使用平面开关元件的改进的同步桥式整流器制造技术

一种同步桥式整流器包括单片裸片，该单片裸片包括多个平面开关元件，每个平面开关元件具有控制端和两个受控端。桥式整流器还包括机械地附接到单片裸片的多个控制器集成电路，其中控制器集成电路被配置为感测跨平面开关元件的受控端的电压并在平面开关元件的控制端处产生驱动信号，以控制平面开关元件的打开和关闭，从而能够对交流输入信号进行整流，以形成整流后的直流输出信号。成整流后的直流输出信号。成整流后的直流输出信号。

【技术实现步骤摘要】
使用平面开关元件的改进的同步桥式整流器
[0001]相关申请
[0002]本申请要求2021年8月17日提交的美国临时申请No.63/234,158的优先权，其全部内容通过引用并入本文。


[0003]本专利技术涉及同步桥式整流器领域，更特别地，本专利技术涉及同步桥式整流器、操作同步桥式整流器的方法及其部件。

技术介绍

[0004]桥式整流器将交流(AC)信号转换为直流(DC)信号。这个过程也被称为“整流”。桥式整流器通常用于离线式电源，其从正弦交流输入电源接收电力并提供可用于为负载(例如电子装置)供电的稳压直流输出。虽然此类电源通常对整流后的直流信号执行后续处理和转换，但桥式整流器执行将交流信号转换为直流信号的基本功能。
[0005]图1示出了现有技术的桥式整流器电路。如图1所示，第一二极管D1的阴极耦合到第二二极管D2的阴极。第二二极管D2的阳极耦合到第三二极管D3的阴极。第三二极管D3的阳极耦合到第四二极管D4的阳极。第四二极管D4的阴极耦合到第一二极管D1的阳极。第一二极管D1的阳极和第四二极管D4的阴极之间的节点提供第一交流电源输入端，而第二二极管D2的阳极和第三二极管D3的阴极之间的节点提供第二交流电源输入端。第一二极管D1的阴极和第二二极管D2的阴极之间的节点提供第一直流信号输出端，而第三二极管D3的阳极和第四二极管D4的阳极之间的节点提供第二直流信号输出端。在输入端上施加交流输入信号V
AC
，以在输出端上产生整流后的直流输出信号V
DC
。/>[0006]图2示出了交流正弦波输入信号V
AC
和整流后的直流输出信号V
DC
。如图2所示，交流输入信号V
AC
跨越零伏特电平以上和以下。产生的脉动直流输出信号V
DC
保持在零伏特电平以上。图1和图2中所示的整流器是全波整流器，这意味着交流输入信号的正和负部分(在零伏特电平以上和以下)被转换为输出。其他类型的整流器包括半波整流器，其中交流输入的正半部分或负半部分被传递到输出，而另一半被阻塞。
[0007]在整流器中使用二极管使得设计相对简单，但是，跨二极管的电压降(大约0.7伏特)会产生热量并降低效率。因此，需要一种改进的桥式整流器。

技术实现思路

[0008]本专利技术提供了一种使用平面开关元件的同步桥式整流器。在一个实施例中，同步桥式整流器包括单片裸片，该单片裸片包括多个平面开关元件，每个平面开关元件具有控制端和两个受控端。桥式整流器还包括机械地附接到单片裸片的多个控制器集成电路，其中控制器集成电路被配置为感测跨平面开关元件的受控端的电压并在平面开关元件的控制端处产生驱动信号，以控制平面开关元件的打开和关闭，从而能够对交流输入信号进行整流，以形成整流后的直流输出信号。
附图说明
[0009]本专利技术是关于其特定示例性实施例进行描述的，并因此参考附图，其中：
[0010]图1示出了现有技术的二极管桥式整流器电路；
[0011]图2示出了交流正弦波电压信号和全波整流后的正弦波电压信号；
[0012]图3示出了根据本专利技术的实施例的同步桥式整流器；
[0013]图4示出了根据本专利技术的实施例的同步桥式整流器的开关单元的控制电路；
[0014]图5A
‑
图5B示出了根据本专利技术的实施例的驱动器电路；
[0015]图6示出了显示根据本专利技术的实施例的驱动器电路的操作的时序图；
[0016]图7示出了根据本专利技术的实施例的开关功率转换器；
[0017]图8示出了根据本专利技术的实施例的用于开关单元的电源；
[0018]图9示出了根据本专利技术的实施例的四晶体管单片集成电路裸片；
[0019]图10示出了根据本专利技术的实施例的用于同步桥式整流器的集成电路组件；
[0020]图11示出了根据本专利技术的实施例的用于同步桥式整流器的集成电路组件的示例性接合线连接；
[0021]图12示出了根据本专利技术的替代实施例的用于同步桥式整流器的集成电路组件；以及
[0022]图13A
‑
图13D示出了根据本专利技术的实施例的用于同步桥式整流器的集成电路组件的顶视图、侧视图、底视图和端视图。
具体实施方式
[0023]根据本专利技术的实施例，提供了一种同步桥式整流器，其中同步开关元件包括平面晶体管。例如，开关元件可以包括高电子迁移率晶体管(HEMT)，例如氮化镓(GaN)晶体管。这种开关元件是“平面的”，因为它们往往比等效容量的“垂直的”结构(例如金属
‑
氧化物
‑
硅场效应晶体管(MOSFET))每个器件占据更大的面积。在优选实施例中，开关元件包括GaN晶体管；因此，在本文描述的实施例中，开关元件被称为GaN晶体管。然而，应当理解，所描述的GaN晶体管可以用任何类型的HEMT器件或任何其他类型的平面器件代替，包括但不限于由碳化硅、双极和锗半导体材料构成的那些。
[0024]每个开关元件，例如GaN晶体管，由相应的专用控制器电路控制，该控制器电路感测跨GaN晶体管的漏极和源极的电压，并且响应于感测到的电压，控制GaN晶体管的栅极以在适当的时间开启和关断GaN晶体管，以便对交流(AC)源的交流输入信号进行整流，以形成直流DC输出信号。
[0025]每个控制器电路优选地实施为集成电路(IC)，该集成电路配备有用于从交流输入信号为其自身供电的电源。耦合到每个控制器电路的电容器用作能量储存器，以在控制器电路的电源无法从交流输入信号获得电力时为控制器电路提供电力。
[0026]每个控制器电路优选地具有恰好四个端子，包括被配置为控制相应的GaN晶体管的栅极的栅极端，被配置为耦合到相应的GaN晶体管的漏极的漏极端，被配置为耦合到相应的GaN晶体管的源极的源极端以及电源端。控制器被配置为感测跨相应的GaN晶体管的漏极和源极的电压，用于控制GaN晶体管的开关。控制器还被配置为从跨漏极端和源极端的交流输入电压获得用于为控制器电路供电的电力。电源端耦合到电容器，用于对电容器充电以
及从电容器接收能量。当控制器电路的电源无法使用交流电源时，电容器提供能量存储，用于为控制器电路供电。
[0027]根据一个实施例，每个控制器电路可以将代表GaN晶体管的漏源电压的感测信号与第一参考电压电平进行比较，用于关断GaN晶体管。该比较可以由控制器的第一比较器执行。每个控制器还可以将代表GaN晶体管的漏源电压的感测信号与第二参考电压电平进行比较，用于开启GaN晶体管。该比较可以由控制器的第二比较器执行。
[0028]每个控制器电路优选地包括用于控制相应的GaN晶体管开关的栅极端的栅极驱动器。栅极驱动器被配置为向相应的GaN晶体管提供适当的驱动信号。例如，由栅极驱动器产生的栅极驱动信号被限制在大约5.5伏特直流的最大电平。控制器电路可以包括用于实现控制器功能的MOSFET。因此，用于控制器电路的电源电压本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单片裸片，包括：第一平面晶体管，占据所述单片裸片的第一象限；所述第一平面晶体管具有栅极、漏极和源极；第二平面晶体管，占据所述单片裸片的第二象限；所述第二平面晶体管具有栅极、漏极和源极；第三平面晶体管，占据所述单片裸片的第三象限；所述第三平面晶体管具有栅极、漏极和源极；第四平面晶体管，占据所述单片裸片的第四象限；所述第四平面晶体管具有栅极、漏极和源极；第一金属焊盘，机械地附接到所述单片裸片并占据所述第一象限和所述第二象限的一部分，所述第一金属焊盘被配置为将所述第一平面晶体管的漏极电耦合到所述第二平面晶体管的漏极；第二金属焊盘，机械地附接到所述单片裸片并占据所述第二象限和所述第三象限的一部分，所述第二金属焊盘被配置为将所述第二平面晶体管的源极电耦合到所述第三平面晶体管的漏极；第三金属焊盘，机械地附接到所述单片裸片并占据所述第三象限和所述第四象限的一部分，所述第三金属焊盘被配置为将所述第三平面晶体管的源极电耦合到所述第四平面晶体管的源极；以及第四金属焊盘，机械地附接到所述单片裸片并占据所述第一象限和所述第四象限的一部分，所述第四金属焊盘被配置为将所述第四平面晶体管的漏极电耦合到所述第一平面晶体管的源极。2.根据权利要求1所述的单片裸片，还包括：第五金属焊盘，机械地附接到所述单片裸片并占据所述第一象限的一部分，所述第五金属焊盘耦合到所述第一平面晶体管的栅极；第六金属焊盘，机械地附接到所述单片裸片并占据所述第二象限的一部分，所述第六金属焊盘耦合到所述第二平面晶体管的栅极；第七金属焊盘，机械地附接到所述单片裸片并占据所述第三象限的一部分，所述第七金属焊盘耦合到所述第三平面晶体管的栅极；以及第八金属焊盘，机械地附接到所述单片裸片并占据所述第四象限的一部分，所述第八金属焊盘耦合到所述第四平面晶体管的栅极。3.根据权利要求1所述的单片裸片，其中所述第一平面晶体管、所述第二平面晶体管、所述第三平面晶体管和所述第四平面晶体管包括高电子迁移率晶体管(HEMT)。4.根据权利要求1所述的单片裸片，其中所述第一平面晶体管、所述第二平面晶体管、所述第三平面晶体管和所述第四平面晶体管包括氮化镓(GaN)晶体管。5.根据权利要求1所述的单片裸片，其中所述第一平面晶体管、所述第二平面晶体管、所述第三平面晶体管和所述第四平面晶体管包括从由碳化硅、双极和锗半导体材料组成的组中选择的材料。6.一种桥式整流器，其包括根据权利要求1所述的单片裸片，被配置为对交流输入信号进行整流以形成整流后的直流输出信号。
7.一种集成电路组件，包括：单片裸片，包括：第一平面晶体管，占据所述单片裸片的第一象限，所述第一平面晶体管具有栅极、漏极和源极；第二平面晶体管，占据所述单片裸片的第二象限，所述第二平面晶体管具有栅极、漏极和源极；第三平面晶体管，占据所述单片裸片的第三象限，所述第三平面晶体管具有栅极、漏极和源极；以及第四平面晶体管，占据所述单片裸片的第四象限，所述第四平面晶体管具有栅极、漏极和源极；以及多个控制器集成电路，机械地附接到所述单片裸片，所述多个控制器集成电路被配置为产生用于控制所述第一平面晶体管、所述第二平面晶体管、所述第三平面晶体管和所述第四平面晶体管的栅极端的驱动信号。8.根据权利要求7所述的集成电路组件，其中，所述多个控制器集成电路恰好包括四个控制器集成电路，一个控制器集成电路用于所述第一平面晶体管、所述第二平面晶体管、所述第三平面晶体管和所述第四平面晶体管中的一个。9.根据权利要求8所述的集成电路组件，其中，所述集成电路组件用作桥式整流器并且恰好包括八个端子，包括两个桥式整流器输入端、两个桥式整流器输出端和四个电源端，一个电源端用于四个集成电路控制器中的一个。10.根据权利要求9所述的集成电路组件，还包括四个电容器，其中所述四个电源端中的每一个耦合到所述四个电容器中的相应的一个电容器并且其中所述电容器在所述集成电路组件的外部。11.根据权利要求9所述的集成电路组件，还包括四个电容器，其中所述四个电源端中的每一个耦合到所述四个电容器中的相应的一个电容器并且其中所述电容器在所述集成电路组件的内部。12.根据权利要求7所述的集成电路组件，其中，所述多个控制器集成电路恰好包括三个控制器集成电路，包括用于控制所述第一平面晶体管的栅极的第一控制器集成电路，用于控制所述第二平面晶体管的栅极的第二控制器集成电路，以及用于控制所述第三平面晶体管的栅极和所述第四平面晶体管的栅极的第三控制器集成电路。13.根据权利要求10所述的集成电路组件，其中，所述集成电路组件用作桥式整流器，并且恰好包括七个端子，包括两个桥式整流器输入端、两个桥式整流器输出端和三个电源端，一个电源端用于三个集成电路控制器中的一个。14.根据权利要求13所述的集成电路组件，还包括三个电容器，其中所述三个电源端中的每一个耦合到所述三个电容器中的相应的一个电容器并且其中所述电容器在所述集成电路组件的外部。15.根据权利要求13所述的集成电路组件，还包括三个电容器，其中所述三个电源端中的每一个耦合到所述三个电容器中的相应的一个电容器并且其中所述电容器在所述集成电路组件的内部。16.根据权利要求7所述的集成电路组件，其中每个控制器集成电路包括用于向相应的
控制器集成电路提供工作功率的电源，所述电源产生大约12至15伏特直流的电源电压，并且其中每个控制器集成电路包括栅极驱动器电路，其被配置为产生用于控制所述第一平面晶体管、所述第二平面晶体管、所述第三平面晶体管和所述第四平面晶体管的栅极端的驱动信号，其中所述栅极驱动信号各自被限制为大约5.5伏特直流。17.根据权利要求7所述的集成电路组件...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄新年，
申请(专利权)人：虹冠电子工业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：