(57)【要約】【課題】本発明の課題は、ロードダンプ時の動作において、すなわち負荷の遮断が急に行われる場合であっても適切な整流器ブリッジ回路を提供することである。【解決手段】前記課題は、請求項１に従う回路によって解決される。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の整流素子を備えた整流器ブリッジ回路において、
前記整流素子は、逆電圧ドリフトを有するトレンチＭＯＳバリアショットキーダイオード（ＴＭＢＳ）である、
ことを特徴とする、整流器ブリッジ回路。
【請求項２】
前記トレンチＭＯＳバリアショットキーダイオードは、電圧降伏時に電流が流れる場合でも動作する、請求項１記載の整流器ブリッジ回路。
【請求項３】
前記トレンチＭＯＳバリアショットキーダイオードは、逆方向電圧降伏時に電荷密度ｑｚ＝２０００Ａｓ／ｃｍ２を有する負荷が掛かった場合に、８％以下の電圧上昇ΔＶＺを有する、請求項１または２記載の整流器ブリッジ回路。
【請求項４】
前記トレンチＭＯＳバリアショットキーダイオードは、逆方向電圧降伏時に電荷密度ｑｚ＝２０００Ａｓ／ｃｍ２を有する負荷が掛かった場合に、１０％以下の電圧上昇ΔＶＺを有する、請求項１または２記載の整流器ブリッジ回路。
【請求項５】
前記トレンチＭＯＳバリアショットキーダイオードは、逆方向電圧降伏時に電荷密度ｑｚ＝２０００Ａｓ／ｃｍ２を有する負荷が掛かった場合に、２０％以下の電圧上昇ΔＶＺを有する、請求項１または２記載の整流器ブリッジ回路。
【請求項６】
前記トレンチＭＯＳバリアショットキーダイオードは、ダイオードの圧入ケーシング内に取り付けられたダイオードチップである、請求項１から５のいずれか１項記載の整流器ブリッジ回路。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項記載の整流器ブリッジ回路を備えた自動車発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、殊に自動車発電機において使用可能な整流器ブリッジ回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、自動車の交流発電機の整流にはＰＮダイオードが使用される。これらのダイオードは一般的に、本来の整流作用の他に、電圧が急に上昇した場合に発電機電圧を制限する保護機能を実現している。例えば、発電機電圧は、負荷の遮断または変化が急に生じる（ロードダンプ）と、急激に上昇してしまう。この場合、ダイオードは電圧を、例えば残りの電気系統に対してクリティカルではない３４Ｖよりも低い値に制限する。この場合、ダイオードはツェナーダイオードとして逆方向電圧降伏において動作する。
【０００３】
図１には、３相発電機のための整流器ブリッジ回路が略示されている。ここでは、６つのツェナーダイオードＺＤ１〜ＺＤ６（ＰＮダイオード）がＢ６ブリッジの形状で使用される。Ｕ，Ｖ及びＷで各相の接続端子を示し、Ｂ＋で正の直流端子を示した。もちろん、相数の異なる、例えば５，６又は７相の発電機のための整流器装置も可能である。
【０００４】
通常、整流器ダイオードは特別なケーシング、いわゆる圧入ケーシング内に取り付けられる。このようなダイオードは、例えば特許文献１から公知である。
【０００５】
通常動作時には電流は常に２つのダイオードを流れ、それぞれ約１Ｖの電圧降下が引き起こされる。ダイオードによって引き起こされる電力損失は、両方の順電圧と発電機電流との積から求まる。
【０００６】
発電機の電力は、ＰＮダイオードに代えてショットキーダイオードを用いることによって上昇させることができる。ショットキーダイオードは、ＰＮダイオードよりも著しく低い順電圧、例えば０．５Ｖ〜０．６Ｖの順電圧しか有さない。しかしながら、自動車発電機システムではショットキーダイオードの使用は、逆電流が比較的大きくなってしまうため、殊に逆電流が逆電圧に強く依存するために今日まで行われていない。
【０００７】
例えばＴＭＢＳダイオード（トレンチＭＯＳバリアショットキーダイオード）のように、ショットキーダイオードを改善して上述の欠点の緩和が可能であるが、この改善コンセプトは降伏時の動作には適用されないので、一般的にはＰＮ技術による付加的なツェナーダイオードによって保護する必要がある。
【０００８】
図２には、ＴＭＢＳダイオードが示されており、このＴＭＢＳダイオードはｎ＋基体１と、ｎエピタキシャル層２と、このｎエピタキシャル層２へのエッチングにより形成される少なくとも２つの溝６（トレンチ）と、アノード電極であるチップ表面にある金属層４と、カソード電極であるチップ背面にある金属層５と、溝６と表面にある金属層４との間の酸化膜７とから成る。電気的には、ＴＭＢＳダイオードは、ＭＯＳ構造（金属層、酸化膜７及びｎエピタキシャル層２）と、ショットキーダイオード（アノードである金属層とカソードであるｎエピタキシャル層２との間のショットキーバリア）との組合せである。
【０００９】
順方向では、電流は溝６同士の間のメサ領域を流れる。溝６自体は、電流を流すことには使用されない。
【００１０】
ＴＭＢＳダイオードの利点は、逆電流を低減することである。逆方向では、ＭＯＳ構造でもショットキーダイオードでも空乏層が形成される。空乏層は、電圧が上昇すると共に拡がり、ＴＭＢＳダイオードの降伏電圧より低い電圧の際にも隣り合う溝６の間の領域の中央でぶつかる。これによって、大きな逆電流の原因であるショットキー効果を遮蔽し、逆電流を低減する。この遮蔽効果は構造パラメータＤｔ（溝の深さ）、Ｗｍ（溝と溝との間の間隔）、Ｗｆ（溝の幅）並びにＴｏ（酸化膜の厚さ）に強く依存する。
【００１１】
ＴＭＢＳダイオードの降伏時には、極めて高い電界が、酸化膜７内と、ｎエピタキシャル層２の酸化膜のごく近傍とに、形成される。逆電流は、主に溝表面に沿って形成されたＭＯＳ構造の反転層を流れる。結果としてＭＯＳ構造は、ｎエピタキシャル層２から酸化膜７へホットキャリアが注入されることによって劣化し、その上所定の動作条件下では破損も考えられる。さらに、ＴＭＢＳダイオードの降伏電圧は変化する。酸化物へキャリアが注入されることによって、降伏時の動作における逆電圧が上昇する。このことによって、逆方向電圧降伏時の比較的長い動作において、許容されない高電圧が引き起こされてしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】ドイツ国特許出願公開公報明細書ＤＥ１９５４９２０２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の課題は、ロードダンプ時の動作において、すなわち負荷の遮断が急に生じる場合であっても適切な整流器ブリッジ回路を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記課題は、請求項１に従う回路によって解決される。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に記載の特徴を有する整流器ブリッジ回路は、ロードダンプ時の動作にも適するという利点を有する。この利点は主に、整流素子が小さな逆電圧ドリフトを有するトレンチＭＯＳバリアショットキーダイオードであることによって実現される。このようなダイオードは、有利にはツェナーダイオードの代わりに、交流電圧発電機のための整流器として使用され、保護素子を備えた付加的な回路を別に用いる必要はない。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】３相発電機のための整流器ブリッジ回路を示した図
【図２】ＴＭＢＳダイオードを示した図
【図３】６つのＴＭＢＳダイオードを備えた、３相発電機の場合の本発明による整流器ブリッジ回路
【図４】蓄積された電荷密度ｑｚに対して逆電圧ドリフトΔＶＺをプロットした図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図３には、６つのＴＭＢＳダイオードＳ１〜Ｓ６を備えた、３相発電機の場合の本発明による装置が示されている。もちろん、装置は相数の異なる発電機にも用いることができる。
【００１８】
順方向の場合、本発明によるダイオードにおいては、同じチップ面積のＰＮダイオードの順電圧より低い順電圧が降下する。
【００１９】
逆方向電圧降伏時の動作では、逆電圧が時間と共に上昇する。ただし逆電圧ドリフトはとりわけ、溝の深さＤｔ、溝と溝との間の間隔Ｗｍ、溝の幅Ｗｆ及び酸化膜の厚さＴｏのような技術的な構造パラメータによって、並びにエピタキシャル層２をドープすることによって制御することができる。これは、本発明による整流器ブリッジ回路において、ＴＭＢＳダイオードを用いた場合の逆電圧ドリフトが小さくなるように行われる。
【００２０】
逆電圧ドリフトΔＶＺを評価するために、電荷密度ｑｚ（単位：Ａｓ/ｃｍ２で測定される）が定義される。電荷密度ｑｚは、降伏電流密度ｊｚがダイオードの降伏状態にある時間ｔｚ全体に亘って積分される場合に生じる、チップ面積あたりの電荷を示している。
ｑｚ＝∫ｊｚ（ｔ）・ｄｔｚ                    （１）
全ての降伏現象、例えば動作中の全てのロードダンプ現象を加えても、電圧上昇は所定の値を超過してはならない。さもなければ、電気系統電圧は最終的に許容できない高い値に、例えば３４Ｖを超えて上昇してしまう。
【００２１】
通常の１４Ｖの電気系統に対する、本発明による小さなドリフトのＴＭＢＳダイオードの基準として、第１の実施形態では、２０００Ａｓ／ｃｍ２の電荷密度ｑｚの場合に、逆電圧上昇ΔＶＺは８％を超えないようにすることが提案される。この第１の実施形態は図４に示されており、蓄積された電荷密度ｑｚに対して逆電圧ドリフトΔＶＺがプロットされている。
【００２２】
通常の１４Ｖの電気系統に対する、本発明による小さなドリフトのＴＭＢＳダイオードの基準として、第２の実施形態では、２０００Ａｓ／ｃｍ２の電荷密度ｑｚの場合に、逆電圧上昇ΔＶＺは１０％を超えないようにすることが提案される。
【００２３】
通常の１４Ｖの電気系統に対する、本発明による小さなドリフトのＴＭＢＳダイオードの基準として、第３の実施形態では、２０００Ａｓ／ｃｍ２の電荷密度ｑｚの場合に、逆電圧上昇ΔＶＺは２０％を超えないようにすることが提案される。
【符号の説明】
【００２４】
１                  ｎ＋基体
２                  ｎエピタキシャル層
４                  チップ表面にある金属層
５                  チップ背面にある金属層
６                  溝
７                  酸化膜
ＺＤ１〜ＺＤ６      ツェナーダイオード
Ｕ，Ｖ，Ｗ          各相の接続端子
Ｂ＋                正の直流端子
Ｄｔ                溝の深さ
Ｗｍ                溝と溝との間の間隔
Ｗｆ                溝の幅
Ｔｏ                酸化膜の厚さ
Ｓ１〜Ｓ６          ＴＭＢＳダイオード
ｑｚ                電荷密度
ΔＶＺ              逆電圧ドリフト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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