用于高压应用的感测设备的制作方法

本公开涉及可感测高压域中的电压和/或电流的半导体器件，诸如用于功率转换。更具体地，本公开涉及可包括(例如，单片地包括)在(例如，电源转换器的)集成控制电路中的高压域感测设备。

背景技术：

电源转换器，诸如直流到直流(dc-dc)或交流到直流(ac-dc)电源转换器，用于广泛范围的应用中。例如，此类电源转换器可用于云计算服务器、汽车应用、工业应用等。在一些实施方式中，此类电源转换器使用高压电源。例如，此类高压电源可为400伏(v)、500v、600v、700v等。此类电源转换器的实施方式可包括电感电容(lc)谐振变压器电路和开关电路，该开关电路可控制由lc谐振变压器电路进行的充电和功率传递。此类开关电路可包括低侧开关(例如，在低压功率域或低压区域中操作的功率半导体开关)和高侧开关(例如，在高压功率域或高压区域中操作的功率半导体开关)，其中lc谐振变压器电路的开关节点被限定(定位等)在高侧开关与低侧开关之间。例如，在一些实施方式中，此类开关节点可位于低侧绝缘栅双极晶体管(igbt)的漏极端子与高侧igbt的源极端子之间，其中低侧igbt的源极连接到电接地部并且高侧igbt的漏极连接到高压(ac或dc)电源电压。在一些实施方式中，可使用除了igbt之外的功率晶体管开关器件(诸如功率场效应晶体管)。

使用此类电源转换器实现的应用，诸如以上示例，可具有使用当前电源转换器实施方式可能无法实现的性能和效率要求。为了实现此类要求，可期望实现零伏切换(zvs)和/或基于电流的切换控制。例如，在一些实施方式中，zvs可被实现为通过控制高侧开关和低侧开关的切换以在其漏极到源极电压为(或接近)零时在断开状态与导通状态之间切换来改善性能效率，这减少了切换电流(例如，切换损耗)。在一些实施方式中(例如，在脉冲宽度调制的ac-dc电源转换器中)，基于电流的切换控制可改善性能和/或效率。

然而，至少部分地由于难以获得与给定电源转换器的开关操作相关联的电压和/或电流的准确测量(具有低延迟)，可能难以在电流电源转换器实施中实现此类性能和效率要求。例如，由于不存在高侧开关的固定接地基准(例如，高侧开关的源极端子可从0v变化到相关联高压电源的值)，可难以获得与高侧开关相关联的准确的电压和/或电流检测。当前方法，诸如开关节点信号上的边缘感测和/或外部(例如，远离相关联的切换控制电路)电压和/或电流测量的使用，可能不足以满足性能要求。例如，此类方法可能受到不准确(例如，由于软切换或不稳定切换)和/或向切换控制(例如，高侧)电路提供此类测量的延迟的影响。

技术实现要素：

在一般方面，集成电路可包括半导体衬底中包括(设置)的低压区域和高压区域。低压区域可包括低侧驱动电路，该低侧驱动电路被配置为控制电源转换器的低侧开关。高压区域可包括第一导电类型的浮动区域以及设置在浮动区域中的高压感测设备。高压感测设备可包括结型场效应晶体管(jfet)和分压器。jfet可被配置为以夹断(pinch-off)模式操作。分压器可包括耦接到jfet的漏极的第一端子、耦接到jfet的栅极的第二端子、以及感测端子。分压器可被配置为在感测端子上提供指示jfet的漏极与jfet的栅极之间电压差的电压。高压区域还可包括与感测端子耦接的高侧驱动电路。高侧驱动电路可被配置为基于感测端子上的电压控制电源转换器的高侧开关。

在另一个一般方面，集成电路可包括半导体衬底中包括(设置)的低压区域和高压区域。低压区域可包括低侧驱动电路，该低侧驱动电路被配置为控制电源转换器的低侧开关。高压区域可包括第一导电类型的浮动区域以及设置在浮动区域中的高压感测设备。高压感测设备可包括第一结型场效应晶体管(jfet)和分压器。第一jfet可被配置为以夹断模式操作。分压器可包括耦接到第一jfet的漏极的第一端子、耦接到第一jfet的栅极的第二端子、以及感测端子。分压器可被配置为在感测端子上提供指示第一jfet的漏极与第一jfet的栅极之间电压差的电压。高压区域还可包括与感测端子耦接的高侧驱动电路。高侧驱动电路可被配置为基于感测端子上的电压来控制电源转换器的高侧开关。集成电路还可包括围绕浮动区域的高压结终止区域。高压结终止区域可包括第二jfet。

在另一个一般方面，集成电路可包括半导体衬底中包括(设置)的低压区域和高压区域。低压区域可包括低侧驱动电路，该低侧驱动电路被配置为控制电源转换器的低侧开关。高压区域可包括第一导电类型的浮动区域以及设置在浮动区域中的高压感测设备。高压感测设备可包括结型场效应晶体管(jfet)和电阻电容分压器。jfet可被配置为以夹断模式操作。电阻电容分压器可包括耦接到jfet的漏极的第一端子、耦接到jfet的栅极的第二端子、以及感测端子。电阻电容分压器可被配置为在感测端子上提供指示jfet的漏极与jfet的栅极之间电压差的电压。电阻电容分压器可包括耦接在jfet的漏极与感测端子之间的第一电容器、耦接在感测端子与jfet的栅极之间的第二电容器，以及螺旋电阻元件。感测端子可耦接到螺旋电阻元件以便限定电阻电容分压器的第一电阻器和第二电阻器，第一电阻器可耦接在jfet的漏极与感测端子之间，并且第二电阻器耦接在感测端子与jfet的栅极之间。高压区域还可包括与感测端子耦接的高侧驱动电路。高侧驱动电路可被配置为基于感测端子上的电压来控制电源转换器的高侧开关。

附图说明

图1是示出高压电源转换器的单片控制设备(例如，高压集成电路)的框图。

图2是示意性地示出可在高压集成电路(hvic，诸如图1的hvic)中实现的高压感测设备的顶层视图(例如，布局平面图)的图。

图3是示出图2的高压感测设备的实施方式的示意图。

图4是示出图2和图3的高压感测设备的一部分的剖视图的图。

图5是示意性地示出图2和图3的高压感测设备的一部分的剖视图的图。

图6是示意性地示出图2和图3的高压感测设备的高压终止部分的剖视图的图。

图7是示出其中可实现图2和图3的高压感测设备的电源转换器电路的示意性框图。

图8是可在图7的电源转换器电路中实现的高压集成(控制)电路的示意性框图。

图9是其中可实现图2和图3的高压感测设备的另一个电源转换器电路的示意性框图。

图10是示出电源转换器(诸如图7所示的电源转换器)的自举电压、开关节点电压和集成电路电源电压之间关系的时序图。

图11a和图11b是示出高压集成(控制)电路中(诸如图2和图3的高压感测设备中)的开关节点电压与感测端子电压之间关系的时序图。

在未必按比例绘制的附图中，相似参考符号可指示不同视图中的相似和/或类似部件(元件、结构等)。附图大体上以举例而非限制的方式示出了本公开中所讨论的各种实施方式。在一个附图中示出的参考符号对于相关视图中的相同和/或相似元件可不重复。在多个图中重复的参考符号可不相对于这些图中的每个图具体地讨论，而是提供用于相关视图之间的上下文。另外，并非附图中的所有相似元件都在示出该元件的多个实例时用参考符号具体引用。在一些附图中，为了清楚起见，可省略来自相关视图的元件。在一些附图中，一些元件可通过上下文示出，并且在以下具体实施方式中可不被具体引用和/或讨论。

具体实施方式

本公开涉及可用于感测高压域(例如，集成电路的高压区域)中的电压和/或电流的感测设备。例如，本文所述的感测设备可包括在电源转换器的驱动控制电路的高压区域中，其中此类控制电路可被实现为(在其中实现)集成电路(ic)。此类ic可被称为高压(hv)ic(hvic)、单片hvic等。换句话讲，本文所述的感测设备可在hvic中单片地实现，诸如在hvic的高压区域中，其中hvic还可包括低压区域。在一些实施方式中，本文所述的设备可用于实现(可在其中实现)电源转换器，诸如直流到直流(dc-dc)电源转换器、交流到直流(ac-dc)电源转换器和ac-ac转换器等。

在一些实施方式(诸如本文所述的示例)中，可包括在hvic的高压区域(在高压域中操作)中的感测设备可包括高压场效应晶体管(例如，700v结型fet(jfet)器件)和集成分压器。此类感测设备(例如，集成jfet和分压器)可在hvic的高压区域中(例如，在高压浮动凹坑中)实现，并且可提供与相关联的电源转换器的高侧功率半导体开关的操作对应的电压和/或电流感测能力。在一些实施方式中，此类感测设备的端子可连接在电源转换器的高压电源总线(例如，vbulk电源总线)与高压开关节点之间，并且可提供指示开关节点相对于电源总线的电压(例如，开关节点与vbulk电压之间的电压差)的电压感测(vsense)信号。在此类应用中，当相关联的开关节点的电压为0v时，本文所述的感测设备实施方式可具有支持高压电源总线电压(例如，700v或更大)的阻断电压。同样，所公开的感测设备实施方式可被配置为当开关节点上升到高压电源电压的电压时(诸如当相关联的高侧电源开关的漏极到源极电压为0v时)保持断开(例如，在集成jfet设备的夹断中)，并且感测设备向对应的高侧开关控制电路指示可执行零伏切换(zvs)。

在一些实施方式中，此类感测设备的端子可跨电源转换器中的高侧电流感测电阻器连接，并且可提供指示电流流过电流感测电阻器的电压感测(vsense)信号。然后，相关联的高侧开关控制电路(例如，脉冲宽度调制(pwm)电路)可使用该电流感测信息以控制电源转换器的高侧电源开关的切换(例如，基于与阈值的比较)。在一些实施方式中，此类电流感测信息也可用于故障控制(例如，pwm故障控制)，诸如以在感测电压指示通过高侧电流感测电阻器的电流超过阈值时关闭高侧电源开关(例如，以防止对相关联的电源转换器电路或包括此类电源转换器的设备损坏，和/或以防止危险状况发生，诸如电火)。

在本文所述的示例性实施方式中，因为高压感测设备设置在电源转换器hvic的高压区域(例如，高侧、高压域等)中，所以此类感测设备也可位于物理靠近相关联的高侧开关控制电路附近。因此，在此类实施方式中，感测信息(例如，电压或电流感测信息)可以以低延迟从感测设备传送到高侧开关控制电路，与使用遥感(例如，片外、单独的感测设备等)技术的方法相比，其中延迟可由于例如信号传播延迟和/或信号电压电平移位延迟而发生。

图1是示出可用于实现高压电源转换器(例如，dc-dc转换器或ac-dc转换器)的单片控制设备(例如，栅极驱动器、hvic、栅极控制设备等)的框图。图1的示例性hvic在半导体衬底5中单片地实现。根据特定实施方式，衬底5可以是硅衬底、碳化硅衬底、氮化镓衬底、砷化镓衬底等。如图1所示，衬底5可包括(其中设置有)低压区域10和高压区域100。低压区域10(其可被称为低压电路域等)可包括低侧驱动电路20，该低侧驱动电路可被配置为控制电源转换器中的低侧开关，诸如在本文所述的示例性实施方式中。

高压区域100(其可被称为高压电路域等)可包括高压浮动凹坑110，其中可设置有高压电路。在图1的hvic中，高侧驱动电路30和高压感测设备120(诸如本文所述的高压感测设备的实施方式)可设置在浮动凹坑110中。

如图1所示，所示的示例性hvic的高压区域100还可包括高压终止区域130(高压终止区域、高压结终止区域、电介质终止区域等)。高压终止区域可终止(分配、散布等)浮动凹坑110内存在的高压(例如，与浮动凹坑110中实现的电路相关联的电压)，以便将低压区域10与那些高压隔离。例如，在一些实施方式中，在低压区域中实现的电路可在5v与20v之间的电压下操作，而在高压区域100中(例如，在浮动凹坑110中)的电路可在400v或更大(例如，600v、700v等)的电压下操作。高压终止区域130可被配置为降低(终止)那些高压，以使得低压区域(以及其中包括的电路)不经受此类高压(和潜在地被损坏)。在一些实施方式中，高压终止区域130可被称为与高压区域100分离的区域(例如，不包括在高压区域100或低压区域10中)，还被称为高压区域100或低压区域10之间的过渡区(例如，电压域过渡区域)。

图2至图6示出了可在电源转换器hvic的高压部分中实现(单片地实现)的高压感测设备的示例，诸如以实现图1所示的单片hvic的高压感测设备120。在图2至图6的示例中，示出了hvic的高压区域的示例性元件，包括高压感测设备。然而，为了清楚起见，(例如，hvic的)其他高压域电路在图2至图6中未示出。在适当的情况下，并且为了在以下讨论中说明的目的，图2至图6所示的示例性实施方式，在适当的情况下，彼此结合进行描述。在图2的示例性实施方式中，感测设备220是圆形布置的设备，该设备包括集成在圆形布置的感测设备220中的集成jfet和分压器。截面(虚)线在图2中指示，其指示感测设备220由图4至图6的示例性剖视图示出的部分。因此，下面相对于图4至图6进一步示出和讨论图2和图3的实施方式的各个方面的示例。

图2是示意性地示出包括高压感测设备220的hvic的高压区域200的顶层视图(例如，布局平面图)的示意图。在一些实施方式中，感测设备220可在高压集成电路(hvic)中实现，诸如在图1的hvic中(例如，以实现高压感测设备120)。如上所述，其他高压域电路(例如，高侧驱动控制电路等)可包括在高压区域200中，尽管该电路未在图2中具体示出。图3是示出可与图2的高压区域200对应(可由其实现)的高压区域300的示意图。因此，出于说明的目的，并且以举例的方式，图2和图3彼此结合进行描述。

首先参见图2，所示的高压区域200包括高侧浮动凹坑210、高压感测设备220和高压终止区域230。参见图3，进一步参见图2，高侧浮动凹坑部分310(与高侧浮动凹坑210对应)包括二极管311和312。在该示例中，二极管311在其阳极上具有浮动(无连接，n/c)，这对应于浮动凹坑。在一些实施方式中，二极管311的阳极可以以其他方式连接，诸如连接到电源节点、开关节点等。二极管311和312具有与vboot电压耦接的共享阴极(例如，由浮动凹坑下的掩埋层限定)。二极管312具有接地阳极(例如，由其中实现高压区域300的半导体衬底限定)。再次，高侧浮动凹坑的这些元件的示例至少在图5的剖视图中示出。

仍然参见图3，并且进一步参见图2，高压区域300包括与高压感测设备220(图2)对应的高压感测设备320(图3)。图3的高压区域300还包括可实现(与其对应)图2的高压结终止区域230的jfet330，该高压结终止区域230的示例在图6中示出。在一些实施方式中，其他器件诸如横向扩散金属氧化物半导体(ldmos)晶体管可用于实现高压结终止区域。

如图3所示，除了上面讨论的高压区域300的元件之外，图3的示意图还包括高压(vbulk)电源340(例如，700v电源)，以及与包括图3的高压区域300的电路的电源转换器电路的开关节点sw上电压对应(表示)的电源350。例如，由电源350表示的电压可以是对应谐振变压器电路的开关节点上的电压(例如，从0v变化到vbulk电压的电压)。

图3的示意图还包括电源360，该电源可为hvic提供电源电压(例如，vcc电压)，该hvic包括高压区域300(例如，高压区域200)以及hvic的其他元件，诸如高侧驱动控制电路(在hvic的高压区域中)和低侧驱动控制电路(在hvic的低压区域中)。在一些实施方式中，电源350(例如，开关节点sw电压)可在0v与(vbulk)电源340的电压(例如，在该示例中为700v)之间变化。根据特定实施方式，vcc电源360可提供5v与20v之间的电压。在一些实施方式中，vcc电源360可提供其他电压，例如，小于5v或大于20v的电压。

在一些实施方式中，自举电路(例如，包括二极管和电容器，诸如图7所示)用于向hvic和感测设备320(也有220)以及高压区域300(也有200)的其他元件供应自举电压(vboot)，如图3所示。在一些实施方式中，vboot可以是开关节点(例如，电源350)电压和vcc电源电压(例如，电源360)的组合电压(例如，总和)，诸如图3中示意性地示出。因此，在该示例中，vboot将比开关节点电压大vcc，这将导致jfet320a以夹断操作(例如，因为它们的栅极-源极电压在操作期间将保持为负)。电源340、350、360未在图2中示出。

再次参见图2，感测设备220包括感测设备220的集成jfet(例如，图3中的jfet320a)的漏极区域221、螺旋电阻元件223、金属特征部225、电介质区域226、集成jfet的源极和栅极区域227以及分离区域229。这些区域中的每一个的示例，以及高侧浮动凹坑210和高压结终止230的示例，在下面所述的图4至图6的剖视图中示出。

在图2中，电阻元件223可以是用于限定集成在感测设备220中的分压器的两个电阻器(诸如图3所示的电阻器323a和323b)的螺旋多晶硅电阻元件。在该示例性实施方式中，集成分压器被实现为电阻电容(rc)分压器。在一些实施方式中，可使用电阻分压器或电容分压器。在一些实施方式中，可使用其他类型的电阻元件。

在该示例中，金属特征部225可为感测设备220提供电触点。例如，金属特征部225可提供vbulk(电源340)连接(例如，使用金属特征部225的中心环)到集成jfet的漏极221，诸如由图3中到jfet320a的漏极端子的vbulk连接所示。金属特征部225还可限定vsense连接，该vsense连接可以是从金属特征部225(例如，使用图2所示的外环)到电阻元件223的抽头。在一些实施方式中，此类抽头可从电阻元件223(诸如图3所示的电阻器323a和323b)限定感测设备220的集成分压器的两个电阻器。在一些实施方式中，电阻器323a的电阻与电阻器323b的电阻的比率可为100比1、110比1、120比1等。在一些实施方式中，可使用不同的电阻比率。在本文所述的示例性实施方式中，vsense上的电压可用于确定电源转换器的高侧开关的零伏切换，或者用于作出切换pwm切换或pwm故障控制的高侧开关的基于电流的决策。

与感测设备220的电介质区域226结合的金属特征部225还可限定感测设备200的集成rc分压器的至少一个电容器，诸如图3所示的电容器325。例如，设置在金属特征部225的内环与外环之间的金属特征部225(其可被称为指板)的径向特征部可限定电容器板，其中电介质区域226限定那些电容器的相应电介质。在图2的示例中，金属特征部225和电介质区域226限定串联连接的电容器串的网络(在径向金属特征部325之间)。在该示例中，这些串联连接的电容器串在经由金属特征部225的内环的集成jfet的漏极221(例如，图3中jfet320a的漏极和vbulk)与经由金属特征部225的外环的集成分压器的vsense端子(例如，图3中的vsense端子324)之间彼此并联连接。

源极和栅极区域227可包括感测设备220的集成jfet的源极和栅极(例如，图3中fet320a的源极和栅极)，其中栅极连接到(耦接)电源转换器开关节点，并且源极连接到vboot电源电压。分离区域229可包括在感测设备220与周围高侧浮动凹坑210之间提供电荷平衡的导电类型相反的两个区域(例如，p型区域和n型区域)。分离区域的示例在图4和图5中所示。

参见图3，感测设备320的分压器包括第二电容器326(例如，除了由图2的电容网络限定的电容器325之外，如上所讨论)。在一些实施方式中，电容器326可以是金属氧化物金属(mom)电容器，该mom电容器在高压区域320中实现(如图3所示)，或者可在高压区域320外部实现，这取决于特定实施方式。在一些实施方式中，电容器326可用于调谐感测设备320的分压器。注意，在图2的示例性感测设备220中，未示出与图3的电容器326对应的电容器。

图4是示出图2和图3的高压感测设备的一部分的剖视图的示意图。图4所示的剖视图沿图2所示的线4-4与感测设备220的示例性实施方式的横截面对应。注意，感测设备220的一些特征部(例如，一些金属特征部225)未在图4中示出。如图4所示，感测设备(例如，感测设备220或320)可在衬底405中实现。在一些实施方式中，衬底405可包括第一导电类型的高压外延层(或第一导电类型的超高压外延层)，该高压外延层可连接到(耦接)电接地部。如图4所示，感测设备还可包括第二导电类型的高压阱407(或第二导电类型的超高压阱)，其中可限定感测设备的集成jfet。出于该讨论的目的，第一导电类型将被称为p型导电性，并且第二导电类型将被称为n型导电性。在一些实施方案中，这些导电类型可反转(例如，第一导电类型可以是n型，而第二导电类型可以是p型)。在一些实施方式中，可存在多于两种导电类型，诸如绝缘体上硅(soi)实施方式中的本征导电性、n型导电性和p型导电性。

如图4所示，阱407可包括集成jfet的漏极221和集成jfet的源极227a。可使用p型注入物或p型(例如，高压)阱在阱407中形成集成jfet的栅极区227b(例如，部分栅极区域)。用于实现集成jfet的漏极221、源极227a和栅极227b的示例性结构在图5中进一步示出。

图4还示出了图2的感测设备220的分离区域229的示例。如图4所示，分离区域229可包括p型分离区域229a，该分离区域229a可包括部分衬底405和掩埋p注入物(诸如图5中进一步所示)。如上所述，分离区域229a和229b可被配置为在高压感测设备的集成jfet与浮动高侧(p型)凹坑(图4中未示出)之间提供电荷平衡。

图4所示的金属特征部225a(在一些实施方式中，其可与图2中的金属特征部225的内环对应或者与该内环电连接)提供电连接到集成jfet的漏极221。图4所示并且图5进一步示出的其他金属结构可提供电连接到源极227a、栅极227b和n型分离区域229b(其中p型分离区域229a可通过衬底405耦接至电接地部)。

如图4中进一步示出，感测设备220的螺旋电阻元件223可设置在电介质区域226中。即，螺旋电阻元件223的线匝在图4的剖视图中示出。vsense抽头(图2中的金属特征部225的外金属环和图3中的vsense抽头324)未在图4(或图5或图6中)中具体示出。在此类布置中，集成jfet支持(扩展、保持等)vbulk电压，以使得击穿不从电阻元件223(例如，在电压为或接近vbulk的漏极附近)跨电介质区域226到接地衬底405发生。在该示例中，夹断的集成jfet防止此类击穿，这允许感测设备的rc分压器操作以便提供指示开关节点sw相对于vbulk的电压的vsense信号。

图5是示意性地示出图2和图3的高压感测设备的一部分沿图2中所示的线5-5的剖视图的示意图。在一些实施方式中，图5所示的示例也可与图4的剖视图对应。注意，在图5中以及在其他附图中，所示的特征部未必按比例绘制，诸如例如，螺旋电阻元件223，如图5所示(例如，多个线匝以及电阻元件223相对于感测设备的其他元件的布置)。

图5以横截面示出了图3的感测设备320的元件(其也可与图2的感测设备220对应)以及图2的分离区域229和高侧凹坑210的示例性实施方式。如图5所示，感测设备的集成jfet的漏极221可被限定在阱407中，并且连接结构521可提供电连接到漏极221。在该示例中，漏极连接结构521可包括图2的金属特征部225的一部分，以及n型半导体材料(例如，n+材料)，该n型半导体材料可与阱407的漏极221部分形成欧姆接触。例如，金属特征部225还可包括多层径向金属特征部以在电容网络中形成串联连接的(并联耦接的)电容器串，该电容网络可实现图5的电容器325。虽然在图5中示出了三个金属层和两个径向金属特征部层，但是在一些实施方式中，可使用不同数量的金属层和径向金属特征部。如图5中进一步所示，金属特征部225还可限定集成jfet的漏极221与螺旋电阻元件223之间的电连接。

如图5所示，感测设备的集成jfet还示出了源极227a(例如，由高压n型阱和n型掩埋层限定)和栅极227b，该栅极227b包括p型阱区域(例如，高压p型阱)。集成jfet的栅极还可包括连接结构527b，该连接结构527b包括金属场板和p型半导体材料(例如，p+材料)，该p型半导体材料可与集成jfet的栅极227b形成欧姆接触。同样，集成jfet的源极可包括连接结构527a，该连接结构527a包括金属场板和n型半导体材料(例如，n+材料)，该n型半导体材料可与集成jfet的源极227a形成欧姆接触。

还如图5所示，进一步参见图2，图2的感测设备220的分离区域229可包括p型分离区域，该p型分离区包括掩埋p型层(例如，掩埋p型隔离层)529a和衬底405的一部分529b。在图5的示例中，分离区域229还包括n型分离区域529c。连接结构529d可耦接到n型分离区域529c，其中连接结构包括金属场板和n型半导体材料(例如，n+材料)，该n型半导体材料可与n型分离区域529c形成欧姆接触。如图5所示，n型掩埋层510b的一部分也可包括在n型分离区域中。

p型(高侧)浮动凹坑(pocket)(例如，图2的高侧凹坑210和/或图3的高侧凹坑310)的示例性结构也在图5中示出。在该示例中，高侧凹坑210包括浮动p型区域510a(例如，与图3中二极管311的阳极对应)、n型掩埋层510b的一部分(例如，对应于图3的二极管311和312的共享阴极)以及衬底405的一部分(例如，与图3中二极管312的阳极对应)。参见图3和图5，漏极连接结构321可耦接到vbulk电源340，并且栅极连接结构527b可连接到开关节点sw(例如，电源350)。还参见图3和图5，源极连接结构527a和n型分离区域连接结构529d均可耦接到vboot(例如，vcc电源360加上来自电源350的开关节点电压)，其中电荷平衡至少通过结合p分离区域(例如，掩埋层529a和衬底部分529b)分离连接结构527a和529d的金属场板来实现。

图6是示意性地示出图2的高压感测设备的高压结终止部分230(或图3的高压结终止区域的jfet器件330)沿图2所示的线6-6的示例性实施方式的剖视图的示意图。注意，在图6中，如相对于图5所讨论，所示特征部未必按比例绘制。

如可从图2与图5和图6的比较看出，图6所示的示例性高压结终止区域的剖视图可从图5所示的横截面的右侧延伸。例如，如图6所示，浮动凹坑的一部分(例如，部分510a和510b)在图6的左侧示出(包括)。在该示例中，图6的高压结终止区域使用第二jfet器件(其中感测设备220或感测设备320的集成jfet是第一jfet)来实现。出于说明的目的，将进一步参见图3的jfet330以及参见图2来描述图6所示的高压终止区域的jfet。在其他实施方式中，除了jfet之外的器件可用于实现图6的高压结终止区域。例如，此类器件可包括ldmos器件、igbt器件、双极晶体管器件等。

如图6所示，高压结终止区域(例如，jfet300)可包括高压(或超高压)n型阱607(使用高压(或超高压)n型阱607实现)，其中可限定jfet330。还如图6所示，可形成高压n阱(其至少部分地设置在阱607中)以限定jfet330的源极区域330a和漏极区域330c。可使用p型注入物或p型(例如，高压)阱在阱607中形成jfet330的栅极区域330b(例如，栅极区域的一部分)。

参见图3和图6，连接结构630c可提供电连接到jfet330的漏极330c。如图6所示，jfet的漏极连接结构630c可包括金属场板和n型半导体材料(例如，n+材料)，该n型半导体材料可与jfet330的漏极330c形成欧姆接触。图6的示例性jfet330还包括源极连接结构630a，该源极连接结构630a包括金属场板和n型半导体材料(例如，n+材料)，该n型半导体材料可与jfet320的源极330a形成欧姆接触。此外，如图3所示，漏极330c(和漏极连接结构630c)以及图6所示的源极330a(和源极连接结构630a)可与vboot电源端子(例如，由电源350表示的sw节点的电压，加上vcc电源360的电压)耦接。

图6所示的示例性jfet300的栅极还包括栅极连接结构630b，该栅极连接结构630b包括金属场板和p型半导体材料(例如，p+材料)，该p型半导体材料可与jfet330的栅极330b形成欧姆接触。另外，如图3所示，栅极连接结构630b可连接到(耦接)电接地部。如图3所示，在该示例中，jfet330的源极端子浮动(例如，不连接或n/c)。因此，在图3所示的布置中，jfet330将在操作期间关断(打开)而不传导电流。jfet将维持(终止)存在于高侧电路中的高压，例如以防止击穿问题等。如本文所述，在一些实施方式中，可使用高压终止的其他方法，诸如ldmos晶体管、电介质终止、电平移位器等。具体方法将取决于具体实施方式方式。

图7至图9是示出其中可实现本文所述的高压感测设备的电源转换器电路的示例性应用的示意性框图。图7至图9的示例以举例的方式给出，并且本文所述的高压感测设备可包括在具有不同配置的多个其他电源转换器电路中。另外，在图7至图9中，所示电路的各个元件以引用方式和/或用于上下文示出，并且在本文中可不各自进行具体描述，或在附图中用具体的附图标记指示。即，图7至图9所示的一些元件可仅表示为示意性电路元件符号(例如，变压器、电感器、电容器、二极管、晶体管等)，表示为逻辑门符号(与门、或门、施密特触发器等)或表示为具有文本标签的功能块(诸如欠压(uv)检测器、延迟、脉冲触发器等)。

图7是示出其中可实现图2和/或图3的高压感测设备的电源转换器电路700的示意性框图。电路700是示例性有源反激转换器(afc)，该afc包括谐振lc变压器电路710(例如，用于经由out+和out-端子向电负载提供电力)。电路700还包括高侧功率半导体开关702和低侧功率半导体开关703。电源转换器700的开关节点sw被限定在高侧开关702与低侧开关703之间。电路700还包括具有高压感测720的驱动控制电路。例如，在一些实施方式中，电路720可包括高压感测设备，诸如本文所述的高压感测设备。例如，如上所述，高压感测设备(例如，如图1所示的感测设备120)可使用本文所述的方法检测电源转换器700的高侧开关702的漏极至源极电压何时为(或接近)零以允许控制电路720在电源转换器700中执行高侧zvs。

电源转换器700还包括开关控制电路730，该开关控制电路730可向电路720提供控制信号以指示何时从变压器电路710的充电(例如，高侧开关702接通而低侧开关703断开)切换到变压器电路710的放电(例如，高侧开关702断开而低侧开关703导通)。由于开关节点sw的电压将用变压器电路710的谐振跟踪，因此当sw节点上的谐振电压导致高侧开关702或低侧开关703上相应的0v漏极至源极电压时，(在高侧和低侧上)可执行zvs(高侧zvs和低侧zvs)。电源转换器700还包括电容器721和二极管722，该电容器和二极管充当自举电路以从开关节点sw电压和vcc电压生成vboot，如本文所述。在图8中，电路720的示例性实施方式的高侧(高压)部分820由虚线隔开。在该示例中，高侧部分可在浮动凹坑中实现，诸如本文所述。

图8是可在图7的电源转换器700的驱动控制电路720中实现的高压集成(控制)电路的示意性框图。如上所述，出于上下文的目的并且以举例的方式，电路720的一些元件在图8中示出。这些元件中的每一个可不相对于图8进行详细描述。

如图8所示，高压感测设备(例如，感测设备120)可包括在电路720的高压电路域中(例如，在执行从低压电路域到高压电路域的电平移位之后)，诸如在高压区域中，如本文所述。hv感测设备120可使用本文所述的方法提供指示，例如在其vsense端子824上，该指示指示图7中的高侧开关的漏极到源极电压何时为0v或接近零伏(例如，开关节点sw电压相对于vbulk电压)。vsense端子824上的vsense信号可被提供给比较电路820(例如，比较器、施密特触发器等)以与阈值进行比较，以便指示开关702上何时存在0v漏极至源极电压(并且可执行zvs)。在该示例中，图7中的高侧开关702的切换可基于由与门850组合比较电路820的输出和来自电平移位器860的高侧开关控制信号。

图9是其中可实现图2和图3的高压感测设备(例如，作为图1中的高压感测设备120)的另一个电源转换器电路900的示意性框图。示例性电源转换器900是可与谐振lc变压器电路耦接(例如，用于向电负载提供电力)的pwm控制的ac-dc转换器控制电路。电路900还包括高侧功率半导体开关902和低侧功率半导体开关903。电源转换器900的开关节点sw被限定在高侧开关902与低侧开关903之间。

电路900还包括pwm驱动控制和故障控制(pwm/故障控制)电路905，该pwm驱动控制和故障控制电路905包括高压电感测设备120(例如，使用本文所述的感测设备实现)。在电路900中，进一步参见图3，集成jfet320a的漏极节点和感测设备320的rc分压器的对应端部可耦接到高压电源端子(hv)和电路900的高侧电流感测电阻器902a的第一端子。仍然参见图3，集成jfet320a的栅极端子和rc分压器的对应另一端部可耦接到高侧电流感测线(csh)，例如，与电路900的高侧电流感测电阻器902a的第二端子耦接。在该示例性实施方式中，集成jfet320a的源极可耦接到。

在此类实施方式中，高压感测设备120的vsense端子924上的电压可指示流过高侧开关902的电流(例如，基于由感测设备320的rc分压器感测的跨高侧电流感测电阻器902a两端的电压)。在该示例中，vsense端子924上的电压被提供给比较器920并且与阈值电压vthh比较。然后，该比较的结果可被提供给pwm/故障控制电路910，并且可基于比较器920进行的比较控制高侧开关902(和低侧开关903)。

例如，在一些实施方式中，pwm/故障控制电路910可使用来自比较器920(或其他比较电路)的比较信息以执行对高侧开关902的导通时间的基于电流感测的控制。例如，可基于(预先确定的)控制标准导通高侧开关902，这将取决于特定实施方式，同时可响应于vsense信号(端子924上)越过vthh阈值而断开高侧开关902，例如，如比较器920所指示。换句话讲，比较器920的输出可由pwm/故障控制电路910的逻辑处理，以基于通过高侧开关902的电流(如由vsense信号所指示)控制断开高侧开关902。

在一些实施方式中，pwm/故障控制电路910可使用来自比较器920(或其他比较电路)的比较信息来执行高侧开关902的过流故障保护。与基于电流感测的控制高侧开关902的导通时间的上述示例相比，过流保护可包括检测通过高侧开关902的电流电平(例如，如由基于跨高侧电流感测电阻器902a两端的电压的vsense信号所指示)，在该电流电平处断开高侧开关902。例如，比较器920可确定通过高侧开关902的电流超过安全操作电源的阈值(例如，高于高侧开关902的电流极限)。基于比较器920对pwm/故障控制电路910的该检测和指示，可由pwm/故障控制电路910发起故障处理协议。该故障处理协议可包括断开电源电压hv、降低电流感测电平、限制高侧开关902的导通时间等。

图10是示出电源转换器(诸如图7所示的电源转换器700)的自举电压(vboot)、开关节点(sw)电压和集成电路电源电压(vcc)之间关系的时序图。即，本文所述的高压感测设备可利用图10所示的电压，诸如图3的示意图所指示。如上所述，以及如图10所示，vboot电压可以是开关节点sw上的电压和vcc电压的组合(例如，总和)，例如由自举电路(例如，包括电容器721和二极管722，如图7所示)组合。如可从图10看出，当开关节点sw的电压(y轴)随时间(x轴)变化时，vboot电压用sw电压跟踪，但是在vcc达到其标称值之后，vboot电压比sw电压大vcc电压。还如图10所示，sw电压从0v变化到vbulk，而boot从vcc变化到vbulk+vcc。

图11a和图11b是示出高压集成(控制)电路(hvic)(诸如图2和图3的高压感测设备)中开关节点电压与感测端子电压(vsense)之间关系的时序图。图11b中的时序图是图11a中指示为11b的虚线插图的每划分时间较短(与图11a的每划分时间相比)的特写视图。

如图11a和图11b所示，vsense电压(归一化为图11a和图11b中sw电压的标度)随sw电压变化而变化。在示例性实施方式中，sw电压可从0v变化到700v，而vsense电压(指示sw电压相对于vbulk)可例如从4v变化到0v。vsense电压和sw电压的确切电压范围当然将取决于特定实施方式。在该示例中，vsense电压为4v指示vbulk至sw节点电压差为vbulk(例如，700v、或0v的sw电压)。还在该示例中，vsense电压为0v指示vbulk至sw节点电压差为0v(例如，sw电压为700v，或等于vbulk)，这可用于控制高侧开关器件上的zvs。另外，如上所述，vsense电压可用于(当本文所述的感测设备用于指示高侧电流时)高侧开关的基于电流的控制，例如，在pwm控制的电源转换器中。

将理解，在前述描述中，当元件被提及为在另一个元件上、连接到另一个元件、电连接到另一个元件、耦接到另一个元件或电耦接到另一个元件时，该元件可以是直接地在另一个元件上、连接或耦接到另一个元件，或可以存在一个或多个中间元件。相反，当元件被提及直接在另一个元件上、直接连接到另一个元件、或直接耦接到另一个元件时，不存在中间元件。虽然在整个具体实施方式中可能不会使用术语直接在…上、直接连接到…、或直接耦接到…，但是被示为直接在元件上、直接连接或直接耦接的元件能以此类方式提及。本申请的权利要求书(如果存在的话)可被修订以叙述在说明书中描述或者在附图中示出的示例性关系。

如在本说明书中所使用的，除非根据上下文明确地指出特定情况，否则单数形式可包括复数形式。除了附图中所示的取向之外，空间相对术语(例如，在…上方、在…上面、在…之上、在…下方、在…下面、在…之下、在…之以下等)旨在涵盖器件在使用或操作中的不同取向。在一些实施方式中，在…上面和在…下面的相对术语可分别包括竖直地在…上面和竖直地在…下面。在一些实施方式中，术语邻近能包括横向邻近或水平邻近。

本文所述的各种技术的实施方式可在数字电子电路中、计算机硬件、固件、软件中或它们的组合中实现(例如，包括在其中)。方法的部分也可通过专用逻辑电路例如fpga(现场可编程门阵列)或asic(专用集成电路)进行，并且装置可实现为该专用逻辑电路。

一些实施方式可使用各种半导体处理和/或封装技术来实现。一些实施方式可使用与半导体衬底相关联的各种类型的半导体处理技术来实现，该半导体衬底包含但不限于，例如硅(si)、砷化镓(gaas)、氮化镓(gan)、碳化硅(sic)等。

虽然所描述的实施方式的某些特征已经如本文所述进行了说明，但是本领域技术人员现在将想到许多修改形式、替代形式、变化形式和等同形式。因此，应当理解，所附权利要求书旨在涵盖落入实施方式的范围内的所有此类修改形式和变化形式。应当理解，这些修改形式和变化形式仅仅以举例而非限制的方式呈现，并且可以进行形式和细节上的各种变化。除了相互排斥的组合以外，本文所述的装置和/或方法的任何部分可以任意组合进行组合。本文所述的实施方式可包括所描述的不同实施方式的功能、部件和/或特征的各种组合和/或子组合。