可调内部栅极电阻器的制造方法
【技术领域】
[0001]本公开涉及电压控制电路元件，尤其是场效应晶体管、诸如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。
【背景技术】
[0002]金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)是可被用作电源开关以控制电源电路中的电流流动(例如，开关模式电源)的电压控制电路元件的一个示例。绝缘栅双极型晶体管是可被用作电源开关以控制电源电路中的电流流动的电压控制电路元件的另一个示例。在电压控制电路元件的正常开关操作期间，所述电压控制电路元件可以经受能够引起损坏或以其他方式破坏电压控制电路元件的异常操作情况。
【发明内容】
[0003]—般，技术和电路被描述用于提供可调栅极电阻器，其对于电压控制电路元件的封装来说是内部的。例如，包括电压控制电路元件、诸如MOSFET的封装还可以包括光敏电阻器和半导体光源。光敏电阻器的电阻可以通过调整由半导体光源产生的光来调整。用于控制光敏电阻器的半导体光源可以包括发光二极管(LED)。
[0004]在一些示例中，LED和光敏电阻器可以被包裹在透明的材料中，其可以被不透明的材料所包围以使光敏电阻器与除来自LED的光之外的任何光隔离。LED还可以被配置成把光输送到光导材料中，所述光导材料把光输送到光敏电阻器。例如，所述光导材料可以位于LED的附近，所述LED具有覆盖封装中的元件的一些或全部的不透明材料。
[0005]在一个示例中，本公开针对包括通过半导体光源来控制耦合到电压控制电路元件的光敏电阻器的电阻值以及将电压施加到电压控制电路元件的方法，其中，控制光敏电阻器的电阻值控制跨所述光敏电阻器的电压降，以控制施加在电压控制电路元件的电压以便控制通过电压控制电路元件的电流。
[0006]在另一个示例中，本公开针对包括电压控制电路元件、耦合到电压控制电路元件的光敏电阻器以及半导体光源的电路元件，并且所述半导体光源被配置成调整光敏电阻器的电阻值，以及其中，所述电压控制电路元件、光敏电阻器和半导体光源位于一个封装内。
[0007]在附图和下面的描述中阐述了本公开的一个或多个示例的细节。本公开的其他特征、对象和优点将从描述和附图中以及从权利要求中显而易见。
【附图说明】
[0008]图1是图示出根据本公开的一个或多个方面的用于给负载供电的系统的示例的电路图，所述负载包括具有被配置成减少在电压控制电路元件处的栅极振荡的可调内部栅极电阻器的封装。
[0009]图2是图示出根据本公开的一个或多个方面的具有被配置成减少在电压控制电路元件处的栅极振荡的可调内部栅极电阻器的封装的附加示例的电路图。
[0010]图3是图示出根据本公开的一个或多个方面的具有被配置成减少在电压控制电路元件处的栅极振荡的可调内部栅极电阻器的封装的附加示例的电路图。
[0011]图4是图示出根据本公开的一个或多个方面的具有被配置成减少在电压控制电路元件处的栅极振荡的可调内部栅极电阻器的封装的附加示例的电路图。
[0012]图5是图示出根据本公开的一个或多个方面的用于减少在电压控制电路元件处的栅极振荡的操作的示例的流程图。
[0013]图6-8是图示出根据本公开的一个或多个方面的具有电压控制电路元件和可调内部栅极电阻器的封装的示例结构的概念图。
【具体实施方式】
[0014]电源转换器(例如，LLC转换器、移相零电压开关转换器、三角形的电流模式功率因数修正级转换器、同步降压转换器等)可以包括在半桥电路中的电压控制电路元件。典型的半桥电路包括在开关节点处耦合到低侧元件的高侧电压控制电路元件(例如，诸如功率MOSFET之类的开关元件)。电源电路通过以这样的方式调制高侧电压控制电路元件来操作半桥电路以在开关节点处改变输出电压的水平。
[0015]在正常开关操作期间，电压控制电路元件可以经受能够引起损坏或以其他方式破坏所述电压控制电路元件的异常操作情况(例如，在MOSFET处的高电压或高电流)。电压控制电路元件的栅极振荡(例如，栅源极电压Vgs的振荡)是在开关期间可以引起电磁干扰(EMI)问题的异常操作情况的一种类型，其能够损坏或完全破坏所述电压控制电路元件。
[0016]一些电源电路可以通过使用在驱动器输出和电压控制电路元件的栅极端之间串联外部栅极电阻器来设法阻止栅极振荡发生。这样的栅极电阻器可以使电压控制电路元件能够通过具有足够的外部栅极电阻来减弱栅极振荡。这种技术在防止电压控制电路元件处的栅极振荡方面可以是有效的，并且可以允许所述电压控制电路元件经受住异常操作。然而，这种技术也减慢了电压控制电路元件的开关速度，并且因此可能降低电源电路的整体效率。外部栅极电阻器的引入也增加了用于栅极路径(驱动器输出和电压控制电路元件的栅极端之间的路径)的印刷电路板迹线。在栅极路径的这种增加还可以增加栅极杂散电感，这还可以有助于电压控制电路元件的栅极振荡。
[0017]本文所述的技术和电路提供了至少减少电压控制电路元件的栅极振荡的各种方法。本文所述的技术和电路可以用于使用电压控制电路元件的任何电路，其包括但不限于AC-DC转换器、DC-AC转换器、DC-DC转换器、AC-AC转换器或具有电压控制电路元件的其他电路。在一些示例中，封装可以包括电压控制电路元件，以及光敏电阻器和半导体光源。在这些示例中，光敏电阻器和半导体光源形成“可调内部栅极电阻器”，其可以为控制栅极电阻值提供与高速开关电路的隔离。作为示例，电压控制电路元件可以包括MOSFET、绝缘栅双极型晶体管，或者使用电压用于其控制信号的另一种类型的晶体管或元件。
[0018]内部栅极电阻器(即形式为受半导体光源控制的光敏电阻器)也可以被调整为使用比外部栅极电阻器的有效电阻值更低的有效栅极电阻值来减弱栅极振荡。换言之，所述封装可以具有位于电压控制电路元件的栅极附近的可调内部栅极电阻器，其可以被调整(例如，“调谐”)以减少电压控制电路元件的栅极振荡，这比使用离电压控制电路元件的栅极更远的具有固定阻值的外部栅极电阻器更高效。内部栅极电阻器的调整在一些示例中可以基于电压控制电路元件的特性。另外或替换地，内部栅极电阻器的调整在一些示例中可以不再需要有耦合到两个外部二极管的两个外部栅极电阻器。例如，代替耦合到TURN ON(开启)二极管的TURN ON栅极电阻器和耦合到TURN OFF (关断)二极管的TURN OFF栅极电阻器，可以在TURN ON电阻值和TURN OFF电阻值之间调整单个可调内部栅极电阻器。
[0019]在一些示例中，包括控制器单元、栅极驱动器、可调内部栅极电阻器和电压控制电路元件的组合的封装可以有助于较低的零件数，这可以降低电路板的总尺寸和成本。在这些示例中，所述封装可以提供每平方英寸更高的功率密度。
[0020]本文所述的以下技术和电路呈现了减少电压控制电路元件的栅极振荡的几种方法。本文所述的技术能够在任何置换以及任何组合中使用，以防止或减少发生因电压控制电路元件的栅极振荡导致的损坏。
[0021]图1是图示出根据本公开的一个或多个方面的用于给负载供电的系统的示例的电路图，所述负载包括具有被配置成减少在电压控制电路元件处的栅极振荡的可调内部栅极电阻器的封装。在图1的示例中，系统I包括电源2、电源电路3、负载4和控制器单元26。在一些示例中，系统I可以包括附加的或更少的组件，并且提供如本文所述的系统I的功能性。
[0022]系统I包括电源2，其以电源的形式将电能提供给系统I。电源2的许多示例存在并且可以包括，但不限于电力网、发电机、电源变压器、电池、太阳能面板、风车、负反馈(degenerative)制动系统、水力发电机，或者能够为系统I提供电力的任何其他形式的电力设备。
[0023]系统I还包括负载4，其接收由电源2提供的电力(例如，电压、电流等)，并且在一些示例中通过电源电路3转换以执行功能。负载4的许多示例存在并且可以包括，但不限于计算设备和相关组件、诸如微处理器、电气部件、电路、膝上型计算机、台式计算机、平板计算机、移动电话、电池、扬声器、照明单元、汽车/船舶/航空/火车相关的组件、电动机、变压器，或从电源转换器中接收电压或电流的任何其他类型的电气设备和/或电路。
[0024]系统I可以包括控制器单元26。控制器单元26可以包括硬件、软件、固件，或其任何组合的任何适当的布置，以执行在本文中有助于控制器单元26的技术。控制器单元26可以经由有线或无线链路33被耦合到负载4以接收关于负载4的负载情况的反馈。控制器单元26可以经由有线或无线链路34A和34B被耦合到栅极驱动器22和24来接收信号或命令和/或将其发送到栅极驱动器22和24，用于控制电源电路3的操作。在一些示例中，控制器单元26还可以经由链路36A和38A、36B和38B被耦合到半导体光源18和20以控制光产生(例如，提供电流以产生光量)。例如，控制器单元26可以包括任何一个或多个微处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、或任何其他等效的集成或离散逻辑电路，以及这样的组件的任何组合。当控制器单元26包括软件或固件时，控制器单元26进一步包括用于存储和执行所述软件或固件的任何必要的硬件、诸如一个或多个处理器或处理单元。一般，处理单元可以包括一个或多个微处理器、DSP、ASIC、FPGA、或任何其他等效的集成或离散逻辑电路，以及这样的组件的任何组合。在一些示例中，由控制器单元26做出的确定可以由驱动器22或驱动器24做出。在其他示例中，控制器单元26可以被并入在驱动器22或驱动器24中。在其他示例中，驱动器22和24可以是单个驱动器，其包含控制器单元26的功能。
[0025]链路8A和8B (统称“链路8”)、链路9A和9B (统称“链路9”)、链路33、链路34A和34B (统称“链路34”)、链路36A和36B (统称“链路36”)以及链路38A和38B (统称“链路38”)表示能够将电信号从一个位置传导到另一个位置的任何介质。链路8-10和33-38的示例包括，但不限于物理和/或无线电力传输介质、诸如电线、电迹线、导电气体管、双绞线等。电源2可以通过链路8提供具有第一电压或电流的电力，并且负载4可以通过链路9接收由电源电路3转换至具有第二电压或电流的电力。链路9在电源电路3和负载4之间提供电耦合，以及链路8在电源2和电源电路3之间提供电耦合。负载4被电耦合到电源电路3，所述电源电路3被电耦合到电源2。链路33可以针对关于负载4的负载情况的反馈提供与控制器单元26的电耦合。链路34可以为控制器单元26和驱动器22和24中的每一个之间的通信提供电耦合。链路36和38可以为半导体光源18及20和控制器单元26之间的电流输送提供电耦合。例如，链路36和38上的信号可以是半导体光源18及20和控制器单元26之间的电流输送的量。在一些示例中，链路36和38上的信号可以通过控制器单元26来选择以通过半导体光源18或20产生特定的光量。在其他示例中，链路36和38上的信号可以通过控