[发明专利]具有制造中可调的阈值电流的瞬变阻断单元

说明书

发明领域

本发明涉及电气瞬变的抑制。

背景

瞬变阻断单元(TBU)是多个晶体管的配置，这些晶体管被连接以使TBU电阻通常较低，但是该电阻响应过电流状态而自动和快速地切换至高阻值。由于这种特征行为，TBU可应用于保护串联负载不处于过电流或过电压状态。

图1示出TBU的一个典型示例。在本示例中，Q1和Q2均为耗尽型晶体管(即常开)。随着I_TBU增大，通过Q1、Q2的串联电阻的I_TBU向Q1和Q2提供容易将电路切断的栅极电压。在低于明确定义的电流阈值时，这种趋势是可忽略的，而且TBU的串联电阻低。在高于该电流阈值时，正反馈开始，因为栅极电压容易随着晶体管开始截止而增大。结果，TBU快速切换至高阻的电流阻断状态，由此保护其串联的负载。图1的示例被称为单向TBU，由于该器件针对I_TBU的一个极性而不针对I_TBU的另一极性进行如上所述的工作。

图2示出双向TBU的典型示例。该例实质上可理解为串联的两个单向TBU。更具体地，图2的Q1和Q2形成图1的单向TBU，而图2的Q1和Q3形成具有相反极性的第二单向TBU。如此，可对任意极性的瞬变提供保护。更具体地说，Q1与Q2的结合定义了第一电流阈值T1，而Q1与Q3的结合定义了第二电流阈值T2，其中T1和T2具有相反符号。US 5,742,463提供对单向和双向瞬变阻断单元的又一描述。业内也已经开始考虑对基本TBU理念的精炼。例如，US2006/0098363记载了一种TBU方法，其中核心TBU与分立的高电压器件结合。

概述

如上所述，TBU的阈值电流取决于耗尽型晶体管处于导通状态时的串联电阻。该参数经常称为晶体管导通电阻。对于多数应用场合来说，希望使导通电阻减至最小，例如US 5,869,865所述那样。然而，由于基本TBU电路在具有零导通电阻的晶体管的情况下不起作用，因此TBU应用是不常见的。相反，对于TBU制造而言，非常希望导通电阻是受到良好控制的器件参数。

然而，在实践中证实器件导通电阻通常为受到相对不良控制的器件参数，并且这种器件导通电阻的控制缺乏对TBU产量具有显著的影响。具有不满足制造规范(例如150mA+/-20％)的阈值电流的TBU被丢弃，由此降低了产量。器件导通电阻变化是该产量问题的重要动因。

在实践中，晶体管阈值电压变化也是TBU电流阈值变化的重要动因。在这些情形下，提供导通电阻与阈值电压的匹配以使TBU阈值电流更为稳定是重要的。例如，图2的双向TBU的TBU阈值电流通常以V_t2/R_导通1或V_t3/R_导通给出，其中V_t2和V_t3分别为Q2和Q3的阈值电压，而R_导通1是Q1的导通电阻。由于正常的加工偏差，阈值电压V_t2和V_t3也会显著不同。在这些情形下，重要的是使Q1的导通电阻匹配于V_t2(或V_t3)的测得值以提高TBU产量。

根据本发明的实施例，该TBU阈值电流产量问题是通过在制造过程中修正TBU以调整电流阈值来解决的。这里“修正”被理解为表示在TBU制造过程中调整TBU的一个或多个器件的参数。该修正通常结合器件和/或TBU特征而执行，其中来自所述特征的测得值用作修正的输入。实现在本发明实施例中的修正需要在制造过程中对器件参数作出一次性调整，这与提供具有可改变多次和或/在制造完成后改变的参数值的器件(例如可变电阻器等)相反。

在第一方法中，阻性电路被添加至与相关晶体管导通电阻串联的TBU。该附加阻性电路具有可在制造过程中调整的电阻，以补偿晶体管导通电阻和/或阈值电压的变化。在第二方法中，TBU晶体管被制造成分段器件，其导通电阻取决于在连接于最终引线接合中的端子的晶体管段数。

由于该TBU电阻的加工偏差在某些情况下可能成为显著问题，因此如上所述的修正也可用来调整TBU处于正常电流导通状态时的电阻。

附图简述

图1示出现有技术的单向瞬变阻断单元。

图2示出现有技术的双向瞬变阻断单元。

图3示出根据本发明一个实施例的单向瞬变阻断单元。

图4示出根据本发明一个实施例的双向瞬变阻断单元。

图5示出根据本发明另一实施例的双向瞬变阻断单元。