耗盡型金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)器的制造方法
【專利摘要】驅(qū)動(dòng)器電路被配置為使用耗盡型MOSFET供應(yīng)輸出電容器兩端的輸出電壓。該驅(qū)動(dòng)器電路包括位于MOSFET的兩個(gè)端子之間的電阻器。在n-溝道耗盡型MOSFET的情況下，電阻器被耦合到源極和柵極。該電路是電流控制的耗盡型驅(qū)動(dòng)器，其驅(qū)動(dòng)反向電流通過電阻器以在柵極處相對(duì)于源極建立負(fù)電勢(shì)來截止耗盡型MOSFET。齊納二極管耦合在耗盡型MOSFET的源極和輸出電容器之間以在輸出和MOSFET源極之間建立電壓差。
【專利說明】耗盡型金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)器
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本專利申請(qǐng)要求2013年3月15日提交的標(biāo)題為“利用專用初級(jí)側(cè)控制繞組劃分的新的電源管理集成電路(New Power Management Integrated Circuit Partit1ningWith Dedicated Primary Side Control Winding) ”的共同未決的第61/799，124號(hào)美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)。本申請(qǐng)通過引用合并第61/799，124號(hào)美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明一般涉及金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管(MOSFET)驅(qū)動(dòng)器的領(lǐng)域。更具體地，本發(fā)明涉及耗盡型MOSFET驅(qū)動(dòng)器。

【背景技術(shù)】
[0004]MOSFET是用于放大或開關(guān)電子信號(hào)的晶體管。在增強(qiáng)型MOSFET中，氧化物兩端的壓降經(jīng)由場(chǎng)效應(yīng)誘生源極觸點(diǎn)和漏極觸點(diǎn)之間的導(dǎo)電溝道。術(shù)語(yǔ)“增強(qiáng)型”是指導(dǎo)電率隨著將載流子添加到溝道(也被稱為反轉(zhuǎn)層)的氧化物場(chǎng)的增加而增加。為了導(dǎo)通增強(qiáng)型M0SFET，電壓被施加到柵極。在耗盡型MOSKET中，溝道由與襯底相反類型的表面雜質(zhì)層中的載流子構(gòu)成，并且導(dǎo)電率通過施加使載流子從這樣的表面層耗盡的場(chǎng)而下降。耗盡型MOSFET被摻雜為使得即使在從柵極到源極的電壓為零時(shí)也存在溝道。因此，耗盡型MOSFET在不向柵極施加電壓的情況下是導(dǎo)通的。為了控制溝道，負(fù)電壓被施加到柵極(對(duì)于η溝道器件)，從而耗盡溝道，這減少了流過器件的電流。
[0005]耗盡型MOSFET常用在驅(qū)動(dòng)器電路中。為了截止耗盡型M0SFET，負(fù)的柵極_到-源極電壓必須被施加。這通常是通過利用電壓控制將柵極電壓拉到地來實(shí)現(xiàn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]驅(qū)動(dòng)器電路被配置為使用耗盡型MOSFET來供應(yīng)輸出電容器兩端的輸出電壓。驅(qū)動(dòng)器電路包括位于MOSFET的兩個(gè)端子之間的電阻器。在η-溝道耗盡型MOSFET的情況下，電阻器被耦合到源極和柵極。該電路是電流控制的耗盡型驅(qū)動(dòng)器，其驅(qū)動(dòng)反向電流通過電阻器以在柵極處相對(duì)于源極建立負(fù)電勢(shì)來截止耗盡型M0SFET。齊納二極管耦接在耗盡型MOSFET的源極和輸出電容器之間以在輸出和MOSFET源極之間建立電壓差。
[0007]在一個(gè)方面，公開了一種電流驅(qū)動(dòng)的基于耗盡型MOSFET的驅(qū)動(dòng)器電路。該驅(qū)動(dòng)器電路包括耗盡型M0SFET、輸出電容器、晶體管和電阻器。耗盡型MOSFET具有第一端子、第二端子和柵極，其中第一端子耦合到電源。輸出電容器耦合到耗盡型MOSFET的第二端子。晶體管具有接收驅(qū)動(dòng)電壓的第一端子、第二端子、以及耦合到地的第三端子。晶體管的第一端子耦合到輸出電容器，而且晶體管的第二端子耦合到耗盡型MOSFET的柵極。電阻器具有第一端子和第二端子。電阻器的第一端子耦合到輸出電容器和耗盡型MOSFET的第二端子。電阻器的第二端子耦合到耗盡型MOSFET的柵極和晶體管的第二端子。
[0008]在一些實(shí)施例中，耗盡型MOSFET是N溝道M0SFET，而且電阻器的第一端子耦合到耗盡型MOSFET的源極。在其它實(shí)施例中，耗盡型MOSFET是P溝道MOSFET，而且電阻器的第一端子耦合到耗盡型MOSFET的漏極。在一些實(shí)施例中，該驅(qū)動(dòng)電路還包括分壓器，其連接在輸出電容器和晶體管的第一端子之間。在一些實(shí)施例中，分壓器被配置為當(dāng)輸出電容器兩端的電壓等于或大于閾值電壓時(shí)向晶體管的柵極供應(yīng)導(dǎo)通電壓。
[0009]在一些實(shí)施例中，當(dāng)晶體管導(dǎo)通時(shí)，反向電流流過電阻器，由此導(dǎo)致耗盡型MOSFET的柵極和第二端子之間的負(fù)電壓電勢(shì)，其截止耗盡型M0SFET。在一些實(shí)施例中，反向電流從輸出電容器流過電阻器并流過晶體管。在一些實(shí)施例中，反向電流流動(dòng)導(dǎo)致輸出電容器兩端的電壓下降，進(jìn)一步地，其中，當(dāng)輸出電容器兩端的電壓下降到低于最小值時(shí)，供應(yīng)給晶體管的柵極的電壓下降到低于導(dǎo)通電壓并且晶體管截止。在一些實(shí)施例中，當(dāng)晶體管截止時(shí)，反向電流停止而且耗盡型MOSFET導(dǎo)通。
[0010]在一些實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)電路還包括齊納二極管，其具有耦合到耗盡型MOSFET的第二端子的陰極和耦合到輸出電容器的陽(yáng)極。在一些實(shí)施例中，電阻器的第一端子耦合到齊納二極管的陰極和耗盡型MOSFET的第二端子。
[0011]在另一個(gè)方面，公開了另一種電流驅(qū)動(dòng)的基于耗盡型MOSFET的驅(qū)動(dòng)器電路。該驅(qū)動(dòng)器電路包括耗盡型M0SFET、輸出電容器、齊納二極管、分壓器、晶體管和電阻器。耗盡型MOSFET具有第一端子、第二端子和柵極，其中第一端子耦合到電源。齊納二極管具有耦合到耗盡型MOSFET的第二端子的陰極和耦合到輸出電容器的第一端子的陽(yáng)極。分壓器耦合到輸出電容器的第一端子。晶體管具有接收驅(qū)動(dòng)電壓的第一端子、第二端子、以及耦合到地的第三端子。晶體管的第一端子耦合到分壓器，而且晶體管的第二端子耦合到耗盡型MOSFET的柵極。電阻器具有第一端子和第二端子。電阻器的第一端子耦合到齊納二極管的陰極和耗盡型MOSFET的第二端子。電阻器的第二端子耦合到耗盡型MOSFET的柵極和晶體管的第二端子。
[0012]在又一方面，公開了一種驅(qū)動(dòng)基于耗盡型MOSFET的驅(qū)動(dòng)器電路的方法。該方法包括配置驅(qū)動(dòng)器電路，其包括耗盡型M0SFET、輸出電容器、晶體管和電阻器。耗盡型MOSFET包括耦合到電源的第一端子、耦合到輸出電容器和柵極的第二端子。晶體管包括耦合到輸出電容器的柵極、耦合到耗盡型MOSFET的柵極的第一端子、以及耦合到地的第二端子。電阻器包括耦合到輸出電容器和耗盡型MOSFET的第二端子的第一端子、和耦合到耗盡型MOSFET的柵極和晶體管的第一端子的第二端子。該方法還包括導(dǎo)通晶體管，從而驅(qū)動(dòng)反向電流從第一端子通過電阻器流到第二端子，導(dǎo)致耗盡型MOSFET的柵極和耗盡型MOSFET的第二端子之間的負(fù)電壓電勢(shì)，該負(fù)電壓電勢(shì)截止耗盡型M0SFET。
[0013]在一些實(shí)施例中，反向電流從輸出電容器流過電阻器并流過晶體管。在一些實(shí)施例中，反向電流流動(dòng)導(dǎo)致輸出電容器兩端的電壓下降，其中，當(dāng)輸出電容器兩端的電壓下降到低于最小值時(shí)，供應(yīng)給晶體管的柵極的電壓下降到低于晶體管的導(dǎo)通電壓并且晶體管截止。在一些實(shí)施例中，當(dāng)晶體管截止時(shí)，反向電流停止而且耗盡型MOSFET導(dǎo)通。在一些實(shí)施例中，該方法還包括當(dāng)輸出電容器兩端的電壓等于或大于閾值電壓時(shí)向晶體管的柵極供應(yīng)導(dǎo)通電壓。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]參照附圖描述一些示例性實(shí)施例，其中相同的部件被提供有相同的參考數(shù)字。示例性實(shí)施例旨在說明而不是限制本發(fā)明。附圖包括下圖:
[0015]圖1示出了根據(jù)實(shí)施例的耗盡型MOSFET驅(qū)動(dòng)器電路。
[0016]圖2示出了圖1的耗盡型MOSFET驅(qū)動(dòng)器電路中的反向電流流動(dòng)。

【具體實(shí)施方式】
[0017]本申請(qǐng)的實(shí)施例針對(duì)耗盡型MOSFET驅(qū)動(dòng)程序。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，耗盡型MOSFET驅(qū)動(dòng)器的以下詳細(xì)描述僅是說明性的，而并非旨在以任何方式進(jìn)行限制。根據(jù)本公開的益處，本領(lǐng)域技術(shù)人員將很容易想到耗盡型MOSFET驅(qū)動(dòng)器的其他實(shí)施例。
[0018]現(xiàn)在將詳細(xì)參考如圖所示的耗盡MOSFET驅(qū)動(dòng)器的實(shí)現(xiàn)。貫穿附圖將使用相同的參考指示符，而且以下詳細(xì)描述指代相同或相似的部件。為了清楚起見，不是所有在此描述的實(shí)現(xiàn)的例程特種都被示出和描述。然而，可以理解，在任何這種實(shí)際實(shí)現(xiàn)的開發(fā)中，必須做出許多特定于實(shí)現(xiàn)的決定以實(shí)現(xiàn)開發(fā)者的具體目標(biāo)，諸如符合與應(yīng)用和商業(yè)相關(guān)的約束，而且這些特定的目標(biāo)從一個(gè)實(shí)現(xiàn)到另一個(gè)實(shí)現(xiàn)而有所不同并且從一個(gè)開發(fā)者到另一個(gè)開發(fā)者而有所不同。此外，將會(huì)理解，這樣的開發(fā)努力可能是復(fù)雜和費(fèi)時(shí)的，但是仍然是具有本公開的益處的本領(lǐng)域普通技術(shù)人員的常規(guī)工程任務(wù)。
[0019]圖1示出了根據(jù)實(shí)施例的耗盡型MOSFET驅(qū)動(dòng)器電路。該驅(qū)動(dòng)器電路包括耗盡型MOSFET Ql、齊納二極管Zl、晶體管Q2、電阻器R1、R2和R3、電容器Cl、和表示耦合到電容器Cl的負(fù)載的電阻器RL。在此示例性實(shí)施例中，耗盡型MOSFET Ql為η-溝道耗盡型M0SFET，而且晶體管Q2是NPN雙極型結(jié)型晶體管(BJT)。應(yīng)該理解的是，耗盡型MOSFET Ql可替換地可以是P-溝道耗盡型M0SFET。還應(yīng)該理解，晶體管Q2可以是除了 BJT之外的可替換類型的晶體管。齊納二極管是允許電流在正向方向上以與理想二極管相同的方式流動(dòng)，但是當(dāng)電壓超過某一值時(shí)也允許電流在反向方向上流動(dòng)的二極管。
[0020]當(dāng)連接到電源電壓Vcc時(shí)，當(dāng)零電壓被施加到柵極時(shí)耗盡型MOSFET Ql的自然狀態(tài)為ON(導(dǎo)通)。當(dāng)耗盡型MOSFET Ql為ON時(shí)，電流流過晶體管，流過齊納二極管Ζ1，流到電容器Cl，以使得電容器Cl變?yōu)楸怀潆姟?br> [0021]為了截止耗盡型MOSFET Q1，負(fù)電壓需要被施加到柵極，或者更具體地，柵極-到-源極電壓Vgs必須為負(fù)，在這種情況下柵極電壓低于源極電壓。
[0022]電阻器Rl和R2形成分壓器，以將驅(qū)動(dòng)電壓供應(yīng)給晶體管Q2的柵極。在示例性應(yīng)用中，Vcc = 200V而且電容器Cl被充電到15V。電阻器Rl和R2被配置為:當(dāng)電容器Cl具有閾值電壓，諸如完全充電時(shí)，將足夠的導(dǎo)通電壓供應(yīng)給晶體管Q2的柵極。在示例性應(yīng)用中，晶體管Ql的導(dǎo)通電壓大約為IV，而且分壓器被配置為:當(dāng)電容器Cl被充電到15V時(shí)，將IV供應(yīng)到晶體管Ql的柵極。
[0023]在示例性應(yīng)用中，齊納二極管Zl兩端的壓降為5V。當(dāng)電容器Cl被充電到15V時(shí)，耗盡型MOSFET Ql的源極電壓Vs為10V。由于電容器Cl兩端的電壓至少處于閾值電壓，因此晶體管Q2的柵極的電壓足以導(dǎo)通晶體管Q2。當(dāng)晶體管Q2導(dǎo)通時(shí)，反向電流I從電容器Cl流過齊納二極管Ζ1、流過電阻器R3、流過晶體管Q2、流到地，如圖2所示。由于反向電流流過電阻器R3，因此電阻器R3兩端存在壓降VR3，并因此晶體管Ql的柵極電壓Vg低于源極的電壓Vs，Vg=Vs-VR3。通過電阻器R3的反向電流在耗盡型MOSFET Ql的柵極處相對(duì)于源極建立了負(fù)電勢(shì)。這是負(fù)的柵極-到-源極電壓Vgs，其截止耗盡型MOSFET Ql0在示例性應(yīng)用中，電阻器R3具有I兆歐姆(megaohm)的電阻。
[0024]這種電路結(jié)構(gòu)是從電容器Cl驅(qū)動(dòng)反向電流通過晶體管Q2的電流控制的耗盡型驅(qū)動(dòng)器。驅(qū)動(dòng)反向電流通過電阻器R3流向驅(qū)動(dòng)晶體管Q2，以截止耗盡型MOSFET Ql0具體而言，驅(qū)動(dòng)反向電流通過電阻器R3導(dǎo)致電阻器R3兩端的壓降，這將在耗盡型MOSFET Ql處導(dǎo)致負(fù)的柵極-到-源極電壓Vgs。負(fù)的柵極-到-源極電壓Vgs截止耗盡型MOSFET Ql。這個(gè)電流控制的驅(qū)動(dòng)器與傳統(tǒng)耗盡型MOSFET驅(qū)動(dòng)器相比，這個(gè)電流控制的驅(qū)動(dòng)器利用電壓控制來截止耗盡型MOSFET。
[0025]齊納二極管Zl建立源極電壓Vs和輸出電壓Vout之間的電壓差。當(dāng)晶體管Q2導(dǎo)通時(shí)，齊納二極管Zl和電容器Cl用作電流源。齊納二極管Zl也可以用作額外的偏壓元件，以建立晶體管QI可以在其中被截止的更大的輸出電壓帶寬。
[0026]當(dāng)反向電流I從電容器Cl流過齊納二極管Z1、電阻器R3和晶體管Q2時(shí)，電容器Cl放電。一旦電容器Cl放電至一定電平，供應(yīng)給晶體管Q2的柵極的電壓就下降到低于導(dǎo)通電壓而且晶體管Q2截止，這將停止反向電流流動(dòng)。由于沒有反向電流流過，因此耗盡型MOSFET的柵極-到-源極電壓Vgs不再是負(fù)的，并且耗盡型MOSFET再次導(dǎo)通。
[0027]這種電路的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，耗盡型MOSFET Ql的漏電流隨著反向電流流向地。漏電流不再流向輸出。
[0028]已經(jīng)參照包含細(xì)節(jié)的具體實(shí)施例描述了本申請(qǐng)，以幫助理解耗盡型MOSFET驅(qū)動(dòng)器的結(jié)構(gòu)和操作的原理。各圖中所示和描述的許多部件可以互換，以實(shí)現(xiàn)所需的結(jié)果，并且該描述應(yīng)也被理解為包括這樣的互換。因此，本文中提及的具體實(shí)施例及其細(xì)節(jié)并非旨在限制所附權(quán)利要求的范圍。對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員將顯而易見的是，可以對(duì)為了描述所選擇的實(shí)施例進(jìn)行修改而不脫離本申請(qǐng)的精神和范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種電流驅(qū)動(dòng)的基于耗盡型MOSFET的驅(qū)動(dòng)器電路，包括: a.耗盡型M0SFET，其具有第一端子、第二端子和柵極，其中第一端子耦合到電源； b.輸出電容器，其耦合到耗盡型MOSFET的第二端子； c.晶體管，其具有接收驅(qū)動(dòng)電壓的第一端子、第二端子、以及耦合到地的第三端子，其中，晶體管的第一端子耦合到輸出電容器，而且晶體管的第二端子耦合到耗盡型MOSFET的柵極； d.電阻器，其具有第一端子和第二端子，其中，電阻器的第一端子耦合到輸出電容器和耗盡型MOSFET的第二端子，而且電阻器的第二端子耦合到耗盡型MOSFET的柵極和晶體管的第二端子。
2.如權(quán)利要求1所述的驅(qū)動(dòng)器電路，其中，所述耗盡型MOSFET是N溝道M0SFET，而且電阻器的第一端子耦合到耗盡型MOSFET的源極。
3.如權(quán)利要求1所述的驅(qū)動(dòng)器電路，其中，所述耗盡型MOSFET是P溝道M0SFET，而且電阻器的第一端子耦合到耗盡型MOSFET的漏極。
4.如權(quán)利要求1所述的驅(qū)動(dòng)器電路，還包括分壓器，其耦合在輸出電容器和晶體管的第一端子之間。
5.如權(quán)利要求4所述的驅(qū)動(dòng)器電路，其中，所述分壓器被配置為當(dāng)輸出電容器兩端的電壓等于或大于閾值 電壓時(shí)向晶體管的柵極供應(yīng)導(dǎo)通電壓。
6.如權(quán)利要求1所述的驅(qū)動(dòng)器電路，其中，當(dāng)晶體管導(dǎo)通時(shí)，反向電流流過電阻器，由此導(dǎo)致耗盡型MOSFET的柵極和第二端子之間的負(fù)電壓電勢(shì)，所述負(fù)電壓電勢(shì)截止耗盡型MOSFET。
7.如權(quán)利要求6所述的驅(qū)動(dòng)器電路，其中，所述反向電流從輸出電容器流過電阻器并流過晶體管。
8.如權(quán)利要求6所述的驅(qū)動(dòng)器電路，其中，所述反向電流流動(dòng)導(dǎo)致輸出電容器兩端的電壓下降，而且其中，當(dāng)輸出電容器兩端的電壓下降到低于最小值時(shí)，供應(yīng)給晶體管的柵極的電壓下降到低于導(dǎo)通電壓并且晶體管截止。
9.如權(quán)利要求8所述的驅(qū)動(dòng)器電路，其中，當(dāng)晶體管截止時(shí)，反向電流停止而且耗盡型MOSFET 導(dǎo)通。
10.如權(quán)利要求1所述的驅(qū)動(dòng)器電路，還包括齊納二極管，其具有耦合到耗盡型MOSFET的第二端子的陰極和耦合到輸出電容器的陽(yáng)極。
11.如權(quán)利要求10所述的驅(qū)動(dòng)器電路，其中，所述電阻器的第一端子耦合到齊納二極管的陰極和耗盡型MOSFET的第二端子。
12.一種電流驅(qū)動(dòng)的基于耗盡型MOSFET的驅(qū)動(dòng)器電路，包括: a.耗盡型M0SFET，其具有第一端子、第二端子和柵極，其中第一端子耦合到電源； b.輸出電容器； c.齊納二極管，其具有耦合到耗盡型MOSFET的第二端子的陰極和耦合到輸出電容器的第一端子的陽(yáng)極； d.分壓器，其耦合到輸出電容器的第一端子； e.晶體管，其具有接收驅(qū)動(dòng)電壓的第一端子、第二端子、以及耦合到地的第三端子，其中，晶體管的第一端子耦合到分壓器，而且晶體管的第二端子耦合到耗盡型MOSFET的柵極；以及 f.電阻器，其具有第一端子和第二端子，其中，電阻器的第一端子耦合到齊納二極管的陰極和耗盡型MOSFET的第二端子，而且電阻器的第二端子耦合到耗盡型MOSFET的柵極和晶體管的第二端子。
13.一種驅(qū)動(dòng)基于耗盡型MOSFET的驅(qū)動(dòng)器電路的方法，該方法包括: a.配置驅(qū)動(dòng)器電路，所述驅(qū)動(dòng)器電路包括耗盡型M0SFET、輸出電容器、晶體管和電阻器，其中，耗盡型MOSFET包括耦合到電源的第一端子、耦合到輸出電容器和柵極的第二端子，其中，晶體管包括耦合到輸出電容器的柵極、耦合到耗盡型MOSFET的柵極的第一端子、以及耦合到地的第二端子，其中，電阻器包括耦合到輸出電容器和耗盡型MOSFET的第二端子的第一端子、和耦合到耗盡型MOSFET的柵極和晶體管的第一端子的第二端子；以及 b.導(dǎo)通晶體管，從而驅(qū)動(dòng)反向電流從第一端子通過電阻器流到第二端子，導(dǎo)致耗盡型MOSFET的柵極和耗盡型MOSFET的第二端子之間的負(fù)電壓電勢(shì)，該負(fù)電壓電勢(shì)截止耗盡型MOSFET。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述反向電流從輸出電容器流過電阻器并流過晶體管。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述反向電流流動(dòng)導(dǎo)致輸出電容器兩端的電壓下降，并且其中， 當(dāng)輸出電容器兩端的電壓下降到低于最小值時(shí)，供應(yīng)給晶體管的柵極的電壓下降到低于晶體管的導(dǎo)通電壓并且晶體管截止。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，當(dāng)晶體管截止時(shí)，反向電流停止而且耗盡型MOSFET 導(dǎo)通。
17.如權(quán)利要求13所述的方法，還包括:當(dāng)輸出電容器兩端的電壓等于或大于閾值電壓時(shí)向晶體管的柵極供應(yīng)導(dǎo)通電壓。
【文檔編號(hào)】H03K17/94GK104079282SQ201410109386
【公開日】2014年10月1日 申請(qǐng)日期:2014年3月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月15日
【發(fā)明者】M·泰利福斯 申請(qǐng)人:弗萊克斯電子有限責(zé)任公司