[发明专利]理想二极管及其控制电路

说明书

本申请公开了理想二极管及其控制电路。该理想二极管包括：晶体管，所述晶体管的第一端接收输入电压，第二端提供输出电压；以及控制电路，与所述晶体管相连接，采用所述晶体管的第一端和第二端之间的电压降供电，并且向所述晶体管的控制端提供控制信号，使得所述晶体管持续导通，并且在导通状态下，所述第一端和所述第二端之间的电压降稳定为设定的目标值。该理想二极管中的晶体管处于持续导通状态，从而可以实现晶体管及其控制电路的单片集成，并且可以去除使得晶体管的间隙式导通所需的大电容，减少外围元件的数量。

技术领域

本发明涉及半导体技术，更具体地，涉及理想二极管及其控制电路。

背景技术

肖特基二极管是利用金属与半导体之间的接触特性形成的二极管，由于接触界面存在的肖特基垫垒产生整流效果。如图1所示，肖特基二极管D1在正向导通时，电流从阳极端流向阴极端，从而在阳极端接收输入电压VIN，在阴极端提供输出电压VOUT。肖特基二极管具有非对称导电特性，在正向导通状态时的电阻远小于反向导通状态时的电阻。然而，肖特基二极管在正向导通时仍然存在着明显的电阻，二极管损耗很大，从而降低转换效率。同时，肖特基二极管在工作时的发热非常严重，需要进行散热处理，从而导致应用成本增大。

为了进一步降低整流器件的损耗，可以采用理想二极管替代肖特基二极管。图2示出间歇式工作的理想二极管的示意性电路图，其中未示出控制电路。图3示出间歇式工作的理想二极管的详细电路图。理想二极管200包括晶体管Q1以及晶体管Q1的控制电路。控制电路包括振荡器OSC、电荷泵CP、带隙基准模块BG、比较器COMP、驱动模块DRV、电阻R1和R2、电容C1。晶体管Q1和控制电路的主要部分例如形成芯片210，电容C1则是芯片210的外围元件。

在芯片210的内部，晶体管Q1的源极和漏极分别连接至芯片210的输入端VIN和输出端VOUT。在芯片210的外部，电容C1的两端分别连接至芯片210的电容正端CP+和电容负端CP-。在晶体管Q1的截止状态，由于晶体管Q1的体二极管，电流仍然可以从芯片210的输入端VIN流向输出端VOUT。晶体管Q1的体二极管上的电压降产生内部供电电压，使得振荡器OSC和电荷泵CP工作，在芯片210的电容正端CP+和电容负端CP-之间产生充电电压，对电容C1进行充电。芯片210内部的比较器COMP、带隙基准模块BG和驱动模块DRV均获得内部供电电压开始工作。

在电容C1的充电期间，电阻R1和R2组成分压网络，用于获得用于表征电容C1的端电压的检测信号。比较器COMP将检测信号与基准电压进行比较。当电容C1的端电压达到一定基准电压时，比较器COMP的比较结果翻转，使得驱动模块DRV产生的控制信号翻转，使得晶体管Q1导通。此时，由于晶体管Q1导通电阻很小，晶体管Q1源漏电压降很低，也即芯片210的输入端VIN和输出端VOUT的电压降很小，从而晶体管Q1的功耗很小。在芯片210的内部，电荷泵CP获得的内部供电电压过小，因而停止工作。电容C1上储存的电荷会逐渐放电给晶体管Q1的栅电容。

在电容C1的放电期间，当外面C1电容被放电到一定阈值后，芯片内部比较器会关闭晶体管Q1，而后振荡器和电荷泵开始工作，对C1进行充电，如此反复，间歇式导通晶体管Q1。

在上述的理想二极管中，电容C1周期性充电和放电，使得晶体管Q1在控制电路的控制下间歇导通。晶体管Q1的导通占空比可以最高达到98％，从而可以提高导通效率。但是，现有技术中的理想二极管必须外接一个泵电容C1，用来储存能量，才能使得晶体管Q1在控制电路的控制下间歇导通，因此，理想二极管还具有外围器件，成本较高。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种理想二极管及其控制电路，其中，控制电路维持晶体管的持续导通，并且稳定晶体管的第一端和第二端之间的电压降，从而可以减小功耗，可以实现片上全集成。