本解決方案涉及一種電氣特性改善的高電壓雙向開關器件。

背景技術：

1、在一些應用中，使用雙向高電壓開關器件是有益的，該器件能夠允許電流在第一高電壓端子與第二高電壓端子之間雙向傳輸。

2、例如，高電壓開關器件通常用于電荷恢復諧振驅(qū)動器。

3、這些驅(qū)動器通過使用一定數(shù)目的儲能和存儲電容器，使電荷恢復建立在第一負載電容性元件與第二負載電容性元件(其可以對應于電容式致動器，例如電容式微鏡)之間的合適共享之上。

4、特別地，電容性元件之間的電荷共享是根據(jù)特定的電荷恢復算法、通過連接在相同電容性元件與存儲電容器之間的雙向開關器件來實現(xiàn)的，該雙向開關器件由具有高電壓(幾十v的數(shù)量級)和平均頻率(高達幾十khz)的驅(qū)動信號適當?shù)仳?qū)動。

5、這些開關器件用于管理兩個端子上的(雙向)高電壓。特別地，為了利用電荷恢復性能，開關器件不僅具有低的導通狀態(tài)電阻，而且具有快速的導通和關斷時間。此外，用于驅(qū)動開關的能量消耗和用于形成對應驅(qū)動器的面積通常需要被最小化。

6、圖1示出了高電壓雙向開關器件的已知電路實施例，一般用1表示。

7、該開關器件1定義了一種雙向開關，該雙向開關由第一開關元件2、特別是高電壓mos晶體管m1形成，該mos晶體管具有連接到第一開關端子a(例如，被設計為連接到第一電荷再分配電容性元件)的漏極端子、連接到內(nèi)部節(jié)點s的源極端子和連接到內(nèi)部節(jié)點g的柵極端子。mos晶體管m1的體端子也連接到源極端子，以使得寄生二極管(如圖1所示)在操作過程中避免不適當?shù)膶?在一些情況下，體端子與源極端子之間的連接是固有的)。

8、雙向開關還由第二開關元件4、特別是高電壓mos晶體管m2形成，該mos晶體管具有連接到第二開關端子t(例如，被設計為連接到第二電荷再分配電容性元件)的漏極端子、連接到內(nèi)部節(jié)點s的源極端子和連接到內(nèi)部節(jié)點g的柵極端子。如圖1所示，mos晶體管m2還具有連接到源極端子的體端子，如前所述。

9、上述高電壓mos晶體管m1、m2能夠承受施加在對應漏極端子與源極端子之間以及在對應柵極端子與漏極端子之間的高電壓(例如，具有40-60v數(shù)量級的值)。

10、開關器件1還包括連接在內(nèi)部節(jié)點g與s之間的、特別是由齊納二極管形成的電壓限制元件5，該電壓限制元件具有連接到上述內(nèi)部節(jié)點s的陽極和連接到上述外部節(jié)點g的陰極，并且具有將相同內(nèi)部節(jié)點g與s之間的電壓限于最大值的功能，例如等于5.5v(其可以通過上述mos晶體管m1、m2在柵極端子與源極端子之間承受)。

11、開關器件1還包括：第一電流發(fā)生器6，其被配置為生成第一電流i1，連接在具有高電源電壓vhv(例如，40-60v的數(shù)量級)的電源端子與內(nèi)部節(jié)點g之間，中間插入有第一開關7；第二電流發(fā)生器8，其被配置為生成第二電流i2，連接在內(nèi)部節(jié)點s與接地參考(gnd)之間，中間插入有第二開關9；以及插入在上述內(nèi)部節(jié)點g與接地參考gnd之間的第三開關10。

12、開關器件1的操作設想，通過閉合第一開關7和第二開關9來提供第一電流i1和第二電流i2，使相同開關器件1導通，其中上述電壓限制元件5定義并且限制mos晶體管m1和m2的柵極與源極之間的電壓vgs；因此，在第一開關端子a與第二開關端子t之間發(fā)生電流傳輸(可能在兩個方向上)。

13、通過斷開第一開關7和第二開關9并且通過閉合第三開關10將內(nèi)部節(jié)點g(以及因此mos晶體管m1和m2的柵極端子)連接到接地參考gnd，開關器件1被關斷，從而移除第一流i1和第二流i2(以這里未示出的方式，還可以設想將內(nèi)部節(jié)點s以及因此相同mos晶體管m1、m2的源極端子連接到接地參考gnd的可能性)；因此，第一開關端子a與第二開關端子t之間的電流傳輸被中斷。

14、然而，這種開關器件1具有一些缺點。

15、首先，當開關器件1關斷時，內(nèi)部節(jié)點g和s處的寄生電容被完全放電到接地參考，使得每次導通時都對相同的電容進行再充電(伴隨著電流消耗的相關增加)。

16、此外，導通電流(上述第一電流i1和第二電流i2)具有高值，以確保足夠快的充電時間；因此，為其生成而設計的電路通常是復雜的、制造成本高昂并且在集成制造中需要高面積占用。

17、此外，這些導通電流被施加此前(priori)未知的時間長度，并且根據(jù)參數(shù)(諸如工藝、待控制的電壓和溫度)的變化而變化；因此這些電流的值通常過大以避免操作問題。

18、開關器件(如前所述)的導通電阻值盡可能低，以使效率最大化(例如，相關電荷恢復驅(qū)動器)，這一事實加劇了上述問題。這可以通過增加其尺寸來實現(xiàn)，并且(尤其是在高電壓域中)這需要寄生電容的顯著增加。

19、因此，提出了一些解決方案，旨在至少部分克服上述開關器件1的問題。

20、例如，有人提出，在導通時，僅在較短的時間間隔(初始預充電)內(nèi)限制導通電流的施加，然后是較低的保持電流。此外，除了上述mos晶體管m1和m2之外，還提出了使用輔助開關元件，即晶體管開關元件，也可以在初始預充電階段操作。

21、然而，盡管能夠減少開啟時間，但這些解決方案通常會帶來更大的復雜性和更高的功耗，并且在任何情況下都無法解決之前強調(diào)的一些問題。

技術實現(xiàn)思路

1、本公開的實施例至少部分克服了先前強調(diào)的問題。

2、在一個實施例中，一種開關器件包括雙向開關。雙向開關包括第一開關mos晶體管，該第一開關mos晶體管具有連接到第一開關端子的漏極端子、連接到內(nèi)部源極節(jié)點的源極端子和連接到內(nèi)部柵極節(jié)點的柵極端子。雙向開關包括第二開關mos晶體管，該第二開關mos晶體管具有連接到第二開關端子的漏極端子、連接到內(nèi)部源極節(jié)點的源極端子和連接到內(nèi)部柵極節(jié)點的柵極端子。雙向開關包括連接在內(nèi)部柵極節(jié)點與內(nèi)部源極節(jié)點之間的電壓限制元件。開關器件包括驅(qū)動級，該驅(qū)動級電壓參考內(nèi)部源極節(jié)點并且被配置為根據(jù)第一驅(qū)動信號和第二驅(qū)動信號來驅(qū)動雙向開關的切換，驅(qū)動級包括彼此連接的驅(qū)動晶體管和開關晶體管。驅(qū)動晶體管連接到電源端子并且由第一驅(qū)動信號驅(qū)動以在開關器件的導通間隔中對內(nèi)部柵極節(jié)點充電并且導通雙向開關。開關晶體管由第二驅(qū)動信號驅(qū)動以在開關器件的關斷間隔中使內(nèi)部柵極節(jié)點和內(nèi)部源極節(jié)點短路并且關斷雙向開關。

3、在一個實施例中，一種電荷恢復諧振驅(qū)動器包括第一電容式致動器和第二電容式致動器，第一電容式致動器耦合到第一電荷交換端子，第一電荷交換端子能夠選擇性地交替地連接到具有高電壓的電源端子和接地參考端子，第二電容式致動器耦合到第二電荷交換端子，第二電荷交換端子能夠選擇性地交替地連接到電源端子和接地參考端子。電荷恢復諧振驅(qū)動器包括多個儲能電容器，每個儲能電容器耦合到相應器件對，并且通過器件對中的第一開關器件能夠選擇性地連接到第一電荷交換器件，并且通過器件對中的第二開關器件能夠選擇性地連接到第二電荷交換端子。每個開關器件包括雙向開關，該雙向開關具有第一開關mos晶體管和第二開關mos晶體管，第一開關mos晶體管具有連接到第一開關端子的漏極端子、連接到內(nèi)部源極節(jié)點的源極端子和連接到內(nèi)部柵極節(jié)點的柵極端子，第二開關mos晶體管具有連接到第二開關端子的漏極端子、連接到內(nèi)部源極節(jié)點的源極端子和連接到內(nèi)部柵極節(jié)點的柵極端子。雙向開關包括連接在內(nèi)部柵極節(jié)點與內(nèi)部源極節(jié)點之間的電壓限制元件。每個開關器件包括驅(qū)動級，該驅(qū)動級電壓參考內(nèi)部源極節(jié)點并且被配置為根據(jù)第一驅(qū)動信號和第二驅(qū)動信號來驅(qū)動雙向開關的切換，驅(qū)動級包括彼此連接的驅(qū)動晶體管和開關晶體管。

4、在一個實施例中，一種方法包括用驅(qū)動級基于第一驅(qū)動信號和第二驅(qū)動信號來驅(qū)動開關器件的雙向開關。驅(qū)動級包括彼此連接的驅(qū)動晶體管和開關晶體管。雙向開關包括在第一開關端子與第二開關端子之間在內(nèi)部源極節(jié)點處耦合在一起的第一開關mos晶體管和第二開關mos晶體管。雙向開關包括內(nèi)部柵極，內(nèi)部柵極通過電壓限制器件耦合到內(nèi)部源極、耦合到第一開關mos晶體管的柵極端子、并且耦合到驅(qū)動級的輸出。該方法包括向驅(qū)動晶體管的漏極端子提供電源電壓，通過用第一驅(qū)動信號驅(qū)動驅(qū)動晶體管，在開關器件的導通間隔中對內(nèi)部柵極節(jié)點充電并且導通雙向開關，以及通過用第二驅(qū)動信號驅(qū)動開關晶體管，在開關器件的關斷間隔中使內(nèi)部柵極節(jié)點和內(nèi)部源極節(jié)點短路并且關斷雙向開關。