[发明专利]内建增强型金氧半场效晶体管的功率晶体管芯片及其应用电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种电压调节器(Voltage Regulator)电路，且特别涉及一种内建增强型金氧半场效晶体管(Enhancement Mode MetalOxide Semiconductor Field Effect Transistor，简称Enhancement ModeMOSFET)的功率晶体管芯片及应用此芯片的交/直流电压转换电路。

背景技术

随着半导体科技的快速演进，使得例如电脑及其周边数字产品等也日益地更新。在电脑及其周边数字产品的应用集成电路(Integrated Circuit，简称IC)中，由于半导体工艺的快速变化，造成集成电路电源的更多样化需求，以致应用如升压器(Boost Converter)、降压器(Buck Converter)等各种不同组合的电压调节器电路，来满足各种集成电路的不同电源需求，也成为能否提供多样化数字产品的极重要因素之一。在各种电压调节器电路中，交/直流电压转换电路(AC/DC Voltage Converter)由于能将一般市售的交流电源转换为所需稳定的直流电源输出，因而广泛地作为电压调节器电路的前级电路使用。

请参考图1所示，其为公知的一种交/直流电压转换电路图，图中显示，交/直流电压转换电路10包括：桥式整流电路11、功率晶体管芯片12、脉宽调变(Pulse Width Modulation，简称PWM)电路13、启动(Start Up)电路14、变压器电路15、滤波与回授电路16与工作电源电路17。其中，脉宽调变电路13用以依据输出的直流电源Vo的回授电压大小，来产生调变的脉宽调变信号，从而控制并输出稳定的直流电源Vo。然而，脉宽调变电路13通常需依赖低压直流电源来驱动，而交/直流电压转换电路10启始时，并无可供脉宽调变电路13工作所需的直流电源，因而应用图中的启动电路14与工作电源电路17，来接续提供其运作所需的电源。

交/直流电压转换电路10启始时，桥式整流电路11的输出端会输出具有涟波的直流电源，因此，即可通过组成启动电路14的电阻引入脉宽调变电路13中，以作为其启始运作的电源。之后，脉宽调变电路13即得以开始正常工作，以依据输出的直流电源Vo的回授电压大小，来产生调变的脉宽调变信号，从而控制功率晶体管芯片12的功率晶体管的启闭时间长短，进而输出稳定的直流电源Vo。在交/直流电压转换电路10启动并输出稳定的直流电源Vo后，连接变压器电路15的工作电源电路17，即可接手提供较为稳定的工作电源，使脉宽调变电路13可以更为稳定地工作。

前述作法虽可使交/直流电压转换电路10正常地工作，然而，当电路稳定工作后，启动电路14应可功成身退但却仍处于其原始状态，于工作效能而言，不免有所缺失。因此，乃如图2与图3所示地，以耗尽型金氧半场效晶体管(Depletion Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，简称Depletion MOSFET)221与331来取代，并通过脉宽调变电路23或33输出的启动信号st，来分别切断耗尽型金氧半场效晶体管221与331的运作，以节省功率的消耗。

图2与图3不同的是，耗尽型金氧半场效晶体管221与331，分别整合于功率晶体管芯片22与脉宽调变电路33的芯片中。然而，无论采用何种方式，应用耗尽型金氧半场效晶体管221或331，来作为启动电路的交/直流电压转换电路，其芯片的制造过程，都会因为耗尽型金氧半场效晶体管221或331所增加的通道(N通道或P通道)工艺，使得其芯片的工艺更为复杂。

此外，采用与前述不同整合方式的交/直流电压转换电路，例如：美国专利第6,972,971号、第5,014,178号以及第5,285,369号等，虽可因应不同的设计需求，来将启动电路、脉宽调变电路与功率晶体管等，分别整合于具有两芯片电路的系统芯片中，或甚至整合于同一芯片电路中，然而其仍无法提供脉宽调变电路电源电压不足的检测(brown-out detection)，故亦显得还有所不足。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种功率晶体管芯片及应用此芯片的交/直流电压转换电路，其使用增强型金氧半场效晶体管，搭配两串联电阻所构成的分压电路，来作为启动电路，并将增强型金氧半场效晶体管内建于功率晶体管芯片中。因此，不仅不会增加额外的掩模与工艺，还可简化工艺、节省成本，更能同时提供电源电压不足的检测功能。