專利名稱：一種電源轉(zhuǎn)換器、控制電路、及控制電路的制造方法
一種電源轉(zhuǎn)換器、控制電路、及控制電路的制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電源設計領域，特別是涉及一種反激式電源轉(zhuǎn)換器及其控制電路，以及所述控制電路的制造方法。
背景技術：
現(xiàn)有技術中集成功率開關的反激式電源轉(zhuǎn)換器的控制電路一般是采用 5V/20V/600.5V/20V/700V或者5V/20V/800V工藝，這種工藝中一般至少包括柵源工作電壓 5V且漏源工作電壓5V的低壓NM0S(N-channel Metal Oxide Semiconductor)晶體管和 PMOS(P-channel Metal Oxide kmiconductor)晶體管，柵源工作電壓20V且漏源電壓工作電壓20V的中壓NMOS晶體管和PMOS晶體管，柵源工作電壓20V且漏源工作電壓700V或者 600V或者800V的超高壓NMOS晶體管。柵源電壓是指柵極相對源極的電壓，漏源電壓是指漏極相對源極的電壓。柵源耐受電壓由柵氧厚度決定，柵氧厚度越大，其耐受的電壓越高。 對于存在兩種不同柵極電壓的工藝來說，需要額外的光刻掩膜版來定義那些需加厚柵氧的區(qū)域。請參考圖1所示，其為現(xiàn)有技術中反激式電源轉(zhuǎn)換器的控制電路的電路示意圖。所述控制電路包括電壓鉗位單元110、低壓差電壓調(diào)節(jié)器LD0(low dropout regulator) 120、控制單元130、電平移動單元140、驅(qū)動器150和超高壓NMOS晶體管 MNUHVl。所述電壓鉗位單元110連接于電源電壓VDD和地G之間，其用于限制所述電源電壓VDD不超過其鉗位電壓，所述鉗位電壓為20V。所述低壓差電壓調(diào)節(jié)器LD0120連接于電源電壓VDD和地G之間，其用于將電源電壓VDD轉(zhuǎn)換為5V的輸出電壓。所述控制單元130 連接于所述低壓差電壓調(diào)節(jié)器LD0120的輸出端VLDO和地G之間，其用于根據(jù)反饋電壓FB 輸出控制信號Duty。所述電平移動單元140連接于電源電壓VDD和低壓差電壓調(diào)節(jié)器LDO 的輸出端與地G之間，其用于將控制信號Duty進行電平轉(zhuǎn)換，具體的，所述電平移動單元 140將高電平為5V，低電平為OV的控制信號Duty轉(zhuǎn)化為高電平等于VDD，低電平為OV的信號。所述驅(qū)動器150連接于電源電壓VDD和地G之間，其用于根據(jù)所述電平移動單元140 輸出的信號產(chǎn)生對應的門控信號fete。所述超高壓NMOS晶體管MNUHVl的漏極與開關節(jié)點 Sff相連，其源極與地G相連，其柵極與所述驅(qū)動器150的輸出相連，這樣所述超高壓NMOS晶體管MNUHVl的柵源耐受電壓可以為20V，所述門控信號(iate通過控制超高壓NMOS晶體管 MNUHVl的柵極以控制超高壓NMOS晶體管MNUHVl的開通和關斷。請參考圖2所示，其為現(xiàn)有技術中的電源轉(zhuǎn)換器的電路示意圖。該電源轉(zhuǎn)換器為 AC-DC(交流-直流)電源轉(zhuǎn)換器。所述電源轉(zhuǎn)換器主要包括輸入電壓生成電路210、感應輸出電路220、反饋電壓采樣電路230和控制電路M0。所述控制電路240可以為圖1中的控制電路。其中，所述輸入電壓生成電路210包括全橋整流器FullBridge及由電感Lp、電容Cpl和電容Cp2構成的π型濾波器，220V交流經(jīng)過全橋整流，及π型濾波器濾波后變成存在一定波動的接近直流的電壓Vin，此電壓在300V左右。所述感應輸出電路220包括隔離的主級電感Np和次級電感Ns，其主級電感Np的一端與電壓Vin相連，其另一端通過所述控制電路MO中的超高壓NMOS晶體管MNUHVl接地，次級側還包括二極管D3、電容C2和二極管D4。負載電阻RL與電容C2并聯(lián)，其兩端的電壓為輸出電壓Vo。所述反饋電壓采樣電路230包括輔助級電感Na及兩個分壓電阻R4和R5。所述控制電路240控制其內(nèi)的超高壓 NMOS晶體管MNUHVl的開通和關斷，從而控制主級電感Np與地之間的接通和關斷。所述電源轉(zhuǎn)換器還包括有串聯(lián)在輸入電壓Vin和地之間的啟動電阻Rl和電容Cl，啟動電阻Rl — 般大于IM歐姆。電壓Vin通過大電阻Rl慢慢的對電容Cl充電，當充到20V時，被所述控制電路240箝位，所述控制電路240開始靠儲存在電容Cl上的電荷供電工作，啟動過程中， 隨著電容Cl放電，電源電壓VDD會先慢慢下降，當啟動到一定程度，次級輸出電壓Vo上升， 通過電感Ns耦合到電感Na上的電壓升高，電感Na上的感應電壓經(jīng)過二極管D2，電阻R3對電容Cl充電，這樣電壓VDD又開始上升。電感Na的耦合電壓大致與Na/Ns成正比，與輸出電壓Vo成正比。例如，輸出電壓Vo為5V，Na/Ns設為3 1，正常穩(wěn)定工作時，電壓VDD會被電感Na充電至約等于15V。這里的Na/Ns是指變壓器的輔助級線圈匝數(shù)與次級線圈匝數(shù)之比。由圖1和圖2可知，現(xiàn)有電源轉(zhuǎn)換器中的所述電壓箝位單元110、低壓差電壓調(diào)節(jié)器LD0120、電平移動單元140和驅(qū)動單元150包括柵源工作電壓20V且漏源電壓工作電壓 20V的中壓NMOS晶體管和PMOS晶體管。所述控制單元130包括柵源工作電壓5V且漏源工作電壓5V的低壓匪OS晶體管和PMOS晶體管。超高壓匪OS管MNUHVl的柵源電壓為20V， 其漏源電壓可以為700V或者600V或者800V，700V或者600V或者800V是根據(jù)不同國家電網(wǎng)電壓不同，及其標準規(guī)定不同而選擇。由于在現(xiàn)有技術中，所述反激式電源轉(zhuǎn)換器的控制電路需要兩種不同的柵源耐受電壓，因此，在其制作工藝中需要額外的光刻掩膜版來定義那些需加厚柵氧的區(qū)域。在集成電路制造工藝中，芯片成本近似正比于光刻步數(shù)。格外的光刻步數(shù)將增加芯片的生產(chǎn)成本。因此，有必要提出一種改進的技術方案來解決上述問題。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的之一在于提供一種電源轉(zhuǎn)換器的控制電路，其可以在實現(xiàn)控制功能的同時，節(jié)省集成電路制造工藝的光刻步數(shù)。本發(fā)明的目的之二在于提供一種電源轉(zhuǎn)換器，其控制電路在實現(xiàn)控制功能的同時，節(jié)省集成電路制造工藝的光刻步數(shù)。本發(fā)明的目的之三在于提供一種電源轉(zhuǎn)換器的控制電路的制造方法，其節(jié)省集成電路制造工藝的光刻步數(shù)。為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一方面，本發(fā)明提出一種電源轉(zhuǎn)換器的控制電路，其包括電壓鉗位單元、控制單元、驅(qū)動器和超高壓NMOS晶體管，所述電壓鉗位單元用于限制電源電壓不超過其鉗位電壓；所述控制單元以電源電壓作為工作電壓，并根據(jù)反饋電壓輸出控制信號；所述驅(qū)動器根據(jù)所述控制單元輸出的控制信號產(chǎn)生對應的門控信號；所述門控信號通過控制超高壓NMOS晶體管的柵極以控制超高壓NMOS晶體管的開通和關斷。在一個進一步的實施例中，所述電壓鉗位單元、所述控制單元、所述驅(qū)動器中的 MOS晶體管的柵源耐受電壓以及所述超高壓NMOS晶體管的柵源耐受電壓相同，且小于等于所述鉗位電壓。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明提出一種電源轉(zhuǎn)換器，其包括控制電路，所述控制電路包括電壓鉗位單元、控制單元、驅(qū)動器和超高壓NMOS晶體管，所述電壓鉗位單元用于限制電源電壓不超過其鉗位電壓；所述控制單元以電源電壓作為工作電壓，并根據(jù)反饋電壓輸出控制信號；所述驅(qū)動器根據(jù)所述控制單元輸出的控制信號產(chǎn)生對應的門控信號；所述門控信號通過控制超高壓NMOS晶體管的柵極以控制超高壓NMOS晶體管的開通和關斷。根據(jù)本發(fā)明的再一方面，本發(fā)明提出一種電源轉(zhuǎn)換器的控制電路的制造方法，其包括高壓深N阱注入；進行低壓N阱注入；通過光刻形成有源區(qū)；進行多晶硅淀積；注入重摻雜P型雜質(zhì)；注入重摻雜N型雜質(zhì)；通過光刻形成接觸孔；和濺射第一金屬層。與現(xiàn)有技術相比，在本發(fā)明中，其可以在實現(xiàn)控制電路的控制功能的同時，節(jié)省集成電路制造工藝的光刻步數(shù)，從而節(jié)省芯片的生產(chǎn)成本。

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。其中圖1其為現(xiàn)有技術中反激式電源轉(zhuǎn)換器的控制電路的電路示意圖；圖2為現(xiàn)有技術中包括控制電路的電源轉(zhuǎn)換器的電路示意圖；圖3為本發(fā)明中的電源轉(zhuǎn)換器的控制電路在一個實施例中的電路圖；和圖4為制造本發(fā)明中的電源轉(zhuǎn)換器的控制電路的工藝步驟流程圖。
具體實施方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細的說明。本文中的“連接”、“相接”、“接至”等涉及到電性連接的詞均可以表示直接或間接電性連接。此處所稱的“一個實施例”或“實施例”是指可包含于本發(fā)明至少一個實現(xiàn)方式中的特定特征、結構或特性。在本說明書中不同地方出現(xiàn)的“在一個實施例中”并非均指同一個實施例，也不是單獨的或選擇性的與其他實施例互相排斥的實施例。請參考圖3所示，其為本發(fā)明中的電源轉(zhuǎn)換器的控制電路在一個實施例中的電路圖。所述控制電路包括電壓鉗位單元110、控制單元130、驅(qū)動器150和超高壓NMOS晶體管 MNUHVl。所述電壓鉗位單元110連接于電源電壓VDD和地G之間，其用于限制輸入電源電壓VDD的電壓不超過其鉗位電壓。在本實施例中，所述電壓鉗位電路的鉗位電壓為5V，即其可以鉗位輸入電壓VDD不超過5V。所述控制單元130連接于電源電壓VDD和地G之間，其直接以電源電壓VDD作為其工作電壓，并根據(jù)反饋電壓FB輸出控制信號Duty。所述驅(qū)動器150連接于電源電壓VDD和地G之間，其用于根據(jù)所述控制單元130 輸出的控制信號Duty產(chǎn)生對應的門控信號fete。所述超高壓NMOS晶體管MNUHVl的漏極與開關節(jié)點SW相連，其源極與地G相連，其柵極與所述驅(qū)動器150的輸出相連，門控信號fete通過控制超高壓NMOS晶體管MNUHVl 的柵極來控制超高壓NMOS晶體管MNUHVl的開通和關斷。圖3和圖1的區(qū)別在于，省去了所述低壓差電壓調(diào)節(jié)器LD0120和電平移動單元 140，所述電壓鉗位單元、所述控制單元、所述驅(qū)動器中的MOS晶體管的柵源耐受電壓以及所述超高壓NMOS晶體管的柵源耐受電壓相同，且小于等于所述鉗位電壓。在圖3中，將所述電壓鉗位單元110的鉗位電壓設計為5V，并通過電源電壓VDD直接對所述控制單元130供電。所述驅(qū)動電路150根據(jù)所述控制單元130輸出的Duty信號產(chǎn)生對應的門控信號Gate， 該信號高電平時為VDD，低電平時為0V，由于VDD電壓小于鉗位電壓5V，因此，所述超高壓 NMOS晶體管MNUHVl的柵源耐受電壓可以設計為5V。這樣超高壓NMOS晶體管MNUHVl采用較薄柵氧器件，其柵源電壓僅耐受5V即可，其漏源電壓需承受超高壓，例如700V或者600V 或者800V。從而超高壓器件MNUHVl可以采用和控制單元130中低壓MOS器件一樣的薄柵氧，可以在一次光刻中同時形成，而現(xiàn)有技術需要兩次獨立的光刻。圖3中的電源轉(zhuǎn)換器的控制電路與圖1中的相比，無需柵源工作電壓20V且漏源工作電壓20V的中壓NMOS晶體管和PMOS晶體管，同時超高壓NMOS的柵源電壓為5V，漏源電壓為700V或者600V或者800V。這樣僅需要一層承受5V的柵氧即可，另外還可以節(jié)省制造20V中壓器件的其他光刻掩膜版。節(jié)省光刻掩膜版的同時也節(jié)省的光刻步數(shù)，從而節(jié)省芯片的生產(chǎn)成本。上述例子只是為了方便描述，實際設計中低壓MOS器件的柵源耐壓和漏源耐壓可以為其他值，如6V。如果低壓MOS器件的柵源耐壓和漏源耐壓都是6V，所述電壓箝位單元 110的箝位電壓也設計為6V，正常工作時VDD的電壓可以設置為5V或5. 5V，只要低于箝位電壓即可。同時超高壓NMOS晶體管的柵極耐壓也設計為6V。與低壓器件的柵極采用相同結構，相同材料和相同的柵氧厚度，在相同的光刻步驟中形成。本發(fā)明的控制電路仍可以應用于圖2的電源轉(zhuǎn)換器中，只要Na/Ns可以設定使得正常穩(wěn)定工作時，VDD的電壓小于所述控制電路的鉗位電壓。例如，若所述控制電路的鉗位電壓為5V。如果次級輸出Vo等于5V，可以設定Na/Ns = 4 5.這樣，正常穩(wěn)定工作時，VDD 的電壓等于4V左右。圖4為制造本發(fā)明中的圖1所示的電源轉(zhuǎn)換器的控制電路的工藝步驟。步驟410，高壓深N阱注入。在基底材料上進行高壓深N阱注入以形成超高壓MOS晶體管漏極區(qū)的漂移區(qū)，來承受超高電壓。步驟420，進行低壓N阱注入，以形成所述控制電路低壓PMOS晶體管的襯體 (Body)。步驟430，通過光刻形成有源區(qū)，為后續(xù)各種重摻雜做準備。步驟440，進行多晶硅淀積，以同時形成超高壓和低壓MOS晶體管的柵極。步驟450，注入重摻雜P型雜質(zhì)，以形成超高壓MOS晶體管和低壓NMOS晶體管的襯體，以及低壓PMOS晶體管的源極和漏極。步驟460，注入重摻雜N型雜質(zhì)，形成超高壓NMOS晶體管的源極區(qū)域和漏極接觸區(qū) (不包含漂移區(qū))，和低壓NMOS晶體管的源極和漏極，以及低壓PMOS晶體管的襯體接觸區(qū)域。其中步驟450和步驟460的順序可以交換，即可以先進行注入重摻雜N型雜質(zhì)的步驟，后進行注入重摻雜P型雜質(zhì)的步驟。步驟470，通過光刻形成接觸孔，以便在下一步濺射金屬層時，形成金屬與多晶硅柵極的接觸，以及金屬與N型有源區(qū)和P型有源區(qū)的接觸。步驟480，濺射第一金屬層，形成各種器件的相互連接，構成最終的控制電路。圖4描述的是基本必需的工藝步驟，根據(jù)實際產(chǎn)品的應用不同，不偏離本發(fā)明原理，可以增加一些輔助步驟，如制造高精度多晶硅電阻以便提高控制精度，更多的金屬層用于易于布局布線，以便芯片面積的小型化。有些情形也可添加鈍化層淀積和壓焊區(qū)開孔刻蝕，以便易于封裝。本發(fā)明的原理是將所述電壓鉗位單元、所述控制單元、所述驅(qū)動器中的MOS晶體管的柵源耐受電壓以及所述超高壓NMOS晶體管的柵源耐受電壓設計的相同相同，且小于等于所述鉗位電壓。從而使所述電壓鉗位單元和超高壓NMOS晶體管MNUHVl可以采用和所述控制電路中的低壓器件一樣的薄柵氧，可以在一次光刻中同時形成，同時還可以省去所述控制電路中所需的中壓MOS器件，從而在實現(xiàn)所述控制電路的控制功能的同時，節(jié)省集成電路制造工藝的光刻步數(shù)，從而節(jié)省芯片的生產(chǎn)成本。上述說明已經(jīng)充分揭露了本發(fā)明的具體實施方式
。需要指出的是，熟悉該領域的技術人員對本發(fā)明的具體實施方式
所做的任何改動均不脫離本發(fā)明的權利要求書的范圍。 相應地，本發(fā)明的權利要求的范圍也并不僅僅局限于前述具體實施方式
。
權利要求
1.一種電源轉(zhuǎn)換器的控制電路，其特征在于，其包括電壓鉗位單元、控制單元、驅(qū)動器和超高壓NMOS晶體管，所述電壓鉗位單元用于限制電源電壓不超過其鉗位電壓； 所述控制單元以電源電壓作為工作電壓，并根據(jù)反饋電壓輸出控制信號； 所述驅(qū)動器根據(jù)所述控制單元輸出的控制信號產(chǎn)生對應的門控信號； 所述門控信號通過控制超高壓NMOS晶體管的柵極以控制超高壓NMOS晶體管的開通和關斷。
2.根據(jù)權利要求1所述的電源轉(zhuǎn)換器的控制電路，其特征在于，所述電壓鉗位單元、所述控制單元、所述驅(qū)動器中的MOS晶體管的柵源耐受電壓以及所述超高壓NMOS晶體管的柵源耐受電壓相同，且小于等于所述鉗位電壓。
3.一種電源轉(zhuǎn)換器，其特征在于，其包括如權利要求1或者2所述的控制電路。
4.一種如權利要求1所述的電源轉(zhuǎn)換器的控制電路的制造方法，其特征在于，其包括 高壓深N阱注入；進行低壓N阱注入； 通過光刻形成有源區(qū)； 進行多晶硅淀積； 注入重摻雜P型雜質(zhì)； 注入重摻雜N型雜質(zhì)； 通過光刻形成接觸孔；和濺射第一金屬層。
全文摘要
本發(fā)明提供電源轉(zhuǎn)換器及其控制電路，所述控制電路包括電壓鉗位單元、控制單元、驅(qū)動器和超高壓NMOS晶體管，所述電壓鉗位單元用于限制電源電壓不超過其鉗位電壓；所述控制單元以電源電壓作為工作電壓，并根據(jù)反饋電壓輸出控制信號；所述驅(qū)動器根據(jù)所述控制單元輸出的控制信號產(chǎn)生對應的門控信號；所述門控信號通過控制超高壓NMOS晶體管的柵極以控制超高壓NMOS晶體管的開通和關斷。這樣就可以在實現(xiàn)控制電路的控制功能的同時，節(jié)省集成電路制造工藝的光刻步數(shù)，從而節(jié)省芯片的生產(chǎn)成本。
文檔編號H01L21/8238GK102394555SQ201110351928
公開日2012年3月28日 申請日期2011年11月9日 優(yōu)先權日2011年11月9日
發(fā)明者王釗 申請人:無錫中星微電子有限公司