CN103887961A - 开关电源及其控制器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种开关电源及其控制器，该控制器包括：开关电源控制装置，具有电源供电端并对该电源供电端的电压进行检测；复合器件，集成有功率管和耗尽管，其中，功率管的栅端连接第一输入端，功率管的源端连接第一输出端，功率管的漏端连接输入信号端；耗尽管的栅端连接第二输入端，其源端连接第二输出端，其漏端连接输入信号端；第一输入端、第二输入端和第二输出端连接开关电源控制装置，第一输入端接收开关电源控制装置产生的驱动信号，输入信号端接收所述开关电源的输入信号。所述复合器件中功率管和耗尽管可集成在同一复合器件中。本发明既可以缩短开关电源的启动时间，又能够有效降低待机功耗，还可以减少成本。
Description
技术领域
本发明涉及开关电源技术，尤其涉及一种具有高压启动功能的开关电源及其控制器。
背景技术
参考图1，图1示出了现有技术中具有高压启动功能的反激式开关电源100的典型应用电路的拓扑结构，主要包括：启动电阻R1、启动电容C1、开关电路101、开关电源控制装置102、反激式转换器103、二极管D1、二极管D2以及输出滤波电容C2，其中开关电源控制装置102可以包括开启/关断控制器105和PWM控制器106。
参考图2，图2示出了反激式开关电源100在高压启动过程中，开关电源控制装置102的电源供电端VCC、开启/关断控制器105的输出端UV_CTRL、启动电容C1的高压启动充电电流Ich、开关电源控制装置102的栅极驱动端GD、直流输出电压VOUT的波形示意图。
结合图1和图2，在开关电源100开始高压启动时，交流输入电压VIN通过启动电阻R1给启动电容C1提供高压启动充电电流Ich，则开关电源控制装置102的电源供电端VCC电压开始上升，同时高压启动充电电流Ich也从0开始增大，且先增大到最大值Ich0（Ich0>0）后再下降；当电源供电端VCC电压大于开启/关断控制器105的开启点电压VCCON时，开启/关断控制器105的输出信号UV_CTRL由低电平跳变为高电平，且高压启动充电电流Ich也降至Ich1（Ich1>0），则PWM控制器106开始工作，产生开关电源控制装置102的栅极驱动信号GD，该栅极驱动信号GD可以为PWM调制信号，栅极驱动信号GD控制开关电路101中的功率管104的导通和关断，使得功率管104的漏端E_D提供功率输出电流，那么交流输入电压VIN就通过反激式转换器103中变压器的原边绕组L1和副边绕组L2、二极管D2、输出滤波电容C2将能量传递到直流输出电压VOUT，使得VOUT电压开始上升；同时，交流输入电压VIN除了通过启动电阻R1和启动电容C1给开关电源控制装置102的电源供电端VCC供电外，还通过反激式转换器103中变压器的原边绕组L1和辅助绕组L3、二极管D1、启动电容C1，也为电源供电端VCC供电；这样，开关电源100就完成高压启动，开始工作。
上述通过启动电阻R1来完成高压启动的技术，由于在启动后流过启动电阻R1的电流Ich1一直存在，所以存在启动时间和待机功耗的矛盾。如果启动电阻R1较小，则启动时，交流输入电压VIN通过启动电阻R1给启动电容C1充电的电流变大，那么开关电源100的启动时间变短，但启动后，由于流过启动电阻R1的电流较大，则开关电源100的待机功耗也较大；如果启动电阻R1较大，则启动时，交流输入电压VIN通过启动电阻R1给启动电容C1充电的电流变小，那么开关电源100的启动时间变长，但启动后，由于流过启动电阻R1的电流较小，则开关电源100的待机功耗也就小。
为了兼顾启动时间和待机功耗，应用时启动电阻R1一般选在MΩ级。但即使这样，在交流输入电压VIN为220VAC时，启动电阻R1的功耗也有十几毫瓦到上百毫瓦。
由上，现有技术中如图1所示的开关电源100通过启动电阻R1来完成高压启动，无法确保既能减少启动时间又能降低待机功耗。
参考图3，图3示出了图1中的开关电源100内的功率管104的版图201的示意图，该功率管104为高压MOS器件。
结合图1和图3，在高压MOS器件104的版图201上，正面有栅端G的压点和源端S的压点，背面有漏端D的压点，这三个压点可以完成高压MOS器件104的功率驱动输出功能。
参考图4，图4示出了图3沿AA’方向的纵向剖面的示意图。
如图4所示，以N型器件为例，该高压MOS器件包括：MOS管的N型外延区306，外延区306由电极301引出，形成MOS管的漏端；MOS管的P阱302；MOS管的N型掺杂区305；MOS管的P型掺杂区309，P阱302、P型掺杂区309以及N型掺杂区305通过电极303短路，形成MOS管的源端；MOS管的栅端304。从器件的整体结构而言，上述P阱302、N型掺杂区305、P型掺杂区309以及栅端304等都形成于元胞部分308，元胞部分308是器件的电流导通区域，元胞部分308为有源区，该功率器件可以由众多元胞部分308重复形成；在元胞部分308的边缘以外具有高压环307，高压环307可以包括多个P型掺杂310，该高压环307可以对应于图3所示的区域207。以上器件的内部结构以及工作原理为公知技术，不再详细描述。
结合图1和图4，当栅端304上施加的电压高于阈值电压时，P阱302的表面反型形成沟道，使得MOS管的源端和漏端导通，以进行功率输出。
图1所示的方案通过电阻R1来完成开关电源100的高压启动和给开关电源控制装置102的供电端VCC供电，由于流过电阻R1的电流一直存在，所以存在启动时间和待机功耗的矛盾，即：如果电阻R1的电阻值小，则在高压启动时，通过电阻R1给供电端VCC提供的电流大，那么开关电源100的启动时间短，但在高压启动后，由于流过电阻R1的电流大，则开关电源100的待机功耗高；如果电阻R1的电阻值大，则在高压启动时，通过电阻R1给供电端VCC提供的电流小，那么开关电源100的启动时间长，而在高压启动后，由于流过电阻R1的电流小，则开关电源100的待机功耗低。
为了兼顾启动时间和待机功耗，在实际应用中电阻R1一般选在MΩ级，但即使这样，在输入电压VIN的电压值为220VAC时，电阻R1的功耗也达到十几mW至上百mW。
由上，现有技术中的开关电源100通过电阻R1来完成开关电源100的高压启动和给开关电源控制装置101的供电端VCC供电，无法确保既能减少启动时间，又能降低待机功耗。
针对上述问题，现有技术中提出了一种增加耗尽型器件启动的技术方案，如图5所示。在现有开关电源的基础上，图5所示开关电源400增加了高压启动器件403以加快开关电源400的高压启动过程，该高压启动器件403为耗尽型MOS管；高压启动后关闭该高压启动器件403以降低开关电源400的待机功耗，从而提高开关电源400的效率。
现有技术中，高压启动器件403作为单独的器件来使用，主要起到高压信号处理和控制的作用。由于高压启动器件403是一个单独器件，因此开关电源400需要一个额外的元器件，从而增加了系统的复杂程度和成本。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种开关电源及其控制器，既可以缩短启动时间，又能够有效降低待机功耗，还可以减少成本。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种开关电源控制器，包括：
开关电源控制装置，具有电源供电端并对该电源供电端的电压进行检测；
复合器件，与所述开关电源控制装置相连，该复合器件具有第一输入端、输入信号端、第二输入端、第一输出端和第二输出端，该复合器件中集成有功率管和耗尽管，其中，
所述功率管的栅端连接所述第一输入端，所述功率管的源端连接所述第一输出端，所述功率管的漏端连接所述输入信号端；
所述耗尽管的栅端连接所述第二输入端，其源端连接所述第二输出端，其漏端连接所述输入信号端；
所述第一输入端、第二输入端和第二输出端连接所述开关电源控制装置，所述第一输入端接收所述开关电源控制装置产生的驱动信号，所述输入信号端接收所述开关电源的输入信号；
当所述电源供电端的电压小于预设的关断点电压时，所述开关电源控制装置控制所述复合器件中的耗尽管向所述电源供电端提供启动电流；当所述电源供电端的电压上升至大于预设的开启点电压时，所述驱动信号控制所述复合器件中的功率管向所述开关电源的主电路提供功率输出电流，并且控制所述复合器件中的耗尽管关断所述启动电流。
根据本发明的一个实施例，该复合器件包括：
第一掺杂类型的外延区，该外延区作为所述功率管和耗尽管的漏端；
并列形成在所述外延区正面的功率管阱区和耗尽管阱区，所述功率管阱区和耗尽管阱区具有第二掺杂类型，该第二掺杂类型与第一掺杂类型相反；
第一掺杂类型的功率管掺杂区，形成于所述功率管阱区中，该功率管掺杂区作为所述功率管的源端；
功率管的栅端，形成于所述外延区的正面，该功率管的栅端覆盖所述功率管掺杂区的至少一部分并延伸至所述功率管阱区以外的外延区上；
第一掺杂类型的耗尽管掺杂区，形成于所述耗尽管阱区内，该耗尽管掺杂区作为所述耗尽管的源端；
第一掺杂类型的耗尽管沟道区，位于所述耗尽管阱区内，并且该耗尽管沟道区从所述耗尽管阱区的边界延伸至所述耗尽管掺杂区的边界；
耗尽管的栅端，形成于所述外延层的正面，该耗尽管的栅端覆盖所述耗尽管沟道区并延伸至所述耗尽管阱区以外的外延区上；
其中，所述外延区与第一电极短路，该第一电极形成于所述外延区的背面；所述功率管阱区和功率管掺杂区经由第二电极短路，所述耗尽管阱区和耗尽管掺杂区经由第三电极短路，该第二电极和第三电极形成于所述外延区的正面。
根据本发明的一个实施例，该复合器件还包括用于隔离所述功率管和耗尽管的隔离结构，该隔离结构包括：
第二掺杂类型的浮空阱区，与所述功率管阱区和耗尽管阱区并列形成于所述外延区的正面，并且所述浮空阱区位于所述功率管阱区和耗尽管阱区之间；
形成于所述外延区正面的第一栅，该第一栅覆盖所述浮空阱区的至少一部分和所述功率管阱区的至少一部分，该第一栅还覆盖所述浮空阱区和功率管阱区之间的外延区；
形成于所述外延区正面的第二栅，该第二栅覆盖所述浮空阱区的至少一部分和所述耗尽管阱区的至少一部分，该第二栅还覆盖所述浮空阱区和耗尽管阱区之间的外延区；
其中，所述第一栅和所述功率管阱区短路，所述第二栅和所述耗尽管阱区短路。
根据本发明的一个实施例，所述第一栅和所述第一阱区经由所述第二电极短路，所述第二栅和所述第二阱区经由所述第三电极短路。
根据本发明的一个实施例，该复合器件还包括用于隔离所述功率管和耗尽管的隔离结构，该隔离结构包括：
第二掺杂类型的浮空阱区，与所述功率管阱区和耗尽管阱区并列形成于所述外延区的正面，并且所述浮空阱区位于所述功率管阱区和耗尽管阱区之间；
介质层，形成于所述外延层的正面，该介质层覆盖所述浮空阱区并延伸至所述浮空阱区以外的外延层上。
根据本发明的一个实施例，该复合器件还包括用于隔离所述功率管和耗尽管的隔离结构，该隔离结构包括：
第二掺杂类型的浮空阱区，与所述第功率管阱区和耗尽管阱区并列形成于所述外延区的正面，并且所述浮空阱区位于所述功率管阱区和耗尽管阱区之间；
形成于所述外延区正面的第二栅，该第二栅覆盖所述浮空阱区的至少一部分和所述耗尽管阱区的至少一部分，该第二栅还覆盖所述浮空阱区和耗尽管阱区之间的外延区，所述第二栅和所述耗尽管阱区短路。
根据本发明的一个实施例，所述第二栅和所述耗尽管阱区经由所述第三电极短路。
根据本发明的一个实施例，该复合器件还包括用于隔离所述功率管和耗尽管的隔离结构，该隔离结构包括：
形成于所述外延区正面的第二栅，该第二栅覆盖所述功率管阱区的至少一部分和所述耗尽管阱区的至少一部分，该第二栅还覆盖所述功率管阱区和耗尽管阱区之间的外延区，所述第二栅和所述耗尽管阱区短路。
根据本发明的一个实施例，所述第二栅和所述耗尽管阱区经由所述第三电极短路。
根据本发明的一个实施例，该复合器件还包括用于隔离所述功率管和耗尽管的隔离结构，该隔离结构包括：
形成于所述外延区正面的第一栅，该第一栅覆盖所述功率管阱区的至少一部分和所述耗尽管阱区的至少一部分，该第一栅还覆盖所述功率管阱区和耗尽管阱区之间的外延区，所述第一栅和所述功率管阱区短路。
根据本发明的一个实施例，所述第一栅和所述功率管阱区经由所述第二电极短路。
根据本发明的一个实施例，所述浮空阱区与所述功率管阱区、耗尽管阱区采用同一注入工艺或不同的注入工艺形成。
根据本发明的一个实施例，该复合器件还包括：
第二掺杂类型的第一引出区，形成于所述功率管阱区中，该第一引出区与所述功率管掺杂区经由所述第二电极短路；
第二掺杂类型的第二引出区，形成于所述耗尽管阱区中，该第二引出区与所述耗尽管掺杂区经由所述第三电极短路。
根据本发明的一个实施例，所述功率管和耗尽管共用同一高压环。
根据本发明的一个实施例，所述开关电源控制装置还具有高压启动源端、高压启动栅端和栅极驱动端，其中，所述开关电源控制装置包括：
开启/关断控制器，检测所述电源供电端的电压并根据检测结果产生控制信号，当所述电源供电端的电压小于预设的关断点电压时，所述控制信号无效，当所述电源供电端电压大于预设的开启点电压时，所述控制信号有效；
PWM控制器，与所述开启/关断控制器和栅极驱动端相连，在所述控制信号有效时产生所述驱动信号，该驱动信号经由该栅极驱动端输出；
高压启动控制器，与所述电源供电端、高压启动源端和高压启动栅端相连，在所述控制信号无效时，调节所述高压启动源端和高压启动栅端之间的电压以使所述耗尽管导通，所述启动电流经由所述高压启动控制器流向所述电源供电端；在所述控制信号有效时，调节所述高压启动源端和高压启动栅端之间的电压以使所述耗尽管关断，关断所述启动电流。
根据本发明的一个实施例，所述开启/关断控制器还根据所述检测结果产生内部工作电压，该内部工作电压传输至所述高压启动控制器，所述高压启动控制器利用所述内部工作电压对所述高压启动源端和高压启动栅端之间的电压进行调节。
根据本发明的一个实施例，所述高压启动控制器包括：
充电电路，与所述电源供电端、高压启动源端和高压启动栅端连接；
充电控制电路，与所述高压启动源端和高压启动栅端连接并接收所述控制信号；
当所述控制信号无效时，所述充电控制电路调节所述高压启动源端和高压启动栅端之间的电压以使所述耗尽管导通，所述启动电流经由所述充电电路流向所述电源供电端；当所述控制信号有效时，所述充电控制电路调节所述高压启动源端和高压启动栅端之间的电压以使所述耗尽管关断，关断所述启动电流。
根据本发明的一个实施例，所述充电控制电路包括：
第一二极管，其阳极接收所述内部工作电压；
第一电阻，其第一端连接所述第一二极管的阴极，其第二端连接所述高压启动源端；
第二电阻，其第一端连接所述高压启动源端，其第二端连接所述高压启动栅端；
第一PNP三极管，其发射极连接所述高压启动栅端，其基极连接该第一PNP三极管的集电极；
NMOS场效应管，其漏端连接所述第一PNP三极管的集电极，其源端接地，其栅端接所述开启/关断控制器输出的控制信号；
所述充电电路包括：
第二PNP三极管，其发射极连接所述高压启动源端，其基极连接该第二PNP三极管的集电极；
第三PNP三极管，其发射极连接所述高压启动源端，其基极连接该第二PNP三极管的基极；
第二二极管，其阳极连接所述第二PNP三极管的集电极，其阴极连接所述电源供电端；
PMOS场效应管，其栅端连接所述电源供电端，其源端连接所述第三PNP三极管的集电极；
所述第二电阻；
第三电阻，其第一端连接所述PMOS场效应管的漏端，其第二端接地；
所述第一PNP三极管；
NPN三极管，其基极连接所述PMOS场效应管的漏端，其集电极连接所述第一PNP三极管的集电极，其发射极接地。
根据本发明的一个实施例，所述高压启动控制器包括：
第一电阻，其第一端连接所述高压启动源端；
第一NPN三极管，其集电极连接所述第一电阻的第二端，其基极连接所述第一电阻的第二端；
第二NPN三极管，其集电极连接所述第一NPN三极管的发射极，其基极连接所述第一NPN三极管的发射极；
第三NPN三极管，其集电极连接所述第二NPN三极管的发射极，其基极连接所述第二NPN三极管的发射极，其发射极连接所述电源供电端；
第一PMOS场效应管，其漏端连接所述第一NPN三极管的发射极，其源端连接所述电源供电端；
第二PMOS场效应管，其源端连接所述电源供电端，其栅端接收所述开启/关断控制器输出的控制信号；
第三PMOS场效应管，其源端连接所述电源供电端，其栅端连接所述第二PMOS场效应管的漏端；
第四PMOS场效应管，其源端连接所述电源供电端，其栅端连接所述第三PMOS场效应管的漏端，其漏端连接所述高压启动栅端；
第一NMOS场效应管，其漏端连接所述第二PMOS场效应管的漏端，其栅端接收所述开启/关断控制器输出的控制信号，其源端接地；
第二NMOS场效应管，其漏端连接所述第三PMOS场效应管的漏端，其栅端连接所述第三PMOS场效应管的栅端，其源端接地；
第三NMOS场效应管，其漏端连接所述第四PMOS场效应管的漏端，其栅端连接所述第四PMOS场效应管的漏端，其源端接地。
根据本发明的一个实施例，所述开关电源控制装置还具有恒流采样端，该开关电源控制装置还包括：
与所述恒流采样端和PWM控制器连接的恒流控制器，经由该恒流采样端对流经所述功率管的功率输出电流进行采样并产生恒流控制信号，所述PWM控制器根据该恒流控制信号产生所述驱动信号以实现恒流输出。
根据本发明的一个实施例，所述复合器件还具有第三输出端，该复合器件还集成有采样管，
该采样管的漏端连接所述输入信号端，该采样管的栅端连接所述功率管的栅端，该采样管的源端连接所述第三输出端；
所述开关电源控制装置还具有峰值采样端，该峰值采样端与所述第三输出端连接，该开关电源控制装置还包括：
与所述峰值采样端和PWM控制器连接的峰值控制器，经由该峰值采样端对流经所述功率管的峰值电流进行采样并产生峰值控制信号，所述PWM控制器根据该峰值控制信号产生所述驱动信号以实现峰值控制。
根据本发明的一个实施例，该复合器件包括：
第一掺杂类型的外延区，该外延区作为所述功率管、耗尽管和采样管的漏端；
并列形成在所述外延区正面的功率管阱区、耗尽管阱区和采样管阱区，所述功率管阱区、耗尽管阱区和功率管阱区具有第二掺杂类型，该第二掺杂类型与第一掺杂类型相反；
第一掺杂类型的功率管掺杂区，形成于所述功率管阱区中，该功率管掺杂区作为所述功率管的源端；
功率管的栅端，形成于所述外延区的正面，该功率管的栅端覆盖所述功率管掺杂区的至少一部分并延伸至所述功率管阱区以外的外延区上；
第一掺杂类型的耗尽管掺杂区，形成于所述耗尽管阱区内，该耗尽管掺杂区作为所述耗尽管的源端；
第一掺杂类型的耗尽管沟道区，位于所述耗尽管阱区内，并且该耗尽管沟道区从所述耗尽管阱区的边界延伸至所述耗尽管掺杂区的边界；
耗尽管的栅端，形成于所述外延层的正面，该耗尽管的栅端覆盖所述耗尽管沟道区并延伸至所述耗尽管阱区以外的外延区上；
第一掺杂类型的采样管掺杂区，形成于所述采样管阱区中，该采样管掺杂区作为所述采样管的源端；
采样管的栅端，形成于所述外延区的正面，该采样管的栅端覆盖所述采样管掺杂区的至少一部分并延伸至所述采样管阱区以外的外延区上；
其中，所述外延区与第一电极短路，该第一电极形成于所述外延区的背面；所述功率管阱区和功率管掺杂区经由第二电极短路，所述耗尽管阱区和耗尽管掺杂区经由第三电极短路，所述采样管阱区和采样管掺杂区经由第四电极短路，该第二电极、第三电极和第四电极形成于所述外延区的正面。
根据本发明的一个实施例，所述功率管为增强型MOS管，所述耗尽管为耗尽型MOS管。
本发明还提供了一种开关电源，包括：
上述任一项所述的开关电源控制器；
与所述开关电源控制器耦合的主电路。
根据本发明的一个实施例，所述开关电源控制器为权利要求1-19中任一项所述的开关电源控制器，所述主电路为反激式结构或升压式结构。
根据本发明的一个实施例，所述主电路包括：
变压器，其原边绕组的同名端接收该开关电源的输入信号，其异名端连接所述复合器件的输入信号端；
输出整流二极管，其阳极连接所述变压器的副边绕组的异名端，其阴极连接所述开关电源的输出端；
输出滤波电容，其第一端连接所述输出整流二极管的阴极，其第二端连接所述副边绕组的同名端并接地；
辅助绕组二极管，其阳极连接所述变压器的辅助绕组的异名端，其阴极连接所述电源供电端，所述辅助绕组的同名端接地；
启动电容，其第一端连接所述电源供电端，其第二端接地。
根据本发明的一个实施例，所述开关电源在开始启动时，所述电源供电端的电压小于所述预设的关断点电压，所述开关电源控制器中的复合器件向所述电源供电端提供启动电流，所述电源供电端的电压上升；当所述电源供电端的电压上升至大于所述预设的开启点电压时，所述开关电源控制器中的复合器件关断所述启动电流，而所述电源供电端转由所述开关电源的输入信号通过所述变压器的原边绕组、辅助绕组、辅助绕组二极管以及启动电容供电，完成所述开关电源的启动。
根据本发明的一个实施例，所述主电路包括：
电感，其第一端连接所述开关电源的输出端，其第二端连接所述开关电源控制器中的开关电源控制装置的接地端以及所述复合器件的第一输出端；
第一二极管，其阳极连接所述电感的第一端；
第二二极管，其阳极连接所述第一二极管的阴极，其阴极连接所述电源供电端；
第一电容，其第一端连接所述第一二极管的阴极，其第二端连接所述电感的第二端；
第二电容，其第一端连接所述电源供电端，其第二端连接所述电感的第二端；
第三二极管，其阴极连接所述电感的第二端，其阳极接地；
第三电容，其第一端连接所述开关电源的输出端，其第二端接地。
根据本发明的一个实施例，所述开关电源在开始启动时，所述电源供电端的电压小于所述预设的关断点电压，所述开关电源控制器中的复合器件向所述电源供电端提供启动电流，所述电源供电端的电压上升；当所述电源供电端的电压上升至大于所述预设的开启点电压时，所述开关电源控制器中的复合器件关断所述启动电流，而所述电源供电端转由所述开关电源的输出端通过第一二极管、第一电容、第二二极管以及第二电容供电，完成所述开关电源的启动。
根据本发明的一个实施例，所述开关电源控制器为权利要求20所述的开关电源控制器，所述主电路包括：
根据本发明的一个实施例，变压器，其原边绕组的同名端接收该开关电源的输入信号，其异名端连接所述复合器件的输入信号端；
输出整流二极管，其阳极连接所述变压器的副边绕组的异名端，其阴极连接所述开关电源的输出端；
输出滤波电容，其第一端连接所述输出整流二极管的阴极，其第二端连接所述副边绕组的同名端并接地；
辅助绕组二极管，其阳极连接所述变压器的辅助绕组的异名端，其阴极连接所述电源供电端，所述辅助绕组的同名端接地；
启动电容，其第一端连接所述电源供电端，其第二端接地；
采样电阻，其第一端连接所述复合器件的第一输出端以及所述开关电源控制装置的恒流采样端，其第二端连接到所述开关电源控制装置的接地端并接地。
根据本发明的一个实施例，所述开关电源在开始启动时，所述电源供电端的电压小于所述预设的关断点电压，所述开关电源控制器中的复合器件向所述电源供电端提供启动电流，所述电源供电端的电压上升；当所述电源供电端的电压上升至大于所述预设的开启点电压时，所述开关电源控制器中的复合器件关断所述启动电流，而所述电源供电端转由所述开关电源的输入信号通过所述变压器的原边绕组、辅助绕组、辅助绕组二极管以及启动电容供电，完成所述开关电源的启动。
根据本发明的一个实施例，所述开关电源控制器为权利要求20所述的开关电源控制器，所述主电路包括：
输入二极管，其阴极接收所述开关电源的输入信号，其阳极连接所述复合器件的输入信号端；
变压器，其原边绕组的异名端连接所述复合器件的输入信号端；
副边绕组二极管，其阳极连接所述变压器的副边绕组的异名端，其阴极连接所述电源供电端，该副边绕组的同名端接地；
输出滤波电容，其第一端连接所述输入二极管的阴极，其第二端连接所述变压器的原边绕组的同名端；
启动电容，其第一端连接所述电源供电端，其第二端接地；
采样电阻，其第一端连接所述复合器件的第一输出端以及所述开关电源控制装置的恒流采样端，其第二端连接到所述开关电源控制装置的接地端并接地。
根据本发明的一个实施例，所述开关电源在开始启动时，所述电源供电端的电压小于所述预设的关断点电压，所述开关电源控制器中的复合器件向所述电源供电端提供启动电流，所述电源供电端的电压上升；当所述电源供电端的电压上升至大于所述预设的开启点电压时，所述开关电源控制器中的复合器件关断所述启动电流，而所述电源供电端转由所述开关电源的输出端通过所述变压器的原边绕组、副边绕组、副边绕组二极管以及启动电容供电，完成所述开关电源的启动。
根据本发明的一个实施例，所述开关电源控制器为权利要求20所述的开关电源控制器，所述主电路包括：
采样电阻，其第一端连接所述复合器件的第一输出端以及所述开关电源装置的接地端，其第二端连接所述开关电源控制装置的恒流采样端；
变压器，其原边绕组的同名端连接所述采样电阻的第二端；
副边绕组二极管，其阳极连接所述变压器的副边绕组的异名端；
第一电阻，其第一端连接所述副边绕组二极管的阴极，其第二端连接所述电源供电端；
第一电容，其第一端连接所述第一电阻的第二端；
输出整流二极管，其阴极连接所述第一电容的第二端、所述采样电阻的第一端以及所述副边绕组的同名端，其阳极接地；
输出滤波电容，其第一端连接所述变压器的原边绕组的异名端，其第二端接地。
根据本发明的一个实施例，所述开关电源在开始启动时，所述电源供电端的电压小于所述预设的关断点电压，所述开关电源控制器中的复合器件向所述电源供电端提供启动电流，所述电源供电端的电压上升；当所述电源供电端的电压上升至大于所述预设的开启点电压时，所述开关电源控制器中的复合器件关断所述启动电流，而所述电源供电端转由所述开关电源的输出端通过所述变压器的原边绕组、副边绕组、副边绕组二极管、第一电阻以及第一电容供电，完成所述开关电源的启动。
根据本发明的一个实施例，所述开关电源控制器为权利要求20所述的开关电源控制器，所述主电路包括：
采样电阻，其第一端连接所述复合器件的第一输出端以及所述开关电源装置的接地端，其第二端所述开关电源控制装置的恒流采样端；
变压器，其原边绕组的同名端连接所述采样电阻的第二端，该原边绕组的异名端接地；
副边绕组二极管，其阳极连接所述变压器的副边绕组的异名端，该副边绕组的同名端连接到所述采样电阻的第一端；
第一电阻，其第一端连接所述副边绕组二极管的阴极，其第二端连接所述电源供电端；
第一电容，其第一端连接所述第一电阻的第二端，其第二端连接所述采样电阻的第一端；
输出整流二极管，其阴极连接所述副边绕组的同名端；
输出滤波电容，其第一端连接所述输出整流二极管的阳极，其第二端接地。
根据本发明的一个实施例，所述开关电源在开始启动时，所述电源供电端的电压小于所述预设的关断点电压，所述开关电源控制器中的复合器件向所述电源供电端提供启动电流，所述电源供电端的电压上升；当所述电源供电端的电压上升至大于所述预设的开启点电压时，所述开关电源控制器中的复合器件关断所述启动电流，而所述电源供电端转由所述开关电源的输出端通过所述输出整流二极管、采样电阻、变压器的原边绕组、副边绕组、副边绕组二极管、第一电阻以及第一电容供电，完成所述开关电源的启动。
根据本发明的一个实施例，所述开关电源控制器为权利要求21或22所述的开关电源控制器，所述主电路包括：
变压器，其原边绕组的同名端接收该开关电源的输入信号，其异名端连接所述复合器件的输入信号端；
输出整流二极管，其阳极连接所述变压器的副边绕组的异名端，其阴极连接所述开关电源的输出端；
输出滤波电容，其第一端连接所述输出整流二极管的阴极，其第二端连接所述副边绕组的同名端并接地；
辅助绕组二极管，其阳极连接所述变压器的辅助绕组的异名端，其阴极连接所述电源供电端，所述辅助绕组的同名端接地；
启动电容，其第一端连接所述电源供电端，其第二端接地。
根据本发明的一个实施例，所述开关电源在开始启动时，所述电源供电端的电压小于所述预设的关断点电压，所述开关电源控制器中的复合器件向所述电源供电端提供启动电流，所述电源供电端的电压上升；当所述电源供电端的电压上升至大于所述预设的开启点电压时，所述开关电源控制器中的开关电路关断所述启动电流，而所述电源供电端转由所述开关电源的输入信号通过所述变压器的原边绕组、辅助绕组、辅助绕组二极管以及启动电容供电，完成所述开关电源的启动。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明实施例的开关电源包括开关电源控制装置以及复合器件，该复合器件集成有功率管和耗尽管，在开始高压启动时，耗尽管导通，为电源供电端提供较大的高压启动充电电流，以减小开关电源的启动时间，从而加快启动过程；而在开关电源完成高压启动后，耗尽管关断，部位电源供电端提供高压启动充电电流，以降低开关电源的待机功耗，从而提高开关电源的效率。
进一步而言，本发明实施例的开关电源控制器中，复合器件将功率管和耗尽管集成在同一器件内，有利于缩小芯片面积，从而进一步减少成本。
附图说明
图1是现有技术中一种反激式开关电源的电路结构示意图；
图2是图1所示反激式开关电源在高压启动时的信号波形示意图；
图3为图1所示反激式开关电源中开关电路中的功率管的版图示意图；
图4是图3所示开关电路中的功率管沿AA’方向的剖面示意图；
图5是现有技术中另一种开关电源的电路结构示意图；
图6是现有技术中一种耗尽型MOS器件的剖面结构示意图；
图7是本发明第一实施例的反激式开关电源的电路结构示意图；
图8是本发明第一实施例的反激式开关电源中的复合器件的第一实例版图示意图；
图9是图8所示复合器件沿BB’方向的剖面结构示意图；
图10是本发明第一实施例的反激式开关电源中复合器件的第二实例的剖面结构示意图；
图11是本发明第一实施例的反激式开关电源中复合器件的第三实例的剖面结构示意图；
图12是本发明第一实施例的反激式开关电源中复合器件的第四实例的剖面结构示意图；
图13是本发明第一实施例的反激式开关电源中复合器件的第五实例的剖面结构示意图；
图14是本发明第一实施例的反激式开关电源在启动时的信号波形示意图；
图15是本发明第一实施例的反激式开关电源中高压启动控制器的一种结构框图；
图16是本发明第一实施例的反激式开关电源中高压启动控制器的一种具体电路结构示意图；
图17为本发明第一实施例的反激式开关电源中高压启动控制器的另一种具体电路结构示意图；
图18为本发明第二实施例的升压式开关电源的电路结构示意图；
图19为本发明第三实施例的隔离型原边反馈的开关电源的电路结构示意图；
图20为本发明第四实施例的非隔离实地的开关电源的电路结构示意图；
图21为本发明第五实施例的降压式浮地的开关电源的电路结构示意图；
图22为本发明第六实施例的升降压式浮地的开关电源的电路结构示意图；
图23为本发明第七实施例的集成采样管的反激式开关电源的电路结构示意图；
图24为本发明第七实施例的集成采样管的反激式开关电源中复合器件的版图示意图；
图25为图24所示复合器件沿CC’方向的剖面示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
现有技术中的增强型MOS器件如图4所示，现有技术中的一种耗尽型MOS器件如图6所示，包括元胞部分508以及位于元胞部分508外围的高压环507，其中元胞部分508为有源区。进一步而言，以N型器件为例，该耗尽型MOS器件包括：N型掺杂的外延区506，该外延区506与电极501短路，形成耗尽型MOS器件的漏极；P型阱区502；N型掺杂区505，形成在P型阱区502中；P型掺杂区509，形成在P型阱区502中，P型掺杂区509、N型掺杂区505和P型阱区502通过电极503短路，形成耗尽型MOS器件的源端；栅端504，位于外延区506上；N型沟道区513，位于N型掺杂区505和P型阱区502之间，形成在P型阱区502的表面。当栅端电压为零伏时，由于N型沟道区513的存在，形成导电沟道，当漏端和源端存在电压差时，漏端和源端之间形成电流，该电流流出沟道，使得器件导通；当栅端电压为负值，该栅端电压比耗尽型MOS器件的阈值电压更加低的时候，N型沟道区513被反型，沟道截止，使得器件关断。当器件关断时，漏端施加高压时，元胞部分508内的P型阱区502的耗尽层相互连接，可以实现高耐压。在元胞部分508的边缘，由于P型阱区502曲率变小，需要由高压环507拓展耗尽层以承担漏极施加的电压，使器件具有高的反向击穿电压和良好的可靠性，该高压环507可以包括多个P型掺杂区510。
由图3和图5可以看出，增强型MOS器件和耗尽型MOS器件的结构大部分相同，主要的区别在于耗尽型MOS器件中增加了沟道区513。本发明实施例在增强型MOS器件中隔离出部分栅极区域和源极区域，在隔离出来的区域内的P型阱区表面增加反型的沟道区，使得增强型MOS器件和耗尽型MOS器件可以形成在同一外延区内，从而集成在同一复合器件中。
下面结合多个不同的实施例进行详细说明。
第一实施例
参考图7，图7示出了第一实施例中具有高压启动功能的开关电源500的电路图，包括开关电源控制器以及与其耦合的主电路，该开关电源控制器包括复合器件501和开关电源控制装置502，该主电路可以是反激式结构。
复合器件501用于提供反激式开关电源500的功率输出电流和高压启动充电电流。复合器件501可以集成有一功率管504和一耗尽管507，其中该功率管504可以是一N型增强MOS管，该耗尽管507可以是一N型耗尽MOS管。
其中，功率管504的栅端连接到复合器件501的第一输入端E_G；功率管504的源端连接到复合器件501的第一输出端E_S；功率管504的衬底连接到功率管504的源端；功率管504的漏端连接到复合器件501的输入信号端E_D；耗尽管507的栅端连接到复合器件501的第二输入端D_G；耗尽管507的源端连接到所述复合器件501的第二输出端D_S；耗尽管507的衬底连接到耗尽管507的源端；耗尽管507的漏端连接到复合器件501的输入信号端E_D；复合器件501的第一输出端E_S连接到地。
功率管504用于向反激式开关电源500提供功率输出电流，进一步而言，向反激式开关电源500的主电路提供功率输出电流。当功率管504的栅端与源端之间的电压差Vgs大于功率管504的阈值电压Vth1（例如，Vth1>0V）时，功率管504打开，功率管504的漏端通过复合器件501的输入信号端E_D提供功率输出电流；当功率管504的栅端与源端之间的电压差Vgs小于功率管504的阈值电压Vth1（例如，Vth1>0V）时，功率管504关断，功率管504的漏端停止通过复合器件501的输入信号端E_D提供功率输出电流。
耗尽管507主要用于提供反激式开关电源500高压启动时的启动电流，该启动电流即为高压启动充电电流。当耗尽管507的栅端与源端之间的电压差Vgs大于耗尽管507的阈值电压Vth2（例如，Vth2<0V）时，耗尽管507打开，耗尽管507的漏端通过源端向外提供高压启动充电电流；当耗尽管507的栅端与源端之间的电压差Vgs小于耗尽管507的阈值电压Vth2（例如，Vth2<0V）时，耗尽管507关断，耗尽管507的漏端停止通过源端向外提供高压启动充电电流。
开关电源控制装置502对电源供电端VCC的电压进行检测，以对反激式开关电源500的各种状态进行判断，从而控制复合器件501的打开和关断。开关电源控制装置502可以包括一开启/关断控制器505、一PWM控制器506、一高压启动控制器508。
进一步而言，开关电源控制装置502的电源供电端VCC连接到开启/关断控制器505的输入端和高压启动控制器508的输出端；开启/关断控制器505的输出端VREF连接到高压启动控制器508的输入端；开启/关断控制器505的输出端UV_CTRL连接到PWM控制器506的输入端和高压启动控制器508的输入端；PWM控制器506的输出端连接到开关电源控制装置502的栅极驱动端GD，而栅极驱动端GD又连接到复合器件501的第一输入端E_G，进而连接到功率管504的栅端；高压启动控制器508的输入端连接到开关电源控制装置502的高压启动源端HS_S，而高压启动源端HS_S又连接到复合器件501的第二输出端D_S进而连接至耗尽管507的源端；高压启动控制器508的输出端连接到开关电源控制装置502的高压启动栅端HS_G，而高压启动栅端HS_G又连接到复合器件501的第二输入端D_G进而连接到耗尽管507的栅端；开关电源控制装置502的接地端GND接地。
开启/关断控制器505对开关电源控制装置502的电源供电端VCC的电压进行判断，确定开关电源控制装置502是否工作。当电源供电端VCC的电压大于开启/关断控制器505的开启点电压VCCON时，开启/关断控制器505的输出端UV_CTRL输出的控制信号由无效转变为有效，例如可以由低电平跳变为高电平，该开关电源控制装置502正常工作，且开启/关断控制器505的输出端VREF提供内部工作电压VREF2（例如，VREF2>0）；当电源供电端VCC的电压小于开启/关断控制器505的关断点电压VCCOFF时，开启/关断控制器505的输出端UV_CTRL由有效转变为无效，例如可以由高电平跳变为低电平，开关电源控制装置502关断、不工作，且开启/关断控制器505的输出端VREF提供内部工作电压VREF1（例如，VREF1=0）。
PWM控制器506用于产生驱动信号，该驱动信号用于控制功率管504的导通和关断，作为一个优选的实施例，该PWM控制器506可以完成开关电源500的PWM控制，其输出的驱动信号为PWM调制信号。当开启/关断控制器505的输出端UV_CTRL的信号由无效转变为有效时，例如由低电平跳变为高电平时，PWM控制器506正常工作，产生PMW调制信号并经由开关电源控制装置502的栅极驱动端GD输出，用于控制复合器件501中功率管504的打开和关断；当开启/关断控制器505的输出端UV_CTRL的信号由有效转变为无效时，例如由高电平跳变为低电平时，PWM控制器506关断、不工作，例如开关电源控制装置502的栅极驱动端GD可以为低电平，从而关断复合器件501中的功率管504。
高压启动控制器502用于完成开关电源500的高压启动控制。当开启/关断控制器505的输出端UV_CTRL为无效（例如，UV_CTRL为低电平）以及输出端VREF为VREF1（例如，VREF1=0）时，高压启动控制器508控制高压启动栅端HS_G与高压启动源端HS_S之间的电压差Vgs为-VREF1（例如，VREF1=0），大于复合器件501中的耗尽管507的阈值电压Vth2（例如，Vth2<0V），则耗尽管507导通，复合器件501的输入信号端E_D通过耗尽管507和高压启动控制器508向电源供电端VCC提供高压启动充电电流Ich，例如Ich从0增大为Ich2（例如，Ich2>0）；当开启/关断控制器505的输出端UV_CTRL的控制信号为有效（例如，UV_CTRL为高电平）以及输出端VREF的信号为VREF2（例如，VREF2>0）时，高压启动控制器508控制高压启动栅端HS_G与高压启动源端HS_S之间的电压差Vgs为-VREF2（例如，VREF2>0），小于耗尽管507的阈值电压Vth2（例如，Vth2<0V），则耗尽管507关断，复合器件501的输入信号端E_D停止通过耗尽管507和高压启动控制器508向电源供电端VCC提供高压启动充电电流Ich，例如Ich由Ich2（例如，Ich2>0）跳变为0。
主电路将输入信号VIN转换成输出电压VOUT，该输入信号VIN可以是交流信号，该输出电压VOUT可以是直流信号，该主电路包括一反激式变压器的原边绕组L1、反激式变压器的副边绕组L2、输出整流二级管D1、输出滤波电容C2、反激式变压器的辅助绕组L3、辅助绕组二极管D2、启动电容C1。
该输入信号VIN传输至原边绕组L1的同名端；原边绕组L1的异名端连接到复合器件501的输入信号端E_D；副边绕组L2的同名端接地；副边绕组L2的异名端连接输出整流二极管D1的阳极；输出整流二极管D1的阴极连接输出滤波电容C2的一端，并作为开关电源500的输出端以输出该输出电压VOUT；输出滤波电容C2的另外一端接地；辅助绕组L3的同名端接地，辅助绕组L3的异名端接到辅助绕组二极管D2的阳极；辅助绕组二极管D2的阴极连接到启动电容C1的一端和开关电源控制装置502的电源供电端VCC；启动电容C1的另外一端接地。
另外，在其他连接方式不变的情况下，复合器件501中的功率管504和耗尽管507的衬底连接方式可以做适当变更，例如，功率管504的衬底连接至功率管504自身的源端，耗尽管507的衬底连接至功率管504的衬底。
但需要说明的是，图7所示复合器件501中的功率管504和耗尽管507的衬底连接方式是一种优选的方式，与功率管504的衬底连接至功率管504自身的源端、耗尽管507的衬底连接至功率管504的衬底的方案相比，图7所示的连接方式由于减小了耗尽管507的衬底跟自身源端之间的压差，从而减小了耗尽管507的衬偏效应，所以能够降低耗尽管507开启的阈值电压，有利于改善整个开关电源的工作性能。
参考图7、图8和图9，功率管504和耗尽管507集成在同一复合器件中，换言之，耗尽管507可以集成在功率管504上，以缩小开关电源500的芯片面积，从而减少开关电源500的成本。
本实施例中的功率管504可以为增强型MOS管，耗尽管507可以为耗尽型MOS管。以N型器件为例，功率管504为N型增强型MOS管，耗尽管507为N型耗尽型MOS管，相应的，第一掺杂类型可以为N型掺杂，第二掺杂类型可以为P型。
更进一步而言，第一实施例中的功率管504为增强型VDMOS器件。
参考图8，图8示出了第一实施例的开关电源中的复合器件的第一实例的剖面结构示意图，功率管和耗尽管集成在同一复合器件中。
该复合器件包括：功率管的元胞部分608和耗尽管的元胞部分608’，二者都是有源区。以N型器件为例，该复合器件可以包括：
N型掺杂的外延区606，该外延区606的背面具有第一电极601，外延区606和第一电极601短路，形成功率管和耗尽管的漏极；
P型掺杂的功率管阱区602和耗尽管阱区602’，形成在外延区606的正面；
N型掺杂的功率管掺杂区605，形成在功率管阱区602内；
N型掺杂的耗尽管掺杂区605’，形成在耗尽管阱区602’内；
N型掺杂的沟道区613，位于耗尽管阱区602’内，该沟道区613从耗尽管阱区602’的边界延伸至耗尽管掺杂区605’的边界；
功率管的栅端604,形成于外延区606的正面，该功率管的栅端604覆盖功率管掺杂区605的至少一部分并延伸至功率管阱区602以外的外延区606上；
耗尽管的栅端604’，形成于外延层606的正面，该耗尽管的栅端604’覆盖沟道区613并延伸至耗尽管阱区602’以外的外延区606上；
P型掺杂的第一引出区609，与功率管掺杂区605并列形成于功率管阱区602内；
P型掺杂的第二引出区609’，与耗尽管掺杂区605’并列形成于耗尽管阱区602’内。
其中，功率管阱区602、第一引出区609以及功率管掺杂区605经由第二电极603短路，形成功率管的源极；耗尽管阱区602’、第二引出区609’以及耗尽管掺杂区605’经由第三电极603’短路，形成耗尽管的源极。
作为一个非限制性的实例，功率管的栅端604和耗尽管的栅端604’可以包括栅介质层以及位于该栅介质层上的栅电极，该栅电极例如可以是多晶硅栅电极。
作为一个优选的实施例，该复合器件中还集成有隔离结构610以隔离功率管和耗尽管。该隔离结构610可以位于功率管的元胞部分608和耗尽管的元胞部分608’之间。
仍然以N型器件为例，该隔离结构610可以包括：
P型掺杂的浮空阱区615，该浮空阱区615与功率管阱区602、耗尽管阱区602’并列形成在外延区606的正面，该浮空阱区615位于功率管阱区602和耗尽管阱区602’之间；
形成于外延区606正面的第一栅614，该第一栅614覆盖浮空阱区615的至少一部分和功率管阱区602的至少一部分，该第一栅614还覆盖浮空阱区615和功率管阱区602之间的外延区606；
形成于外延区606正面的第二栅616，该第二栅616覆盖浮空阱区615的至少一部分和耗尽管阱区602’的至少一部分，该第二栅616还覆盖浮空阱区615和耗尽管阱区602’之间的外延区606。
该第一栅614和功率管阱区602短路，例如可以通过第二电极603短路，但并不限于此；第二栅616和耗尽管阱区602’短路，例如可以通过第三电极603’短路，但并不限于此。
其中，该浮空阱区615可以和功率管阱区602、耗尽管阱区602’可以通过同一注入工艺形成。该第一栅614和第二栅616可以包括栅介质层以及位于该栅介质层上的栅电极，该栅电极例如可以是多晶硅栅电极。
当该复合器件工作时，要求功率管的栅端604和耗尽管的栅端相互独立，两者的隔离耐压由栅介质层的耐压决定，可以达到40V以上；功率管的源极和耗尽管的源极相互独立，由于浮空阱区615的存在，使得相邻的功率管的P型阱区602和耗尽管的P型阱区602’之间的隔离耐压大大提高，可以达到40V以上，隔离耐压完全可以满足开关电源控制系统的需要。
当复合器件关断时，功率管阱区602、耗尽管阱区602’和隔离结构610中的浮空阱区615的耗尽层相互连接，耗尽层相互连接的效果等同于功率管或者耗尽管在关断时的P型阱区耗尽层相互连接的效果，可以承受高耐压。
参考图9，图9示出了图8所示复合器件的第一实例的版图701，图8是图9沿BB’方向的剖面图。该版图701的正面具有功率管的源端S和漏端G的压点以及耗尽管的源端S’和栅端G’的压点。该版图701的背面具有功率管和耗尽管的漏端。
图7中区域708’是耗尽型MOS器件的有源区或者说元胞部分。该第一增强型MOS器件和耗尽型MOS器件位于高压环707内，该高压环707的结构可以和图3所示增强型MOS器件或者图5所示耗尽型MOS器件的高压环结构相同。
通常，耗尽型MOS器件的电流较小，因此耗尽型MOS器件的有源区708’的面积相对较小。但是，并不能以耗尽型MOS器件的有源区面积和增强型MOS器件的有源区面积来限制本申请的保护范围，根据实际应用的需求，如果需要耗尽型MOS器件的电流较大时，同样可以扩大有源区708’的面积，以满足实际应用的需求。
由上，采用第一实例的复合器件，可以将两颗分别独立的增强型MOS器件和耗尽型MOS器件合成在一起，集成在同一复合器件中。由于在高压器件中高压环需要比较大的面积，而本实例中两个器件可以共用高压环，可以至少节省一个器件的高压环，有利于减少芯片面积以及提高芯片的集成度。
另外，由于复合器件的工艺加工流程和增强型MOS器件基本相同，只增加了反型的沟道区；该复合器件的工艺流程和耗尽型MOS完全相同，从而降低了芯片的加工复杂程度和成本。
参考图10，图10示出了第一实施例中复合器件的第二实例的剖面结构示意图，功率管和耗尽管集成在同一复合器件中。该复合器件包括：功率管的元胞部分808和耗尽管的元胞部分808’，二者都是有源区。以功率管和耗尽管都为N型器件为例，该复合器件可以包括：
N型掺杂的外延区806，该外延区806的背面具有第一电极801，外延区806和第一电极801短路，形成功率管和耗尽管的漏极；
P型掺杂的功率管阱区802和耗尽管阱区802’，形成在外延区806的正面；
N型掺杂的功率管掺杂区805，形成在功率管阱区802内；
N型掺杂的耗尽管掺杂区805’，形成在耗尽管阱区802’内；
N型掺杂的沟道区813，位于耗尽管阱区802’内，该沟道区813从耗尽管阱区802’的边界延伸至耗尽管掺杂区805’的边界；
功率管的栅端804,形成于外延区806的正面，该功率管的栅端804覆盖功率管掺杂区805的至少一部分并延伸至功率管阱区802以外的外延区806上；
耗尽管的栅端804’，形成于外延区806的正面，该耗尽管的栅端804’覆盖沟道区813并延伸至耗尽管阱区802’以外的外延区806上；
P型掺杂的第一引出区809，与功率管掺杂区805并列形成于功率管阱区802内；
P型掺杂的第二引出区809’，与耗尽管掺杂区805’并列形成于耗尽管阱区802’内。
其中，功率管阱区802、第一引出区809以及功率管掺杂区805可以经由第二电极803短路，形成功率管的源极；耗尽管阱区802’、第二引出区809’以及耗尽管掺杂区805’经由第三电极803’短路，形成耗尽管的源极。
作为一个非限制性的实例，功率管的栅端804和耗尽管的栅端804’可以包括栅介质层以及位于该栅介质层上的栅电极，该栅电极例如可以是多晶硅栅电极。
作为一个优选的实施例，该复合器件中还集成有隔离结构810以隔离功率管和耗尽管。该隔离结构810可以位于功率管的元胞部分808和耗尽管的元胞部分808’之间。
仍然以N型器件为例，该隔离结构810可以包括：
P型掺杂的浮空阱区815，该浮空阱区815与功率管阱区802、耗尽管阱区802’并列形成在外延区806的正面，该浮空阱区815位于功率管阱区802和耗尽管阱区802’之间；
形成于外延区806正面的第一栅814，该第一栅614覆盖浮空阱区815的至少一部分和功率管阱区802的至少一部分，该第一栅814还覆盖浮空阱区815和功率管阱区802之间的外延区806；
形成于外延区806正面的第二栅816，该第二栅816覆盖浮空阱区815的至少一部分和耗尽管阱区802’的至少一部分，该第二栅816还覆盖浮空阱区815和耗尽管阱区802’之间的外延区806。
该第一栅814和功率管阱区802短路，例如可以通过第二电极803短路，但并不限于此；第二栅816和第二阱区802’短路，例如可以通过第三电极803’短路，但并不限于此。
图10与图8和图9所示的结构的主要区别在于，该浮空阱区815可以和功率管阱区802、耗尽管阱区802’是通过不同的注入工艺形成。也就是可以采用多步不同的注入工艺分别形成浮空阱区815与功率管阱区802、耗尽管阱区802’。例如，浮空阱区815可以通过形成分压环的注入工艺或者其他浓度的掺杂注入工艺来形成。
参考图11，图1示出了第一实施例中复合器件的第三实例的剖面结构示意图，功率管和耗尽管集成在同一复合器件中。
该复合器件包括功率管的元胞部分908和耗尽管的元胞部分908’,二者都是有源区。与图10所示的结构基本相同，图11所示的复合器件也包括外延区906、第一电极901、功率管阱区902、功率管掺杂区905、第一引出区909、耗尽管阱区902’、耗尽管掺杂区905’、第二引出区909’、功率管的栅端904、耗尽管的栅端904’，第二电极903、第三电极903’以及隔离结构910，
与图10所示结构相比，图11所示复合器件的主要区别在于隔离结构910的具体结构不同。进一步而言，该隔离结构910包括：P型掺杂的浮空阱区915，与功率管阱区902和耗尽管阱区902’并列形成于外延区906的正面，并且浮空阱区915位于功率管阱区902和耗尽管阱区902’之间；介质层914，形成于外延层906的正面，该介质层914覆盖浮空阱区915并延伸至浮空阱区915以外的外延区906上。该介质层914例如可以是厚度较厚的氧化层。
浮空阱区915和功率管阱区902、耗尽管阱区902’可以采用同一注入工艺或者不同的注入工艺来形成。例如，该浮空阱区915可以由形成分压环的掺杂注入工艺或者其他浓度的掺杂注入工艺形成。
参考图12，图12示出了第一实施例中复合器件的第四实例的剖面结构示意图，功率管和耗尽管集成在同一复合器件中。
该复合器件包括功率管的元胞部分1008和耗尽管的元胞部分1008’,二者都是有源区。与图10所示的结构基本相同，该复合器件也包括外延区1006、第一电极1001、功率管阱区1002、功率管掺杂区1005、第一引出区1009、耗尽管阱区1002’、耗尽管掺杂区1005’、第二引出区1009’、功率管的栅端1004、耗尽管的栅端1004’，第二电极1003、第三电极1003’以及隔离结构1010。
与图10所示结构相比，图12所示复合器件的主要区别在于隔离结构1010的内部结构不同。该隔离结构1010包括：
P型掺杂的浮空阱区1015，与功率管阱区1002和耗尽管阱区1002’并列形成于外延区1006的正面，并且浮空阱区1015位于功率管阱区1002和耗尽管阱区1002’之间；
形成于外延区1006正面的第二栅1016，该第二栅1016覆盖浮空阱区1015的至少一部分和耗尽管阱区1002’的至少一部分，该第二栅1016还覆盖浮空阱区1015和耗尽管阱区1002’之间的外延区1006，第二栅1016和耗尽管阱区1002’短路，例如经由第三电极1003’短路。
该浮空阱区1015和功率管阱区1002、耗尽管阱区1002’可以采用同一注入工艺或者不同的注入工艺来形成。例如，该浮空阱区1015可以由形成分压环的掺杂注入工艺或者其他浓度的掺杂注入工艺形成。
参考图13，图13示出了第一实施例中复合器件的第五实例的剖面结构示意图，功率管和耗尽管集成在同一复合器件中。
随着产品应用发展，后续会出现对系统工作电压越来越低的趋势。当对隔离耐压的要求降低，譬如10V以下的时候，针对上述复合器件结构可以进一步的简化。
图13所示的第五实例适用于系统工作电压降低后的开关电源，该复合器件包括功率管的元胞部分1508和耗尽管的元胞部分1508’,二者都是有源区。该复合器件的结构与图8所示第一实例基本相同，也包括外延区1506、第一电极1501、第一阱区1502、第一掺杂区1505、第一引出区1509、第二阱区1502’、第二掺杂区1505’、第二引出区1509’、第一增强型MOS器件的栅极1504、耗尽型MOS器件的栅极1504’，第二电极1503、第三电极1503’。
第五实例与第一实例的区别主要在于隔离结构的具体结构不同，第五实例的隔离结构中不包含浮空阱区和第一栅，仅仅保留了形成于外延区1506正面的第二栅1516。该第二栅1516覆盖第一阱区1502的至少一部分和第二阱区1502’的至少一部分，该第二栅1516还覆盖第一阱区1502和第二阱区1502’之间的外延区1506。该第二栅1516和第二阱区1502’短路，例如可以通过第三电极1503’短路，但并不限于此。
相比于第一实例的结构，第五实例中的该复合器件可以进一步简化隔离结构，节省复合器件的面积，降低成本。
图13所示的实例是在复合器件的第一实例的基础上变更得到的，省去了隔离结构中的浮空阱区和第一栅，但需要的是，该隔离结构也适用于上述其他各个复合结构实例。
另外，作为隔离结构的另一种变形，在复合器件的第一实例的基础上，还可以省去隔离结构中的浮空阱区和第二栅，仅保留第一栅。更加具体而言，该隔离结构可以包括：形成于外延区正面的第一栅，该第一栅覆盖功率管阱区的至少一部分和耗尽管阱区的至少一部分，该第一栅还覆盖功率管阱区和耗尽管阱区之间的外延区，该第一栅和功率管阱区短路，例如可以通过第二电极短路，但并不限于此。
与图13所示的第五实例中的隔离结构类似的，上述隔离结构的变形也可以适用于前述各个复合结构的实例。
需要说明的是，以上图10、图11、图12、图13中关于隔离结构的变形可以相互组合，其组合结果也落入本申请的保护范围。
参考图14，图14是图7所示反激式开关电源500在高压启动过程中的信号波形图，包括开关电源控制装置502的电源供电端VCC、开启/关断控制器505的输出端UV_CTRL和输出端VREF、高压启动控制器508的高压启动栅端HS_G与高压启动源端HS_S之间的电压差Vgs、启动电容C1的高压启动充电电流Ich、开关电源控制装置502的栅极驱动端GD、以及输出电压VOUT的波形。
结合图7和图14，本发明第一实施例的反激式开关电源500的高压启动工作原理简述如下：
在开关电源500开始高压启动时，启动电容C1没有充电，开关电源控制装置502的电源供电端VCC电压通常为0V，小于开启/关断控制器505的关断点电压VCCOFF，则开启/关断控制器505的输出端UV_CTRL为无效（例如，UV_CTRL为低电平），输出端VREF为VREF1（例如，VREF1=0），那么一方面，PWM控制器506关断、不工作，例如栅极驱动端GD的电压可以一直为低电平，复合器件501中的功率管504一直关断，使得功率管504的漏端E_D不提供功率输出电流，则输入信号VIN也就不能通过变压器的原边绕组L1、副边绕组L2、输出整流二极管D1和滤波电容C2将能量传递到开关电源500的输出端VOUT，即输出电压VOUT为0；另一方面，高压启动控制器508控制高压启动栅端HS_G与高压启动源端HS_S之间的电压差Vgs为-VREF1（例如，VREF1=0），大于复合器件501中的耗尽管507的阈值电压Vth2（例如，Vth2<0V），则耗尽管S2导通，输入信号VIN通过变压器的原边绕组L1、耗尽管507和高压启动控制器508向电源供电端VCC提供高压启动充电电流Ich，例如Ich从0增大为Ich2（例如，Ich2>0），对启动电容C1进行充电，则电源供电端VCC的电压开始上升；这样，开关电源500开始高压启动过程。
当电源供电端VCC的电压上升到大于开启/关断控制器505的开启点电压VCCON时，开启/关断控制器505的输出端UV_CTRL的电压由无效转变为有效（例如由低电平跳变为高电平），输出端VREF的电压也由VREF1（例如，VREF1=0）变为VREF2（例如，VREF2>0），那么一方面，PWM控制器506开始工作，开关电源控制装置502的栅极驱动端GD输出驱动信号，例如该驱动信号可以为PWM调制信号，该驱动信号控制复合器件501中的功率管504的打开和关断，则输入信号VIN通过变压器的原边绕组L1、副边绕组L2、输出整流二极管D1和滤波电容C2将能量传递到开关电源500的输出端，即输出电压VOUT开始上升；另一方面，高压启动控制器508控制高压启动栅端HS_G与高压启动源端HS_S之间的电压差Vgs为-VREF2（例如，VREF2>0），小于复合器件501中耗尽管507的阈值电压Vth2（例如，Vth2<0V），则耗尽管507关断，输入信号VIN停止通过该原边绕组L1、耗尽管507和高压启动控制器508向电源供电端VCC提供高压启动充电电流Ich，例如Ich由Ich2（例如，Ich2>0）跳变为0，停止对启动电容C1进行充电，而电源供电端VCC转由输入信号VIN通过变压器的原边绕组L1、辅助绕组L3、辅助绕组二级管D2和启动电容C1供电；这样，开关电源500完成了高压启动过程，开始工作。
参考图15，图15示出了图7中高压启动控制器508的一个结构框图，包括充电电路901以及充电控制电路902。
结合图7和图15，充电电路901的输入端连接到开关电源控制装置502的高压启动源端HS_S和高压启动栅端HS_G，充电电路901的输出端连接到开关电源控制装置502的电源供电端VCC；充电控制电路902的输入端连接到开关电源控制装置502中开启/关断控制器505的输出端UV_CTRL和输出端VREF，充电控制电路902的输出端连接到开关电源控制装置502的高压启动源端HS_S和高压启动栅端HS_G。
结合图7和图15，该高压启动控制器的工作原理简述如下：当开启/关断控制器505的输出端UV_CTRL为无效（例如，UV_CTRL为低电平）以及输出端VREF为VREF1（例如VREF1为0V）时，充电控制电路902控制高压启动栅端HS_G与高压启动源端HS_S之间的电压差Vgs为-VREF1，大于复合器件501中的耗尽管507的阈值电压Vth2（例如，Vth2<0V），则耗尽管507导通，则高压启动源端HS_S通过充电电路901向电源供电端VCC提供高压启动充电电流Ich，例如Ich从0增大为Ich2（例如，Ich2>0）。
当开启/关断控制器505的输出端UV_CTRL为有效（例如，UV_CTRL为高电平）以及输出端VREF的电压为VREF2（例如，VREF2>0）时，充电控制电路902控制高压启动栅端HS_G与高压启动源端HS_S之间的电压差Vgs为-VREF2，小于耗尽管507的阈值电压Vth2（例如，Vth2<0V），则耗尽管507关断，则高压启动源端HS_S停止通过充电电路901向电源供电端VCC提供高压启动充电电流Ich，例如Ich由Ich2（例如，Ich2>0）跳变为0。
参考图16，图16示出了图15所示高压启动控制器的一个具体实例，其中，该高压启动控制器中的充电控制电路包括二极管D1、电阻R1、电阻R2、PNP三极管Q4、NMOS场效应管M2；该高压启动控制器中的充电电路包括PNP三极管Q1、PNP三极管Q2、二极管D2、PMOS场效应管M1、电阻R3、NPN三极管Q3、PNP三极管Q4以及电阻R2。
结合图7和图16，二极管D1的阳极连接到开启/关断控制器304的输出端VREF，二极管D1的阴极连接到电阻R1的一端；电阻R1的另一端连接到开关电源控制装置502的高压启动源端HS_S、PNP三极管Q1的发射极、PNP三极管Q2的发射极和电阻R2的一端；电阻R2的另一端连接到开关电源控制装置502的高压启动栅端HS_G和PNP三极管Q4的发射极；PNP三极管Q1的基极连接到PNP三极管Q1的集电极、PNP三极管Q2的基极和二极管D2的阳极；二极管D2的阴极连接到PMOS场效应管M1的栅端和开关电源控制装置502的电源供电端VCC；PNP三极管Q2的集电极连接到PMOS场效应管M1的源端；PMOS场效应管M1的漏端连接到NPN三极管Q3的基极和电阻R3的一端；电阻R3的另一端接地；NPN三极管Q3的发射极接地，NPN三极管Q3的集电极连接到NMOS场效应管M2的漏端和PNP三极管Q4的集电极和基极；NMOS场效应管M2的栅端连接到开启/关断控制器505的输出端UV_CTRL，NMOS场效应管M2的源端接地。
结合图7和图16，图16所示的高压启动控制器的工作原理简述如下：当开启/关断控制器505的输出端UV_CTRL为无效（例如，UV_CTRL为低电平）以及输出端VREF的电压为VREF1（例如，VREF1=0）时，NMOS场效应管M2关断，高压启动栅端HS_G与高压启动源端HS_S之间通过电阻R2短路，即该两端之间的电压差Vgs为0，大于复合器件501中的耗尽管507的阈值电压Vth2（例如，Vth2<0V），则耗尽管507导通，则高压启动源端HS_S通过PNP三极管Q1和二极管D2向电源供电端VCC提供高压启动充电电流Ich，例如Ich从0开始增大；同时，通过PNP三极管Q1和PNP三极管Q2的电流镜像对高压启动充电电流Ich进行采样，该采样电流通过PMOS场效应管M1并在电阻R3上产生压降，该压降确定NPN三极管Q3的集电极电流，该集电极电流流过PNP三极管Q4并在电阻R2上产生压降，该压降确定高压启动栅端HS_G与高压启动源端HS_S之间的电压差Vgs，而该电压差确定充电电流Ich的大小为Ich2（例如，Ich2>0）。
当开启/关断控制器505的输出端UV_CTRL为有效（例如，UV_CTRL为高电平）以及输出端VREF的电压为VREF2（例如，VREF2>0）时，NMOS场效应管M2导通，开启/关断控制器505的输出端VREF的电压VREF2减去二极管D1的正向PN结电压、PNP三极管Q4的发射极和基极之间的电压差和NMOS场效应管M2的漏源之间的电压差后，再通过电阻R1和电阻R2分压，使得电阻R2上的压降，即高压启动栅端HS_G与高压启动源端HS_S之间的电压差Vgs小于耗尽管507的阈值电压Vth2（例如，Vth2<0V），则耗尽管507关断，则高压启动源端HS_S停止通过PNP三极管Q1和二极管D2向电源供电端VCC提供高压启动充电电流Ich，例如Ich从Ich2（例如，Ich2>0）跳变为0。此时电源供电端VCC电压达到开启/关断控制器505的开启点电压VCCON，则电源供电端VCC电压大于高压启动源端HS_S电压，但两者之间的压差小于二极管D2的PN结反向耐压，那么电源供电端VCC的电流不会倒灌到高压启动源端HS_S。
参考图17，图17示出了图7中高压启动控制器508的另一个具体实例，包括电阻R1、NPN三极管Q1、NPN三极管Q2、NPN三极管Q3、PMOS场效应管M7、PMOS场效应管M1、NMOS场效应管M2、PMOS场效应管M3、NMOS场效应管M4、PMOS场效应管M5、NMOS场效应管M6。
电阻R1的一端连接到开关电源控制装置502的高压启动源端HS_S；电阻R1的另一端连接到NPN三极管Q1的集电极和基极；NPN三极管Q1的发射极连接到NPN三极管Q2的集电极和基极以及PMOS场效应管M7的漏端；NPN三极管Q2的发射极连接到NPN三极管Q3的集电极和基极；NPN三极管Q3的发射极连接到PMOS场效应管M7的源端和开关电源控制装置502的电源供电端VCC；PMOS场效应管M1的源端连接到开关电源控制装置502的电源供电端VCC；PMOS场效应管M1的栅端连接到开启/关断控制器505的输出端UV_CTRL和NMOS场效应管M2的栅端；PMOS场效应管M1的漏端连接到NMOS场效应管M2的漏端、PMOS场效应管M3的栅端和NMOS场效应管M4的栅端；NMOS场效应管M2的源端接地；PMOS场效应管M3的源端连接到开关电源控制装置502的电源供电端VCC；PMOS场效应管M3的漏端连接到NMOS场效应管M4的漏端、PMOS场效应管M7的栅端、PMOS场效应管M5的栅端和NMOS场效应管M6的栅端；NMOS场效应管M4的源端接地；PMOS场效应管M5的源端连接到开关电源控制装置502的电源供电端VCC；PMOS场效应管M5的漏端连接到NMOS场效应管M6的漏端和开关电源控制装置502的高压启动栅端HS_G；NMOS场效应管M6的源端接地。
参考图7和图17，图17所示的高压启动控制器的工作原理如下：当开启/关断控制器505的输出端UV_CTRL为无效（例如，UV_CTRL为低电平）时，PMOS场效应管M3的漏端也为无效（例如，M3的漏端为低电平），则PMOS场效应管M5和M7都导通，那么高压启动栅端HS_G电压为电源供电端VCC的电压，高压启动源端HS_S电压为（电源供电端VCC的电压+NPN三极管Q1的基极和发射极之间电压差+电阻R1上的压降），即高压启动栅端HS_G与高压启动源端HS_S之间的电压差Vgs为-（NPN三极管Q1的基极和发射极之间电压差+电阻R1上的压降），大于复合器件501中耗尽管507的阈值电压Vth2（例如，Vth2<0），则耗尽管507导通，则高压启动源端HS_S通过电阻R1、NPN三极管Q1和PMOS场效应管M7，向电源供电端VCC提供高压启动充电电流Ich，例如Ich从0开始增大，且由电压差-（NPN三极管Q1的基极和发射极之间电压差+电阻R1上的压降）确定Ich，最终增大到Ich2（例如，Ich2>0）；
当开启/关断控制器505的输出端UV_CTRL为有效（例如，UV_CTRL为高电平）时，PMOS场效应管M3的漏端也为有效（例如，M3的漏端为高电平），则PMOS场效应管M5和M7都关断，而NMOS场效应管M6导通，那么高压启动栅端HS_G电压为0，高压启动源端HS_S电压为（电源供电端VCC+NPN三极管Q3的基极和发射极之间电压差+NPN三极管Q2的基极和发射极之间电压差+NPN三极管Q1的基极和发射极之间电压差+电阻R1上的压降），即高压启动栅端HS_G与高压启动源端HS_S之间的电压差Vgs为-（NPN三极管Q3的基极和发射极之间电压差+NPN三极管Q2的基极和发射极之间电压差+NPN三极管Q1的基极和发射极之间电压差+电阻R1上的压降），小于耗尽管507的阈值电压Vth2（例如，Vth2<0），则耗尽管507关断，则高压启动源端HS_S停止通过电阻R1、NPN三极管Q1和PMOS场效应管M7向电源供电端VCC提供高压启动充电电流Ich，例如Ich从Ich2（例如，Ich2>0）跳变为0。此时电源供电端VCC电压达到开启/关断控制器505的开启点电压VCCON，则电源供电端VCC电压大于高压启动源端HS_S电压，但两者之间的压差小于NPN三极管Q3、NPN三极管Q2、NPN三极管Q1的基极反射极之间的结（即BE结）反向耐压之和，那么电源供电端VCC的电流不会倒灌到高压启动源端HS_S。
需要说明的是，第一实施例中的反激式结构的主电路仅是示例，本领域技术人员应当理解，该主电路还可以是其他适当的反激式结构电路。
另外，第一实施例中涉及的控制电压、内部工作电压、开启点电压、关断电电压、启动电流的数值以及是否有效等也仅是示例，本领域技术人员应当理解，这些参数可以根据实际需要做其他适当的选择，例如控制电压也可以是低电平有效而高电平无效，等等。
第二实施例
参考图18，图18示出了第二实施例的开关电源1100的电路图，包括开关电源控制器以及与其耦合的主电路，该开关电源控制器包括开关电源控制装置1102和复合器件1101，该主电路为升压式结构。
其中，开关电源控制装置1102包括开启/关断控制器1105、PWM控制器1106以及高压启动控制器1108；复合器件1101包括功率管1104和耗尽管1107。开关电源控制装置1102和开关电1101的结构以及工作原理与图5所示第一实施例中的开关电源控制装置502和复合器件501相同，这里不再赘述。
第二实施例中的主电路包括电感L1、二极管D1、二极管D2、电容C1、电容C2、二极管D3以及电容C3。其中，电感L1的第一端连接开关电源的输出端，其第二端连接开关电源控制装置703的接地端以及复合器件702的第一输出端；二极管D1的阳极连接电感L1的第二端；二极管D2的阳极连接二极管D1的阴极，二极管D2的阴极连接电源供电端VCC；电容C1的第一端连接二极管D1的阴极，电容C1的第二端连接电感L1的第二端；电容C2的第一端连接电源供电端VCC，电容C2的第二端连接电感L1的第二端；二极管D3的阴极连接电感L1的第二端，二极管D3的阳极接地；电容C3的第一端连接开关电源的输出端，电容C3的第二端接地。另外，复合器件702的输入信号端E_D接收开关电源700的输入信号VIN。
与第一实施例类似地，升压式开关电源1100的高压启动工作原理简述如下：
在开关电源1100开始高压启动时，开关电源控制装置1102的电源供电端VCC电压为0，小于开启/关断控制器1105的关断点电压VCCOFF，高压启动控制器1108控制复合器件1101中耗尽管1107导通，则交流输入电压VIN通过耗尽管1107和高压启动控制器1108，向电源供电端VCC提供高压启动充电电流，电源供电端VCC电压上升；当电源供电端VCC电压上升到大于开启/关断控制器1105的开启点电压VCCON时，高压启动控制器1108控制复合器件1101中耗尽管1107关断，则交流输入电压VIN停止通过耗尽管1107和高压启动控制器1108向电源供电端VCC提供高压启动充电电流，而电源供电端VCC转由直流输出电压端VOUT通过二极管D1、电容C1、二极管D2、电容C2供电；这样，开关电源1100就完成了高压启动过程，开始工作。
需要说明的是，第二实施例中的主电路并不限于图18所示的结构，本领域技术人员应当理解，该主电路还可以是其他适当的升压结构电路。
第三实施例
参考图19，图19示出了本发明第三实施例的隔离型原边反馈的开关电源1200的电路结构示意图，该开关电源1200可以用于驱动LED负载。开关电源1200包括复合器件1201、开关电源控制装置1202、反激式转换器1203和原边反馈电路1210。作为一个非限制性的例子，该原边反馈电路1210包括采样电阻R1。
复合器件1201的组成结构和工作原理跟图5所示第一实施例中的复合器件501相同，这里不再赘述；但是，复合器件1201中功率管1204的源端E_S连接到原边反馈电路1210中采样电阻R1的一端和开关电源控制装置1202的恒流采样端CS；
开关电源控制装置1202包括开启/关断控制器1205、PWM控制器1206、高压启动控制器1208和恒流控制器1209；其中，开启/关断控制器1205和高压启动控制器1208的组成结构和工作原理跟图5所示第一实施例中的开开关电源控制装置502中开启/关断控制器505和高压启动控制器508相同，这里不再赘述。
但是，开关电源控制装置1202中PWM控制器1206除了具有跟图5所示第一实施例中的开关电源控制装置502中PWM控制器506相同的组成结构和工作原理外，还增加了第二输入端，该第二输入端连接到恒流控制器1209的输出端，该第二输入端实现对PWM控制器1206产生的PMW信号的导通时间控制功能，以实现恒流控制。
还有，开关电源控制装置1202中恒流控制器1209是完成开关电源1200的输出恒流控制功能；恒流控制器1209的输入端连接到开关电源控制装置1202的恒流采样端CS；恒流控制器1209的输出端连接到PWM控制器1206的第二输入端；开关电源控制装置1202的恒流采样端CS连接到原边反馈电路1210中采样电阻R1的一端和复合器件1201中功率管1204的源端E_S。
反激式转换器1203除了具有跟图5所示第一实施例中的反激式转换器503相同的组成结构和工作原理外，还增加了输出负载LED；输出负载LED的阳极连接到直流输出电压端VOUT；输出负载LED的阴极接地。
原边反馈电路1210用于实现开关电源1200的原边电流采样和反馈；原边反馈电路1210包括采样电阻R1；采样电阻R1的一端连接到复合器件1201中功率管1204的源端E_S和开关电源控制装置1202的原边采样端CS；采样电阻R1的另一端接地。
与第一实施例类似地，隔离型原边反馈的LED驱动开关电源1200的高压启动工作原理简述如下：
在开关电源1200开始高压启动时，开关电源控制装置1202的电源供电端VCC电压为0，小于开启/关断控制器1205的关断点电压VCCOFF，高压启动控制器1208控制复合器件1201中耗尽管1207导通，则交流输入电压VIN通过反激式转换器1203中变压器的原边绕组L1、耗尽管1207和高压启动控制器1208，向电源供电端VCC提供高压启动充电电流，电源供电端VCC电压上升；当电源供电端VCC电压上升到大于开启/关断控制器1205的开启点电压VCCON时，高压启动控制器1208控制复合器件1201中耗尽管1207关断后，则交流输入电压VIN停止通过反激式转换器1203中变压器的原边绕组L1、耗尽管1207和高压启动控制器1208，向电源供电端VCC提供高压启动充电电流，而电源供电端VCC转由交流输入电压VIN通过反激式转换器1203中变压器的原边绕组L1和辅助绕组L3、二级管D1、启动电容C1给电源供电端VCC供电；这样，开关电源1200就完成了高压启动过程，开始工作。
第四实施例
参考图20，图20示出了本发明第四实施例的非隔离实地的开关电源1300的电路结构示意图，该开关电源1300可以用于驱动LED负载。开关电源1300包括复合器件1301、开关电源控制装置1302、转换器1303和原边反馈电路1310。该原边反馈电路1310例如可以包括采样电阻R1。
复合器件1301的组成结构和工作原理跟图5所示第一实施例中的复合器件501相同，这里不再赘述；但是，复合器件1301中功率管1304和耗尽管1307的共用漏端E_D连接到二极管D2的阳极和转换器1303中变压器的原边绕组L1的异名端；复合器件1301中功率管1304的源端E_S连接到原边反馈电路1310中采样电阻R1的一端和开关电源控制装置1302的恒流采样端CS。
开关电源控制装置1302包括开启/关断控制器1305、PWM控制器1306、高压启动控制器1308和恒流控制器1309；其中，开启/关断控制器1305和高压启动控制器1308的组成结构和工作原理跟图5所示第一实施例中的开开关电源控制装置502中开启/关断控制器505和高压启动控制器508相同，这里不再赘述。
但是，开关电源控制装置1302中PWM控制器1306除了具有跟图5所示第一实施例中的开关电源控制装置502中PWM控制器506相同的组成结构和工作原理外，还增加了第二输入端，该第二输入端连接到恒流控制器1309的输出端，该第二输入端实现对PWM控制器1306产生的PMW信号的导通时间控制功能。
此外，开关电源控制装置1302中恒流控制器1309是完成开关电源1300的输出恒流控制功能；恒流控制器1309的输入端连接到开关电源控制装置1302的恒流采样端CS；恒流控制器1309的输出端连接到PWM控制器1306的第二输入端；开关电源控制装置1302的恒流采样端CS连接到原边反馈电路1310中采样电阻R1的一端和复合器件1301中功率管1304的源端E_S。
转换器1303将交流输入电压VIN转换成直流输出电压端VOUT的电压，转换器1303包括启动电容C1、二极管D1、二极管D2、输出滤波电容C2、输出负载LED以及变压器的原边绕组L1和副边绕组L2；交流输入电压VIN连接到二极管D2的阴极、输出滤波电容C2的一端、输出负载LED的阳极和直流输出电压端VOUT；二极管D2的阳极连接到变压器的原边绕组L1的异名端和复合器件1301中功率管1304和耗尽管1307的共用漏端E_D；输出滤波电容C2的另一端连接到变压器的原边绕组L1的同名端和输出负载LED的阴极；变压器的副边绕组L2的同名端接地；变压器的副边绕组L2的异名端连接二极管D1的阳极；二极管D1的阴极连接到启动电容C1的一端和开关电源控制装置1302的电源供电端VCC；启动电容C1的另外一端接地。
原边反馈电路1310是完成开关电源1300的原边电流采样和反馈，原边反馈电路1310可以包括采样电阻R1，采样电阻R1的一端连接到复合器件1301中功率管1304的源端E_S和开关电源控制装置1302的原边采样端CS，采样电阻R1的另一端接地。
与第一实施例类似地，非隔离实地的LED驱动开关电源1300的高压启动工作原理简述如下：
在开关电源1300开始高压启动时，开关电源控制装置1302的电源供电端VCC电压为0，小于开启/关断控制器1305的关断点电压VCCOFF，高压启动控制器1308控制复合器件1301中耗尽管1307导通，则交流输入电压VIN通过输出负载LED和转换器1303中变压器的原边绕组L1，向电源供电端VCC提供高压启动充电电流，电源供电端VCC电压上升；当电源供电端VCC电压上升到大于开启/关断控制器1305的开启点电压VCCON时，高压启动控制器1308控制复合器件1301中耗尽管1307关断后，则交流输入电压VIN停止通过输出负载LED和转换器1303中变压器的原边绕组L1，向电源供电端VCC提供高压启动充电电流，而电源供电端VCC转由直流输出电压端VOUT通过转换器1303中变压器的原边绕组L1和副边绕组L2、二级管D1、启动电容C1供电；这样，开关电源1300就完成了高压启动过程，开始工作。
第五实施例
参考图21，图21示出了本发明第五实施例的降压式浮地的LED驱动开关电源1400的电路结构示意图。开关电源1400包括复合器件1401、开关电源控制装置1402和降压电路1403。
复合器件1401的组成结构和工作原理跟图7所示第一实施例中复合器件501相同，这里不再赘述；但是，复合器件1401中功率管1404和耗尽管1407的共用漏端E_D连接到开关电源1400的交流输入电压VIN；复合器件1401中功率管1404的源端E_S连接到开关电源控制装置1402的接地端GND、降压电路1403中二极管D2的阴极、采样电阻R2的一端、变压器的副边绕组L2的同名端、启动电容C1的一端；
开关电源控制装置1402包括开启/关断控制器1405、PWM控制器1406、高压启动控制器1408和恒流控制器1409；其中，开启/关断控制器1405和高压启动控制器1408的组成结构和工作原理跟图5所示第一实施例中的开开关电源控制装置502中开启/关断控制器505和高压启动控制器508相同，这里不再赘述；
但是，开关电源控制装置1402中PWM控制器1406除了具有跟图7所示第一实施例中的开关电源控制装置502中PWM控制器506相同的组成结构和工作原理外，还增加了第二输入端，该第二输入端连接到恒流控制器1409的输出端，该第二输入端实现对PWM控制器1406产生的PMW信号的导通时间控制功能。
还有，开关电源控制装置1402中恒流控制器1409是完成开关电源1400的输出恒流控制功能；恒流控制器1409的输入端连接到开关电源控制装置1402的恒流采样端CS；恒流控制器1409的输出端连接到PWM控制器1406的第二输入端；开关电源控制装置1402的恒流采样端CS连接到降压电路1403中采样电阻R2的另一端和变压器的原边绕组L1的同名端。
降压电路1403包括二极管D1、电阻R1、启动电容C1、采样电阻R2、二极管D2、输出滤波电容C2、输出负载LED以及变压器的原边绕组L1和副边绕组L2。其中，采样电阻R2的一端连接到复合器件1401中功率管1404的源端E_S、开关电源控制装置1402的接地端GND、二极管D2的阴极、变压器的副边绕组L2的同名端和启动电容C1的一端；采样电阻R2的另一端连接到开关电源控制装置1402的原边采样端CS和变压器的原边绕组L1的同名端；二极管D2的阳极接地；变压器的原边绕组L1的异名端连接到输出滤波电容C2的一端、输出负载LED的阳极和直流输出电压端VOUT；电容C2的另一端接地；输出负载LED的阴极接地；变压器的副边绕组L2的异名端连接到二极管D1的阳极；二极管D1的阴极连接到电阻R1的一端；电阻R1的另一端连接到启动电容C1的另一端和开关电源控制装置1402的电源供电端VCC。
与第一实施例类似地，降压式浮地的LED驱动开关电源1400的高压启动工作原理简述如下：
在开关电源1400开始高压启动时，开关电源控制装置1402的电源供电端VCC电压为0，小于开启/关断控制器1405的关断点电压VCCOFF，高压启动控制器1408控制复合器件1401中耗尽管1407导通，则交流输入电压VIN通过耗尽管1407和高压启动控制器1408向电源供电端VCC提供高压启动充电电流，电源供电端VCC电压上升；当电源供电端VCC电压上升到大于开启/关断控制器1405的开启点电压VCCON时，高压启动控制器1408控制复合器件1401中耗尽管1407关断，则交流输入电压VIN停止通过耗尽管1407和高压启动控制器1408，向电源供电端VCC提供高压启动充电电流，而电源供电端VCC转由直流输出电压端VOUT通过降压电路1403中变压器的原边绕组L1和副边绕组L2、二级管D1、电阻R1和电容C1供电；这样，开关电源1400就完成了高压启动过程，开始工作。
第六实施例
参考图22，图22示出了本发明第六实施例的升降压式浮地的LED驱动开关电源1500的电路结构示意图。开关电源1500包括复合器件1501、开关电源控制装置1502和升降压电路1503。
复合器件1501的组成结构和工作原理跟图5所示第一实施例中复合器件501相同，这里不再赘述；但是，复合器件1501中功率管1504和耗尽管1507的共用漏端E_D连接到开关电源1500的交流输入电压VIN；复合器件1501中功率管1504的源端E_S连接到开关电源控制装置1502的接地端GND、升降压电路1503中二极管D2的阴极、采样电阻R2的一端、变压器的副边绕组L2的同名端、启动电容C1的一端。
开关电源控制装置1502包括开启/关断控制器1505、PWM控制器1506、高压启动控制器1508和恒流控制器1509；其中，开启/关断控制器1505和高压启动控制器1508的组成结构和工作原理跟图5所示第一实施例中的开关电源控制装置502中开启/关断控制器505和高压启动控制器508相同，这里不再赘述。
但是，开关电源控制装置1502中PWM控制器1506除了具有跟图5所示第一实施例中的开关电源控制装置502中PWM控制器506相同的组成结构和工作原理外，还增加了第二输入端，该第二输入端连接到恒流控制器1509的输出端，该第二输入端实现对PWM控制器1506产生的PMW信号的导通时间控制功能。
此外，开关电源控制装置1502中恒流控制器1509是完成开关电源1500的输出恒流控制功能；恒流控制器1509的输入端连接到开关电源控制装置1502的原边采样端CS；恒流控制器1509的输出端连接到PWM控制器1506的第二输入端；开关电源控制装置1502的恒流采样端CS连接到升降压电路1503中采样电阻R2的另一端和变压器的原边绕组L1的同名端。
升降压电路1503包括二极管D1、电阻R1、启动电容C1、采样电阻R2、二极管D2、输出滤波电容C2、输出负载LED以及变压器的原边绕组L1和副边绕组L2；采样电阻R2的一端连接到复合器件1501中功率管1504的源端E_S、开关电源控制装置1502的接地端GND、二极管D2的阴极、变压器的副边绕组L2的同名端和启动电容C1的一端；采样电阻R2的另一端连接到开关电源控制装置1502的原边采样端CS和变压器的原边绕组L1的同名端；变压器的原边绕组L1的异名端接地；二极管D2的阳极连接到输出滤波电容C2的一端、输出负载LED的阴极和直流输出电压端VOUT；电容C2的另一端接地；输出负载LED的阳极接地；变压器的副边绕组L2的异名端连接到二极管D1的阳极；二极管D1的阴极连接到电阻R1的一端；电阻R1的另一端连接到启动电容C1的另一端和开关电源控制装置1502的电源供电端VCC。
与第一实施例类似地，升降压式浮地的LED驱动开关电源1500的高压启动工作原理简述如下：
在开关电源1500开始高压启动时，开关电源控制装置1502的电源供电端VCC电压为0，小于开启/关断控制器1505的关断点电压VCCOFF，高压启动控制器1508控制复合器件1501中耗尽管1507导通，则交流输入电压VIN通过耗尽管1507和高压启动控制器1508，向电源供电端VCC提供高压启动充电电流，电源供电端VCC电压上升；当电源供电端VCC电压上升到大于开启/关断控制器1505的开启点电压VCCON时，高压启动控制器1508控制复合器件1501中耗尽管1507关断，则交流输入电压VIN停止通过耗尽管1507和高压启动控制器508，向电源供电端VCC提供高压启动充电电流，而电源供电端VCC转由直流输出电压端VOUT通过升降压电路1503中二极管D2、采样电阻R2、变压器的原边绕组L1和副边绕组L2、二级管D1、电阻R1和电容C1供电；这样，开关电源1500就完成了高压启动过程，开始工作。
第七实施例
参考图23，图23示出了本发明第七实施例的集成采样管的反激式开关电源1600的电路结构示意图。开关电源1600包括复合器件1601、开关电源控制装置1602和反激式转换器1603。
复合器件1601包括功率管1604、耗尽管1607和采样管1610；其中，功率管1604和耗尽管1607的组成结构和工作原理跟图5所示第一实施例中的复合器件501中功率管504和耗尽管507相同，这里不再赘述；采样管1610实现对功率管1604的峰值电流采样功能；采样管1610的漏端连接到功率管1604和耗尽管1607共用的漏端和复合器件1601的输入信号端E_D；采样管1610的栅端连接到功率管1604的栅端和复合器件1601的输入端E_G；采样管1610的衬底连接到采样管1610的源端；采样管1610的源端连接到复合器件1601的输出端S_S；复合器件1601的输出端S_S连接到开关电源控制装置1602的峰值采样端PCS。
开关电源控制装置1602包括开启/关断控制器1605、PWM控制器1606、高压启动控制器1608和峰值控制器1609；其中，开启/关断控制器1605和高压启动控制器1608的组成结构和工作原理跟图5所示第一实施例中的开开关电源控制装置502中开启/关断控制器505和高压启动控制器508相同，这里不再赘述。
但是，开关电源控制装置1602中PWM控制器1606除了具有跟图5所示第一实施例中的开关电源控制装置502中PWM控制器506相同的组成结构和工作原理外，还增加了第二输入端，该第二输入端连接到恒流控制器1609的输出端，该第二输入端实现对PWM控制器1606产生的PMW信号的导通时间控制功能。
此外，开关电源控制装置1602中峰值控制器1609用于完成开关电源1600的峰值电流控制功能。峰值控制器1609的输入端连接到开关电源控制装置1602的峰值采样端PCS；峰值控制器1609的输出端连接到PWM控制器1606的第二输入端；开关电源控制装置1602的峰值采样端PCS连接到复合器件1601中采样管1610的源端S_S。
反激式转换器1603的组成结构和工作原理跟图5所示第一实施例中的反激式转换器503相同，这里不再赘述。
作为一个优选的实施例，耗尽管1607、采样管1610以及功率管1604可以集成在同一复合器件上，换言之，耗尽管1607以及采样管1610可以集成在功率管1604上，以进一步缩小开关电源1600的芯片面积，从而进一步减少开关电源1600的成本。
参考图24，图24示出了第七实施例的集成采样管的反激式开关电源1600中复合器件1601的版图示意图。
该版图1301的正面具有功率管和采样管的栅端G；正面还具有功率管的源端S、采样管的源端S’’；正面还具有耗尽管的源端S’和栅端G’。复合器件的漏端在版图1301的背面。区域1308’是耗尽管的有源区；区域1308”是采样管的有源区，区域1308是功率管的有源区。
参考图25，图25示出了图24沿BB’方向的纵向剖面的示意图。
该复合器件包括功率管的元胞部分1408、耗尽管的元胞部分1408’和采样管的元胞部分1408”，三者都是有源区。以N型器件为例，该复合器件可以包括：
N型掺杂的外延区1406，该外延区1406的背面具有第一电极1401，外延区1406和第一电极1401短路，形成功率管、耗尽管和采样管的漏端；
P型掺杂的功率管阱区1402、耗尽管阱区1402’和采样管阱区1402”，形成在外延区1406的正面；
N型掺杂的功率管掺杂区1405，形成在功率管阱区1402内；
N型掺杂的耗尽管掺杂区1405’，形成在耗尽管阱区1402’内；
N型掺杂的采样管掺杂区1405”，形成在采样管阱区1402”内；
N型掺杂的沟道区1413，位于耗尽管阱区1402’内，该沟道区1413从耗尽管阱区1402’的边界延伸至耗尽管掺杂区1405’的边界；
功率管的栅端1404,形成于外延区1406的正面，该功率管的栅端1404覆盖功率管掺杂区1405的至少一部分并延伸至功率管阱区1402以外的外延区1406上；
耗尽管的栅端1404’，形成于外延层1406的正面，该耗尽管的栅端1404’覆盖沟道区1413并延伸至耗尽管阱区1402’以外的外延区1406上；
采样管的栅端1404”,形成于外延区1406的正面，该采样管的栅端1404”覆盖采样管掺杂区1405”的至少一部分并延伸至采样管阱区1402”以外的外延区1406上；
P型掺杂的第一引出区1409，与功率管掺杂区1405并列形成于功率管阱区1402内；
P型掺杂的第二引出区1409’，与耗尽管掺杂区1405’并列形成于耗尽管阱区1402’内；
P型掺杂的第三引出区1409”，与采样管掺杂区1405”并列形成于采样管阱区1402”内。
其中，功率管阱区1402、第一引出区1409以及功率管掺杂区1405经由第二电极1403短路，形成功率管的源端；耗尽管阱区1402’、耗尽管引出区1409’以及耗尽管掺杂区1405’经由第三电极1403’短路，形成耗尽管的源端；采样管阱区1402”、第三引出区1409”以及采样管掺杂区1405”经由第四电极1403”短路，形成采样管的源端。
功率管的栅端1404、耗尽管的栅端1404’和采样管的栅端1404”可以包括栅介质层以及位于该栅介质层上的栅电极，该栅电极例如可以是多晶硅栅电极。
该复合器件中还可以集成有隔离结构1410以隔离功率管和耗尽管，该隔离结构1410可以位于功率管的元胞部分1408以及耗尽管的元胞部分1408’之间。
进一步而言，该隔离结构1410可以包括：
P型掺杂的浮空阱区1415，该浮空阱区1415与功率管阱区1402、耗尽管阱区1402’并列形成在外延区1406的正面，该浮空阱区1415位于功率管阱区1402和耗尽管阱区1402’之间；
形成于外延区1406正面的第一栅1414，该第一栅1414覆盖浮空阱区1415的至少一部分和功率管阱区1402的至少一部分，该第一栅1414还覆盖浮空阱区1415和功率管阱区1402之间的外延区1406；
形成于外延区1406正面的第二栅1416，该第二栅1416覆盖浮空阱区1415的至少一部分和耗尽管阱区1402’的至少一部分，该第二栅1416还覆盖浮空阱区1415和耗尽管阱区1402’之间的外延区1406。
该第一栅1414和功率管阱区1402短路，例如可以通过第二电极1403短路，但并不限于此；第二栅1416和耗尽管阱区1402’短路，例如可以通过第三电极1403’短路，但并不限于此。
该复合器件中还可以集成有隔离结构1410’以隔离耗尽管和采样管。该隔离结构1410’可以位于采样管的元胞部分1408”以及耗尽管的元胞部分1408’之间。该隔离结构1410’可以包括：
P型掺杂的浮空阱区1415’，该浮空阱区1415’与采样管阱区1402”、耗尽管阱区1402’并列形成在外延区1406的正面，该浮空阱区1415’位于采样管阱区1402”和耗尽管阱区1402’之间；
形成于外延区1406正面的第三栅1414’，该第三栅1414’覆盖浮空阱区1415’的至少一部分和采样管阱区1402”的至少一部分，该第三栅1414’还覆盖浮空阱区1415’和采样管阱区1402”之间的外延区1406；
形成于外延区1406正面的第四栅1416’，该第四栅1416’覆盖浮空阱区1415’的至少一部分和耗尽管阱区1402’的至少一部分，该第四栅1416’还覆盖浮空阱区1415’和耗尽管阱区1402’之间的外延区1406。
该第三栅1414’和采样管阱区1402”短路，例如可以通过第四电极1403”短路，但并不限于此；第四栅1416’和耗尽管阱区1402’短路，例如可以通过第三电极1403’短路，但并不限于此。
该复合器件中还可以集成有隔离结构1410”以隔离功率管和采样管。该隔离结构1410”可以位于采样管的元胞部分1408”以功率管的元胞部分1408之间。该隔离结构1410”可以包括：
P型掺杂的浮空阱区1415”，该浮空阱区1415”与采样管阱区1402”、功率管阱区1402并列形成在外延区1406的正面，该浮空阱区1415”位于采样管阱区1402”和功率管阱区1402之间；
形成于外延区1406正面的第五栅1414”，该第五栅1414”覆盖浮空阱区1415”的至少一部分和采样管阱区1402”的至少一部分，该第五栅1414”还覆盖浮空阱区1415”和采样管阱区1402”之间的外延区1406；
形成于外延区1406正面的第六栅1416”，该第六栅1416”覆盖浮空阱区1415”的至少一部分和功率管阱区1402的至少一部分，该第六栅1416”还覆盖浮空阱区1415”和功率管阱区1402之间的外延区1406。
该第五栅1414”和采样管阱区1402”短路，例如可以通过第四电极1403”短路，但并不限于此；第六栅1416”和功率管阱区1402短路，例如可以通过第二电极1403短路，但并不限于此。
其中，该浮空阱区1415、浮空阱区1415’以及浮空阱区1415’’可以和功率管阱区1402、耗尽管阱区1402’和采样管阱区1402”通过同一注入工艺形成。该第一栅1414、第二栅1416、第三栅1414’、第四栅1416’、第五栅1414”、第六栅1416”可以包括栅介质层以及位于该栅介质层上的栅电极，该栅电极例如可以是多晶硅栅电极。
在功率管的元胞部分1408、耗尽管的元胞部分1408’和采样管的元胞部分1408”以外的区域，还可以具有高压环1407，高压环1407可以包括多个P型掺杂1410，该高压环1407可以对应于图24所示的区域1307。
结合他24和图25，上述三个器件都位于同一个高压环1407内，高压环1407的结构可以和增强型MOS器件或者耗尽型MOS器件的高压环结构等同。根据具体应用，器件的电流大小的需求可以发生改变，相应地可以调整有源区1308、1308’和1308’’的面积大小，以满足实际应用的需求。
需要说明的是，虽然图25所示的复合器件中的隔离结构1410、隔离结构1410’和隔离结构1410”的结构与第一实施例的复合器件的第一实例中的隔离结构610（参见图8）相同，但第一实施例的复合器件的其他实例中的隔离结构（也即图10至图13所示的隔离结构）也适用于第七实施例中的复合结构。为了避免不必要的重复，这里不再一一详述。
与第一实施例类似地，集成采样管的反激式开关电源1600的高压启动工作原理简述如下：
在开关电源1600开始高压启动时，开关电源控制装置1602的电源供电端VCC电压为0，小于开启/关断控制器1605的关断点电压VCCOFF，高压启动控制器1608控制复合器件1601中耗尽管1607导通，则交流输入电压VIN通过反激式转换器1603中变压器的原边绕组L1、耗尽管1607和高压启动控制器1608向电源供电端VCC提供高压启动充电电流，电源供电端VCC电压上升；当电源供电端VCC电压上升到大于开启/关断控制器1605的开启点电压VCCON时，高压启动控制器1608控制复合器件1601中耗尽管1607关断，则交流输入电压VIN停止通过反激式转换器1603中变压器的原边绕组L1、耗尽管1607和高压启动控制器1608向电源供电端VCC提供高压启动充电电流，而电源供电端VCC转由交流输入电压VIN通过反激式转换器1603中变压器的原边绕组L1和辅助绕组L3、二级管D1、启动电容C1供电；这样，开关电源1600就完成了高压启动过程，开始工作。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，只是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单的修改、等同的变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (39)
1.一种开关电源控制器，其特征在于，包括：
开关电源控制装置，具有电源供电端并对该电源供电端的电压进行检测；
复合器件，与所述开关电源控制装置相连，该复合器件具有第一输入端、输入信号端、第二输入端、第一输出端和第二输出端，该复合器件中集成有功率管和耗尽管，其中，
所述功率管的栅端连接所述第一输入端，所述功率管的源端连接所述第一输出端，所述功率管的漏端连接所述输入信号端；
所述耗尽管的栅端连接所述第二输入端，其源端连接所述第二输出端，其漏端连接所述输入信号端；
所述第一输入端、第二输入端和第二输出端连接所述开关电源控制装置，所述第一输入端接收所述开关电源控制装置产生的驱动信号，所述输入信号端接收所述开关电源的输入信号；
当所述电源供电端的电压小于预设的关断点电压时，所述开关电源控制装置控制所述复合器件中的耗尽管向所述电源供电端提供启动电流；当所述电源供电端的电压上升至大于预设的开启点电压时，所述驱动信号控制所述复合器件中的功率管向所述开关电源的主电路提供功率输出电流，并且控制所述复合器件中的耗尽管关断所述启动电流。
2.根据权利要求1所述的开关电源控制器，其特征在于，该复合器件包括：
第一掺杂类型的外延区，该外延区作为所述功率管和耗尽管的漏端；
并列形成在所述外延区正面的功率管阱区和耗尽管阱区，所述功率管阱区和耗尽管阱区具有第二掺杂类型，该第二掺杂类型与第一掺杂类型相反；
第一掺杂类型的功率管掺杂区，形成于所述功率管阱区中，该功率管掺杂区作为所述功率管的源端；
功率管的栅端，形成于所述外延区的正面，该功率管的栅端覆盖所述功率管掺杂区的至少一部分并延伸至所述功率管阱区以外的外延区上；
第一掺杂类型的耗尽管掺杂区，形成于所述耗尽管阱区内，该耗尽管掺杂区作为所述耗尽管的源端；
第一掺杂类型的耗尽管沟道区，位于所述耗尽管阱区内，并且该耗尽管沟道区从所述耗尽管阱区的边界延伸至所述耗尽管掺杂区的边界；
耗尽管的栅端，形成于所述外延层的正面，该耗尽管的栅端覆盖所述耗尽管沟道区并延伸至所述耗尽管阱区以外的外延区上；
其中，所述外延区与第一电极短路，该第一电极形成于所述外延区的背面；所述功率管阱区和功率管掺杂区经由第二电极短路，所述耗尽管阱区和耗尽管掺杂区经由第三电极短路，该第二电极和第三电极形成于所述外延区的正面。
3.根据权利要求2所述的开关电源控制器，其特征在于，该复合器件还包括用于隔离所述功率管和耗尽管的隔离结构，该隔离结构包括：
第二掺杂类型的浮空阱区，与所述功率管阱区和耗尽管阱区并列形成于所述外延区的正面，并且所述浮空阱区位于所述功率管阱区和耗尽管阱区之间；
形成于所述外延区正面的第一栅，该第一栅覆盖所述浮空阱区的至少一部分和所述功率管阱区的至少一部分，该第一栅还覆盖所述浮空阱区和功率管阱区之间的外延区；
形成于所述外延区正面的第二栅，该第二栅覆盖所述浮空阱区的至少一部分和所述耗尽管阱区的至少一部分，该第二栅还覆盖所述浮空阱区和耗尽管阱区之间的外延区；
其中，所述第一栅和所述功率管阱区短路，所述第二栅和所述耗尽管阱区短路。
4.根据权利要求3所述的开关电源控制器，其特征在于，所述第一栅和所述第一阱区经由所述第二电极短路，所述第二栅和所述第二阱区经由所述第三电极短路。
5.根据权利要求2所述的开关电源控制器，其特征在于，该复合器件还包括用于隔离所述功率管和耗尽管的隔离结构，该隔离结构包括：
第二掺杂类型的浮空阱区，与所述功率管阱区和耗尽管阱区并列形成于所述外延区的正面，并且所述浮空阱区位于所述功率管阱区和耗尽管阱区之间；
介质层，形成于所述外延层的正面，该介质层覆盖所述浮空阱区并延伸至所述浮空阱区以外的外延层上。
6.根据权利要求2所述的开关电源控制器，其特征在于，该复合器件还包括用于隔离所述功率管和耗尽管的隔离结构，该隔离结构包括：
第二掺杂类型的浮空阱区，与所述第功率管阱区和耗尽管阱区并列形成于所述外延区的正面，并且所述浮空阱区位于所述功率管阱区和耗尽管阱区之间；
形成于所述外延区正面的第二栅，该第二栅覆盖所述浮空阱区的至少一部分和所述耗尽管阱区的至少一部分，该第二栅还覆盖所述浮空阱区和耗尽管阱区之间的外延区，所述第二栅和所述耗尽管阱区短路。
7.根据权利要求6所述的开关电源控制器，其特征在于，所述第二栅和所述耗尽管阱区经由所述第三电极短路。
8.根据权利要求2所述的开关电源控制器，其特征在于，该复合器件还包括用于隔离所述功率管和耗尽管的隔离结构，该隔离结构包括：
形成于所述外延区正面的第二栅，该第二栅覆盖所述功率管阱区的至少一部分和所述耗尽管阱区的至少一部分，该第二栅还覆盖所述功率管阱区和耗尽管阱区之间的外延区，所述第二栅和所述耗尽管阱区短路。
9.根据权利要求7所述的开关电源控制器，其特征在于，所述第二栅和所述耗尽管阱区经由所述第三电极短路。
10.根据权利要求2所述的开关电源控制器，其特征在于，该复合器件还包括用于隔离所述功率管和耗尽管的隔离结构，该隔离结构包括：
形成于所述外延区正面的第一栅，该第一栅覆盖所述功率管阱区的至少一部分和所述耗尽管阱区的至少一部分，该第一栅还覆盖所述功率管阱区和耗尽管阱区之间的外延区，所述第一栅和所述功率管阱区短路。
11.根据权利要求10所述的开关电源控制器，其特征在于，所述第一栅和所述功率管阱区经由所述第二电极短路。
12.根据权利要求3至11中任一项所述的开关电源控制器，其特征在于，所述浮空阱区与所述功率管阱区、耗尽管阱区采用同一注入工艺或不同的注入工艺形成。
13.根据权利要求2至11中任一项所述的开关电源控制器，其特征在于，该复合器件还包括：
第二掺杂类型的第一引出区，形成于所述功率管阱区中，该第一引出区与所述功率管掺杂区经由所述第二电极短路；
第二掺杂类型的第二引出区，形成于所述耗尽管阱区中，该第二引出区与所述耗尽管掺杂区经由所述第三电极短路。
14.根据权利要求2至11中任一项所述的开关电源控制器，其特征在于，所述功率管和耗尽管共用同一高压环。
15.根据权利要求1至11所述的开关电源控制器，其特征在于，所述开关电源控制装置还具有高压启动源端、高压启动栅端和栅极驱动端，其中，所述开关电源控制装置包括：
开启/关断控制器，检测所述电源供电端的电压并根据检测结果产生控制信号，当所述电源供电端的电压小于预设的关断点电压时，所述控制信号无效，当所述电源供电端电压大于预设的开启点电压时，所述控制信号有效；
PWM控制器，与所述开启/关断控制器和栅极驱动端相连，在所述控制信号有效时产生所述驱动信号，该驱动信号经由该栅极驱动端输出；
高压启动控制器，与所述电源供电端、高压启动源端和高压启动栅端相连，在所述控制信号无效时，调节所述高压启动源端和高压启动栅端之间的电压以使所述耗尽管导通，所述启动电流经由所述高压启动控制器流向所述电源供电端；在所述控制信号有效时，调节所述高压启动源端和高压启动栅端之间的电压以使所述耗尽管关断，关断所述启动电流。
16.根据权利要求15所述的开关电源控制器，其特征在于，所述开启/关断控制器还根据所述检测结果产生内部工作电压，该内部工作电压传输至所述高压启动控制器，所述高压启动控制器利用所述内部工作电压对所述高压启动源端和高压启动栅端之间的电压进行调节。
17.根据权利要求15所述的开关电源控制器，其特征在于，所述高压启动控制器包括：
充电电路，与所述电源供电端、高压启动源端和高压启动栅端连接；
充电控制电路，与所述高压启动源端和高压启动栅端连接并接收所述控制信号；
当所述控制信号无效时，所述充电控制电路调节所述高压启动源端和高压启动栅端之间的电压以使所述耗尽管导通，所述启动电流经由所述充电电路流向所述电源供电端；当所述控制信号有效时，所述充电控制电路调节所述高压启动源端和高压启动栅端之间的电压以使所述耗尽管关断，关断所述启动电流。
18.根据权利要求17所述的开关电源控制器，其特征在于，所述充电控制电路包括：
第一二极管，其阳极接收所述内部工作电压；
第一电阻，其第一端连接所述第一二极管的阴极，其第二端连接所述高压启动源端；
第二电阻，其第一端连接所述高压启动源端，其第二端连接所述高压启动栅端；
第一PNP三极管，其发射极连接所述高压启动栅端，其基极连接该第一PNP三极管的集电极；
NMOS场效应管，其漏端连接所述第一PNP三极管的集电极，其源端接地，其栅端接所述开启/关断控制器输出的控制信号；
所述充电电路包括：
第二PNP三极管，其发射极连接所述高压启动源端，其基极连接该第二PNP三极管的集电极；
第三PNP三极管，其发射极连接所述高压启动源端，其基极连接该第二PNP三极管的基极；
第二二极管，其阳极连接所述第二PNP三极管的集电极，其阴极连接所述电源供电端；
PMOS场效应管，其栅端连接所述电源供电端，其源端连接所述第三PNP三极管的集电极；
所述第二电阻；
第三电阻，其第一端连接所述PMOS场效应管的漏端，其第二端接地；
所述第一PNP三极管；
NPN三极管，其基极连接所述PMOS场效应管的漏端，其集电极连接所述第一PNP三极管的集电极，其发射极接地。
19.根据权利要求15所述的开关电源控制器，其特征在于，所述高压启动控制器包括：
第一电阻，其第一端连接所述高压启动源端；
第一NPN三极管，其集电极连接所述第一电阻的第二端，其基极连接所述第一电阻的第二端；
第二NPN三极管，其集电极连接所述第一NPN三极管的发射极，其基极连接所述第一NPN三极管的发射极；
第三NPN三极管，其集电极连接所述第二NPN三极管的发射极，其基极连接所述第二NPN三极管的发射极，其发射极连接所述电源供电端；
第一PMOS场效应管，其漏端连接所述第一NPN三极管的发射极，其源端连接所述电源供电端；
第二PMOS场效应管，其源端连接所述电源供电端，其栅端接收所述开启/关断控制器输出的控制信号；
第三PMOS场效应管，其源端连接所述电源供电端，其栅端连接所述第二PMOS场效应管的漏端；
第四PMOS场效应管，其源端连接所述电源供电端，其栅端连接所述第三PMOS场效应管的漏端，其漏端连接所述高压启动栅端；
第一NMOS场效应管，其漏端连接所述第二PMOS场效应管的漏端，其栅端接收所述开启/关断控制器输出的控制信号，其源端接地；
第二NMOS场效应管，其漏端连接所述第三PMOS场效应管的漏端，其栅端连接所述第三PMOS场效应管的栅端，其源端接地；
第三NMOS场效应管，其漏端连接所述第四PMOS场效应管的漏端，其栅端连接所述第四PMOS场效应管的漏端，其源端接地。
20.根据权利要求15所述的开关电源控制器，其特征在于，所述开关电源控制装置还具有恒流采样端，该开关电源控制装置还包括：
与所述恒流采样端和PWM控制器连接的恒流控制器，经由该恒流采样端对流经所述功率管的功率输出电流进行采样并产生恒流控制信号，所述PWM控制器根据该恒流控制信号产生所述驱动信号以实现恒流输出。
21.根据权利要求15所述的开关电源控制器，其特征在于，所述复合器件还具有第三输出端，该复合器件还集成有采样管，
该采样管的漏端连接所述输入信号端，该采样管的栅端连接所述功率管的栅端，该采样管的源端连接所述第三输出端；
所述开关电源控制装置还具有峰值采样端，该峰值采样端与所述第三输出端连接，该开关电源控制装置还包括：
与所述峰值采样端和PWM控制器连接的峰值控制器，经由该峰值采样端对流经所述功率管的峰值电流进行采样并产生峰值控制信号，所述PWM控制器根据该峰值控制信号产生所述驱动信号以实现峰值控制。
22.根据权利要求21所述的开关电源控制器，其特征在于，该复合器件包括：
第一掺杂类型的外延区，该外延区作为所述功率管、耗尽管和采样管的漏端；
并列形成在所述外延区正面的功率管阱区、耗尽管阱区和采样管阱区，所述功率管阱区、耗尽管阱区和功率管阱区具有第二掺杂类型，该第二掺杂类型与第一掺杂类型相反；
第一掺杂类型的功率管掺杂区，形成于所述功率管阱区中，该功率管掺杂区作为所述功率管的源端；
功率管的栅端，形成于所述外延区的正面，该功率管的栅端覆盖所述功率管掺杂区的至少一部分并延伸至所述功率管阱区以外的外延区上；
第一掺杂类型的耗尽管掺杂区，形成于所述耗尽管阱区内，该耗尽管掺杂区作为所述耗尽管的源端；
第一掺杂类型的耗尽管沟道区，位于所述耗尽管阱区内，并且该耗尽管沟道区从所述耗尽管阱区的边界延伸至所述耗尽管掺杂区的边界；
耗尽管的栅端，形成于所述外延层的正面，该耗尽管的栅端覆盖所述耗尽管沟道区并延伸至所述耗尽管阱区以外的外延区上；
第一掺杂类型的采样管掺杂区，形成于所述采样管阱区中，该采样管掺杂区作为所述采样管的源端；
采样管的栅端，形成于所述外延区的正面，该采样管的栅端覆盖所述采样管掺杂区的至少一部分并延伸至所述采样管阱区以外的外延区上；
其中，所述外延区与第一电极短路，该第一电极形成于所述外延区的背面；所述功率管阱区和功率管掺杂区经由第二电极短路，所述耗尽管阱区和耗尽管掺杂区经由第三电极短路，所述采样管阱区和采样管掺杂区经由第四电极短路，该第二电极、第三电极和第四电极形成于所述外延区的正面。
23.根据权利要求1至11、16至22中任一项所述的开关电源控制器，其特征在于，所述功率管为增强型MOS管，所述耗尽管为耗尽型MOS管。
24.一种开关电源，其特征在于，包括：
权利要求1至23中任一项所述的开关电源控制器；
与所述开关电源控制器耦合的主电路。
25.根据权利要求24所述的开关电源，其特征在于，所述开关电源控制器为权利要求1-19中任一项所述的开关电源控制器，所述主电路为反激式结构或升压式结构。
26.根据权利要求25所述的开关电源，其特征在于，所述主电路包括：
变压器，其原边绕组的同名端接收该开关电源的输入信号，其异名端连接所述复合器件的输入信号端；
输出整流二极管，其阳极连接所述变压器的副边绕组的异名端，其阴极连接所述开关电源的输出端；
输出滤波电容，其第一端连接所述输出整流二极管的阴极，其第二端连接所述副边绕组的同名端并接地；
辅助绕组二极管，其阳极连接所述变压器的辅助绕组的异名端，其阴极连接所述电源供电端，所述辅助绕组的同名端接地；
启动电容，其第一端连接所述电源供电端，其第二端接地。
27.根据权利要求26所述的开关电源，其特征在于，所述开关电源在开始启动时，所述电源供电端的电压小于所述预设的关断点电压，所述开关电源控制器中的复合器件向所述电源供电端提供启动电流，所述电源供电端的电压上升；当所述电源供电端的电压上升至大于所述预设的开启点电压时，所述开关电源控制器中的复合器件关断所述启动电流，而所述电源供电端转由所述开关电源的输入信号通过所述变压器的原边绕组、辅助绕组、辅助绕组二极管以及启动电容供电，完成所述开关电源的启动。
28.根据权利要求25所述的开关电源，其特征在于，所述主电路包括：
电感，其第一端连接所述开关电源的输出端，其第二端连接所述开关电源控制器中的开关电源控制装置的接地端以及所述复合器件的第一输出端；
第一二极管，其阳极连接所述电感的第一端；
第二二极管，其阳极连接所述第一二极管的阴极，其阴极连接所述电源供电端；
第一电容，其第一端连接所述第一二极管的阴极，其第二端连接所述电感的第二端；
第二电容，其第一端连接所述电源供电端，其第二端连接所述电感的第二端；
第三二极管，其阴极连接所述电感的第二端，其阳极接地；
第三电容，其第一端连接所述开关电源的输出端，其第二端接地。
29.根据权利要求28所述的开关电源，其特征在于，所述开关电源在开始启动时，所述电源供电端的电压小于所述预设的关断点电压，所述开关电源控制器中的复合器件向所述电源供电端提供启动电流，所述电源供电端的电压上升；当所述电源供电端的电压上升至大于所述预设的开启点电压时，所述开关电源控制器中的复合器件关断所述启动电流，而所述电源供电端转由所述开关电源的输出端通过第一二极管、第一电容、第二二极管以及第二电容供电，完成所述开关电源的启动。
30.根据权利要求24所述的开关电源，其特征在于，所述开关电源控制器为权利要求20所述的开关电源控制器，所述主电路包括：
变压器，其原边绕组的同名端接收该开关电源的输入信号，其异名端连接所述复合器件的输入信号端；
输出整流二极管，其阳极连接所述变压器的副边绕组的异名端，其阴极连接所述开关电源的输出端；
输出滤波电容，其第一端连接所述输出整流二极管的阴极，其第二端连接所述副边绕组的同名端并接地；
辅助绕组二极管，其阳极连接所述变压器的辅助绕组的异名端，其阴极连接所述电源供电端，所述辅助绕组的同名端接地；
启动电容，其第一端连接所述电源供电端，其第二端接地；
采样电阻，其第一端连接所述复合器件的第一输出端以及所述开关电源控制装置的恒流采样端，其第二端连接到所述开关电源控制装置的接地端并接地。
31.根据权利要求30所述的开关电源，其特征在于，所述开关电源在开始启动时，所述电源供电端的电压小于所述预设的关断点电压，所述开关电源控制器中的复合器件向所述电源供电端提供启动电流，所述电源供电端的电压上升；当所述电源供电端的电压上升至大于所述预设的开启点电压时，所述开关电源控制器中的复合器件关断所述启动电流，而所述电源供电端转由所述开关电源的输入信号通过所述变压器的原边绕组、辅助绕组、辅助绕组二极管以及启动电容供电，完成所述开关电源的启动。
32.根据权利要求24所述的开关电源，其特征在于，所述开关电源控制器为权利要求20所述的开关电源控制器，所述主电路包括：
输入二极管，其阴极接收所述开关电源的输入信号，其阳极连接所述复合器件的输入信号端；
变压器，其原边绕组的异名端连接所述复合器件的输入信号端；
副边绕组二极管，其阳极连接所述变压器的副边绕组的异名端，其阴极连接所述电源供电端，该副边绕组的同名端接地；
输出滤波电容，其第一端连接所述输入二极管的阴极，其第二端连接所述变压器的原边绕组的同名端；
启动电容，其第一端连接所述电源供电端，其第二端接地；
采样电阻，其第一端连接所述复合器件的第一输出端以及所述开关电源控制装置的恒流采样端，其第二端连接到所述开关电源控制装置的接地端并接地。
33.根据权利要求32所述的开关电源，其特征在于，所述开关电源在开始启动时，所述电源供电端的电压小于所述预设的关断点电压，所述开关电源控制器中的复合器件向所述电源供电端提供启动电流，所述电源供电端的电压上升；当所述电源供电端的电压上升至大于所述预设的开启点电压时，所述开关电源控制器中的复合器件关断所述启动电流，而所述电源供电端转由所述开关电源的输出端通过所述变压器的原边绕组、副边绕组、副边绕组二极管以及启动电容供电，完成所述开关电源的启动。
34.根据权利要求24所述的开关电源，其特征在于，所述开关电源控制器为权利要求20所述的开关电源控制器，所述主电路包括：
采样电阻，其第一端连接所述复合器件的第一输出端以及所述开关电源装置的接地端，其第二端连接所述开关电源控制装置的恒流采样端；
变压器，其原边绕组的同名端连接所述采样电阻的第二端；
副边绕组二极管，其阳极连接所述变压器的副边绕组的异名端；
第一电阻，其第一端连接所述副边绕组二极管的阴极，其第二端连接所述电源供电端；
第一电容，其第一端连接所述第一电阻的第二端；
输出整流二极管，其阴极连接所述第一电容的第二端、所述采样电阻的第一端以及所述副边绕组的同名端，其阳极接地；
输出滤波电容，其第一端连接所述变压器的原边绕组的异名端，其第二端接地。
35.根据权利要求34所述的开关电源，其特征在于，所述开关电源在开始启动时，所述电源供电端的电压小于所述预设的关断点电压，所述开关电源控制器中的复合器件向所述电源供电端提供启动电流，所述电源供电端的电压上升；当所述电源供电端的电压上升至大于所述预设的开启点电压时，所述开关电源控制器中的复合器件关断所述启动电流，而所述电源供电端转由所述开关电源的输出端通过所述变压器的原边绕组、副边绕组、副边绕组二极管、第一电阻以及第一电容供电，完成所述开关电源的启动。
36.根据权利要求24所述的开关电源，其特征在于，所述开关电源控制器为权利要求20所述的开关电源控制器，所述主电路包括：
采样电阻，其第一端连接所述复合器件的第一输出端以及所述开关电源装置的接地端，其第二端所述开关电源控制装置的恒流采样端；
变压器，其原边绕组的同名端连接所述采样电阻的第二端，该原边绕组的异名端接地；
副边绕组二极管，其阳极连接所述变压器的副边绕组的异名端，该副边绕组的同名端连接到所述采样电阻的第一端；
第一电阻，其第一端连接所述副边绕组二极管的阴极，其第二端连接所述电源供电端；
第一电容，其第一端连接所述第一电阻的第二端，其第二端连接所述采样电阻的第一端；
输出整流二极管，其阴极连接所述副边绕组的同名端；
输出滤波电容，其第一端连接所述输出整流二极管的阳极，其第二端接地。
37.根据权利要求36所述的开关电源，其特征在于，所述开关电源在开始启动时，所述电源供电端的电压小于所述预设的关断点电压，所述开关电源控制器中的复合器件向所述电源供电端提供启动电流，所述电源供电端的电压上升；当所述电源供电端的电压上升至大于所述预设的开启点电压时，所述开关电源控制器中的复合器件关断所述启动电流，而所述电源供电端转由所述开关电源的输出端通过所述输出整流二极管、采样电阻、变压器的原边绕组、副边绕组、副边绕组二极管、第一电阻以及第一电容供电，完成所述开关电源的启动。
38.根据权利要求24所述的开关电源，其特征在于，所述开关电源控制器为权利要求21或22所述的开关电源控制器，所述主电路包括：
变压器，其原边绕组的同名端接收该开关电源的输入信号，其异名端连接所述复合器件的输入信号端；
输出整流二极管，其阳极连接所述变压器的副边绕组的异名端，其阴极连接所述开关电源的输出端；
输出滤波电容，其第一端连接所述输出整流二极管的阴极，其第二端连接所述副边绕组的同名端并接地；
辅助绕组二极管，其阳极连接所述变压器的辅助绕组的异名端，其阴极连接所述电源供电端，所述辅助绕组的同名端接地；
启动电容，其第一端连接所述电源供电端，其第二端接地。
39.根据权利要求38所述的开关电源，其特征在于，所述开关电源在开始启动时，所述电源供电端的电压小于所述预设的关断点电压，所述开关电源控制器中的复合器件向所述电源供电端提供启动电流，所述电源供电端的电压上升；当所述电源供电端的电压上升至大于所述预设的开启点电压时，所述开关电源控制器中的开关电路关断所述启动电流，而所述电源供电端转由所述开关电源的输入信号通过所述变压器的原边绕组、辅助绕组、辅助绕组二极管以及启动电容供电，完成所述开关电源的启动。
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