专利名称：负电流补偿方法和电路的制作方法
技术领域：
本发明大体上涉及电子器件，更具体地说，涉及形成半导体装置和电路的方法。
背景技术：
过去，半导体工业利用各种方法和结构来确定在电源和电源控制器中使用的感应线圈的退磁点。通常，在电源控制器中使用的变压器具有辅助线圈，其帮助检测退磁点。这样的实现的示例被公开在于1998年7月21日授予Majid et al的第5,784,231号美国专利中，还被公开在于1999年4月6日授予Pansier et al的第5,892,355号美国专利中，因此这两个专利都被合并于此以资参考。这些现有技术具有的一个问题是辅助线圈和连接到辅助感应线圈的关联电路。额外的线圈和电路增加了电源系统的成本。
另一种技术被公开在于2002年10月22日授予L’Hermite et al的第6,469,484号美国专利中，因此该专利被合并于此以资参考。该技术额外地利用电路并具有伴随的成本。
因此，期望具有一种不使用辅助线圈并且减少电路和系统的成本的检测退磁点的方法。
图1示意性地示出根据本发明的谷电压检测电路的一个实施例的一部分；图2是示出在根据本发明的图1的谷电压检测电路内在一些点上的电流和电压的图；图3示意性地示出根据本发明的谷电压检测电路的第二实施例的一部分；图4示意性地示出根据本发明的谷电压检测电路的第三实施例的一部分；和图5示意性地示出包括根据本发明的图1的谷电压检测电路的半导体模的放大的平面图。
为了说明的简单和清楚，图中的部件不一定被按比例缩放，并且不同的图中的相同的标号指示相同的部件。此外，为了描述的简单，众所周知的步骤和部件的描述和细节被省略。如在此使用的电流传送电极指的是装置的一个部件，其使电流通过该装置，诸如MOS三极管的源极或漏极或者双极三极管的发射极或集电极，控制电极指的是装置的一个部件，其控制通过该装置的电流，诸如MOS三极管的栅极或双极三极管的基极。尽管按N沟道或P沟道装置在此解释这些装置，但本领域的普通技术人员应该理解，根据本发明，互补装置也可行。
具体实施例方式
图1示意性地示出包括谷电压检测电路的功率系统控制器10的实施例的一部分。功率系统控制器10一般包括变压器17、电源控制器14(诸如开关式电源控制器或脉宽调制(PWM)控制器)、和MOS功率三极管16，该MOS功率三级管16具有由电容器13所表示的寄生栅极到漏极电容(通常被称作Crss)。
检测电路11包括驱动器21、转换电路31、基准产生器或基准38、和比较器39。基准38在由驱动器21和比较器39分别使用的两个不同的输出上产生偏移基准电压和检测基准电压。基准38可以是对本领域技术人员众所周知的各种基准电路中的任何一个。驱动器21包括上MOS驱动器三极管26，其被用于启动三极管16；和下双极驱动器三极管22，其被用于禁用三极管16。因此，三极管22驱动三极管16。由虚线显示的二极管23表示三极管22的寄生衬底到集电极二极管。一种可选的加速电路利用电容器27和电阻器28来增加三极管22的开关速度。驱动器21还包括阻塞二极管24。转换电路31包括检测三极管32、电流反射镜、和输出电阻器42，其中电流反射镜包括反射镜基准三极管33和反射镜从属三极管34。电路11接收电压输入45上的工作电压。如本领域技术人员所周知的，该工作电压通常通过各种装置(诸如齐纳二极管和电阻器)来自加在输入18的电压。
控制器10通常接收被施加于电压输入18和电压返回19之间的输入电压。在一些实施例中，输入电压可以是整流并滤波的线电压，但是在其它实施例中可以是其它电压。变压器17被连接在输入18和三极管16之间，从而输入电压被施加到变压器17的主感应线圈，从而电流流过主感应线圈并引导电流流过变压器17的次感应线圈。功率三极管16具有连接到变压器17的一个接线端的漏极以及连接到返回19的源极，以控制电流流过变压器17的主感应线圈。三极管16的栅极被连接到驱动器21的输出，从而驱动器21可响应于施加到驱动器21的控制输入29的控制信号，启动或禁用三极管16。控制信号通常由电源控制器14产生。比较器39的输出被施加于控制器14的退磁输入。为了方便解释，电容器13被示例为在节点15连接到三极管16的栅极。
图2是具有曲线51和曲线52的图，曲线51示出当以返回19为基准时三极管16的漏极电压，曲线52表示在控制器10运行的一个特定部分期间流进三极管16的栅极的电流。栅极电流的强度被增大以确保其可被容易地显示。该解释参考图1和图2两者。在时间T0，三极管26被启动，并将三极管16的栅极保持在高电位，从而启动三极管16。如曲线51所示，三极管的漏极是低电位并且电流流过变压器17的感应线圈并通过三极管16流到返回19。如曲线52所示，三极管26将电流，诸如充电电流或漏电电流，提供给三极管16的栅极。在时间T1，控制器14将控制信号提供给驱动器21，驱动器21关闭三极管26并启动三极管22来停用三极管16。当三极管16被停用时，存储在变压器17的感应线圈中的能量将三极管16的漏极拖至高电位。来自电容器13的电流被三极管22导向地。在时间T1和时间T2之间，变压器17的主感应线圈释放存储的能量，并使得三极管16的漏极电压如曲线51所示振荡或波动。漏极电压的振荡引起相应的如曲线52所示的栅极电流的振荡。如本领域众所周知的，控制器14通常具有忽略其期间的退磁信号的消隐窗口。在一些实施例中，电阻器可被串联地插入节点15和电路31的输出之间，以减少振荡形状和相关的效应。当存储的能量被释放时，漏极电压渐进地衰落直到刚好在时间T2之间达到相对平坦的台阶电压。在时间T2，变压器17的感应线圈变成退磁的，并且三极管16的漏极电压开始向着通常被称为谷电压53的值下降。电压减少引起漏极电压的负电压变化。漏极电压改变引起电容器13附于漏极的接线端相对于另一电容器接线端变为负，并引起如箭头所示的负电流41从返回19在节点15流向电容器13。电流41的强度由电容器13的值、电压改变的频率、和电压改变的绝对值确定。当负电流41开始流动时，电流41的第一部分开始从返回19流向节点15，作为负电流36。二极管24阻止负电流36流过三极管22，结果电流36开始流过体二极管23到达三极管22的集电极以及在节点15到达电容器13。如果没有二极管24，那么电流36将从发射极到集电极逆向地流过三极管22。因此，二极管24阻挡电流36流过驱动器三极管22。在一个示例性配置中电容器13是三十皮可法拉(30pf)，频率为约五百千赫(500kHz)，电压改变为约一百伏特(100V)。结果电流为约十毫安(10ma)，电流的负部分，即电流36约为五毫安(5ma)。
当电流36流过二极管23时，如箭头所示，负电压35跨二极管23形成。该负电压将施加到三极管32的源极的电压降低到比施加到返回19的电压值低的值。在三极管32的源极降低电压增加了三极管32的栅极到源极电压。当电压35变得足够大时，三极管32被完全启动并且电流36流过二极管23在节点15到达电容器13。一旦电压35到达这样的值使得来自基准38的偏移基准电压减去电压35的大小等于三极管32的阈值电压，那么三极管32被完全启动。在三极管32被启动后，三极管32箝位电压35并如以下显示的限制电压35的值V35＝Vref-Vth-Von其中，
V35＝跨二极管23的电压35的箝位值，Vref＝施加于三极管32的栅极的偏移基准电压，Vth＝三极管32的阈值电压，和Von＝当二极管23开启并开始导通电流时跨二极管23的电压降。
通常这样选择偏移基准电压，以使当电压35小于或等于跨二极管23的最大前向电压降并且优选地不比约0.2至0.3伏特大时，三极管23被完全启动。为了给电压35提供这样的值，偏移基准电压的值通常近似等于三极管32的阈值电压。如将在下文中描述的，电压35的该值帮助将电流36的值保持为小。
一旦三极管32被启动，电流反射镜的三极管32和三极管33产生正补偿电流40，该正补偿电流40从输入45经过三极管32和33流到三极管16的栅极。电流40补偿电容器13所需的负电流41。少量的负电流41作为电流36继续流过二极管23。然而，三极管32已将电压35的值固定在一个小的值，从而使通过二极管23的阻抗大于通过三极管32和33的阻抗，因此，电流36比电流40小得多。通常，电流40比电流36大至少五十(50)倍。如果没有三极管32提供电流40并且固定电压35，那么所有的负电流41将流过二极管23并且将不利地影响控制器14的运行。
因为电流反射镜连接，流过三极管33的电流40促使如箭头所示的电流反射镜的输出电流或检测电流37流过三极管34和电阻器42到达返回19。流过电阻器42的检测电流37产生跨电阻器42的电压，该电压被施加到比较器39的非反相输入。当跨电阻器42的电压大于施加于比较器39的倒相输入的检测基准电压时，比较器39的输出变高。当三极管16的漏极电压在时间T3到达谷点时，电流36减小到近似为零，从而使得电流37也减小到近似为零。电流37的减小减少了跨电阻器42的电压的值，比较器39的输出再次变低。在比较器39的输出从高到低的转变大体上与漏极电压到达谷电压53一致。因此，比较器39的输出被控制器14用来在变压器17的感应线圈的电流在最小值时控制启动三极管16。如可被看到的，转换电路31将负电流36转换为正电流37，可容易地利用该正电流37来形成用于在时间T3检测谷电压点的电压。该正电流比负电流或负电压容易使用得多。此外，电阻器42的值或电流反射镜的比率可被容易地调整来为比较器39提供比由现有技术提供的电压更大的电压。因此，检测电流37比尝试直接检测电流36要更容易，更便宜，并且更可靠。
在优选实施例中，三极管16是N沟道MOS功率三极管，三极管26、33和34是P沟道MOS三极管，三极管32是N沟道MOS三极管，三极管22是双极三极管。应该注意到，三极管16还可以是P沟道MOS三极管或双极三极管，三极管22还可以是N沟道MOS三极管或PNP双极三极管或者可以是双极三极管和MOS三极管的并行组合。此外，即使三极管没有正在驱动感应线圈，驱动器21和检测器电路31也可被用来检测任何三极管的控制电极中的负电流。
再次参照图2，时间T1和T2之间的波动的负偏移也可被电路31检测到，并以如涉及时间T2和T3之间的运行而描述的相同方式在比较器39的输出产生转变。然而，这些转变通常被控制器14忽略。
再次参照图1，在优选实施例中，三极管26具有连接到输入45的源极、连接到驱动器21的输出的漏极、和连接到输入29的栅极。三极管22具有连接到驱动器21的输出的集电极、连接到二极管24的第一接线端的发射极，所述二极管24具有连接到返回19的第二接线端。三极管22的基极被连接到电容器27的第一接线端和电阻器28的第一接线端。电容器27的第二接线端被连接到电阻器28的第二接线端和输入29。输入29被连接到控制器14的输出。三极管32具有连接到驱动器21的输出的源极、连接到基准38的偏移基准电压输出的栅极、和连接到三极管33的漏极和栅极的漏极。三极管33的源极被连接到电压输入45。三极管34具有连接到三极管33的栅极的栅极、连接到输入45的源极、和连接到比较器的非倒相输入和电阻器42的第一接线端的漏极。电阻器42的第二接线端被连接到返回19。比较器39的倒相输入被连接到基准38的检测基准电压输出，比较器39的输出被连接到控制器14的输入。在另一实施例中，比较器39的输入可被颠倒。在这种情况下，控制器14将按来自比较器39的退磁信号的倒相极性运行。
图3示意性地示出作为在图1的描述中解释的控制器10的另一实施例的电源控制器60的实施例的一部分。控制器60包括驱动器61，驱动器61是驱动器21的另一实施例并且起与驱动器21相似的作用驱动器61包括下MOS驱动器三极管62，该三极管62代替图1中显示的三极管22并起与三极管22相似的作用。三极管62具有通常被称作寄生衬底二极管的寄生体二极管63，该寄生体二极管63起与二极管23类似的作用。二极管24被串行地连接在三极管62和三极管32的源极之间，从而施加于输入29的信号不需要偏移来确保三极管62被停用。如在驱动器21的运行中一样，驱动器61中的二极管24阻挡负电流36流过三极管62。在另一实施例中，二极管24可被串行地连接在三极管62和返回19之间。二极管24可以是常见的P-N节二极管，或者可以是肖特基二极管。
在优选实施例中，三极管62是N沟道MOS三极管。在此实施例中，三极管62具有连接到返回19的源极、连接到二极管24的阴极的漏极、和连接到输入29的栅极。二极管24的阳极被连接到驱动器61的输出。
图4示意性地示出作为在图1的描述中示出的控制器10的另一实施例的电源控制器70的实施例的一部分。控制器70包括功率三极管71，该功率三极管71代替三极管16并起与三极管16相似的作用。三极管71包括由电容器72示出的寄生集电极到基极电容。电容器72起与电容器13相似的作用。
三极管71具有连接到变压器17的第一接线端的集电极、连接到返回19的发射极、和连接到节点15以及驱动器21的输出的基极。
图5示意性地示出半导体装置75的实施例的一部分的放大的平面图，该半导体装置75形成在半导体模76上。谷电压检测电路11形成在模76上。模76还可包括为了图的简单而未在图3中显示的其它电路。例如，模76可包括控制器14的各个部分。
鉴于以上的全部，显而易见，公开了一种新颖的装置和方法。在其它特性之中，所包括的特性将三极管的负栅极电流或基极电流转换为正电流，并使用该正电流检测由功率三极管驱动的感应线圈的退磁。操纵最初通过驱动器三极管的寄生内部二极管的负栅极电流帮助控制负电流的路径，操纵通过检测三极管和电流反射镜的负栅极电流的大部分帮助将该负栅极电流转换成正电流并使流过寄生内部二极管的电流的量最小化，从而帮助使用该正电流来测量或检测负栅极电流。
尽管用特定优选实施例描述了本发明，但显而易见，许多选择和变化对于半导体领域的技术人员将是明显的。例如，三极管32和33可被光耦合器替代，或者三极管32、33和34可以是双极三极管。此外，三极管33可以被输入45和三极管32之间的电阻器替代。在这种情况下，到比较器39的正输入可被连接到电阻器和三极管32之间的节点。
权利要求
1.一种补偿负电流的方法，包括提供第一三极管，该第一三极管具有进入第一三极管的控制电极的负电流；将驱动器三极管连接到电压返回端以驱动第一三极管的控制电极；将检测器三极管的第一电流传送电极连接到第一三极管的控制电极；阻挡负电流从电压返回端流过驱动器三极管；和当在检测器三极管的第一电流传送电极的电压不小于第一电压时，启动检测器三极管以将正补偿电流从供电电压输入传导到第一三极管的控制电极。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述阻挡负电流从电压返回端流过驱动器三极管的步骤包括操纵负电流的第一部分从电压返回端到检测器三极管的第一电流传送电极。
3.如权利要求2所述的方法，其中，所述操纵负电流的第一部分从电压返回端到检测器三极管的第一电流传送电极的步骤包括操纵负电流的第一部分从电压返回端流过驱动器三极管的体二极管，其中流过体二极管的负电流的第一部分产生跨体二极管上的第一电压。
4.如权利要求1所述的方法，其中，所述启动检测器三极管以将正补偿电流从供电电压输入传导到第一三极管的控制电极的步骤包括启动检测器三极管以传导与负电流的第二部分相等的正补偿电流。
5.如权利要求4所述的方法还包括将正补偿电流从供电电压输入传导通过电流反射镜的基准三极管，并从电流反射镜产生正的输出电流，该正的输出电流代表负电流的第二部分。
6.如权利要求1所述的方法，其中，所述启动检测器三极管以传导正补偿电流的步骤包括将偏移基准电压施加于检测器三极管的控制电极，其中，偏移基准电压不大于检测器三极管的阈值电压。
7.如权利要求1所述的方法，其中，提供具有负电流进入第一三极管的控制电极的第一三极管的步骤包括连接第一三极管以驱动一个电感，以及停用第一三极管以阻止电流通过所述电感并产生负电流。
8.一种负电流检测电路，包括驱动器三极管，其具有第一电流传送电极，该电极被连接以提供从驱动器三极管的第二电流传送电极到电压返回端的正电流；第一三极管，其具有控制电极，该控制电极被连接以被驱动器三极管的第二电流传送电极所驱动；检测器三极管，其具有第一电流传送电极，该电极连接到驱动器三极管的第二电流传送电极以将正补偿电流提供给第一三极管的控制电极，该检测器三极管具有阈值电压；和电流反射镜，其被连接以将正补偿电流从电压输入传导到检测器三极管，并且被连接以产生代表正补偿电流的输出电流。
9.如权利要求8所述的负电流检测电路，其中，被连接以将正补偿电流从电压输入传导到检测器三极管并且产生输出电流的电流反射镜包括反射镜基准三极管，其具有第一电流传送电极和控制电极，所述电极被连接以用于将正补偿电流传导到检测器三极管，和连接到电压输入的第二电流传送电极；和反射镜从属三极管，其具有连接到反射镜基准三极管的控制电极的控制电极、连接到电压输入的第一电流传送电极、和被连接以提供输出电流的第二电流传送电极。
10.如权利要求9所述的负电流检测电路，还包括电阻器，其第一接线端被连接到反射镜从属三极管的第二电流传送电极，并且第二接线端被连接到电压返回端。
11.如权利要求8所述的负电流检测电路，其中，具有第一电流传送电极被连接以提供正电流的驱动器三极管包括被连接到一个二极管的阳极的第一电流传送电极，该二极管的阴极被连接到电压返回端。
12.如权利要求11所述的负电流检测电路，还包括与检测器三极管串行连接的、在驱动器三极管的第一电流传送电极和电压返回端之间的二极管。
13.如权利要求8所述的负电流检测电路，其中，具有第一电流传送电极与驱动器三极管的第二电流传送电极连接的检测器三极管包括该检测器三极管的控制电极，其被连接以接收基准电压。
14.如权利要求13所述的负电流检测电路，其中，被连接以接收基准电压的检测器三极管的控制电极包括，被连接以接收近似等于检测器三极管的阈值电压的基准电压的控制电极。
15.一种形成负电流补偿电路的方法，包括连接第一三极管以产生进入第一三极管的控制电极的负电流；形成驱动器三极管，其具有第一电流传送电极，该电极被连接以驱动第一三极管的控制电极，和第二电流传送电极，该电极被连接以阻挡负电流从电压返回端流过驱动器三极管到达第一三极管的控制电极；和形成检测器三极管，其具有第一电流传送电极，该电极被连接以响应于在检测器三极管的第一电流传送电极产生第一电压的负电流，而产生从电压输入流到第一三极管的控制电极的正补偿电流，其中，该正补偿电流代表负电流的至少一部分。
16.如权利要求15所述的方法，还包括形成电流反射镜，用于将正补偿电流传导到检测器三极管，并相应地形成来自电流反射镜的正检测电流，该正检测电流代表正补偿电流。
17.如权利要求15所述的方法，其中，形成具有被连接以驱动第一三极管的控制电极的第一电流传送电极和被连接以阻挡负电流的第二电流传送电极的驱动器三极管的步骤包括形成与驱动器三极管串联的、在电压返回端和检测器三极管的第一电流传送电极之间的二极管。
18.如权利要求17所述的方法，其中，形成与驱动器三极管串联的、在电压返回端和检测器三极管的第一电流传送电极之间的二极管的步骤包括按以下方法之一连接所述二极管或者将二极管的阳极连接到驱动器三极管的第二电流传送电极，或者将二极管的阴极连接到驱动器三极管的第一电流传送电极。
19.如权利要求15所述的方法，其中，形成具有被连接以响应于在检测器三极管的第一电流传送电极产生第一电压的负电流而产生从电压输入流到第一三极管的控制电极的正补偿电流的第一电流传送电极的检测器三极管的步骤包括形成检测器三极管，以响应于产生第一电压的负电流而产生正补偿电流，所述第一电压小于施加于电压返回端的电压。
20.如权利要求15所述的方法，其中，连接第一三极管以产生进入第一三极管的控制电极的负电流的步骤包括连接第一三极管以驱动一个电感，并响应地在停用第一三极管之后产生负电流。
全文摘要
一种电源控制器(10、60、70)使用功率三极管(16、71)的负电流(36)来检测谷点来当驱动感应线圈(17)时启动该功率三极管。负电流当感应线圈退磁时发生并可被用于控制启动功率三极管的时间。
文档编号H02M3/24GK1839535SQ03827041
公开日2006年9月27日 申请日期2003年9月23日 优先权日2003年9月23日
发明者弗朗柯伊斯·勒米特 申请人:半导体元件工业有限责任公司