减小与同步整流MOSFET相关联的开关损耗

摘要

本公开的各种实施例涉及减小与同步整流MOSFET相关联的开关损耗。描述了一种包括晶体管器件的同步整流器，晶体管器件具有栅极端子、源极端子、漏极端子和场板电极。晶体管器件的场板电极包括集成二极管。集成二极管被配置成在同步整流器的每个开关操作期间对晶体管器件的寄生电容放电。在一些示例中，集成二极管还被配置成在同步整流器的每个开关操作期间对晶体管器件的寄生电容充电。

权利要求

1.一种晶体管器件，被配置为同步整流器，所述晶体管器件包括：栅极端子；

源极端子；

漏极端子；以及

包括集成二极管的场板电极，其中所述集成二极管被配置成在所述同步整流器的每个开关操作期间对所述晶体管器件的寄生电容放电。

2.根据权利要求1所述的晶体管器件，其中所述集成二极管还被配置成在所述同步整流器的每个开关操作期间经由所述集成二极管的阻塞电阻对所述晶体管器件的所述寄生电容充电。

3.根据权利要求1所述的晶体管器件，其中所述场板电极还包括与所述场板电极的所述集成二极管并联的电阻元件，其中所述电阻元件被配置成在所述同步整流器的每个开关操作期间对所述晶体管器件的所述寄生电容充电。

4.根据权利要求3所述的晶体管器件，其中所述场板电极的所述集成二极管具有近似等于所述场板电极的所述电阻元件的电阻的阻塞电阻。

5.根据权利要求1所述的晶体管器件，其中所述场板电极的所述集成二极管还被配置成抑制所述源极端子与所述漏极端子之间的电压过冲。

6.根据权利要求1所述的晶体管器件，其中所述场板电极的所述集成二极管还被配置成使与所述源极端子和所述漏极端子之间的电压相关联的振荡衰减。

7.根据权利要求1所述的晶体管器件，其中所述场板电极的所述集成二极管为肖特基二极管或者P-N结二极管。

8.根据权利要求7所述的晶体管器件，其中所述场板电极的所述集成二极管为肖特基二极管，并且所述场板电极包括多晶硅材料，所述多晶硅材料具有n型掺杂并且通过与插塞接触的金属材料连接到所述源极端子。

9.根据权利要求7所述的晶体管器件，其中所述场板电极的所述集成二极管为P-N结二极管，并且所述场板电极包括底部部分和顶部部分，所述底部部分包括具有n型掺杂的第一多晶硅材料，所述顶部部分包括具有p型掺杂的第二多晶硅材料。

10.根据权利要求1所述的晶体管器件，其中所述晶体管器件为金属氧化物半导体场效应晶体管，所述晶体管器件包括：栅极端子；以及

体二极管。

11.根据权利要求1所述的晶体管器件，其中所述场板电极为第一场板电极，所述晶体管器件还包括：第二场板电极，包括电阻元件而不是集成二极管，其中所述第二场板电极的所述电阻元件被配置成在所述同步整流器的每个开关操作期间对所述晶体管器件的所述寄生电容充电，并且其中所述第一场板电极的所述集成二极管被配置成在所述同步整流器的每个开关操作期间对所述晶体管器件的所述寄生电容放电。

12.根据权利要求1所述的晶体管器件，其中所述集成二极管将所述场板电极配置成具有足以对所述晶体管器件的所述寄生电容充电的第一电阻，并且将所述场板电极配置成具有在所述晶体管器件的所述寄生电容的放电期间防止开关损耗的第二电阻，其中所述第二电阻近似为零。

13.一种用于变换功率的系统，包括：

功率源，被配置成提供功率；

负载，被配置成接收功率；以及

开关式功率变换器，被配置成变换并且向所述负载递送由所述功率源提供的功率，所述开关式功率变换器包括：被配置为同步整流器的至少一个金属氧化物半导体场效应晶体管器件(MOSFET)，其中所述至少一个金属氧化物半导体场效应晶体管器件(MOSFET)包括被配置成在所述至少一个金属氧化物半导体场效应晶体管器件(MOSFET)的断开期间抑制电压过冲并且使与所述至少一个金属氧化物半导体场效应晶体管器件(MOSFET)的漏-源电压相关联的振荡衰减的场板电极。

14.根据权利要求13所述的系统，其中所述场板电极包括集成二极管，所述集成二极管被配置成在所述至少一个金属氧化物半导体场效应晶体管器件(MOSFET)的每个开关操作期间去除与所述场板电极相关联的电阻以对寄生电容放电。

15.根据权利要求14所述的系统，其中所述集成二极管还被配置成在所述至少一个金属氧化物半导体场效应晶体管器件(MOSFET)的每个开关操作期间提供与所述场板电极相关联的电阻以对所述寄生电容充电。

16.根据权利要求14所述的系统，其中所述场板电极还包括与所述场板电极的所述集成二极管并联布置的电阻元件，其中所述电阻元件被配置成在所述至少一个金属氧化物半导体场效应晶体管器件(MOSFET)的每个开关操作期间提供与所述场板电极相关联的电阻以对所述寄生电容充电。

17.根据权利要求14所述的系统，其中所述场板电极的所述集成二极管具有在所述至少一个金属氧化物半导体场效应晶体管器件(MOSFET)的每个开关操作期间足以对所述寄生电容充电的阻塞电阻。

18.根据权利要求14所述的系统，其中所述场板电极的所述集成二极管为肖特基二极管或者P-N结二极管。

19.一种金属氧化物半导体场效应晶体管器件(MOSFET)，被配置为同步整流器，所述金属氧化物半导体场效应晶体管器件(MOSFET)包括：体二极管；

栅极端子；

源极端子；

漏极端子；以及

包括集成二极管的场板电极，其中所述集成二极管被配置成抑制电压过冲并且使与所述源极端子和所述漏极端子之间的电压相关联的振荡衰减。

20.根据权利要求19所述的金属氧化物半导体场效应晶体管器件(MOSFET)，其中所述集成二极管还被配置成至少通过对所述金属氧化物半导体场效应晶体管器件(MOSFET)的寄生电容充电和放电来抑制所述电压过冲并且使与所述源极端子和所述漏极端子之间的电压相关联的振荡衰减。

说明书

减小与同步整流MOSFET相关联的开关损耗

技术领域

[0001] 本公开内容涉及使用金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)作为同步整流器(SR)的功率电路。

背景技术

[0002] 一些开关式功率变换器执行同步整流技术作为一种提升功率变换器的效率的方式。通过同步整流，使用“同步整流器”(SR)代替二极管(例如半桥的低侧开关、反激或同步整流器的次级侧二极管等)。典型的SR的示例为金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。虽然SR MOSFET可以通过减小在使用二极管的情况下会出现的导通损耗来增加功率变换器的整体效率，然而功率变换器可能承受其他类型的归因于SR MOSFET的缺陷。

[0003] 例如，SR MOSFET具有固有的输出电容(Coss)，固有的Coss在在与功率变换器的电感元件或电感属性(例如变压器的泄露电感)配对时形成LC电路，该LC电路每当SR MOSFET停止导通时倾向于以由Coss和L给出的固有频率来振荡，其漏-源电压在没有抑制的情况下可能振荡。

[0004] 因此，功率变换器可能不得不依赖于具有足以承受与潜在的振荡相关联的峰值电压的额定电压的SR MOSFET，而并非选择满足功率变换器的正常操作参数的SR MOSFET。这样的SR MOSFET可能具有更高成本以及更大的导通电阻，其可能减小功率变换器的效率。另外，电压振荡可能生成噪声，诸如电磁干扰(EMI)，其可能导致与功率变换器相关联的其他挑战以及增加的成本。

[0005] 一些功率变换器可以包括电阻-电容(RC)缓冲电路以抑制和防止电压振荡。然而，RC缓冲电路的引入可能在SR MOSFET的开关操作期间引起能量损耗，这可能阻止功率变换器实现其最大潜在效率。

发明内容

[0006] 总体上，描述了用于在金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)用作开关式功率变换器中的同步整流器(SR)时减小归因于MOSFET的寄生电容的充电和放电的能量损耗(例如开关损耗)的电路和技术。示例SR MOSFET在场板电极中包括集成二极管，而并非依赖于场板电极中的纯电阻元件来对寄生电容充电和放电。集成二极管将场板电极配置成具有足以处理SR MOSFET的寄生电容的充电阶段的电阻，并且将场板配置成在SR MOSFET的寄生电容的放电阶段期间实际上没有电阻。

[0007] 在一个示例中，本公开内容涉及被配置为同步整流器的金属氧化物半导体场效应晶体管，MOSFET包括：体二极管；栅极端子；源极端子；漏极端子和包括集成二极管的场板电极，其中集成二极管被配置成抑制电压过冲并且使与源极端子和漏极端子之间的电压相关联的振荡衰减。

[0008] 在另一示例中，本公开内容涉及被配置为同步整流器的晶体管器件，晶体管器件包括：栅极端子；源极端子；漏极端子；以及包括集成二极管的场板电极，其中集成二极管被配置成在同步整流器的每个开关操作期间对晶体管器件的寄生电容放电。

[0009] 在另一示例中，本公开内容涉及一种系统，包括：被配置成提供功率的功率源；被配置成接收功率的负载；以及被配置成变换并且向负载递送由功率源提供的功率的开关式功率变换器。开关式功率变换器包括：被配置为同步整流器的至少一个金属氧化物半导体场效应晶体管器件(MOSFET)，其中至少一个MOSFET包括被配置成在至少一个MOSFET的断开期间抑制电压过冲并且使与至少一个MOSFET的漏-源电压相关联的振荡衰减的场板电极。

[0010] 下面在附图和描述中给出一个或多个示例的细节。本公开内容的其他特征、目的和优点根据描述和附图并且根据权利要求将很清楚。

附图说明

[0011] 图1是图示根据本公开内容的一个或多个方面的包括用于使用同步整流技术来变换来自功率源的功率的功率变换器的示例系统的概念图。系统1包括功率源2。

[0012] 图2是图示典型的同步整流器(SR)金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的漏-源电压的振荡的电压波形。

[0013] 图3A是图示可以减小典型的SR MOSFET的峰值漏-源电压并且可以防止图2所示的电压振荡的耗散网络的电路图。

[0014] 图3B是图示图3A的耗散网络对于图3A所示的典型的SR MOSFET的漏-源电压的影响的电压波形。

[0015] 图4A是图示典型的场板MOSFET的场板电容和场板电阻的概念图。

[0016] 图4B是图示图4A所示的场板MOSFET的寄生电容的充电和放电的电压波形。

[0017] 图4C是图示图4A所示的场板MOSFET的寄生电容的充电和放电阶段期间的能量损耗的能量波形。

[0018] 图5A是图示包括具有在寄生电容的放电阶段期间以防止能量损耗的场板的集成二极管的示例SR MOSFET的概念图。

[0019] 图5B是图示与图4A所示的场板MOSFET相比较而言在图5A所示的SR MOSFET的寄生电容的放电阶段期间获得的能量的能量波形。

[0020] 图5C是图示具有集成二极管的图5A所示的示例SR MOSFET的概念图，集成二极管具有等于SR MOSFET的场板电阻的阻塞电阻。

[0021] 图6A是图示在集成二极管为肖特基二极管时图5C所示的示例SR MOSFET的场板电极的横截面视图的概念图。

[0022] 图6B是图示在集成二极管为P-N结二极管时图5C所示的示例SR MOSFET的场板电极的横截面视图的概念图。

[0023] 图7是图示包括具有集成二极管的一些场板电极以及没有集成二极管的一些场板电极的微调SR MOSFET的示例的概念图。

[0024] 图8是图示图5A所示的示例SR MOSFET的独立实现的电路图。

具体实施方式

[0025] 总体上，描述用于在金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)用作开关式功率变换器中的同步整流器(SR)时减小归因于MOSFET的寄生电容的充电和放电的能量损耗(例如开关损耗)的电路和技术。示例SR MOSFET在场板电极中包括集成二极管，而并非依赖于场板电极中的纯电阻元件来对寄生电容充电和放电。集成二极管将场板电极配置成具有足以处理SR MOSFET的寄生电容的充电阶段的电阻，并且将场板配置成在SR MOSFET的寄生电容的放电阶段期间实际上没有电阻。

[0026] 也就是说，在SR MOSFET寄生电容的充电阶段，集成二极管使得场板电极能够将能量转化成热量以便使峰值电压过冲和振荡衰减。然而，在放电阶段期间，集成二极管使得场板电极能够完全恢复与SR MOSFET寄生电容相关联的所存储的能量。这样，集成二极管产生整体开关损耗的减小，同时仍然抑制可能在断开期间出现的任何漏-源过冲或振荡。

[0027] 在一些示例中，与集成二极管相关联的阻塞电阻对应于场板电极的场板电组(Rfp)。在一些示例中，SR MOSFET包括具有集成二极管的一个或多个场板电极以及具有纯电阻元件的一个或多个场板电极的组合。

[0028] 在任何情况下，通过依赖于一个或多个集成二极管，示例SR MOSFET不仅产生比典型的SR MOSFET更少的开关损耗，而且示例SR MOSFET还维持其固有地抑制可能在断开期间出现的任何漏-源电压过冲和振荡的能力。以这一方式，示例SR MOSFET可以使得功率变换器能够实现其最大潜在效率而不依赖于RC缓冲电路装置和/或更健壮且昂贵的SR MOSFET技术。

[0029] 图1是图示根据本公开内容的一个或多个方面的用于使用同步整流技术来变换来自功率源2的功率系统1的概念图。总体上，系统1依赖于功率变换器6来将由功率源2提供的功率变换成用于对负载4供电的可用形式的能量。系统1可以包括比图1所示的更多或更少的部件。例如，系统1可以包括被配置成控制功率变换器6、控制功率源2和/或负载4的控制器。这样的控制器例如可以引起主要元件25A-25D、SR MOSFET 26A和SR MOSFET 26B以使得能够改变向负载4提供的电压电平或电流量的方式接通和断开。

[0030] 功率源2提供电功率，并且存在功率源2的大量示例。这些示例可以包括但不限于电网、发电机、变压器、电池、太阳能面板、风力发电机、再生制动系统、水力或风力发电机、或者能够向系统1提供电功率的任何其他形式的设备。

[0031] 负载4(本文中有时也称为设备4)接收由功率变换器6变换的电功率。在一些示例中，负载4可以使用来自功率变换器6的电功率来执行功能。

[0032] 功率变换器6将由功率源2提供的一种形式的电功率变换成用于对负载4供电的不同的且可用形式的电功率。在系统1的示例中，由功率源2递送的电功率可以被变换器6变换成具有满足负载4的功率要求的经调整的电压和/或电流电平的功率。比如，功率源2可以输出并且功率变换器6可以接收具有第一电压电平的功率。功率变换器6可以将具有第一电压电平的功率变换成具有负载4所需要的第二电压电平的功率。功率变换器6可以输出具有第二电压电平的功率。负载4可以接收具有第二电压电平的变换后的功率，并且负载4可以使用具有第二电压电平的变换后的功率执行功能(例如对微处理器供电，对电池充电，等)。

[0033] 在图1的示例中，功率变换器6被示出为全桥DC/DC变换器。然而，存在功率变换器6的其他示例并且可以包括半桥变换器、反激式变换器、推挽式变换器、正向变换器(交织式或者非交织式)、AC/DC变换器、DC/DC变换器、降压变换器、升压变换器、谐振变换器等。变换器也可以是双向的(例如负载4可以是功率源(正如在再生制动中或者在电池充电中))，其中能量可以从负载4汲取并且向功率源2馈送。在双向变换器的情况下，开关25A-25D每个也可以作为SR MOSFET工作并且因此每个可以是与SR MOSFET26A和26B类似的类型。

[0034] 功率变换器6包括电容元件34A和34B、电感元件32和变压器22。功率变换器6还包括主要元件25A-25D(统称为“主要元件25”)。主要元件25布置成全桥配置并且经由电感器30耦合到变压器22的初级侧绕组。

[0035] 变压器的初级侧与次级侧绕组比为1:N。变压器22的次级侧绕组分叉成两个。电感元件30表现出变压器22的初级侧的变压器泄露电感(Llk)。电感元件30A和30B分别表现出对应的变压器泄露电感(Llk1)和(Llk2)。Llk1和Llk2之和近似等于Llk。

[0036] 以使得能量能够从功率源2经由变压器22传送到负载4的方式来控制主要元件25。也就是，以使得来自功率源2的能量能够在变压器22的初级侧绕组处累积的方式来控制主要元件25。能量经由变压器22的磁芯传送给电容元件34B并且向外传送给负载4。

[0037] 一般而言，功率变换器6是依赖于一个或多个金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)设备作为同步整流器(SR)的任何功率变换器。考虑到需要一些功率变换器来实现某个效率水平。同步整流通过减小在使用二极管的情况下会出现的导通损耗来增加变换器效率。也就是说，为了帮助提升效率并且减小能量损耗，功率变换器可以使用有源控制的同步整流器来代替其整流二极管。如同二极管，同步整流器使得电流能够沿着正确的方向流动并且阻止电流沿着相反(即不正确)的方向流动。然而，不同于二极管，同步整流器与二极管产生相比更不受能量损耗的影响或者产生更少的损耗。

[0038] 功率变换器6包括SR MOSFET 26A和26B，而并非包括两个二极管。如本文中所使用的，同步整流MOSFET(简称为“SR MOSFET”)表示被配置为同步整流器的任何类型的基于半导体或晶体管的功率开关设备(例如一个或多个独立的功率开关、MOSFET、基于宽带隙材料的基于晶体管的开关设备(诸如SiC MOSFET、GaN MOSFET等)的任意合适的组合)。

[0039] SR MOSFET 26A和26B的一个缺陷在于，它们可能易于产生漏-源电压过冲和振荡。例如，考虑图1底部所示的SR MOSFET 26A的更详细的视图。虽然为了简洁而没有示出，然而SR MOSFET 26B可以包括与SR MOSFET 26A类似的特征。SR MOSFET 26A包括晶体管27A、体二极管30A和被示出为电容元件29A的固有输出电容(Coss)。当电容元件29A与变压器泄露电感30A和功率变换器6的其他寄生电感组合时，可以形成以由Coss乘以L(即泄露电感30A与功率变换器6的寄生电感之和)给出的固有频率来振荡的LC电路。每次SR MOSFET 26A停止导通时，其漏-源电压可以无阻尼地振荡。

[0040] 图2是图示典型的同步整流器(SR)金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)(诸如图1的系统1的SR MOSFET 26A和26B)的漏-源电压的振荡的电压波形。图2的图40示出，由于由SR MOSFET的固有输出电容以及功率变换器的其他电感元件和特性而形成的LC电路，SR MOSFET的漏极端子与源极端子之间如何能够形成电压过冲和振荡。

[0041] 因此，一些功率变换器可能不得不依赖于具有足以承受与潜在振荡相关联的任何峰值电压的额定电压的SR MOSFET，而并非选择满足功率变换器的正常操作参数的SR MOSFET。这样的SR MOSFET可能具有更高成本和更大导通电阻RDS-ON，其可能减小功率变换器的效率。另外，电压振荡可能生成噪声，诸如电磁干扰(EMI)，其可能导致与功率变换器相关联的其他挑战和增加的成本。

[0042] 图3A是图示可以减小典型的SR MOSFET的峰值漏-源电压并且可以防止图2所示的电压振荡的耗散网络50的电路图。例如，考虑来自图1的功率变换器6的SR MOSFET 26A，其也在图3A中示出。并非依赖于SR MOSFET 26A的用于承受图2中描绘的电压过冲和振荡的固有健壮性，一些功率变换器可以包括被配置成对这些电压振荡一起进行抑制和防止的电阻电容(RC)缓冲电路50。

[0043] RC缓冲电路50包括与电容元件54串联的电阻元件52。RC缓冲电路50连接到SR MOSFET 26A的漏极和源极以抑制与SR MOSFET 26A的漏-源电压相关联的潜在振荡。电阻元件52通过耗散由SR MOSFET 26A的固有输出电容(即电容元件29A)和变压器22的泄露电感(即泄露电感30A)引起的LC电路中捕获的能量来引入衰减效应。

[0044] 图3B是图示图3A的耗散网络50对SR MOSFET 26A的漏-源电压的影响的电压波形。在与图2的图40相比较时，图3B的图60示出RC缓冲电路50减小电压峰值水平以及消除与SR MOSFET 26的漏-源电压相关联的振荡的RC缓冲电路50的抑制效果。RC缓冲电路的增加的益处在于，抑制效应消除了电磁干扰(EMI)噪声。这样，RC缓冲电路50可以使得功率变换器6能够依赖于作为具有基于变压器22的峰值次级侧电压而非基于任何不希望的振荡的峰值电压的远远更低电压等级或者更低额定电压的SR MOSFET 26的MOSFET。

[0045] 然而，RC缓冲电路50的引入并非没有缺陷。RC缓冲电路50可能在SR MOSFET 26A的切换操作期间引起能量损耗，这可以防止功率变换器6实现其最大潜在效率。例如，RC缓冲电路50可能由于电容元件54而使得功率电路6丢失能量。电容元件54可以通过电阻元件52对自身充电和放电，从而生成这些额外的能量损耗。

[0046] 比如，电容元件54的充电阶段可以在电阻元件52处将能量转换成热量以便使峰值电压过冲和振荡衰减。然而，在放电阶段期间，所存储的能量的部分在电阻元件52中丢失。也就是，电阻元件52可以产生存储在电容元件54处的热量和无用的能量，而并非保存在电容元件54处存储的能量。这样，RC缓冲电路50仍然导致效率损耗，尽管抑制了在断开期间可能出现的任何漏-源过冲或振荡。除了不及用于改善功率变换器6的效率的理想方案之外，RC缓冲电路50对于一些功率变换应用而言可能太复杂和/或成本太高。

[0047] 图4A是图示典型的场板MOSFET的场板电容和场板电阻的概念图。也就是，图4A示出如图3A所示的SR MOSFET 26A的等同的漏-源电容网络电路。然而，SR MOSFET 26A依赖于其固有场板结构而用作等同的RC缓冲电路，而并非依赖于独立的RC缓冲电路。

[0048] 例如，图4A示出与其输出电容29A和体二极管30A相关的SR MOSFET 26A的场板电极74。场板电极74被建模为电阻元件78与电容元件76之间的串联连接。电阻元件78表现出SR MOSFET 26A的场板电阻Rfp，电容元件76表现出SR MOSFET 26A的场板电容Cfp或寄生电容。

[0049] 在与图3A的RC缓冲电路50相比较时，图4A清楚地示出电容元件76和电阻元件78如何形成可以用于自然地抑制电压振荡(如图2所示的电压振荡)的与SR MOSFET 26A相关联的自然(即固有)RC缓冲电路。

[0050] 然而，由场板74形成的自然RC缓冲电路承受与RC缓冲电路50相同的缺陷。也就是，当电阻元件78在电容元件76的充电期间适当地导通时，电阻元件78在电容元件76的放电期间也不幸地导通，从而在每个开关周期期间引起不希望的能量损耗。

[0051] 图4B和4C分别是图示图4A所示的场板MOSFET的寄生电容的充电和放电阶段的电压波形以及图示图4A所示的SR MOSFET的寄生电容的放电阶段期间的能量损耗的能量波形。

[0052] 图4A的曲线80示出在寄生电容76的充电和放电阶段期间与SR MOSFET 26A相关联的漏-源电压。在时间0与时间10之间，寄生电容76被充电，并且SR MOSFET 26A的漏-源电压被抑制。在时间30之后，寄生电容76被放电，并且SR MOSFET 26A的漏-源电压降为零。

[0053] 图4B的曲线82示出在寄生电容76的充电和放电阶段期间的能量损耗。在时间0与时间10之间，寄生电容76的充电导致120个能量单位(例如nJ)的损耗。在时间30之后，寄生电容76的放电导致额外的60个能量单位的损耗。如果与图2相比较，图4B所示的峰值漏-源电压通过电阻元件78被衰减并且图2的振荡被抑制，然而，这些中的每个是以在图4C所示的能量损耗为代价的。

[0054] SR MOSFET的每个开关周期需要其寄生电容被完全充电和放电。虽然需要在SR MOSFET的寄生电容的充电阶段期间将能量转化成热量以便使峰值电压(过冲)和振荡衰减，然而如果仅在寄生电容的放电期间在与SR MOSFET相关联的场板电阻具有可忽略的值的情况下，在寄生电容的放电阶段期间丢失的、存储在SR MOSFET的寄生电容中的能量可以被完全恢复。

[0055] 图5A是图示包括具有在寄生电容的放电阶段期间防止能量损耗的场板的集成二极管的示例SR MOSFET的概念图。SR MOSFET90可以用在与典型的SR MOSFET(诸如SR MOSFET 26A和26B)相同的应用中。然而，SR MOSFET 90提供衰减的漏-源电压过冲、抑制的振荡以及在每个开关周期期间的更小的能量损耗等优点。

[0056] SR MOSFET 90在场板电极94中包括集成二极管99，而并非仅依赖于场板电极94中的纯电阻元件98来对寄生电容96充电和放电。集成二极管99将场板电极94配置成具有足以处理SR MOSFET 90的寄生电容96的充电阶段的电阻，并且将场板94配置成在SR MOSFET 90的寄生电容96的放电阶段期间实际上不具有电阻(例如以防止开关损耗)。SR MOSFET 90通过电阻元件98对寄生电容或场板电容96充电并且通过集成二极管99对寄生电容96放电。

[0057] 也就是说，在寄生电容96的充电阶段期间，集成二极管99使得场板电极94能够将能量转化成热量以便使峰值电压过冲和振荡衰减。然而，在放电阶段期间，集成二极管99使得场板电极94能够完全恢复与寄生电容96相关联的所存储的能量。这样，集成二极管99产生整体开关损耗的减小同时仍然抑制可能在断开期间出现的任何漏-源过冲或振荡。

[0058] 在任何事件中，通过依赖于一个或多个集成二极管99，SR MOSFET 90不仅产生比典型的SR MOSFET(诸如SR MOSFET 26A和26B)更小的开关损耗，SR MOSFET 90还维持其固有地抑制可能出现在断开期间的任何漏-源电压过冲和振荡的能力。以这一方式，SR MOSFET 90可以使得功率变换器(诸如功率变换器6或者依赖于MOSFET作为同步整流器的任何其他功率变换器)能够实现其最大潜在效率而不依赖于RC缓冲电路和/或更健壮且昂贵的SR MOSFET技术。

[0059] 图5B是图示与图4A所示的SR MOSFET相比较而言在图5A所示的SR MOSFET的寄生电容的放电阶段期间获得的能量的能量波形。曲线100对应于图4C的曲线82。曲线110示出在寄生电容96的放电阶段期间的能量损耗。在时间0与时间10之间，寄生电容96的充电导致120个能量单位(例如nJ)的损耗。在时间30之后，寄生电容96的放电没有导致任何能量单位的损耗。换言之，与SR MOSFET 26A的寄生电容76的放电相比较，集成二极管99在寄生电容
96的放电阶段期间引起60个能量单位的净能量增益。

[0060] 图5C是图示具有集成二极管的图5A所示的示例SR MOSFET的概念图，该集成二极管具有等同于SR MOSFET的场板电阻的阻塞电阻。如SR MOSFET90，图5C的SR MOSFET 120可以用在与典型的SR MOSFET(如SR MOSFET 26A和26B)相同的应用中。另外，SR MOSFET 120提供衰减的漏-源电压过冲、抑制的振荡以及在每个开关周期期间的比由SR MOSFET 90提供的更少的能量损耗等相同的优点。

[0061] SR MOSFET 90与SR MOSFET 120之间的差异在于，集成二极管129被选择为具有等于场板124的场板电阻的阻塞电阻。换言之，与集成二极管129相关联的阻塞电阻对应于所需用于产生足以对寄生电容126充电的热量的场板电极124的必要的场板电阻。

[0062] 因此，与其他情况下归因于场板电阻的典型的SR MOSFET设备相比较，根据本公开内容的SR MOSFET可以具有显著减小的开关损耗量。另外，根据本公开内容的SR MOSFET可以固有地在断开期间抑制漏-源电压而不需要RC缓冲电路装置。这样，本文中所描述的SR MOSFET使得功率变换器能够依赖于更少的部件，这与其他解决方案相比减少了成本，降低了寄生现象，减小了尺寸(例如印刷电路板基板)等。

[0063] 图6A和6B是图示图5C所示的示例SR MOSFET的两个不同的示例场板电极的横截面视图的概念图。图6A和6B分别示出场板电极124A和124B作为SR MOSFET 120的场板124的不同示例以及其到源极电极200的连接。本领域技术人员应当理解，图6A和6B中未示出的SR MOSFET 120的其余部分可以由具有场板的任何类型的功率MOSFET来形成。因此，图6A和6B中的场板124A和124B的形状是任意的并且可以被调节成符合任何类型的设备。

[0064] 图6A是图示在集成二极管为肖特基二极管时图5C所示的示例SR MOSFET的场板电极的横截面视图的概念图。场板124A的集成二极管129为肖特基二极管。场板电极206可以是通过与插塞202(例如钨插塞)接触的金属材料204(例如硅化钛层)连接到源极200的n型掺杂的多晶硅。

[0065] 图6B是图示在集成二极管为P-N结二极管时图5C所示的示例SR MOSFET的场板电极的横截面视图的概念图。场板124B的集成二极管129是多晶硅P-N结二极管。电极底部206B可以填充有n型掺杂的多晶硅，而电极顶部206A可以填充有p型掺杂的多晶硅。

[0066] 图7是图示包括具有集成二极管的一些场板电极以及没有集成二极管的一些场板电极的微调SR MOSFET的示例的概念图。换言之，在一些示例中，本文中所描述的示例SR MOSFET可以包括具有集成二极管的一个或多个场板电极以及具有纯电阻元件的一个或多个场板电极的组合。以这种方式使用各种场板电极可以使得SR MOSFET能够被精确地细调用于具体的应用。

[0067] 图7示出在SR MOSFET 300上的很多晶体管310A-310N(统称为晶体管310)。其中一些晶体管310在其场板中具有集成二极管，而其中一些晶体管310没有集成的场板二极管。仅某个百分比的晶体管310的场板电极可以包括图5A和5C所描述的集成二极管90或120。其余晶体管310的场板电极在其场板中使用纯电阻元件(例如n型掺杂的多晶硅)。

[0068] 图6A、图6B和图7的概念图都是构成场板电极的材料的掺杂取决于所需要的具体的二极管特性的示例。换言之，为了制造图6A、图6B和图7的场板电极，可以改变掺杂以实现用于所定义的应用条件的阻塞阻抗。

[0069] 图8是图示图5A所示的示例SR MOSFET的独立实现的电路图。换言之，SR MOSFET 90可以使用独立的部件来形成以实现类似的结果。图8示出具有修改的耗散网络400的SR MOSFET 26A或26B(即典型的SR MOSFET)，修改的耗散网络400包括与电阻元件402并联并且与电容元件404串联的二极管406。然而，独立的解决方案没有以上描述的集成解决方案那么有利。例如，除了独立部件能够具有的以上描述的已经提及的优点之外，由于这些外部部分的连接，外部部件可能增加另外的杂散电感，并且外部部件可能增加另外的电容404从而增加能量损耗。

[0070] 条款1.一种晶体管器件，被配置为同步整流器，所述晶体管器件包括：栅极端子、源极端子、漏极端子；以及包括集成二极管的场板电极，其中所述集成二极管被配置成在所述同步整流器的每个开关操作期间对所述晶体管器件的寄生电容放电。

[0071] 条款2.根据条款1所述的晶体管器件，其中所述集成二极管还被配置成在所述同步整流器的每个开关操作期间对所述晶体管器件的所述寄生电容充电。

[0072] 条款3.根据条款1-2中的任一项所述的晶体管器件，其中所述场板电极还包括与所述场板电极的所述集成二极管并联的电阻元件，其中所述电阻元件被配置成在所述同步整流器的每个开关操作期间对所述晶体管器件的所述寄生电容充电。

[0073] 条款4.根据条款3所述的晶体管器件，其中所述场板电极的所述集成二极管具有近似等于所述场板电极的所述电阻元件的电阻的阻塞电阻。

[0074] 条款5.根据条款1-4中的任一项所述的晶体管器件，其中所述场板电极的所述集成二极管还被配置成抑制所述源极端子与所述漏极端子之间的电压过冲。

[0075] 条款6.根据条款1-5中的任一项所述的晶体管器件，其中所述场板电极的所述集成二极管还被配置成使与所述源极端子和所述漏极端子之间的电压相关联的振荡衰减。

[0076] 条款7.根据条款1-6中的任一项所述的晶体管器件，其中所述场板电极的所述集成二极管为肖特基二极管或者P-N结二极管。

[0077] 条款8.根据条款7所述的晶体管器件，其中所述场板电极的所述集成二极管为肖特基二极管，并且所述场板电极包括多晶硅材料，所述多晶硅材料具有n型掺杂并且通过与插塞接触的金属材料连接到所述源极端子。

[0078] 条款9.根据条款7所述的晶体管器件，其中所述场板电极的所述集成二极管为P-N结二极管，并且所述场板电极包括底部部分和顶部部分，所述底部部分包括具有n型掺杂的第一多晶硅材料，所述顶部部分包括具有p型掺杂的第二多晶硅材料。

[0079] 条款10.根据条款1-9中的任一项所述的晶体管器件，其中所述晶体管器件为金属氧化物半导体场效应晶体管，所述晶体管器件包括：栅极端子；以及体二极管。

[0080] 条款11.根据条款1-10中的任一项所述的晶体管器件，其中所述场板电极为第一场板电极，所述晶体管器件还包括：

[0081] 第二场板电极，所述第二场板电极包括电阻元件而不是集成二极管，其中所述第二场板电极的所述电阻元件被配置成在所述同步整流器的每个开关操作期间通过所述第一场板电极的所述集成二极管对所述晶体管器件的所述寄生电容充电和放电。

[0082] 条款12.根据条款1-11中的任一项所述的晶体管器件，其中所述集成二极管将所述场板电极配置成具有足以对所述晶体管器件的所述寄生电容充电的第一电阻，并且将所述场板电极配置成具有在所述晶体管器件的所述寄生电容的放电期间防止开关损耗的第二电阻，其中所述第二电阻近似为零。

[0083] 条款13.一种系统，包括：被配置成提供功率的功率源；被配置成接收功率的负载；以及被配置成变换并且向所述负载递送由所述功率源提供的功率的开关式功率变换器，所述开关式功率变换器包括：被配置为同步整流器的至少一个金属氧化物半导体场效应晶体管器件(MOSFET)，其中所述至少一个MOSFET包括被配置成在所述至少一个MOSFET的断开期间抑制电压过冲并且使与所述至少一个MOSFET的漏-源电压相关联的振荡衰减的场板电极。

[0084] 条款14.根据条款13所述的系统，其中所述场板电极包括被配置成在所述至少一个MOSFET的每个开关操作期间去除与所述场板电极相关联的电阻以对所述寄生电容放电的集成二极管。

[0085] 条款15.根据条款14所述的系统，其中所述集成二极管还被配置成在所述至少一个MOSFET的每个开关操作期间提供与所述场板电极相关联的电阻以对所述寄生电容充电。

[0086] 条款16.根据条款14-15中的任一项所述的系统，其中所述场板电极还包括与所述场板电极的所述集成二极管并联布置的电阻元件，其中所述电阻元件被配置成在所述至少一个MOSFET的每个开关操作期间提供与所述场板电极相关联的电阻以对所述寄生电容充电。

[0087] 条款17.根据条款14-16中的任一项所述的系统，其中所述场板电极的所述集成二极管具有在所述至少一个MOSFET的每个开关操作期间足以对所述寄生电容充电的阻塞电阻。

[0088] 条款18.根据条款14-17中的任一项所述的系统，其中所述场板电极的所述集成二极管为肖特基二极管或者P-N结二极管。

[0089] 条款19.一种金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，被配置为同步整流器，所述MOSFET包括：体二极管；栅极端子；源极端子；漏极端子；以及包括集成二极管的场板电极，其中所述集成二极管被配置成抑制电压过冲并且使与所述源极端子和所述漏极端子之间的电压相关联的振荡衰减。

[0090] 条款20.根据条款19所述的MOSFET，其中所述集成二极管还被配置成至少通过对所述MOSFET的寄生电容充电和放电来抑制所述电压过冲并且使与所述源极端子和所述漏极端子之间的电压相关联的振荡衰减。

[0091] 在一个或多个示例中，所描述的功能可以用硬件、软件、固件或者其任意组合来实现。如果用软件实现，功能可以作为一个或多个指令或代码存储在计算机可读介质上或者通过计算机可读介质来传输并且可以由基于硬件的处理单元来执行。计算机可读介质可以包括计算机可读存储介质，其对应于有形介质(诸如数据存储介质)或者通信介质(包括例如根据通信协议来促进计算机程序从一个地方到另一地方的传送的任何介质)。以这一方式，计算机可读介质通常可以对应于(1)有形的计算机可读存储介质，其是非易失性的，或者(2)通信介质，诸如信号或载波。数据存储介质可以是能够由一个或多个计算机或者一个或多个处理器来访问以检索指令、代码和/或数据结构用于本公开内容中所描述的技术的实现的任何可用介质。计算机程序产品可以包括计算机可读介质。

[0092] 举例而言而非限制，这样的计算机可读存储介质可以包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或者其他光盘存储装置、磁盘存储装置、或者其他磁性存储设备、闪存存储器、或者能够用于存储指令或者数据结构形式的期望的程序代码并且能够被计算机访问的任何其他介质。另外，任何连接被适当地称为计算机可读介质。例如，如果使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字用户线(DSL)、或者无线技术(诸如红外、射频和微波)来从网站、服务器、或者其他远程源传输指令，则同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字用户线(DSL)、或者无线技术(诸如红外、射频和微波)被包括在介质的定义中。然而，应当理解，计算机可读存储介质和数据存储介质不包括连接、载波、信号或其他瞬变介质，而是涉及非瞬变、有形存储介质。本文中所使用的磁盘和光盘包括压缩盘(CD)、激光盘、光盘、数字多功能盘(DVD)、软盘和蓝光盘，其中磁盘通常以磁性方式复制数据，而光盘通过激光以光学方式复制数据。以上的组合也应当被包括在计算机可读介质的范围内。

[0093] 指令可以由一个或多个处理器来执行，诸如一个或多个数字信号处理器(DSP)、通用微处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、或者其他等同的集成或离散逻辑电路。因此，本文中所使用的术语“处理器”可以指代以上结构中的任何结构或者适合用于本文中所描述的技术的实现任何其他结构中的任何结构。另外，在一些方面，本文中所描述的功能可以在专用硬件和/或软件模块内来提供。另外，技术可以全部在一个或多个电路或逻辑元件中实现。

[0094] 本公开内容的技术可以用各种设备和装置来实现，包括无线手机装置、集成电路(IC)或者IC的集合(例如芯片集)。本公开内容中描述了各种部件、模块或单元以强调被配置成执行所公开的技术的设备的功能方面，而非一定需要通过不同的硬件单元来实现。相反，如以上所描述的，各种单元可以在硬件单元中组合或者由协作的硬件单元的集合(包括一个或多个以上描述的处理器)结合合适的软件和/或固件来提供。

[0095] 已经描述了各种示例。所描述的示例中的很多示例涉及用于反激式变换器的次级侧与初级侧之间的通信以便实现公共控制器的用于反激式变换器的这两侧的使用的技术。然而，用于变压器的两侧之间的通信的所描述的技术也可以出于其他原因而使用，或者在其他变压器用于中使用。这些和其他示例在以下权利要求的范围内。