[发明专利]具有双基极双极结型晶体管的优化操作的电路、方法和系统

说明书

本申请特别教示用于操作B‑TRAN(双基极双向双极结型晶体管)的方法和电路。示范性基极驱动电路将高阻抗驱动提供到那一瞬间作为集电极操作的侧面装置上的基极接触区域。(B‑TRAN受所施加的电压控制，而不是受所施加的电流控制。)电流信号操作驱动电路的优选实施方案以提供二极管模式接通和预切断操作以及具有低电压降的硬接通状态(“晶体管接通”状态)。在一些实施例中，自同步整流器电路提供栅极驱动电路的可调整的低电压。在一些优选实施例中，用于驱动c基极区域(在集电极侧上)的基极驱动电压变化，同时监视此端子处的基极电流，以使得不施加不必要的基极电流。这解决了优化B‑TRAN中的基极驱动的困难挑战。

以及

可变电压自同步整流器电路、方法和系统

以及

通过双基极触点双向双极结型晶体管电路、方法和系统进行的操作点优化

交叉引用

本申请主张第62/076,320号美国申请(IPC-225.P)、第62/100,301号美国申请(IPC-234.P)、第62/130,470号美国申请(IPC-242.P)、第62/162,907号美国申请(IPC-248-P)、第62/182,878号美国申请(IPC-257-P)、第62/194,167号美国申请(IPC-257-P.1)和第62/185,543号美国申请(IPC-258-P)的优先权，所述美国申请全部以引用方式并入本文中。

背景技术

本申请涉及功率切换方法，并且明确地说涉及用于操作具有两个不同且独立的基极连接的双极功率开关晶体管的操作的电路和方法。

应注意，下文所论述的要点可反映从所公开的发明得到的领悟，并且未必被认为是现有技术。

所公开的US 2014-0375287美国申请(所述美国申请以引用方式并入本文中)公开具有两个基极端子的全双向双极晶体管。这些晶体管被称为“B-TRAN”。晶体管优选将半导体管芯的块体用作基极区域，并在管芯的相对两个面上具有两个发射极/集电极区域。还设置两个不同基极接触区域——管芯的每一面上一个。因此，例如，在p型半导体管芯的情况下，每一面将包含n+发射极/集电极区域以及p型基极接触区域。优选还包含隔离沟槽和外围场限环，但本质上这是四端子三层装置。

此种所公开的结构的实例大体上图示在图6中。在此图中，半导体管芯610的两个面带有发射极/集电极区域622，其中发射极/集电极区域622与块体衬底610形成结。基极接触区域632也存在于两个面上。此实例示出npn结构，因此发射极/集电极区域622是n型，并且基极接触区域632是p型。浅n+接触掺杂624提供从单独端子EC1和EC2(在此实例中，处于半导体管芯的两个相对面上)到区域622的欧姆接触，并且浅p+接触掺杂部634提供从单独端子B1和B2(处于管芯的两个相对面上)到区域632的欧姆接触。在此实例中，介电质填充的沟槽640在基极接触区域632与发射极/集电极区域622之间提供横向分离。(应注意，可添加p型扩散区域以减小发射极到基极结与基极接触之间的串联电阻)B-TRAN可提供比现有静态转换开关通常可获得的效率明显更高的效率；例如，1200V的B-TRAN具有99.9％的预期系统效率。

US 2014-0375287号申请还描述此种装置的操作的一些令人吃惊的方面。应注意：1)当装置接通时，所述装置优选首先仅作为二极管而操作，并且接着施加基极驱动以减小接通状态电压降。2)基极驱动优选施加至最接近发射极/集电极区域将作为集电极的那个区域的基极(如装置端子处所看到的外部电压所确定)。这非常不同于典型双极晶体管操作，其中在典型双极晶体管操作中，基极接触(通常)紧密连接到集电极-基极结。3)优选使用两阶段切断序列。在切断的第一阶段中，晶体管脱离全双极传导，但仍连接以作为二极管操作；在切断的最终状态中，二极管传导也被阻断。4)在切断状态中，(在每一侧上的)基极-发射极电压受与所述基极-发射极结并联的外部低电压二极管限制。这防止基极-发射极结中的任一个接近正向偏压，并且避免原本可能发生的击穿电压的劣化。