[发明专利]开关电路布置

说明书

技术领域

本发明涉及开关电路。

背景技术

对于提升高反馈控制动态学(dynamics)和在诸如电压调节器模 块(VRM)或负载点(PoL)等低电压高电流应用中减少印刷电路 板(PCB)空间的需求而言，高频率功率转换本质上是最令人心动 的解决方案。

然而，高开关频率操作不利于特别需要在这些应用中保持高的 变换器效率。因此，高效率是增加开关频率操作的主要障碍。这反 过来显著地影响变换器的设计方针，特别是不得不保持低传导电阻 和高开关性能的开关设备。

VRM和PoL应用中最广泛的变换器拓扑是同步降压。在这种变 换器中，两个功率开关损耗机制重要地相互关联：同步整流器金属 氧化物半导体场效应晶体管(sync MOSFET或sync FET)的反向恢 复和栅极回跳。参阅Thomas Duerbaum，Tobias Tolle，Reinhold  Elferich和Toni Lopez的文章“Quantification of Switching Loss  Contributions in Synchronous Rectifier Applications”，第10次欧洲电 力电子和应用会议EPE，2003年9月，图卢兹，法国，第786页。 这两个功率开关损耗机制在同步MOSFET和控制MOSFET中都产生 热量，从而降低变换器的效率。

存在通过具有自适应时滞(dead time)控制方案的智能驱动器来 减少反向恢复的公知解决方案。已经证明该解决方案仅在集成模块 中有效工作。参阅 http://www.semiconductors.philips.com/pip/PIP212-12M.html，以及 Philip Rutter，在Intel Symposium 2004讨论会的现有技术论文 “Challenges of Integrated Power Trains”。另一更近来的解决方案， 参阅WO 2004/114509A1，利用了MOSFET呈现的所谓“体效应”， 尽管具体地意欲减少电磁干扰(EMI)。还参阅G.M.Dolny，S.Sapp， A.Elbanhaway，C.F.Wheatley的论文“The influence of body effect  and threshold voltage reduction on trench MOSFET body diode  characteristics”，ISPSD 2004，第217页到220页，或Thomas  Duerbaum，Toni Lopez，Reinhold Elferich，Nick Koper和Tobias Tolle 的论文“Third Quadrant Output Characteristics in High Density Trench  MOSFETs”，第11次国际电力电子和运动控制会议EPE-PEMC，2004 年9月，里加，拉脱维亚，第A14370页，以通过附加到栅极电路的 串联二极管有效地消除反向恢复。

基于该创意，在单个封装中集成串联二极管和MOSFET的新 FET设备将成为自动化行业的产品，特征在于低的电磁干扰开关特 性。

上述解决方案，虽然减轻了反向恢复，但可能会恶化栅极回跳。 在这种FET设备的情形中，栅极回跳可能坏到使得整体功率损耗比 高开关频率应用情形下的传统解决方案还要高。

最小化栅极回跳的合适技术，旨在产生一种Crss(＝米勒反馈电 容)与Ciss(＝集总输入电容或说明的输入电容)的低比值的设备结 构，即包括对栅极回跳低易感性的设备。低阻抗栅极路径进一步有 助于最小化这个损耗效应。

US 5 929 690提出了一种设备，它通过修改半导体工艺参数(二 极管厚度、掺杂轮廓，...)利用“体效应”获得优化，这可能折衷 诸如电容和通态漏-源电阻R_DS(on)的其它相关设备参数。在这种 情形中，US 5 929 690提出降低标称门限电压以有效地利用“体效 应”。除此之外，US 5 929 690完全地无视在功率MOSFET领域可 以显著产生开关功率损耗，具体是当降低门限电压以利用“体效应” 时的栅极回跳效应。如此这样，“体效应”的益处，可能无法补偿 现有技术中功率MOSFET的与栅极回跳相关的损耗的增加。

关于本发明的技术背景，可以最终参照：

提出了一种自控制的主动开关的US 6421 262 B1；