFET器件完成对功率变换器主开关管进行电流采样和对内部控制电路进行充电的功能；而功率变换器中的主开关管具有电压钳位结构，通过电压钳位，使功率变换器初级线圈电压维持在SensorFET器件的瞬态安全工作区以内；同时，当功率变换器中的主开关器件关断时，初级线圈存储的雪崩能量通过SensorFET器件的可控栅区调控泄放，实现对泄放能量和钳位时间的控制；且部分泄放电流短暂开启主开关器件，为雪崩能量的泄放提供了更多的泄放通道，从而显著改善初级线圈雪崩能量的泄放能力。

本发明技术方案如下：

具有多泄放通道可控自钳位SensorFET复合纵向功率器件，如图3所示，包括一个功率变换器的主开关管和一个SensorFET器件；所述功率变换器的主开关管和SensorFET器件集成于同一P型衬底12上。