[发明专利]用于高压应用的感测设备

说明书

本发明题为“用于高压应用的感测设备”。在一般方面，集成电路(IC)可包括低压区域，该低压区域包括被配置为控制电源转换器的低侧开关的低侧驱动电路。该IC还可包括具有第一导电性的浮动区域的高压区域，以及设置在该浮动区域中的高压感测设备。该高压感测设备可包括结型场效应晶体管(JFET)和分压器。该分压器可包括耦接到该JFET的漏极的第一端子、耦接到该JFET的栅极的第二端子、以及感测端子，该分压器被配置为在该感测端子上提供。该IC还可包括与该感测端子耦接的高侧驱动电路。高侧驱动电路可被配置为基于感测端子上的电压来控制电源转换器的高侧开关。

技术领域

本公开涉及可感测高压域中的电压和/或电流的半导体器件，诸如用于功率转换。更具体地，本公开涉及可包括(例如，单片地包括)在(例如，电源转换器的)集成控制电路中的高压域感测设备。

背景技术

电源转换器，诸如直流到直流(DC-DC)或交流到直流(AC-DC)电源转换器，用于广泛范围的应用中。例如，此类电源转换器可用于云计算服务器、汽车应用、工业应用等。在一些实施方式中，此类电源转换器使用高压电源。例如，此类高压电源可为400伏(V)、500V、600V、700V等。此类电源转换器的实施方式可包括电感电容(LC)谐振变压器电路和开关电路，该开关电路可控制由LC谐振变压器电路进行的充电和功率传递。此类开关电路可包括低侧开关(例如，在低压功率域或低压区域中操作的功率半导体开关)和高侧开关(例如，在高压功率域或高压区域中操作的功率半导体开关)，其中LC谐振变压器电路的开关节点被限定(定位等)在高侧开关与低侧开关之间。例如，在一些实施方式中，此类开关节点可位于低侧绝缘栅双极晶体管(IGBT)的漏极端子与高侧IGBT的源极端子之间，其中低侧IGBT的源极连接到电接地部并且高侧IGBT的漏极连接到高压(AC或DC)电源电压。在一些实施方式中，可使用除了IGBT之外的功率晶体管开关器件(诸如功率场效应晶体管)。

使用此类电源转换器实现的应用，诸如以上示例，可具有使用当前电源转换器实施方式可能无法实现的性能和效率要求。为了实现此类要求，可期望实现零伏切换(ZVS)和/或基于电流的切换控制。例如，在一些实施方式中，ZVS可被实现为通过控制高侧开关和低侧开关的切换以在其漏极到源极电压为(或接近)零时在断开状态与导通状态之间切换来改善性能效率，这减少了切换电流(例如，切换损耗)。在一些实施方式中(例如，在脉冲宽度调制的AC-DC电源转换器中)，基于电流的切换控制可改善性能和/或效率。

然而，至少部分地由于难以获得与给定电源转换器的开关操作相关联的电压和/或电流的准确测量(具有低延迟)，可能难以在电流电源转换器实施中实现此类性能和效率要求。例如，由于不存在高侧开关的固定接地基准(例如，高侧开关的源极端子可从0V变化到相关联高压电源的值)，可难以获得与高侧开关相关联的准确的电压和/或电流检测。当前方法，诸如开关节点信号上的边缘感测和/或外部(例如，远离相关联的切换控制电路)电压和/或电流测量的使用，可能不足以满足性能要求。例如，此类方法可能受到不准确(例如，由于软切换或不稳定切换)和/或向切换控制(例如，高侧)电路提供此类测量的延迟的影响。

发明内容

在一般方面，集成电路可包括半导体衬底中包括(设置)的低压区域和高压区域。低压区域可包括低侧驱动电路，该低侧驱动电路被配置为控制电源转换器的低侧开关。高压区域可包括第一导电类型的浮动区域以及设置在浮动区域中的高压感测设备。高压感测设备可包括结型场效应晶体管(JFET)和分压器。JFET可被配置为以夹断(pinch-off)模式操作。分压器可包括耦接到JFET的漏极的第一端子、耦接到JFET的栅极的第二端子、以及感测端子。分压器可被配置为在感测端子上提供指示JFET的漏极与JFET的栅极之间电压差的电压。高压区域还可包括与感测端子耦接的高侧驱动电路。高侧驱动电路可被配置为基于感测端子上的电压控制电源转换器的高侧开关。