CN103219898B - 具有电流采样和启动结构的半导体装置 - Google Patents

具有电流采样和启动结构的半导体装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及具有电流采样和启动结构的半导体装置，包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管和电阻，第一晶体管的漏端连接第二晶体管的漏端、第三晶体管的漏端和所述电阻的一端，第一晶体管的源端接地，所述第一晶体管的栅端连接第二晶体管的栅端，电阻的另一端连接所述第三晶体管的栅端，第一晶体管、第二晶体管和第三晶体管均为高压晶体管，所述电阻通过在第一晶体管、第二晶体管和第三晶体管的耐压区上、或者第一晶体管的耐压区上、或者第三晶体管的耐压区上绕制而成。通过将高压启动结构、电流采样结构与功率开关集成在一起，降低电路启动的损耗和功率管电流采样损耗。

Description

具有电流采样和启动结构的半导体装置
技术领域
本发明涉及一种适用于AC-DC开关电源电路的具有电流采样和启动结构的半导体装置，属于功率半导体技术领域。
背景技术
AC-DC开关电源芯片的传统结构如图1所示，其中启动电路101和PWM（PulseWidthModulation，脉宽调制）电路102集成在一起作为控制电路103，而功率开关管作为输出级。在芯片工作过程中，控制电路的驱动输出用来控制功率开关管的导通和关断状态，同时用电阻采样功率开关管的电流，反馈回控制模块。
近年来，随着开关电源集成电路的不断发展，人们开始越来越追求芯片工作的高效率和低成本，因此需要设计新型的半导体装置。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种易于与低压控制芯片单片集成的具有电流采样和启动结构的半导体装置，旨在提高效率，降低成本。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
具有电流采样和启动结构的半导体装置，特点是：包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管和电阻，所述第一晶体管的漏端连接第二晶体管的漏端、第三晶体管的漏端和所述电阻的一端，所述第一晶体管的源端接地，所述第一晶体管的栅端连接第二晶体管的栅端，所述电阻的另一端连接所述第三晶体管的栅端，其特征在于：所述第一晶体管、第二晶体管和第三晶体管均为高压晶体管，所述电阻通过在第一晶体管、第二晶体管和第三晶体管的耐压区上、或者第一晶体管的耐压区上、或者第三晶体管的耐压区上绕制而成。
进一步地，上述的具有电流采样和启动结构的半导体装置，所述第一晶体管、第二晶体管和第三晶体管是横向高压晶体管，其耐压区为横向高压晶体管的漂移区。
更进一步地，上述的具有电流采样和启动结构的半导体装置，所述第一晶体管、第二晶体管和第三晶体管是纵向高压晶体管，其耐压区为纵向高压晶体管的终端结构区。
更进一步地，上述的具有电流采样和启动结构的半导体装置，所述第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管和电阻集成在一个硅片上。
更进一步地，上述的具有电流采样和启动结构的半导体装置，所述第二晶体管的尺寸小于第一晶体管的尺寸。
再进一步地，上述的具有电流采样和启动结构的半导体装置，所述电阻是多晶硅电阻。
再进一步地，上述的具有电流采样和启动结构的半导体装置，所述第三晶体管是增强型MOS场效应晶体管或耗尽型MOS场效应晶体管或JFET即结型场效应晶体管。
本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：
①本发明半导体装置中第一高压晶体管作为功率开关，第二横向高压晶体管作为第一高压晶体管的电流采样、第三高压晶体管和电阻作为启动结构，结构面积小，成本低，实现与低压控制芯片的自隔离；
②第二高压晶体管尺寸小于第一高压晶体管，对第二高压晶体管的采样较小电流，通过电路计算得到第一高压晶体管的较大电流，采样较小电流降低系统损耗；第三高压晶体管电阻组成启动结构与低压控制电路连接后，实现芯片启动功能，并且电路启动后能关闭第三高压晶体管，降低系统损耗；
③第三高压晶体管，采用增强型MOS场效应晶体管，或耗尽型MOS场效应晶体管，或JFET即结型场效应晶体管，适用工艺平台范围宽；电阻由掺杂的多晶硅在耐压区上绕制而成时，能够降低耐压区域表面电场，提升器件的可靠性，并且大大节省了芯片面积；本发明半导体装置将开关、启动、采样集成在一个硅片上，实现更低的系统成本。
附图说明
下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：
图1是开关电源芯片的传统结构框图；
图2是带智能功率器件的开关电源芯片结构框图；
图3是本发明的半导体装置的采样损耗与传统电阻采样对比示意图；
图4是本发明的半导体装置的启动损耗与传统电阻启动对比示意图；
图5是本发明的一种带电流采样和启动结构的半导体装置实现方式示意图；
图6是本发明的一种带电流采样和启动结构的半导体装置另外一种实现方式示意图；
图7是本发明的一种带电流采样和启动结构的半导体装置又一种实现方式示意图；
图8是本发明的一种带电流采样和启动结构的半导体装置又一种实现方式示意图。
具体实施方式
本发明半导体装置，通过将高压启动结构、电流采样结构与功率开关集成在一起，降低电路启动的损耗和功率管电流采样损耗；同时将开关、启动、采样集成在一个硅片上，实现更低的系统成本。
具有电流采样和启动结构的半导体装置，包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管和电阻，其中第一晶体管作为开关，第二晶体管作为第一晶体管的电流采样，第三晶体管和电阻作为启动结构；第一晶体管的漏端连接第二晶体管的漏端、第三晶体管的漏端和所述电阻的一端，第一晶体管的源端接地，第一晶体管的栅端连接第二晶体管的栅端，电阻的另一端连接所述第三晶体管的栅端，第一晶体管、第二晶体管和第三晶体管均为高压晶体管，电阻通过在第一晶体管、第二晶体管和第三晶体管的耐压区上、或者第一晶体管的耐压区上、或者第三晶体管的耐压区上绕制而成。
其中，第一晶体管、第二晶体管和第三晶体管是横向高压晶体管，其耐压区为横向高压晶体管的漂移区。
第一晶体管、第二晶体管和第三晶体管是纵向高压晶体管，其耐压区为纵向高压晶体管的终端结构区。
第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管和电阻集成在一个硅片上。
第二晶体管的尺寸小于第一晶体管的尺寸。
电阻是多晶硅电阻。
第三晶体管是增强型MOS场效应晶体管或耗尽型MOS场效应晶体管或JFET即结型场效应晶体管。第三晶体管既可具有负的阈值电压，也可具有正的阈值电压。
如图2所示，M1、M2、M3与R1为带电流采样和启动结构的半导体装置电路，其中SW为高压端，GATE为输出驱动信号，SOURCE为开关管M1的源端接地，SENSE为采样管M2的源端，连接采样电阻R2到地，同时作为采样信号输入到控制电路103。上电过程中，M3的栅极电压慢慢升高，当其栅源电压大于其阈值电压时，M3导通，经过启动电路101向外界电容充电，同时启动电路内器件与R1组成负反馈回路来控制M3的栅压，由此稳定M3对外界电容的充电电流，避免其由于电容上电压的变化以及漏端电压的变化产生的影响。
本发明带电流采样和启动结构的半导体装置的一种具体实现方式如图5所示，第一晶体管、第二晶体管和第三晶体管均采用横向高压晶体管。第一晶体管由漏端区10、源端区11和栅端12构成，第二晶体管由漏端区10、源端区17和栅端12构成，第三晶体管由漏端区10、源端区13和栅端14构成，电阻15通过在第一晶体管的横向漂移区上绕制而成，电阻15的一端连接第一晶体管的漏端区10，电阻15的另一端连接第三晶体管的栅端14。
本发明带电流采样和启动结构的半导体装置，采用横向高压晶体管的另外一种具体实现方式如图6所示，第一晶体管由漏端区10、源端区11和栅端12构成，第二晶体管由漏端区10、源端区17和栅端12构成，第三晶体管由漏端区10、源端区13和栅端14构成，电阻16通过在第三晶体管的横向漂移区上绕制而成，电阻16的一端连接第一晶体管的漏端区10，电阻16的另一端连接第三晶体管的栅端14。
本发明带电流采样和启动结构的半导体装置的另外一种具体实现方式如图7所示，第一晶体管、第二晶体管和第三晶体管均采用纵向高压晶体管，第一晶体管由漏端区20、源端区21和栅端22构成，第二晶体管由漏端区20（外延底部也是漏端区，图中未画出）、源端区27和栅端22构成，第三晶体管由漏端区20、源端区23和栅端24构成，电阻25通过第一晶体管、第二晶体管和第三晶体管的终端结构26上绕制而成，电阻25的一端连接第一晶体管的漏端区20，电阻25的另一端连接第三晶体管的栅端24。
本发明带电流采样和启动结构的半导体装置的另外一种具体实现方式如图8所示，第一晶体管、第二晶体管和第三晶体管均采用纵向高压晶体管。第一晶体管由漏端区20、源端区21和栅端22构成，第二晶体管由漏端区20（外延底部也是漏端区，图中未画出）、源端区27和栅端22构成，第三晶体管由漏端区20、源端区23和栅端24构成，电阻25通过在第一晶体管、第二晶体管和第三晶体管的部分终端结构26上绕制而成，电阻25的一端连接第一晶体管的漏端区20，电阻25的另一端连接所述第三晶体管的栅端24。
本发明半导体装置中第一高压晶体管作为功率开关，第二横向高压晶体管作为第一高压晶体管的电流采样、第三高压晶体管和电阻作为启动结构，结构面积小，成本低，实现与低压控制芯片的自隔离。
第二高压晶体管尺寸小于第一高压晶体管，对第二高压晶体管的采样较小电流，通过电路计算得到第一高压晶体管的较大电流，采样较小电流能够降低系统损耗。与传统第一高压晶体管电流采样结构对比，系统损耗大幅降低，系统效率得到提高，本发明结构与传统结构采样损耗对比如图3。
第三高压晶体管电阻组成启动结构与低压控制电路连接后，实现芯片启动功能，并且电路启动后能关闭第三高压晶体管，降低系统损耗。与传统电阻启动结构对比，系统损耗大幅降低，系统效率得到提高，本发明结构与传统结构启动损耗对比如图4。
第三高压晶体管，是增强型MOS场效应晶体管，或耗尽型MOS场效应晶体管，或JFET即结型场效应晶体管，适用工艺平台范围宽。
电阻由掺杂的多晶硅在耐压区上绕制而成时，降低耐压区域表面电场，提升器件的可靠性，大大节省了芯片面积。
本发明半导体装置将开关、启动、采样集成在一个硅片上，实现更低的系统成本。
需要理解到的是：以上所述仅是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.具有电流采样和启动结构的半导体装置，其特征在于：包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管和第一电阻，其中第一晶体管作为开关，第二晶体管作为第一晶体管的电流采样，第三晶体管和第一电阻作为启动结构，所述第一晶体管的漏端连接第二晶体管的漏端、第三晶体管的漏端和所述第一电阻的一端，所述第一晶体管的漏端、第二晶体管的漏端、第三晶体管的漏端、第一电阻的一端与高压端相连，所述第一晶体管的源端接地，所述第一晶体管的栅端连接第二晶体管的栅端，所述第一晶体管的栅端、第二晶体管的栅端与PWM电路的驱动端相连，所述第一电阻的另一端、第三晶体管的栅端与启动电路相连，所述第二晶体管的源端与PWM电路的检测端相连并且经过第二电阻接地，所述第一晶体管、第二晶体管和第三晶体管均为高压晶体管，所述第一电阻通过在第一晶体管、第二晶体管和第三晶体管的耐压区上、或者第一晶体管的耐压区上、或者第三晶体管的耐压区上绕制而成。
2.根据权利要求1所述的具有电流采样和启动结构的半导体装置，其特征在于：所述第一晶体管、第二晶体管和第三晶体管是横向高压晶体管，其耐压区为横向高压晶体管的漂移区。
3.根据权利要求1所述的具有电流采样和启动结构的半导体装置，其特征在于：所述第一晶体管、第二晶体管和第三晶体管是纵向高压晶体管，其耐压区为纵向高压晶体管的终端结构区。
4.根据权利要求1所述的具有电流采样和启动结构的半导体装置，其特征在于：所述第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管和第一电阻集成在一个硅片上。
5.根据权利要求1所述的具有电流采样和启动结构的半导体装置，其特征在于：所述第二晶体管的尺寸小于第一晶体管的尺寸。
6.根据权利要求1所述的具有电流采样和启动结构的半导体装置，其特征在于：所述第一电阻是多晶硅电阻。
7.根据权利要求1所述的具有电流采样和启动结构的半导体装置，其特征在于：所述第三晶体管是增强型MOS场效应晶体管或耗尽型MOS场效应晶体管或JFET即结型场效应晶体管。
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Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI520481B (zh) * 2011-08-05 2016-02-01 鈺創科技股份有限公司 起電初始電路
CN103683892B (zh) * 2013-12-30 2015-12-09 杭州士兰微电子股份有限公司 开关电源及其控制器
CN103887961B (zh) * 2014-04-18 2015-06-10 杭州士兰微电子股份有限公司 开关电源及其控制器
US9356017B1 (en) * 2015-02-05 2016-05-31 Infineon Technologies Austria Ag Switch circuit and semiconductor device
CN105304627B (zh) * 2015-11-09 2019-06-04 苏州锴威特半导体有限公司 一种集成耗尽型启动器件的功率mos场效应管
TWI636573B (zh) * 2016-12-16 2018-09-21 通嘉科技股份有限公司 具有高壓啟動單元的垂直雙擴散金氧半功率元件
CN108155187B (zh) * 2018-01-16 2024-01-19 上海南麟电子股份有限公司 开关电源电路、半导体功率器件及其制备方法
CN108668408A (zh) * 2018-04-23 2018-10-16 厦门元顺微电子技术有限公司 驱动电路结构及其制作方法
CN109888018A (zh) * 2019-04-03 2019-06-14 南京华瑞微集成电路有限公司 一种集成启动管、采样管和电阻的dmos及其制造方法
CN110545032A (zh) 2019-10-08 2019-12-06 杭州必易微电子有限公司 一种集成启动功能的晶体管模块及其半导体模块和电压变换电路
CN111463282B (zh) * 2020-03-30 2023-09-26 南京华瑞微集成电路有限公司 集成启动管和采样管的低压超结dmos结构及制备方法
CN112994437A (zh) * 2021-02-07 2021-06-18 成都方舟微电子有限公司 一种应用于开关电源的启动电路及功率集成器件

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5175451A (en) * 1990-10-08 1992-12-29 Sharp Kabushiki Kaisha Biasing circuit for sense amplifier
CN1744423A (zh) * 2004-09-02 2006-03-08 三菱电机株式会社 功率半导体装置的控制用电路及控制用集成电路
CN101582628A (zh) * 2008-05-16 2009-11-18 尼克森微电子股份有限公司 定电流控制的高压启动电路
CN101873736A (zh) * 2009-04-24 2010-10-27 辉芒微电子（深圳）有限公司 一种led驱动电路
CN102832797A (zh) * 2012-08-24 2012-12-19 电子科技大学 高压电流源复用采样电路和开关电源

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69224827T2 (de) * 1992-05-28 1998-09-10 Cons Ric Microelettronica Auf einem Halbleitersubstrat integrierter Spiralwiderstand
US5382826A (en) * 1993-12-21 1995-01-17 Xerox Corporation Stacked high voltage transistor unit
US5486718A (en) * 1994-07-05 1996-01-23 Motorola, Inc. High voltage planar edge termination structure and method of making same
JP3572853B2 (ja) * 1997-03-12 2004-10-06 株式会社デンソー 電流検出機能を有する負荷駆動回路
JP2000312143A (ja) * 1999-02-26 2000-11-07 Yazaki Corp スイッチング・デバイス
DE10149777A1 (de) * 2001-10-09 2003-04-24 Bosch Gmbh Robert Halbleiter-Schaltungsanordnung, insbesondere für Zündungsverwendungen, und Verwendung
CN101405871A (zh) * 2004-11-24 2009-04-08 美高森美公司 用于宽禁带功率器件的结终端结构
US7955943B2 (en) * 2005-01-25 2011-06-07 Semiconductor Components Industries, Llc High voltage sensor device and method therefor
US8598637B2 (en) * 2009-09-18 2013-12-03 Monolithic Power Systems, Inc. High voltage junction field effect transistor with spiral field plate
US8624322B1 (en) * 2012-07-17 2014-01-07 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. High voltage device with a parallel resistor

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5175451A (en) * 1990-10-08 1992-12-29 Sharp Kabushiki Kaisha Biasing circuit for sense amplifier
CN1744423A (zh) * 2004-09-02 2006-03-08 三菱电机株式会社 功率半导体装置的控制用电路及控制用集成电路
CN101582628A (zh) * 2008-05-16 2009-11-18 尼克森微电子股份有限公司 定电流控制的高压启动电路
CN101873736A (zh) * 2009-04-24 2010-10-27 辉芒微电子（深圳）有限公司 一种led驱动电路
CN102832797A (zh) * 2012-08-24 2012-12-19 电子科技大学 高压电流源复用采样电路和开关电源

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Publication number Publication date
US9007099B2 (en) 2015-04-14
CN103219898A (zh) 2013-07-24
US20140292380A1 (en) 2014-10-02

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