專利名稱：集成同步整流器組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電整流電路，特別是，涉及一種同步整流器，該同步整流器由整流裝置控制。更具體的是，本發(fā)明涉及一種集成同步整流器，該整流器能在具有最小電路負(fù)載(circuit charge)的整流電路中代替異步整流器。
背景技術(shù)：
在離線分立電源中的輸出整流經(jīng)常通過肖特基二極管或者PIN二極管實(shí)現(xiàn)。典型的缺點(diǎn)是每個二極管都具有額定的閾值電壓，并因此具有高的傳導(dǎo)損耗。同步整流器已經(jīng)被用于回掃變換器，并用于MOSFET或者其他受控開關(guān)通過合適的驅(qū)動電路驅(qū)動以仿真二極管的操作的其他應(yīng)用中。MOSFET同步整流器的缺點(diǎn)是在整流級的設(shè)計(jì)中增加復(fù)雜性，如果是僅僅由二極管組成的普通二極管整流器，這種設(shè)計(jì)是很簡單的。特別是，用同步整流器代替二極管需要增加用于同步整流器件的驅(qū)動電路，這將導(dǎo)致復(fù)雜性的增加和更多電路元件數(shù)。
申請人注意到以下的現(xiàn)有技術(shù)US 6353544使用一種電流變換器來檢測電流，這使得不能實(shí)施集成的解決方案。美國專利US 6442048是另一個現(xiàn)有技術(shù)的例子，它不能用于提供具有最小外部接線端數(shù)的單個封裝集成的解決方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種同步整流器，該整流器能簡單的代替普通的異步整流二極管。二極管具有兩個端子，一個陰極和一個陽極。本發(fā)明的目的是提供一種能夠代替兩端子二極管器件并且具有最小數(shù)量的端子的同步整流器，最小數(shù)量的端子是指一個陰極一個陽極和一個電源接線端。在接地接線與陽極或陰極共用的時(shí)候，根據(jù)本發(fā)明的器件能夠具有最小數(shù)量的三個端子陽極、陰極和電源端子。
因此，本發(fā)明的一個目的是在具有最少數(shù)量引腳的單個封裝中集成控制電路和有源開關(guān)以獲得所謂“靈敏”整流器。
本發(fā)明的目的通過一種集成的同步整流器組件而達(dá)到，該集成同步整流器組件包括受控開關(guān)器件，其具有兩個主載流端和一個控制端；控制電路，其用于檢測流過受控開關(guān)器件的主載流端子的電流方向并用于產(chǎn)生提供給控制端的控制信號，當(dāng)電流以第一方向流過受控開關(guān)器件時(shí)接通受控開關(guān)器件，當(dāng)電流以第二相反方向流過受控開關(guān)器件時(shí)斷開受控開關(guān)器件，控制電路和受控開關(guān)器件包含在具有不超過四個外部電連接的單個封裝中。
本發(fā)明的目的也能通過包括受控開關(guān)器件的同步整流器組件達(dá)到，該受控開關(guān)器件具有兩個主載流端和一個控制端，一個用于檢測流過受控開關(guān)器件主載流端子的電流方向并用于產(chǎn)生提供給控制端的控制信號的控制電路，大約當(dāng)電流開始以第一方向流過受控開關(guān)器件時(shí)接通受控開關(guān)器件，大約當(dāng)電流開始以第二相反方向流過受控開關(guān)器件時(shí)斷開受控開關(guān)器件，控制電路和受控開關(guān)器件包含在具有不超過四個外部電連接的單個封裝中。
本發(fā)明的目的也能通過集成的電路組件達(dá)到，該集成電路組件包括襯底；MOSFET和位于襯底上它本身固有的二極管(或者一個分開的并聯(lián)二極管)，其具有連接到外部導(dǎo)線端子的源極和漏極端；以及位于MOSFET上的用于控制MOSFET的控制集成電路，其具有連接到外部導(dǎo)線端子的電源接線和用于控制MOSFET的導(dǎo)通狀態(tài)的MOSFET的控制端，該MOSFET和控制集成電路位于普通封裝中，外部導(dǎo)線端子將源極和漏極端以及集成電路的電源接線引到封裝的外部。
本發(fā)明不僅限于將兩個分離的芯片共同封裝的情況。單片解決方案在控制器和電源MOS都在同一襯底時(shí)也是可能的。“混合電路”與“單片電路”解決方案的折衷需要進(jìn)行比較，但是它們都代表了本發(fā)明的最佳實(shí)施例。
本發(fā)明的其它特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將從以下參照附圖的本發(fā)明的描述中變得更加明顯。


本發(fā)明將在以下參照附圖的詳細(xì)表述中被更加詳細(xì)的描述，其中
圖1示出了在回掃變換器電路中的二極管整流電路的典型現(xiàn)有技術(shù)；圖2示出了采用同步整流器的回掃變換器的典型現(xiàn)有技術(shù)；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的用于在回掃變換器電路中實(shí)施集成同步整流器的電路；圖3A示出了用于圖3的有源整流器開關(guān)的控制電路的方塊圖；圖3B示出了圖3A的電路的轉(zhuǎn)換功能；圖4示出了圖3的電路，該電路將集成的靈敏整流器加入該電路作為單個電路元件；圖5是圖4的靈敏整流器的機(jī)械圖；圖6給出了圖4的靈敏整流器的另一個實(shí)施例的詳圖；圖7給出了靈敏整流器的結(jié)構(gòu)的橫斷面視圖；以及圖8和圖9示出了兩種操作模式的本發(fā)明的操作。
本發(fā)明的其它目的，特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將從下面的詳細(xì)描述明顯得出。
具體實(shí)施例方式
參照附圖，圖1示出了在回描變壓器的次級線圈中具有二極管整流級的回掃變換器電路的典型現(xiàn)有技術(shù)。該電路包括由脈寬調(diào)制級15驅(qū)動的FET10。FET 10開關(guān)轉(zhuǎn)換流過回描變壓器T的初級線圈P的電流。次級線圈S的輸出由二極管D整流，輸出電壓被提供到輸出存儲電容器C和負(fù)載。變壓器的初級線圈P被連接到電壓源B+。包括二極管D1、電容器C1和電阻器R1的電路用于阻尼振蕩。
圖2示出了圖1的采用同步整流級的電路，該同步整流級包括FET30，該FET 30包括由同步整流器(SR)驅(qū)動電路40控制的有源整流器開關(guān)。
圖1電路的典型缺點(diǎn)是，二極管D具有0.7V的壓降，因此有高的傳導(dǎo)損耗。圖2電路的缺點(diǎn)是比圖1的簡單電路要復(fù)雜得多，其需要SR驅(qū)動電路40來驅(qū)動同步整流器，所以需要許多更多的元件和連接。
根據(jù)本發(fā)明，想要提供一種靈敏整流器，其包括一個同步整流器但是具有最小數(shù)量的引腳，因此不增加復(fù)雜性，就能夠替代圖1的二極管整流器。人們期望引腳的最小數(shù)量最好是三個，也就是，二極管一般所需的陽極和陰極接線，以及提供電源的電源引腳。提供一種四端器件也在本發(fā)明的范圍內(nèi)，該四端器件還包括能夠?qū)⒔拥亟泳€與陰極或者陽極二極管接線隔離的一個接地接線。
為了仿真二極管整流功能，需要檢測電流流過整流器的方向。當(dāng)電流的符號是反向的，該控制將迅速關(guān)閉有源開關(guān)。為了完成這個功能，該控制需要檢測有源開關(guān)的電流。為此，有源開關(guān)的接通電阻能被用來產(chǎn)生正比于開關(guān)電流的電壓。
圖3示出了同步整流器組件50的一個實(shí)施例，該同步整流器組件具有三個接線，即漏極、源極和電源VCC接線。在圖3的電路中，集成的同步整流器用標(biāo)記50表示。它包括控制電路60和有源開關(guān)70，該有源開關(guān)包括，例如MOSFET。控制電路60需要連接到開關(guān)70的源極的共用或接地連接器，以及電源引腳VCC。其它引腳是有源開關(guān)70的漏極。在圖3的電路中，漏極作為陰極并且源極作為簡單二極管整流器的陽極。因?yàn)榻拥鼐€和源極共用，器件50僅需要三個外部電接線。因此它能夠容易的替代兩端子二極管。僅僅需要一個附加的接線即電源VCC接線，由于電源VCC接線總是出現(xiàn)在電路中，從而很容易達(dá)到這一點(diǎn)，如圖所示。
圖3A示出了控制電路60的詳圖。有源開關(guān)70的漏極連接到輸入VD。源極連接到輸入VS。漏極—源極電壓由施密特觸發(fā)器電路90監(jiān)測。當(dāng)漏極—源極電壓為負(fù)時(shí)，對應(yīng)于圖3的電流方向?yàn)镮的電流，開關(guān)70的體二極管將開始導(dǎo)通電流I，從而產(chǎn)生穿過端子D和S的壓降。一旦體二極管開始導(dǎo)通，VTH2絕對值被選擇為比體二極管VF的導(dǎo)通閾值小，觸發(fā)電路90導(dǎo)通，并提供給與門100高電平。同時(shí)，在負(fù)邊緣被觸發(fā)的單觸發(fā)脈沖120保持在它的Q非輸出是高的狀態(tài)，因此使能與門100，并提供源極電壓Vgate用來開啟MOSFET 70。這相當(dāng)于在AC正半周期中開關(guān)70的導(dǎo)通。
在負(fù)AC半周期，電流將以與圖3的電流I相反的方向流動。但是，圖3A的電路60在電流即將開始在負(fù)半周期以相反方向流過之前將斷開開關(guān)70。一旦電壓VDS達(dá)到負(fù)半周期起點(diǎn)附近的VTH1，觸發(fā)電路90將變成低電平，并提供低輸入至與門100并關(guān)斷門驅(qū)動Vgate。同時(shí)，單觸發(fā)脈沖120將產(chǎn)生負(fù)脈沖至門100。這個負(fù)脈沖將使施密特觸發(fā)器電路90空白一段編程的時(shí)間TBLANK。使比較器90空白是為了避免進(jìn)一步的錯誤觸發(fā)。事實(shí)上，當(dāng)門關(guān)斷時(shí)，單個VTH1是負(fù)的，將仍然有許多電流流過體二極管。
一旦MOSFET 70關(guān)斷，電流將建立超過VTH2的電壓，并且因此試圖開啟70的柵極，從圖8中可以看出，這將可能引發(fā)高頻諧振。
單觸發(fā)脈沖單穩(wěn)態(tài)電路120位于適當(dāng)?shù)奈恢脕肀苊膺@樣的情況。
脈沖持續(xù)時(shí)間TBLANK的選擇是很重要的。一方面它必須被選擇足夠長以避免假觸發(fā)，另一方面，如果太長，它將限制電路的最大操作開關(guān)頻率。
因此使用第三個閾值。VTH3是正的并足夠大以決定何時(shí)正半周期完成以及負(fù)周期開始。一旦VTH3超過單觸發(fā)脈沖，它將立即復(fù)位，而不等脈沖TBLANK結(jié)束。這個動作將使電路恢復(fù)到其開始狀態(tài)，并為下一個有源周期作準(zhǔn)備。
在一個示例性的實(shí)施例中，VTH1是-20MV，VTH2是-200mv，VTH3是5V。
圖3B示出了圖3A電路的開關(guān)功能。為了使電壓VDS超過VTH1，Vgate被關(guān)斷，表示當(dāng)電流能以與圖3所示的電流I相反的方向流動時(shí)有源開關(guān)70被關(guān)斷。當(dāng)VDS小于VTH2時(shí)，電流以方向I流動并且有源開關(guān)70被圖3B所示的電壓Vgate打開。
閾值VTH1和VTH2需要被選擇以使得在正常操作中通過有源開關(guān)的壓降落在兩個閾值之間，并使得VTH2比體二極管導(dǎo)通閾值電壓低(絕對值)。
這通常不是問題，因?yàn)轶w二極管向前壓降通常比通過有源開關(guān)的“開”電壓大一階幅值。
圖4示出了圖3的電路，其中它通過單獨(dú)元件50表示，該單獨(dú)元件包括三條連接線，陰極、陽極和電源連接線VCC。陽極也作為用于控制電路的接地接線，該控制電路被集成在組件50中?？刂齐娐泛陀性撮_關(guān)被集成為一個僅僅具有三個引腳的單電源封裝。
圖5示出了靈敏整流器50的機(jī)械圖。靈敏整流器包括具有圖示的門接觸的開關(guān)70。控制IC(集成電路)60被封裝在開關(guān)70的頂部?？刂艻C(集成電路)和開關(guān)被引線鍵合到三個端子A/S，K/D和VCC。
圖6示出了靈敏二極管50的另一個實(shí)施例，該二極管包括開關(guān)70和控制IC 60。
圖7示出了控制IC 60和開關(guān)70的封裝?？刂艻C 60通過卡普頓(kapton)膜片或膠帶與開關(guān)70隔離。開關(guān)70通過焊接的芯片連接(soldered die attach)85連接到引線框80。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是能允許用有源控制整流器快速替換二極管整流器，有源控制整流器最好是基于轉(zhuǎn)而明顯減少導(dǎo)通和漏電損耗的MOSFET器件。結(jié)果是，靈敏整流器與單個二極管相比僅僅再需要一個附加引腳VCC，這將導(dǎo)致最小系統(tǒng)復(fù)雜性的增加。因?yàn)樗鼈兿喈?dāng)于二極管，所以本發(fā)明的靈敏整流器也可以并行設(shè)置，并能用于輸出同步整流。它們也能用于“或”功能。
圖8和圖9示出了電路在兩個運(yùn)行模式的操作。圖8示出了DCM(間斷導(dǎo)通模式)，圖9示出了CCM(連續(xù)電流模式)。在這些圖中，應(yīng)用以下限定VTH1關(guān)斷閾值—當(dāng)電流衰減到一定水平以下時(shí)，開關(guān)能被關(guān)斷，從而允許體二極管導(dǎo)通。
VTH2導(dǎo)通閾值—當(dāng)VDS變負(fù)時(shí)，體二極管將開始導(dǎo)通。這些電壓降通常比導(dǎo)通狀態(tài)的MOSFET的壓降要高得多。
VTH3復(fù)位閾值—當(dāng)周期結(jié)束時(shí)，VDS電壓為正并開始再次增加時(shí)，內(nèi)部單觸發(fā)脈沖將被復(fù)位。這樣，系統(tǒng)為下一個周期作好準(zhǔn)備。
盡管本發(fā)明描述了詳細(xì)的實(shí)施例，但對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其它變形、修改和其它應(yīng)用將變得很明顯。因此，本發(fā)明將并不受公開的具體細(xì)節(jié)限制，而僅由附屬權(quán)利要求限制。
權(quán)利要求
1.一種集成同步整流器組件，包括受控開關(guān)器件，其具有兩個載流端和一個控制端；控制電路，其用于檢測流過受控開關(guān)器件主載流端的電流方向，并用于產(chǎn)生提供給控制端的控制信號，當(dāng)電流以第一方向流過受控開關(guān)器件時(shí)導(dǎo)通受控開關(guān)器件，當(dāng)電流以第二相反方向流過受控開關(guān)器件時(shí)關(guān)斷受控開關(guān)器件；以及該控制電路和受控開關(guān)器件包含在具有不超過四個外部電連接的單個封裝中。
2.如權(quán)利要求1所述的集成同步整流器組件，其中組件具有不超過四個外部電連接線，包括電源線，接地線，陰極和陽極。
3.如權(quán)利要求1所述的集成同步整流器組件，其中組件具有不超過三個外部電連接線，包括電源線，陰極和陽極，其中接地線與陽極或陰極之一共用。
4.如權(quán)利要求1所述的集成同步整流器組件，其中受控開關(guān)器件包括MOSFET。
5.如權(quán)利要求1所述的集成同步整流器組件，其中控制電路監(jiān)測穿過受控開關(guān)器件的電壓，以確定通過受控開關(guān)器件的電流流動方向。
6.如權(quán)利要求5所述的集成同步整流器組件，其中受控開關(guān)器件是MOSFET，并且控制電路監(jiān)測在MOSFET的漏極和源極之間的電壓。
7.如權(quán)利要求1所述的集成同步整流器組件，其中控制電路具有滯后地將受控開關(guān)器件導(dǎo)通或斷開。
8.一種集成同步整流器組件，包括受控開關(guān)器件，其具有兩個載流端和一個控制端；控制電路，用于檢測流過受控開關(guān)器件主載流端的電流方向，并用于產(chǎn)生提供給控制端的控制信號，大約當(dāng)電流開始以第一方向流過受控開關(guān)器件時(shí)導(dǎo)通受控開關(guān)器件，大約當(dāng)電流開始以第二相反方向流過受控開關(guān)器件時(shí)斷開受控開關(guān)器件，以及控制電路和受控開關(guān)器件包含在具有不超過四個外部電連接的單個封裝中。
9.如權(quán)利要求8所述的集成同步整流器組件，其中組件具有不超過四個外部電連接線，包括電源線，接地線，陰極和陽極。
10.如權(quán)利要求8所述的集成同步整流器組件，其中組件具有不超過三個外部電連接線，包括電源線，陰極和陽極，其中接地線與陰極或陽極之一共用。
11.如權(quán)利要求8所述的集成同步整流器組件，其中受控開關(guān)器件包括MOSFET。
12.如權(quán)利要求8所述的集成同步整流器組件，其中控制電路監(jiān)測通過受控開關(guān)器件的電壓，以確定通過受控開關(guān)器件的電流流動方向。
13.如權(quán)利要求12所述的集成同步整流器組件，其中受控開關(guān)器件是MOSFET，并且控制電路監(jiān)測在MOSFET的漏極和源極之間的電壓。
14.如權(quán)利要求8所述的集成同步整流器組件，其中控制電路具有滯后地將受控開關(guān)器件導(dǎo)通或斷開。
15.一種集成電路組件，包括襯底；MOSFET和位于襯底上的固有體二極管或分開并聯(lián)的二極管，還具有連接到外部導(dǎo)線端子的源極和漏極端；控制集成電路，位于MOSFET上并用于控制MOSFET，還具有連接到外部導(dǎo)線端子的電源接線和用于控制MOSFET的導(dǎo)通狀態(tài)的MOSFET的控制端；以及該MOSFET和控制集成電路位于普通封裝中，外部導(dǎo)線端子將源極和漏極端以及集成電路的電源接線引到封裝的外部。
16.如權(quán)利要求15所述的組件，其中襯底包括引線框，并且外部導(dǎo)線端是引線框的一部分。
17.如權(quán)利要求16所述的組件，其中源極和漏極端以及控制集成電路的電源連接線被引線鍵合到引線框。
18.如權(quán)利要求16所述的組件，其中集成電路共同封裝作為一個同步整流器，并且引線框外部導(dǎo)線端子包括整流器陽極和陰極以及用于控制集成電路的電源和接地線。
19.如權(quán)利要求18所述的組件，其中外部導(dǎo)線端子包括整流器陽極和陰極，并且電源端和接地端之一與陽極和陰極中的一個共用。
20.如權(quán)利要求15所述的組件，其中控制集成電路通過絕緣體與MOSFET隔離。
21.如權(quán)利要求16所述的組件，其中MOSFET被焊料芯片連接到引線框。
全文摘要
一種集成同步整流器組件，包括受控開關(guān)器件，其具有兩個主載流端和一個控制端；控制電路，其用于檢測流過受控開關(guān)器件主載流端的電流方向并用于產(chǎn)生提供給控制端的控制信號，當(dāng)電流以第一方向流過受控開關(guān)器件時(shí)導(dǎo)通受控開關(guān)器件，當(dāng)電流以第二相反方向流過受控開關(guān)器件時(shí)關(guān)斷受控開關(guān)器件，控制電路和受控開關(guān)器件包含在具有不超過四個外部電連接的單個封裝中。
文檔編號H02M7/21GK1619934SQ20041009591
公開日2005年5月25日 申請日期2004年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月4日
發(fā)明者M·索爾達(dá)諾 申請人:國際整流器公司