(57)【要約】  本願では、カソード端子（Ｋ１）とアノード端子（Ａ１）とを備え、カソード端子（Ｋ１）とアノード端子（Ａ１）との間に、統合された逆ダイオード（Ｄ６）を有する少なくとも一つのＭＯＳＦＥＴトランジスタ（Ｔ１）を備えた電子回路（２）が設けられている整流回路が記載されており、アバランシェモードで動作するＭＯＳＦＥＴトランジスタ（Ｔ１）のドレイン−ソース間降伏電圧が整流回路（１）のカソード端子（Ｋ１）とアノード端子（Ａ１）との間のクランプ電圧に対応する。さらに、カソード端子（Ｋ１）とアノード端子（Ａ１）とを備え、カソード端子（Ｋ１）とアノード端子（Ａ１）との間に、統合された逆ダイオード（６）を有する少なくとも一つのＭＯＳＦＥＴトランジスタ（Ｔ１）が設けられている整流回路の動作方法が提案され、ＭＯＳＦＥＴトランジスタ（Ｔ１）のドレイン−ソース間降伏電圧がカソード端子（Ｋ２）とアノード端子（Ａ２）との間のクランプ電圧に対応させて選択され、ＭＯＳＦＥＴトランジスタ（Ｔ１）はアバランシェモードで動作させられる。
2017506490.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カソード端子（Ｋ１）とアノード端子（Ａ１）とを備え、前記カソード端子（Ｋ１）と前記アノード端子（Ａ１）との間に、統合された逆ダイオード（Ｄ６）を有する少なくとも一つのＭＯＳＦＥＴトランジスタ（Ｔ１）を備えた電子回路（２）が設けられている整流回路において、
アバランシェモードで動作する前記ＭＯＳＦＥＴトランジスタ（Ｔ１）のドレイン−ソース間降伏電圧が、前記整流回路（１）の前記カソード端子（Ｋ２）と前記アノード端子（Ａ２）との間のクランプ電圧に対応していることを特徴とする整流回路。
【請求項２】
前記ＭＯＳＦＥＴトランジスタ（Ｔ１）は、プレーナ型の縦型ＤＭＯＳＦＥＴトランジスタである、請求項１に記載の整流回路。
【請求項３】
前記ＭＯＳＦＥＴトランジスタ（Ｔ１）は、トレンチ型ＭＯＳトランジスタである、請求項１又は２に記載の整流回路。
【請求項４】
前記ＭＯＳＦＥＴトランジスタ（Ｔ１）は、アバランシェ降伏において置換される損失電力が能動的チップ面に亘って少なくともほぼ均等に分散されるように構成されている、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の整流回路。
【請求項５】
前記ＭＯＳＦＥＴトランジスタ（Ｔ１）は、当該ＭＯＳＦＥＴトランジスタ（Ｔ１）のゲート酸化物内への電荷担体の注入が回避されるように構成されている、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の整流回路。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の少なくとも一つの前記整流回路（１）を備えていることを特徴とする、交流電圧を整流する電子部品。
【請求項７】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の少なくとも一つの前記整流回路（１）及び／又は請求項６に記載の少なくとも一つの前記電子部品を備えていることを特徴とする、自動車の電圧供給のための発電機。
【請求項８】
カソード端子（Ｋ１）とアノード端子（Ａ１）とを備え、前記カソード端子（Ｋ１）と前記アノード端子（Ａ１）との間に、統合された逆ダイオード（Ｄ６）を有する少なくとも一つのＭＯＳＦＥＴトランジスタ（Ｔ１）が設けられている整流回路の動作方法において、
前記ＭＯＳＦＥＴトランジスタ（Ｔ１）のドレイン−ソース間降伏電圧を、前記カソード端子（Ｋ２）と前記アノード端子（Ａ２）との間のクランプ電圧に対応させて選択するステップと、
前記ＭＯＳＦＥＴトランジスタ（Ｔ１）を、アバランシェモードで動作させるステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、整流回路、整流回路を備えた電子構成部品、整流回路を備えた自動車の電圧供給のための発電機、及び、整流回路を作動させる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術
交流電圧から直流電圧を生成するために、現在では主に複数のダイオードの相互接続構成からなる整流器ブリッジが使用されている。また代替的に、そのようなダイオードの代わりに、同期整流器又は能動的整流器を、導通損失の低減のために用いることが可能である。その際には、通常使用されるダイオードが、適当なパワーＭＯＳＦＥＴに置き換えられる。このことは、より高い回路コストとなって現れる。その理由は、ＭＯＳＦＥＴについては、時間的に正確な駆動制御が必要とされるからである。そのための付加的回路部品は、大抵は集積回路に統合され、ＭＯＳＦＥＴの各ゲート端子に接続されている。
【０００３】
同期整流器の簡単な変形形態は、独国特許出願公開第１０２００７０６０２１９号明細書（ＤＥ１０２００７０６０２１９Ａ１）において提案されている。そこでは各パワーＭＯＳＦＥＴに、付加的回路素子が個別に対応付けられている。これらの付加的回路素子の電流供給は、ここではそれぞれ一つの小さなバイパスコンデンサが担っている。複数のトランジスタ、ダイオード、抵抗及びバイパスコンデンサからなるこれらの付加的回路素子が、パワーＭＯＳＦＥＴと共に小型のハウジング内に統合されているならば、そのように構成された構成要素はダイオードのように相互接続可能となる。
【０００４】
この種の回路装置は、自身で高い電圧ピークの制限ができるような設計仕様とすることも可能である。この高い電圧ピークは、例えば交流発電機において、大きな突発的負荷変動が出現したときに生じる。そのような発電機は、例えば自動車用の三相又は多相発電機であり得る。そのような短時間だけ持続する動作事象は、ロードダンプとも称される。
【０００５】
独国特許出願公開第１０２００７０６０２１９号明細書の図１には、シリコンＰＮダイオードの代わりに整流器ブリッジを使用した整流回路が示されている。この整流回路も、シリコンＰＮダイオードのようにカソード端子Ｋ１とアノード端子Ａ１を有している。ＭＯＳトランジスタＴ１と逆ダイオードＤ６は、並列に接続され、この相互接続における技術的制約のもとにマイクロエレクトロニクス構成部品を形成している。
【０００６】
この整流回路は、対称的に構造化された差動増幅器を有しており、この差動増幅器は、トランジスタＴ２及びＴ３と、抵抗Ｒ１，Ｒ２及びＲ３とから構成されている。この差動増幅器の第１の入力側は、ダイオードＤ１を介してカソード端子Ｋ１と、ＭＯＳトランジスタＴ１のドレイン端子とに接続されている。この差動増幅器の第２の入力側は、ダイオードＤ２を介してアノード端子Ａ１に接続されている。この差動増幅器は、整流回路のカソード端子Ｋ１とアノード端子Ａ１との間に存在する電位差を増幅する。この差動増幅器の対称的な構造のために、温度差及び経年変化は、わずかな規模でしか差動増幅器の特性に影響を及ぼさない。
【０００７】
この差動増幅器の出力信号は、トランジスタＴ３のコレクタから得られ、抵抗Ｒ４を介して電流増幅段の入力側に転送される。この電流増幅段は、トランジスタＴ４及びＴ５からなり、それらのベースは共通接続されている。ツェナーダイオードＤ５は、トランジスタＴ１のための保護素子として機能し、そのゲートを過電圧から保護している。
【０００８】
交流電圧を整流するときには、カソード端子Ｋ１とアノード端子Ａ１との間に、周波数ｆの交流電圧が印加される。カソード端子Ｋ１における電位がポジティブのとき、ＭＯＳトランジスタＴ１はその統合された逆ダイオードＤ６と共に遮断モードとなり、コンデンサＣ１はダイオードＤ３及び抵抗Ｒ５を介して充電可能である。コンデンサＣ１に印加される電圧は、整流回路のさらなる構成部品の給電のために使用される。
【０００９】
それ対してカソード端子Ｋ１における電位が、整流回路のアノード端子Ａ１における電位に対して負（ネガティブ）であるときには、ＭＯＳトランジスタＴ１のゲート−ソース間電圧は正（ポジティブ）となり、そのしきい値電圧よりも高くなる。ＭＯＳトランジスタＴ１は、この条件のもとで導通し、その際、この通流方向での電流通流は、極僅かな電圧降下しか引き起こさない。
【００１０】
整流回路のカソード端子Ｋ１における電位が、再び整流回路のアノード端子Ａ１における電位に対して正（ポジティブ）になった場合には、ＭＯＳトランジスタＴ１のゲート−ソース間電圧がそのしきい値電圧よりも小さくなる。これらの条件のもとで、ＭＯＳトランジスタＴ１は遮断される。これに基づいてＭＯＳトランジスタＴ１を流れる電流通流は非常に僅かとなる。
【００１１】
整流回路のカソード端子Ｋ１における電位が、整流回路のアノード端子Ａ１における電位に対して正（ポジティブ）となり、かつ、この電位差が、ツェナーダイオードＤ４によって設定される値を上回った場合には、トランジスタＴ４及びＴ５からなる電流増幅段の入力電位が上昇する。それにより、ＭＯＳトランジスタＴ１のゲート−ソース間電圧が上昇して、ＭＯＳトランジスタＴ１のドレイン−ソース間で電流通流が引き起こされる。この電流通流は、所定の条件のもとで、整流回路のカソード端子Ｋ１とアノード端子Ａ１との間の電位差を、予め定められた値に制限する。この電位差が制限される特徴は、電圧クランプとも称され、特定のケースにおいて、過電圧からの保護又はロードダンプ保護を形成する。
【００１２】
ここでのＭＯＳＦＥＴトランジスタＴ１は、その絶縁耐力について次のような設計仕様とされる。即ち、そのドレイン−ソース間降伏電圧が、クランプダイオードＤ４によって決定される回路のクランプ電圧よりもはるかに高くなるような設計仕様とされる。例えばクランプ電圧が２２Ｖの場合、約４０Ｖのドレイン−ソース間降伏電圧を有するパワーＭＯＳＦＥＴトランジスタを使用する。ダイオードＤ４を用いたクランピングの間、トランジスタＴ１は同時に、高い電圧及び電流のもとで動作する。このことは、電流飽和状態での動作又は線形動作とも称される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２００７０６０２１９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
この線形動作は特に最新のＭＯＳＦＥＴトランジスタの場合には、その小さなセル構造を備えているが故に不安定となる。高いドレイン−ソース間電圧及び高いドレイン電流のもとでは、電流が一箇所に集約される傾向があり、このことは構成部品の破損に結び付く可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
発明の開示
本発明によれば、カソード端子とアノード端子とを備え、カソード端子とアノード端子との間に、統合された逆ダイオードを有する少なくとも一つのＭＯＳＦＥＴトランジスタを備えた電子回路が設けられている整流回路が提供され、当該整流回路では、アバランシェモードで動作するＭＯＳＦＥＴトランジスタのドレイン−ソース間降伏電圧が、整流回路のカソード端子とアノード端子との間のクランプ電圧に対応している。
【００１６】
本発明によれば、これまで使用されてきた能動的電圧クランプの代わりに、そのドレイン−ソース間降伏電圧が所望のクランプ電圧に対応しているＭＯＳＦＥＴトランジスタを使用することが提案されている。その理由は、低減されたドレイン−ソース間降伏電圧の特性が、オン抵抗の低減に結び付けられると同時に、本願で説明する当該方法は、整流器動作中に生じる損出電力の低減にもつながるからである。
【００１７】
さらにパワートランジスタの不変のチップ面積のもとで、整流器動作中の導通損失が低減し、さらに電圧クランプ動作中のより高い定格電力も達成される。
【００１８】
このＭＯＳＦＥＴトランジスタは、プレーナ型の縦型ＤＭＯＳＦＥＴトランジスタであってもよい。ＤＭＯＳ技術のトランジスタ（二重拡散金属酸化物半導体）は、特にこの動作モードに良好に適している。
【００１９】
ＭＯＳＦＥＴトランジスタの構造は、好ましくはアバランシェ降伏において置換される損失電力が、能動的チップ面に亘って少なくともほぼ均等に分散されるように構成される。
【００２０】
ＭＯＳＦＥＴトランジスタの構造は、好ましくはＭＯＳＦＥＴトランジスタのゲート酸化物への電荷担体の注入が回避されるように構成される。
【００２１】
ＭＯＳＦＥＴトランジスタは、トレンチ型ＭＯＳトランジスタであってもよい。その理由は、本発明によれば、好ましくはアバランシェモードが、線形モードの動作の代わりに用いられるからである。ここではセルサイズの小さなトレンチ型トランジスタを使用することも可能である。
【００２２】
本発明によれば、前述した少なくとも一つの整流回路を備えた、交流電圧を整流する電子部品が提案される。ここでは前述したのと同様の利点及び変更が有効である。
【００２３】
さらに、本発明によれば、少なくとも一つの前述した整流回路及び／又は前述した電子部品を備えた、自動車の電圧供給のための発電機が提案されている。ここでも前述したのと同様の利点及び変更が有効である。
【００２４】
さらに、カソード端子とアノード端子とを備え、カソード端子とアノード端子との間に、統合された逆ダイオードを有する少なくとも一つのＭＯＳＦＥＴトランジスタが設けられている、本発明に係る、整流回路の動作方法によれば、基本的に以下のステップ、即ち、
ＭＯＳＦＥＴトランジスタのドレイン−ソース間降伏電圧を、カソード端子とアノード端子との間のクランプ電圧に対応させて選択するステップと、
ＭＯＳＦＥＴトランジスタを、アバランシェモードで動作させるステップとが含まれている。ここでも前述したものと同様の利点及び変更が有効である。
【００２５】
本発明の好ましい改善例は、従属請求項に記載され、以下の明細書でも説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】公知の整流回路を示した図。
【図２】本発明に係る整流回路を示した図。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
発明を実施するための形態
図２には、電子回路２を備えた整流回路１が示されており、この電子回路２は、カソード端子Ｋ１とアノード端子Ａ１との間に配置されている。整流回路１では、Ｔ１及びＤ６からなるパワートランジスタが、アバランシェ降伏モードで動作させられる。このパワートランジスタＴ１／Ｄ６は、所望のクランプ電圧に対応するドレイン−ソース間降伏電圧を有している。例えば自動車への適用ケースでは、このクランプ電圧は、２０乃至３０Ｖ又は２０乃至４０Ｖの範囲である。
【００２８】
それにより、ここでは図１と対比すると、ツェナーダイオードＤ４及び抵抗Ｒ６が省かれている。分かり易くする理由からここでは繰り返しは省いて、図１との相違点だけに絞って説明を続ける。
【００２９】
図１において、クランピングのためのトランジスタの能動的導通制御に必要とされる使用電圧又は適用電圧に対してトランジスタの降伏電圧が約４０Ｖ高いのに対して、図２によれば、トランジスタＴ１又はダイオードＤ６が電圧ピークを自動的にクランプする適用電圧に対して降伏電圧は、それよりも約２０Ｖ低い。
【００３０】
ダイオードＤ６は、ここではこのダイオードＤ６がアバランシェモードのためにツェナーダイオードのように機能することを示すために、ツェナーダイオードとして示されている。
【００３１】
クランピングは、実質的に二つの状態において行われ、一方では、例えば自動車の搭載電源網における発電機の誘導的制約によって引き起こされるような短い過渡的過程において行われ、他方では、例えば負荷遮断（ロードダンプ）時に生じるような長い過渡的過程において行われる。
【００３２】
回路の実現のために、ここでの技術即ちトランジスタＴ１は、クランプ電圧が当該トランジスタＴ１によって設定調整できるように選択され又はそのような設計仕様とされる。即ち、トランジスタＴ１のドレイン−ソース間降伏電圧が、所望のクランプ電圧に対応するように選択され又はそのような設計仕様とされる。
【００３３】
この場合、パワートランジスタＴ１／Ｄ６に対して、例えばプレーナ型の縦型ＤＭＯＳ技術（二重拡散金属酸化物半導体）のＭＯＳＦＥＴを適用することも可能である。
【００３４】
ＭＯＳＦＥＴのオン抵抗Ｒｏｎは、その絶縁耐力又は降伏電圧ＢＶｄｓｓに依存する。このオン抵抗Ｒｏｎは、遮断電圧に伴って不均衡に増加する。縦型ＤＭＯＳトランジスタに対しては、オン抵抗Ｒｏｎは、ＢＶｄａｓ2.5に比例して増加する。それにより、本発明の手段によれば、好ましくは図２による同期整流器のオン抵抗が、図１による従来装置よりも低くなる。
【００３５】
さらにアバランシェモードにおける動作では、小さなセルサイズを備えた最新のアバランシェプルーフＭＯＳＦＥＴトランジスタを使用することが可能になる。例えばここでは、トランジスタにトレンチ型ＭＯＳＦＥＴ技術を用いることも可能である。このトレンチ型ＭＯＳトランジスタは、その僅かな構造サイズ及び高い急峻特性のために、線形モードでの動作に対して特に良好に適しているものではない。そのため最新のトランジスタを図１による回路に適用することは、著しく制限される。ところが、線形モード動作の代わりに、アバランシェモードを使用するならば、例えばトレンチ型トランジスタのように小さなセル構造を有するトランジスタも用いることが可能になる。
【図１】
2017506490.tif 000003
【図２】
2017506490.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成28年10月13日(2016.10.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カソード端子（Ｋ１）とアノード端子（Ａ１）とを備え、前記カソード端子（Ｋ１）と前記アノード端子（Ａ１）との間に、統合された逆ダイオード（Ｄ６）を有する少なくとも一つのＭＯＳＦＥＴトランジスタ（Ｔ１）を備えた電子回路（２）が設けられている整流回路において、
アバランシェモードで動作する前記ＭＯＳＦＥＴトランジスタ（Ｔ１）のドレイン−ソース間降伏電圧が、前記整流回路（１）の前記カソード端子（Ｋ１）と前記アノード端子（Ａ１）との間のクランプ電圧に対応していることを特徴とする整流回路。
【請求項２】
前記ＭＯＳＦＥＴトランジスタ（Ｔ１）は、プレーナ型の縦型ＤＭＯＳＦＥＴトランジスタである、請求項１に記載の整流回路。
【請求項３】
前記ＭＯＳＦＥＴトランジスタ（Ｔ１）は、トレンチ型ＭＯＳトランジスタである、請求項１又は２に記載の整流回路。
【請求項４】
前記ＭＯＳＦＥＴトランジスタ（Ｔ１）は、アバランシェ降伏において置換される損失電力が能動的チップ面に亘って少なくとも均等に分散されるように構成されている、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の整流回路。
【請求項５】
前記ＭＯＳＦＥＴトランジスタ（Ｔ１）は、当該ＭＯＳＦＥＴトランジスタ（Ｔ１）のゲート酸化物内への電荷担体の注入が回避されるように構成されている、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の整流回路。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の少なくとも一つの前記整流回路（１）を備えていることを特徴とする、交流電圧を整流する電子部品。
【請求項７】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の少なくとも一つの前記整流回路（１）及び／又は請求項６に記載の少なくとも一つの前記電子部品を備えていることを特徴とする、自動車の電圧供給のための発電機。
【請求項８】
カソード端子（Ｋ１）とアノード端子（Ａ１）とを備え、前記カソード端子（Ｋ１）と前記アノード端子（Ａ１）との間に、統合された逆ダイオード（Ｄ６）を有する少なくとも一つのＭＯＳＦＥＴトランジスタ（Ｔ１）が設けられている整流回路の動作方法において、
前記ＭＯＳＦＥＴトランジスタ（Ｔ１）のドレイン−ソース間降伏電圧を、前記カソード端子（Ｋ１）と前記アノード端子（Ａ１）との間のクランプ電圧に対応させて選択するステップと、
前記ＭＯＳＦＥＴトランジスタ（Ｔ１）を、アバランシェモードで動作させるステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【国際調査報告】
2017506490.tif 000005
2017506490.tif 000006
2017506490.tif 000007
2017506490.tif 000008