包括電流限制器的方法和設備的制作方法

包括電流限制器的方法和設備的制作方法
【專利摘要】本發明涉及包括電流限制器的方法和設備。在一個總體方面，所述設備可包括負載端和電源端。所述設備可包括耦接至所述負載端并耦接至所述電源端的電流限制器。所述電流限制器可被配置為使用響應于在所述電源端與所述負載端之間的電壓差所激活的電場，限制從所述電源端流至所述負載端的電流。
【專利說明】包括電流限制器的方法和設備
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請要求于2013年3月15日提交的名稱為“E-Field Current Limiter (LDNA) ”(電場電流限制器(LDNA))的美國臨時專利申請第61/787，123號的優先權和權益，并要求于 2013 年 8 月 9 日提交的名稱為 “Junction-Less Insulated Gate Current LimiterDevice"(無結絕緣柵電流限制器裝置)的美國臨時專利申請第61/864，271號的優先權和權益，并要求于2014年3月6日提交的美國臨時專利申請第61/949，053號的優先權和權益，以及于2014年3月6日提交的美國臨時專利申請第14/199，704號的優先權和權益，通過引用將以上四項美國臨時專利申請全文結合于本文中。

【技術領域】
[0003]本說明書涉及包括電流限制器的方法和設備。

【背景技術】
[0004]可使用保護裝置保護集成電路(如，下游集成電路)或其他導電裝置免受不良電源狀態(如，過電壓狀態、過電流狀態)影響。然而，保護裝置也許不被配置為提供響應于能夠發生例如啟動時的電流涌入、電流沖擊和/或諸如此類的各種不良電源狀態中的每一個的保護。因此，選擇用于電源保護的保護裝置也許不以所需的方式提供集成電路或相關組件的足夠保護。此外，可能要增大其他組件(包括集成電路或其他導電裝置)的規格，以補償保護裝置響應于某些類型的不良電源狀態的不充分。因此，需要用以解決目前技術的不足并提供其他新穎和創新特征的系統、方法和設備。


【發明內容】

[0005]在一個總體方面，所述設備可包括負載端和電源端。所述設備可包括耦接至負載端并耦接至電源端的電流限制器。電流限制器可被配置為使用響應于由電源端與負載端之間的電壓差所激活的電場來限制從電源端流至負載端的電流。
[0006]在附圖和以下說明中給出了一個或多個具體實施的細節。其他特征從說明和附圖中以及從權利要求中將顯而易見。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1A為示出了包括在電路中的電流限制器的示圖。
[0008]圖1B示出了響應于在輸出端與輸入端之間的電壓差而流過電流限制器的電流。
[0009]圖1C示出了電流限制器的電阻與流過電流限制器的電流之間的關系。
[0010]圖2為示出了在系統的電機保護電路中使用的電流限制器的示圖。
[0011]圖3A示出了響應于在兩種不同溫度下在輸出端與輸入端之間的電壓差流過電流限制器的電流。
[0012]圖3B示出了在兩種不同溫度下電流限制器的電阻與流過電流限制器的電流的關系O
[0013]圖4為示出了在系統的另一個電機保護電路中使用的另一個電流限制器的視圖。
[0014]圖5為圖4所示的電流限制電路的變型。
[0015]圖6A為示出了圖5所示電流限制器的電流與電壓差之間關系的曲線圖。
[0016]圖6B為示出了圖5所示電流限制器的功率與電壓差之間關系的曲線圖。
[0017]圖6C示出了如圖5所示控制電路所控制的開關的狀態。
[0018]圖7為示出了耦接于PTC裝置的電流限制器的框圖。
[0019]圖8A至8D為示出了圖7中所示裝置的工作曲線圖。
[0020]圖9為示出了聯接于電機的電流限制器和PTC裝置的框圖。
[0021]圖1OA和IOB為示出了若干不同電流限制器的工作曲線圖。
[0022]圖11為包括初級側和次級側的系統的框圖。
[0023]圖12為示出了電源電路的示圖。
[0024]圖13為圖12所示的電源電路的變型。
[0025]圖14為圖12所示的電源電路的另一個變型。
[0026]圖15A至16B為說明圖。
[0027]圖17A為示出了不包括電流限制器的電路的組件的頂視圖的示圖。
[0028]圖17B為示出了圖17A所示電路的側視圖的示圖。
[0029]圖18A為示出了包括電流限制器的電路的組件的頂視圖的示圖。
[0030]圖18B為示出了圖18A所示電路的側視圖的示圖。
[0031]圖19A為電流限制器的剖視圖。
[0032]圖19B為沿圖19A截取的剖視圖。
[0033]圖20為根據具體實施示出了具有橫向配置的電流限制器的示圖。

【具體實施方式】
[0034]圖1A為示出了包括在電路100中的電流限制器110的示圖。電流限制器110被配置為限制從電源120流至負載130的電流Q1。如在圖1A中所示，電流限制器110串聯耦接在電源120與負載130之間。
[0035]雖然在圖1A中示出為串聯耦接的，但在一些具體實施中，電流限制器110可與電源120和/或負載130并聯耦接。在此類具體實施中，可消除電流限制器110的串聯電阻。在一些具體實施中，電流限制器110可充當反向電壓旁路裝置或充當過電壓旁路裝置。雖然未在圖1A中示出，但電路100中可包括多個電流限制器。
[0036]在一些具體實施中，負載130可為集成電路、電機等等。在一些具體實施中，電路100可為交流(AC)電路或直流(DC)電路。在一些具體實施中，負載130可包括在電源的電路中，并且負載130可為電源電路的一部分。具體地講，電流限制器110可包括在電源電路的初級側(或高電壓側)中，并且負載130可為電源電路的次級側(或低電壓側)。初級側和次級側可被例如變壓器所分隔。
[0037]電流限制器110可為被配置為用電場來限制電流的裝置。在一些具體實施中，電流限制器110可為硅基裝置。因此，電流限制器110的電場可在硅材料(如，硅基材料)內呈現。電流限制器110可為電阻式電流濾波器裝置而不是電感式電流濾波器裝置或熱激活電流濾波器裝置。
[0038]電流限制器110在處于非電流限制狀態或模式(也可稱為非阻塞狀態或模式)時可具有相對較低的電阻。電流限制器110可被配置為在處于非電流限制狀態時允許電流通過。電流限制器110在處于電流限制狀態或模式(也可稱為阻塞狀態或模式)時可具有相對較高的電阻。電流限制器110可被配置為在處于電流限制狀態時限制(或阻塞)電流(或其一部分)。電流限制器110的行為在圖1B和IC中示出。與電流限制器110的結構相關的細節將結合至少例如圖19A至20更詳細描述。
[0039]圖1B示出了響應于輸出端與輸入端之間的電壓差(在X軸上)(如，二端裝置兩端的電壓)所流過電流限制器110的電流(在y軸上)。在一些具體實施中，電壓差可稱為電壓建立。隨著電壓差增加，流過電流限制器110的電流大致線性地增加直到電壓差Vl附近。在電壓差Vl附近，流過電流限制器110的電流被大致限于飽和電流Cl。因此，流過電流限制器110的電流大致恒定(或被限于大致恒定的電流)，即便輸出端與輸入端之間的電壓差存在相對較大變化。在一些具體實施中，電流限制器Iio在大約OV處可為非電流限制狀態并通過(或基本上通過)電流并且為相對較低的電阻，直到在大約OA至飽和電流Cl (如，電流限值)之間開始電流限制。電壓差Vl之前的電流和電壓差行為具有不同于電壓差Vl之后的電流和電壓差行為相比的斜率。
[0040]線性區域12 (在小于電壓差Vl的電壓差處)與飽和區域14 (在大于電壓差Vl的電壓差處)之間的轉折點可稱為飽和點BI。電流限制器110在處于線性區域12時和在處于飽和區域14時可處于電流限制狀態。飽和區域14還可稱為非線性區域(如，非線性電阻區域)。如圖1B所示，電流限制器110在飽和點BI之前可隨電壓差變化近似地充當電阻器(并且處于線性區域12中)。在飽和點BI之后，電流限制器110不再隨電壓差變化而線性地工作(并且處于飽和區域14中)。電流限制器110可在充當電阻器時作為電阻器限制電流，但在飽和點BI之后可更顯著地限制電流(以非線性方式且不再作為電阻器)。
[0041]圖1C示出了電流限制器110的電阻(在y軸上)與流過電流限制器110的電流之間的關系。電流可為從電流限制器110的輸入端流至輸出端的電流。如圖1C所示，電流限制器Iio的電阻可相對較小(如，大約I歐姆，小于5歐姆)直到電流限制器110大致達到圖1B所示的飽和點BI。在飽和點BI之后，電流限制器110的電阻可隨流過電流限制器110的電流的相對較小的變化(如，增加)而顯著增加。
[0042]在一些具體實施中，電流限制器110的電阻在非電流限制狀態與電流限制狀態之間可增加超過5倍(如，10倍、20倍)。在一些具體實施中，電流限制器110的電阻在非電流限制狀態與電流限制狀態之間可變化超過十倍。例如，在處于非電流限制狀態時，電流限制器110的電阻可大約在小于I歐姆與數歐姆(如，0.5歐姆、I歐姆、3歐姆)之間。處于非電流限制狀態時的電流限制器110的電阻可稱為基線電阻。在處于電流限制狀態時，電流限制器110的電阻可遠大于數歐姆(如為，50歐姆、100歐姆、200歐姆)。在一些具體實施中，在處于電流限制狀態且在處于飽和區域中時，電流限制器110的(即其兩端的)電阻可大于5倍的基線電阻。
[0043]因為電流限制器110的電場基于電流限制器110兩端的電壓差，與其他類型的裝置相比，電流限制器110可相對較快地(如，即時地)限制電流。電流限制器110開始限制電流的速度可稱為響應時間。在一些具體實施中，響應時間可小于I微秒(如，I納秒(ns),小于10ns)。例如，與基于熱的裝置根據溫度變化來限制電流相比，電流限制器110可用來顯然更快地限制電流。電流限制器110還可具有比(例如)有源反饋集成電路(IC)更快的響應時間，該電路通過傳感電阻器測量電流并將測定的電流與基準電流進行比較。
[0044]另外，因為電流限制器110被配置為響應于電壓差來限制電流，在系統的溫度已升高至例如相當高的溫度(該溫度否則會使基于熱的裝置失效或不能工作)之后，電流限制器110可繼續響應于電壓變化并限制電流。換句話講，電流限制器110可具有隨溫度變化而基本恒定的功能。換一種說法，電流限制器110可獨立于(或基本上獨立于)溫度變化而工作。在一些具體實施中，電流限制器110的飽和電流可以隨溫度變化而基本恒定。在一些具體實施中，隨溫度變化，電流限制器110的電阻在非電流限制狀態與電流限制狀態之間的變化可大于5倍(如，大于10倍)。雖然飽和電流電平可隨溫度而發生一些變化，但在一些具體實施中轉折點BI可不基于熱響應而實現。例如，即使電流限制器110在相對較高溫度或相對較低溫度下工作，電流限制器110將仍然能夠以線性區域(如，線性區域12)和飽和區域(如，飽和區域14)進行工作。因此，電流限制器110可被用來獨立于溫度將電流固定。
[0045]如圖1A所示，電流限制器110為二端(或二引腳)裝置。因此，電流限制器110可為不具有接地端子的二端裝置。電流限制器110具有輸入端112并且電流限制器110具有輸出端114。在一些具體實施中，端子可按照耦接至端子的裝置進行描述。例如，如果電流限制器110用來保護電機，那么電流限制器110的輸出端(其朝向電機河稱為電機端子，而電流限制器110的輸入端(其朝向電源)可稱為電源端。
[0046]在一些具體實施中，電流限制器110可為形成于硅襯底(其可包括一個或多個外延層)中的裝置。在一些具體實施中，電流限制器110可被配置為在無控制器集成電路或支持電路的情況下工作。換句話講，電流限制器110可為形成于硅襯底中的獨立的分立裝置(如，二端裝置)。在一些具體實施中，電流限制器I1可為具有圖1B和圖1C中所示行為的非硅基裝置。在一些具體實施中，電流限制器110可包括提供圖1B和IC所示行為的元件的組合。
[0047]電流限制器110可具有各種特性和技術要求。例如，電流限制器110可具有大于100V (如，200V、350V、500V)的電壓限制能力。在一些具體實施中，電流限制器110可具有小于100V (如，25V、50V、75V)的電壓限制能力。在一些具體實施中，電流限制器110可具有小于I歐姆(Ω)(如，500πιΩ、200πιΩ、1πιΩ)的串聯工作電阻。在一些具體實施中，電流限制器110可具有大于I Ω (如，20、500、10(^)的串聯工作電阻。在一些具體實施中，電流限制器110可具有大于20 Ω (如，30 0、50 0、100 0)的浪涌響應電阻。在一些具體實施中，電流限制器110可被配置為在超過100V的電壓下限制到若干安培(如，在300V下限制到1Α，在220V下限制到5Α，在100V下限制到3Α)。在一些具體實施中，響應時間(如，對電流浪涌的響應時間、對從導通狀態變化至電流限制狀態的響應時間)可小于I微秒(如，Ins,小于10ns)。在一些具體實施中，電流限制器110可被封裝成便于表面安裝或封裝成具有引線。
[0048]在一些具體實施中，電源120可為任何類型的電源，例如直流(DC)電源、交流(AC)電源和/或諸如此類。在一些實施例中，電源120可包括這樣的電源，其可以是任何類型的電源，例如，直流(DC)電源，如電池、燃料電池和/或諸如此類。
[0049]電流限制器110可具有相對較快的響應時間。例如，電流限制器110可具有小于IOOns的響應時間。響應時間可為從非電流限制狀態變化至電流限制狀態的時間。因為電流限制器110可具有相對較快的響應時間，電流限制器110可用于各種應用中。以下描述使用電流限制器110的應用中的至少一些。下文描述的應用總體上為圖1A所示的配置的變型。另外，結合各種應用描述的優點可適用于其他應用。例如，結合(例如)圖2至10描述的優點可適用于結合(例如)圖11至18B所述的具體實施。
[0050]圖2為示出了在系統200 (可稱為電機系統)的電機保護電路290中使用的電流限制器210的示圖。電機保護電路290包括電容器205、電流限制器210、耦接至控制電路220的開關225 (如，電源開關)和熔斷器230。電機保護電路290被配置為將電力從電源240輸送至電機250。如圖2所示，電容器205并聯耦接于電機250，并且電流限制器210串聯耦接在開關225與電機250之間。開關225串聯耦接在熔斷器230與電流限制器210之間。在一些具體實施中，不同類型的負載而非電機250可包括于系統200中。在一些具體實施中，開關225和控制電路220可統稱為電流限制電路。
[0051]在一些具體實施中，開關225可為用來停止或開始從電源240流至電機250的電流的機械或電氣裝置。雖然圖中顯示為MOSFET裝置，但開關225可為不同的開關裝置或可包括MOSFET裝置。在一些具體實施中，控制電路220可為集成電路控制器，其用來控制開關225,并且在一些具體實施中，管理從電源240輸送至電機250的電流。在一些具體實施中，開關225可結合傳感電阻器(未示出)或其他類型的電流傳感裝置(未示出)一起使用。結合(例如)圖4描述與傳感電阻器共用的開關的例子。
[0052]在一些具體實施中，電機保護電路290中所包括的組件的配置可以是變化的或可按不同安排或次序設置。例如，可相反地設置開關225與熔斷器230。在一些具體實施中，熔斷器230可設置在圖2所示電源240的不同側(如，電源240的輸入側242而非電源240的輸出側241)。
[0053]電流限制器210可用于防止或限制可使電機250損壞的相對較高的電流。伴隨在系統200打開或啟動(如，打開電源240以運行電機250)過程中、電機250的失速狀態過程中、當電機250可能處于接近失速的狀態時電機250的高扭矩運行過程中、在開關225的觸點抖動的情況下和/或諸如此類的電流啟動可產生高電流。通過限制相對較高(且頻繁的)電流(如，電流電平)到達電機250，電流限制器210可防止(或基本防止)損壞，例如電機250中所包括的永久磁體的去磁。在一些具體實施中，相對較高的電流也可損壞或熔化機械式開關(如，開關225 )，使熔斷器(如，熔斷器230 )疲勞和/或諸如此類。
[0054]在通常的電機系統中，使用串聯電阻和/或相對較大磁體尺寸以防止(或降低)電機應相對較大的電流或電流電平而發生的損壞。然而，串聯電阻的使用可導致低效(這對于例如電池供能的裝置可能是有問題的)并且可導致電機系統(例如系統200)的附加成本。電機內相對較大磁體的使用可增加電機的重量和/或可導致增大對其他組件例如電機中所包括的電機軸承的磨損。電流限制器210由于其電流限制能力可消除(或降低)對(例如)使用限制電流到達電機250的串聯電阻的需求。此外，電機中包括的磁體的規格(如，特斯拉(T)值、體積尺寸)可通過實現電流限制器210的電流限制能力而減小。
[0055]在一些具體實施中，可使用電流限制器210來代替例如負溫度系數(NTC)裝置(未示出)(或串聯電阻(未示出))。可使用電流限制器210來代替NTC裝置以便例如降低峰值電流，降低工作能耗并改善浪涌電流限制和電源循環事件。雖然本文是在圖2的背景下討論，這些原理可適用于本文描述的任何具體實施。
[0056]如在圖2中所示，電機保護電路290包括電流限制器210且不包括NTC裝置。如上面所提到的，電流限制器210作為基于電場的裝置，可比基于熱的(如，熱電的)裝置例如NTC裝置明顯更快地限制電流。此外，與NTC裝置相比，電流限制器210可以始終一致地(或相對恒定地)限制電流。NTC裝置在較冷時具有相對較高的電阻(如，8歐姆)并且在較熱時具有相對較低的電阻。因此，當電機保護電路(如，電機保護電路290)和電機(電機250)在啟動過程中相對較冷時，NTC裝置可應對浪涌電流。然而，電機保護電路在電機運行過程中升溫，NTC裝置的電阻可能降低，從而降低了 NTC裝置限制電流的能力。因此，NTC裝置在較熱時可能不限制電流并且不能在運行過程中提供例如浪涌保護和/或不能限制快速電源循環事件中的浪涌電流(如，NTC裝置可能不會在相對較短時間段內充分冷卻以應對快速循環浪涌電流)。在一些具體實施中，NTC裝置可具有大約5倍的相對較小電阻變化，而電流限制器110可具有大約10倍或更大(如，50倍、100倍)的電阻變化。另外，當平均電流下降時，NTC裝置的電阻增加，這可對低電流能耗造成不利影響。這與電流限制器210的行為形成鮮明對比。此外，NTC裝置必須消耗電能以便為持續操作保持低電阻狀態，并且NTC裝置可升溫至相對較高溫度(如，250°C)，從而造成過度的全系統發熱。在一些具體實施中，電流限制器110可被配置為具有小于10倍(如，2倍、5倍)的電阻變化。
[0057]相比之下，電流限制器210可被配置為在系統200的啟動過程中及在系統200的運行過程中或甚至在系統200相對較熱之后限制電流。在一些具體實施中，電流限制器210的飽和電流可隨溫度升高而下降。因此，電流限制器210的電流限制能力可隨溫度升高而增強。圖3A和3B示出了該類型的工作。通過這樣做，在相對較高溫度下或響應于溫度升高，電流限制器210可提供對浪涌和/或關開機循環的改善的保護。
[0058]圖3A示出了在兩種不同溫度下響應于輸出端與輸入端之間的電壓差(在X軸上)而流過電流限制器210的電流(y軸上)。具體地講，曲線30示出了在第一溫度Tl下的電流限制器210的工作，而曲線32示出了在大于第一溫度Tl的第二溫度T2下的電流限制器210的工作。如圖3A所示，電流限制器210具有飽和電流Dl (在大約電壓El下)，隨著溫度從第一溫度升高至第二溫度，飽和電流Dl降至飽和電流D2 (在大約電壓差E2下)。
[0059]相似地，圖3B示出了在兩種不同溫度下電流限制器210 (在y軸上)的電阻與流過電流限制器210的電流的關系。如圖3B所示，電流限制器210的電阻可相對較小(如，大約0.1歐姆(Ω )，小于5 Ω )直到電流限制器110大致達到圖1B所示的飽和點BI。如圖3B所示，隨著溫度從第一溫度Tl升高至第二溫度T2，電流限制器210的電阻曲線從曲線36移至曲線34。
[0060]如通過圖3A和3B所示，隨著溫度升高(如，安裝了電流限制器210的系統的溫度升高)，電流限制器210可更有效地限制電流。這與NTC裝置形成鮮明對比，隨著溫度升高(如，安裝了 NTC裝置的系統的溫度升高)，NTC裝置限制電流(如，浪涌電流)的能力減弱。
[0061]因為電流限制器210為電場裝置，電流限制器210可用來限制具有相對較快的涌入電流循環的電流，而諸如NTC裝置之類的熱觸發式裝置則不能夠限制具有相對較快的涌入電流循環的電流。如上文所提及的，電流限制器210的響應時間可相對較快，這可有利于具有相對較快的涌入電流循環的電流限制。電流限制器210可被配置為響應于溫度變化而以比基于熱的裝置可限制電流的速度明顯更快的速度限制電流，因為響應時間受到電流限制器210的熱質量限制，并通過熱傳導和/或熱對流而增加。
[0062]圖4為示出了在系統400 (也可稱為電機系統)的另一個電機保護電路490中使用的電流限制器410的示圖。電機保護電路490包括電容器405、電流限制器410、耦接至控制電路420的開關425 (如，電源開關)和熔斷器430。在該具體實施中，電容器407 (也可稱為Xcap)、金屬氧化物壓敏電阻(MOV)裝置435，和電阻器445 (也可稱為泄放電阻器)并聯耦接。系統400還包括串聯耦接在電流限制器410與電機450之間的正溫度系數(PTC)裝置415 (如，聚合物PTC裝置、陶瓷PTC裝置)。電機保護電路490被配置為將電力從電源440輸送至電機450。如圖4所示，電容器405并聯耦接于電機450。開關425從電源440的輸出串聯耦接。熔斷器430耦接在電源440的輸入側442。
[0063]在一些具體實施中，不同類型的負載而非電機450可被包括在系統400中。在一些具體實施中，PTC裝置415、MOV裝置435、電阻器445和/或諸如此類可任選地包括在或不包括在系統400中。雖然未示出，但⑶T裝置可替代MOV裝置435和/或可結合MOV裝置435 —起使用。在一些具體實施中，任何圖中的任何MOV裝置被替換為GDT裝置和/或可結合MOV裝置一起使用。
[0064]在一些具體實施中，開關425可為機械式或電氣裝置，其被配置為停止(或限制)或啟動從電源440至電機450的電流。如圖4所示，傳感電阻器427與開關425(并與電流限制器410)串聯耦接。在該具體實施中，控制電路420可為集成電路控制器，其被配置為基于使用傳感電阻器427計算的電流對開關425進行控制。具體地講，可使用傳感電阻器427兩端的電壓降和傳感電阻器427的已知電壓(在傳感電阻器427的給定溫度下)計算流過傳感電阻器427和與傳感電阻器427串聯耦接的其他裝置(如，開關425、電流限制器410)的電流。基于使用傳感電阻器427收集的信息(如，電流、溫度)，控制電路420可被配置為使用開關425管理從電源440輸送至電機450的電流。例如，如果傳感電阻器427兩端的電壓超過閾值電壓，控制電路420可用來關斷開關425或將開關425控制成線性工作模式來控制電流。在該具體實施中，控制電路420、開關425和傳感電阻器427可稱為電流限制電路 421。
[0065]在一些具體實施中，電機保護電路490中所包括的組件的配置可以是變化的或可按不同安排或次序設置。例如，電流限制電路421的開關425的設置可處于沿著電源440的輸出側441的不同位置(如,介于電容器407與電阻器445之間、介于電源440的輸出側441與MOV裝置435之間)。在一些具體實施中，熔斷器430可設置在圖4所示電源440的不同側(如，電源440的輸出側441而非電源440的輸入側442)。
[0066]從時機角度看，電流限制器410可具有電機保護電路490中的限制功能，其可與電流限制電路421的具體裝置一起使用。電流限制器410可被配置為以比電流限制電路421的電流管理更快的速度限制電流，電流限制電路421可能比較慢起作用(如，典型響應時間為大約I至10微秒(ys))。換句話講，在一些具體實施中，電流限制器410可充當初級電流限制器(或快速響應的電流限制器)，而電流限制電路421可充當次級電流限制器(或慢速響應的電流限制器)。
[0067]例如，電流限制器410可被配置為在第一時間段過程中，響應于來自電源440的電流尖峰而限制流至電機450的電流。在電流限制器410被啟動以限制流至電機450的電流之后，在第二時間段過程中，可投入(如，啟動)電流限制電路421以限制流至電機450的電流。在一些具體實施中，第一時間段與第二時間段可至少有些重疊。在一些具體實施中，第一時間段與第二時間段可互相獨立。
[0068]在一些具體實施中，電流限制電路421的啟動可隨電流限制器410之啟動進行電流限制而觸發來限制電流。在此類具體實施中，傳感電阻器427可不包括于系統中。相反，控制電路420可被配置為在過電流檢測中使用電流限制器410兩端的電壓并且可使用電流限制器410兩端的電壓來確定過電流的大小。因此，電流限制器410兩端的電壓可用作控制信號。在此類具體實施中，控制電路420可用來監測(如，檢測)電流限制器410兩端的電壓。換句話講，電流限制器410可與開關425 —起使用。在一些具體實施中，控制電路420可使用電阻器427兩端的電壓結合(如，除此之外還)電流限制器410兩端的電壓對開關425進行控制。結合至少圖5至6C示出和描述了包括電流限制器、控制電路和開關的組合的配置。圖6A至6C為示出了圖5中所示電路的工作。
[0069]如在圖5中所不，該圖為圖4所不電流限制電路421的變型，控制電路420具有稱接至電流限制器410的輸入端和輸出端中每一個的一根或多根線。因此，電流限制器410可視為電流限制電路421的一部分。控制電路420還耦接至開關425的門極。開關425串聯耦接至電流限制器410。
[0070]控制電路420被配置為監測(如，檢測)電流限制器410兩端的電壓。控制電路420被配置為基于電流限制器兩端的電壓410對開關425進行控制。電流限制器410兩端的電壓降或電壓升可被控制電路420用作接通或斷開開關425的信號。在一些具體實施中，電流限制器410兩端的電壓降或電壓升可以相對于閾值電壓而言。結合圖6A至6C示出了一種這樣的情況。
[0071]作為具體例子，響應于超過一個或多個閾值電壓的電流限制器410兩端的電壓，控制電路420可被配置為斷開(或開路成高阻狀態)開關425。換句話講，控制電路420可使開關425的狀態從導通狀態變化為非導通狀態(如，斷開狀態)或電阻性狀態(如，線性操作區域)。在一些具體實施中，閾值電壓可定義為大約為表示電流限制器410 (例如)變成電流限制狀態時的電壓。
[0072]圖6A為示出了圖5所示電流限制器410的電流與電壓差之間關系的曲線圖。如圖6A所示，在電壓VDl (其可稱為飽和電壓)附近，電流限制器410變化至電流限制狀態。該曲線圖類似于圖1B所示的曲線圖。如圖6A所示，控制電路420可以容易地基于電壓差來檢測電流限制器410的狀態。
[0073]圖6B為示出了圖5所示電流限制器410的功率(單位:瓦特(W))與電壓差之間關系的曲線圖。如圖6B所示，閾值功率PW被電流限制器410消耗。圖6B中所示的功率對應于圖6A中所示的電流與電壓差的關系曲線。如在圖6B中所示，電流限制器410所消耗的功率可相對較易計算，因為電流限制器410在相對恒定的電流處飽和(如圖6A所示)。因此，所消耗的功率可計算為電壓差乘以飽和電流(或電流極限)(如，大致為飽和電流或電流極限)。相比之下，線性區域(圖1B中的區域12)中的功率使用I2R或V2/R計算(如，估計)。在該具體實施中，電流限制器410可被配置為在電流限制器410限制電流時耗散大部分熱量，而開關425可耗散非常少的熱量。
[0074]圖6C示出了如圖5所示控制電路420所控制的開關425的狀態。圖6C中所示簡圖的X軸表示遞增的時間，y軸表示開關425的狀態。如圖6C所示，當電流限制器410在電壓差VD2處以大約閾值功率PW消耗功率時，開關425從接通狀態(導通狀態)變化至斷開狀態(非導通狀態)。響應于該變化，可降低流過電流限制器410的電流(和電流限制器410所消耗的功率)。
[0075]在一些具體實施中，可使用功率和時間的組合(基于包括功率和時間的組合的閾值)來觸發開關425從接通狀態變化至斷開狀態。例如，如果功率相對較低(如與電壓降關聯)，可增加在觸發開關425切斷(或終止)流至電流限制器410的電流之前(以電流限制模式)工作的持續時間。又如，如果功率相對較高，可減少在觸發開關425切斷流至電流限制器410的電流之前工作的持續時間。因此，控制電路420 (也可稱為控制器)可被配置為基于電流限制器410兩端電壓的差值大小來計算電流限制器410的電流限制模式的持續時間。具體地講，所計算的持續時間可用于基于預定的閾值持續時間(也可基于功率電平)來觸發開關425的切換。在一些具體實施中，不可使用功率和時間的組合來觸發開關425，直到初始閾值功率電平(如，預定或指定的初始閾值功率電平)被電流限制器410被消耗之后(如，不可被電流限制器410無限期維持的功率電平)。
[0076]在一些具體實施中，流過電流限制器410的電流和電流限制器410兩端的電壓可通過控制電路420測量。控制電路420可用該電壓下的該電流來估計電流限制器410的結點溫度。通過使用該估計的結點溫度，控制電路420可用來確定觸發開關425切斷(或終止)流至電流限制器410的電流的時間(或時間段)。
[0077]如圖6A至6C所示，圖5中所示的電路配置可被配置為使得可限制或停止電流限制器410消耗功率。在此類具體實施中，開關425可用于保護電流限制器410和/或其他下游組件(它們可串聯耦接或并聯耦接)。控制電路420被配置為響應于電流限制器410達到電壓VD2 (對應于閾值功率PW)附近的電壓而改變開關425的狀態。因此，電流限制器410兩端的電壓降大小可為電流限制器410所消耗的功率大小的指示，并且可用作開關425狀態的觸發器。
[0078]在一些具體實施中，開關425可被配置為在第一狀態保持一段時間后才變化至第二狀態。例如，控制電路420可被配置為響應于電流限制器410達到(或超過)電壓VD2附近的電壓而使開關425的狀態變化至斷開狀態。控制電路420可被配置為使開關425的狀態保持在斷開狀態一段時間(也可稱為保持時間)之后才使開關425的狀態變化至接通狀態。即使電流限制器410兩端的電壓降到電壓VD2以下，開關425可保持在斷開狀態。可實施該保持以避免處于或接近閾值電壓差時狀態之間的快速切換。該類型的行為可稱為滯后。
[0079]雖然在圖6C中示出為二元狀態(斷開狀態或接通狀態)，在一些具體實施中，開關425可變化至一種非二元狀態或可變化至多種狀態之一。在一些具體實施中，開關425可變化至部分接通狀態或部分斷開狀態(如，電阻性狀態)。換句話講，開關425可變化至電流限制模式，變化至高電阻模式，變化至在線性區域中工作(如果開關425為例如MOSFET裝置)和/或諸如此類。
[0080]在一些具體實施中，閾值電壓(控制電路420被配置為在該閾值電壓處改變開關425的狀態)可不同于(如，高于、低于)圖6A至6C所不的電壓。在一些具體實施中，閾值電壓可取決于圖5中所示的電路和/或系統400 (圖4中所示)中的一個或多個部分的溫度(如，基于該溫度而變化)。
[0081]重新參照圖4或圖5，開關425的狀態的改變可為基于時間的或基于時間段的。例如，控制電路420可用來確定(如，檢測)傳感電阻器427兩端和/或電流限制器410兩端的電壓已超過閾值電壓(或降至閾值電壓以下)。控制電路420可被配置為在該確定之后經過一時間段后觸發開關425的狀態的改變。換句話講，控制電路420可被配置為在該確定之后等待一段時間，直到觸發開關425的狀態的改變。
[0082]作為具體例子，圖5中的控制電路420可用來確定(如，檢測)電流限制器410兩端的電壓已超過第一閾值電壓。控制電路420可被配置為在經過第一時間段后觸發開關425的狀態從接通狀態變化至斷開狀態。響應于控制電路420確定電流限制器410兩端的電壓已降至第一閾值電壓或第二閾值電壓之下，控制電路420可被配置為在經過第一時間段或第二時間段后，觸發開關425的狀態從斷開狀態變化至接通狀態。
[0083]在一些具體實施中，電流限制器410可用于不具有電流限制電路421的系統400(或電機保護電路490)。換句話講，電流限制電路421可任選地不包括于系統400 (或電機保護電路490)中。例如，電流限制電路421可不包括于系統400中，特別是在電流限制電路421用于浪涌電流控制的情況下。電流限制器410可替代地用于浪涌電流控制。在不具有電流限制電路421的此類系統中，可省去電流限制電路421和諸如開關425等元件的費用。另外，可省去可能需要專門的工作電壓且不允許暴露于例如線電壓的控制電路420。
[0084]在一些具體實施中，電流限制器410和電流限制電路421結合使用(或作為電流限制電路421的一部分)可優于單獨使用電流限制電路421而不使用電流限制器410。電流限制器410可用于提升電機保護電路490的總響應時間，因為電流限制電路421的響應時間可能比較慢(如，大約1μ s至10 μ S)。因此，當不具有電流限制器410時，在電流限制電路421響應(如，限制電流)之前，電流可隨沖擊浪涌而流入電機450 (如，直通或穿通)。使用較為快速作用的電流限制器410時，可消除沖擊浪涌、直通或穿通和/或諸如此類。
[0085]此外，當使用電流限制器410時，可降低系統400的復雜性和費用。例如，因為電流限制器410可充當初級限制器，可降低開關425的規格和額定值(如，額定電壓、額定電流)。這可以實現，因為電流限制器410飽和并限制將傳導通過開關425的最大電流。換句話講，即使使用了 425 (和電流限制電路421)，也可降低開關425的規格和額定值，這是由于較低電流切換和di/dt要求。此外，可降低開關425的額定電壓，由于用電流限制器410限制了電流，串聯電感不會作為反電動勢(EMF)的大部分而產生(或會降低)。這可導致更低的切換損耗和/或更小的封裝尺寸，這在無電流限制器410時不可實現。
[0086]又如，當不具有電流限制器410時，可能需要電流限制電路421準確地控制流過開關425的電流，方法是使用傳感電阻器427計算流至電機450的電流。這可能需要相對復雜的反饋算法，該反饋算法要考慮例如傳感電阻器427、開關425和控制電路420的溫度依賴。該算法可能還要求將開關425 (如果為場效應晶體管裝置)的狀態控制在(例如)線性區域。可使用電流限制器410降低該控制算法的復雜性，該電流限制器可快速地(如，即時地)將電流限制到飽和電流(如，已知的飽和電流)。
[0087]當使用開關425 (在無電流限制器的情況下)時，熱量在開關425限制電流時被開關425耗散。相比之下，電流限制器410可被配置為在電流限制器410限制電流時耗散大部分熱量，而開關425可耗散相對少的熱量。
[0088]又如，由于電流限制器410可充當初級限制器，因此可降低電機450中所包括磁體的規格。這可以實現，因為電流限制器410飽和并限制在電機450中可能被接收的最大電流。
[0089]在一些具體實施中，可使用以下方法選擇電機450的磁體:(1)可以選擇電機450的最大扭矩；(2)可以選擇將提供該最大扭矩的設計和電流點；(3)可以配置將提供(或限于)該電流以獲得最大扭矩的電流限制器410 ; (4)可以選擇用于匹配電流限制器410的電流輸出特性的電機450的磁體和電機450的繞組特性。
[0090]在圖4 (和圖5)所示的該具體實施中，可在系統400 (或電機保護電路490)中使用(如，可任選地使用)PTC裝置415以進行(例如)短路保護。對應于故障狀態(例如，大電流)，PTC裝置415會(如，通過熱傳導或對流機制)被加熱，這導致電阻增加，從而保護電機450。
[0091 ] 電流限制器410可被配置為以比PTC裝置415執行的電流限制更快的速度限制電流，PTC裝置415可能比較慢起作用(作為熱作用裝置)。換句話講，在一些具體實施中，電流限制器410可充當初級電流限制器(或快速響應的電流限制器)，而PTC裝置415可充當次級電流限制器(或慢速響應的電流限制器)。在一些具體實施中，電流限制器410可被配置為將電流限制到電流限制器410的飽和電流，并且PTC裝置415在開始工作之后可關斷(例如，終止、阻止)流至電機450的電流。電流限制器410可充當相對于電流限制電路421和/或PTC裝置415的初級電流限制器。
[0092]例如，PTC裝置415可被配置為具有比電流限制器410的跳閘電流低的跳閘電流(如，閾值或觸發電流)。在浪涌事件中，比較快的電流限制器410可以快速地(如，即時地)將電流限制到高于PTC裝置415的跳閘電流的電流。然而，這種電流可最終導致PTC裝置415跳閘和閉鎖，從而關閉電路并保護比較快的電流限制器410。PTC裝置415可被選擇為使得PTC裝置415在電流限制器410失效之前開始限制電流。就PTC裝置415而言，如果限定和限制了最大電流，則該具體實施也許能夠使PTC裝置安全地工作于較高電壓(如，可提高PTC裝置415的電壓額定值)。這樣，兩種裝置的功能均可被利用。
[0093]又如，PTC裝置415可具有比電流限制器410高的跳閘電流，但PTC裝置415可熱耦合于電流限制器410。正如在前面的例子中，在浪涌事件之前，比較快的電流限制器410可被配置為快速地(如，即時地)將電流限制到電流限制器410的設計限值(如，飽和電流)。此時，電流限制器410會產生熱量。該熱量可用來加熱PTC裝置415，并導致PTC裝置415啟動以限制電流，從而保護電流限制器410。該具體實施還可被配置為使得電流限制器410所耗散的功率量能夠與輸入電壓成線性的(例如，較為線性的)關系。因此，可以僅基于組件和預期的系統電壓來調整系統響應時間。
[0094]在一些具體實施中，PTC裝置415可任選地包括在(或不包括在)系統400 (或電機保護電路490)中。在不包括PTC裝置415的具體實施中，電流限制器410可以代行由PTC裝置415提供的浪涌保護(或短路保護)功能。
[0095]重新參見圖4，由于電流限制器410可快速地(如，即時地)限制電流，因此可減小熔斷器430的規格(如，電流額定值)和保持電流。在一些具體實施中，電流限制器410可降低熔斷器430的循環疲勞，熔斷器的循環疲勞可隨(例如)涌入電流而產生。
[0096]如上面結合圖2所描述，在一些具體實施中，電流限制器410可用于取代例如NTC裝置(未示出)或串聯限流電阻(未示出)。由于未在系統400中使用NTC裝置和/或串聯電阻，因此系統400的總體效率可得以改善(因為能量不會通過這些裝置中的任一者耗散)。
[0097]系統400中電流限制器410的使用可導致MOV裝置435實際尺寸的減小。具體地講，電流限制器410兩端的電壓建立(當處于電流限制狀態時)可使MOV裝置435兩端的電壓建立更高以通過MOV裝置435觸發分流操作(如，電流分流)以保護電機450，從而減小MOV裝置435的規格。可減小MOV裝置435 (其通常為可相對漏電的，因而在系統400中相對低效)的實際尺寸，從而有助于使系統400 (和電機保護電路490)的總體效率更高。例如，具有較小實際尺寸的MOV裝置435能夠具有較陡的1-V曲線。因此，如果下游組件(如，電容器)具有臨界Vfail (失效電壓)，則該下游組件將由于有該較小的MOV裝置435而更快地失效。然而，如果結合電流限制器410 —起使用，則在電流限制器410兩端建立的電壓可有利于在相對小的MOV裝置435兩端產生更高的鉗位電壓，而不導致電容器在Vfail處失效。
[0098]在一些具體實施中，MOV裝置435可結合相對小的氣體放電管(⑶T裝置)或⑶T裝置和電阻器一起使用，或可被其替代。與MOV裝置435類似，電流限制器410兩端的電壓建立(處于電流限制狀態時)可觸發GDT裝置的分流操作(如，電流的分流)。在一些具體實施中，⑶T裝置在被啟動而分流電流之前可能需要數百伏(如，500V、800V、1000V)電壓。然而，通常具有相對低電阻的電流限制器可在浪涌事件中即時產生數百伏的電壓降，從而提供足夠的電壓以觸發上游⑶T裝置。
[0099]在一些具體實施中，電流限制器410的使用可導致系統400所包括的其他元件的規格減小。例如，使用可快速響應瞬變的電流限制器410可導致電容器407的規格和/或應力的減小，從而導致更高的電阻和更小的電阻器445。電容器407的規格和/或應力的減小可使得電容器407的壽命得以增加。在一些具體實施中，可實施另一個電流限制器(未示出)與電容器405串聯。該另一個電流限制器可減小(例如)涌入電流，可有助于保護熔斷器430，觸發MOV裝置435和/或有助于保護電容器405。
[0100]圖7為示出了耦接于PTC裝置715的電流限制器710的框圖。電流限制器710可在上述(例如圖4)或下述的一個或多個具體實施中與PTC裝置715 —起使用。如上所述，在一些具體實施中，電流限制器710可被配置為將電流限制到電流限制器710的飽和電流，并且PTC裝置715 (在開始工作后)可以最終關斷(例如，終止、阻止)流至負載的電流。在一些具體實施中，PTC裝置715可在例如電機(例如圖4中示出的電機450)失速的情況下最終關斷電流。在一些具體實施中，PTC裝置715和電流限制器710可被集成到單個封裝中。
[0101]在該具體實施中，由于電流限制器710耦接于PTC裝置715，因此來自電流限制器710的熱量可被轉移到PTC裝置715，如圖7中的箭頭所示。因此，PTC裝置715可以接收來自電流限制器710的熱，使得PTC裝置715可以被啟動。具體地講，電流限制器710可用來限制流至負載的電流。對應于限制電流向負載流動，電流限制器710可將熱轉移至PTC裝置715。根據轉移至PTC裝置715的熱量，PTC裝置可以關斷流至負載的電流。在該具體實施中，與無熱量從電流限制器710轉移至PTC裝置715情況相比，PTC裝置715可根據來自電流限制器710的熱量而更快地被啟動。
[0102]在一些具體實施中，電流限制器710可與PTC裝置715共同封裝。在此類具體實施中，電流限制器710和/或PTC裝置715可以容納在模制件和/或隔熱材料內。在一些具體實施中，PTC裝置715可充當電流限制器710的散熱器。
[0103]圖8A至8D為示出了圖7中所示裝置的工作的曲線圖。圖8A為示出了 PTC裝置715的電阻與溫度關系的曲線圖。如圖8A所示，PTC裝置715的電阻在大約TT的閾值溫度之前相對恒定。在溫度TT附近，PTC裝置715的電阻急劇增大。
[0104]圖SB為示出了電流限制器710和PTC裝置715的溫度與時間的關系的曲線圖。具體地講，曲線81示出了電流限制器710的溫度與時間的關系，曲線82示出了 PTC裝置715的溫度與時間的關系。如圖8B所示，當來自電流限制器710的熱轉移到PTC裝置715時，PTC裝置715的溫度滯后于電流限制器710的溫度。
[0105]在該具體實施中，如圖8C所示，在時間TO附近，電流限制器710從導通狀態變化至電流限制狀態。因此，時間TO對應于圖SB所示電流限制器710的溫度逐漸增加時的起點。
[0106]如在圖8B中所示，PTC裝置715的溫度在時間Tl附近開始升高。由于電流限制器710限制電流并消散熱量，所述溫度升高可至少部分地由熱從電流限制器710轉移至PTC裝置715引起。如圖8B所示，PTC裝置715的溫度在時間T3附近超過閾值溫度TT。因此，在時間T3附近，PTC裝置715從導通狀態變化至電流限制狀態，如圖8D所示。
[0107]圖9為示出了聯接于電機950的電流限制器910和PTC裝置915的框圖。950僅以舉例方式示出。在一些具體實施中，電流限制器910和PTC裝置915可以耦接至不同類型的負載。在一些具體實施中，電流限制器910和/或PTC裝置915可以被包括在電機950的外殼(未示出)內。在一些具體實施中，電流限制器910和/或PTC裝置915可以耦接至電機950的外殼(未出)的外側部分或表面(例如外表面)。
[0108]在一些具體實施中，由于電流限制器910是單一的二端裝置，因此可將電流限制器910直接稱接于電機950的外殼上或外殼內。在一些具體實施中，電流限制器910可具有上部電接點(也可稱為上接點)和下部電接點(也可稱為下接點)。因此，可使用上接點和下接點通過例如線夾、單根導線等將電流限制器910直接安裝在電機950的外殼內。這可與不能用線夾或單根導線安裝的多引腳配置形成對比。
[0109]如在圖9中所示，電流限制器910耦接至PTC裝置915，電流限制器910和PTC裝置915中的每一個均耦接至電機950。在一些具體實施中，電流限制器910可以耦接至電機950而不具有PTC裝置915。在一些具體實施中，電流限制器910可以耦接在PTC裝置915和電機950之間。因此，電流限制器910可以隔離PTC裝置915使其免受由電機950產生的熱的影響。可以改變(例如調換)電流限制器910相對于PTC裝置915的順序(或位置)。
[0110]圖1OA和IOB為示出了若干不同電流限制器的工作的曲線圖。圖1OA為示出了三個電流限制器CLl至CL3的電流限值(單位為安培)與電壓降(例如，輸入電壓減輸出電壓，電流限制器兩端電壓)的關系的曲線圖。圖1OB為示出了三個同樣的電流限制器CLl至CL3的電阻(例如，有效電阻，單位為歐姆)與電壓降的關系的曲線圖。
[0111]在圖1OB中所示的電壓降與在圖1OA中所示的電壓降相同(或相對應)。圖1OA和IOB所示的電壓降可為大約25V (或更高或更低)。可使用響應于傳輸線路脈沖(TLP)(例如100ns TLP)的測量值來形成圖1OA和IOB示出的曲線。
[0112]如在圖1OA中所示，每一個電流限制器的電流限值均隨電壓降的升高而升高。具有最高電流限值的電流限制器CLl的電流限值隨電壓降變化最大。在一些具體實施中，電流限值可介于約幾安培或更小(例如，50011^、認、34)與幾十安培(例如，2(^、3(^、5(^)之間。在一些具體實施中，電流限制器CLl至CL3中的一個或多個的電流限值可隨幾十伏電壓降的變化從百分之幾(或更少)變化至約30%。在一些具體實施中，電流限制器CLl至CL3中的一個或多個的電流限值可隨幾十伏電壓降的變化而變化超過30%。
[0113]如圖1OB所示，具有最高電流限值的電流限制器CLl的電阻相對于電壓降為最低。在一些具體實施中，電流限制器的低電壓電阻可介于幾歐姆或更小(例如ΙπιΩ、1 Ω )與幾歐姆(例如，5Ω、8Ω)之間。
[0114]圖11為包括初級側Pl和次級側Ρ2的交流(AC)系統1100的框圖。可為電源電路的系統1100包括負載1195。在一些具體實施中，負載1195可被包括在電源電路中，并且負載1195可為電源電路的一部分。在一些具體實施中，負載1195可為集成電路、電機等。在一些具體實施中，初級側Pl可為系統1100的高電壓側，負載1195可包括在次級側Ρ2中，而次級側Ρ2可為系統1100的低電壓側。初級側Pl和次級側Ρ2可被例如變壓器所分隔。初級側Pl包括初級側電路1150，次級側Ρ2包括次級側電路1160。
[0115]如在圖11中所示，電流限制器1110被包括在系統1100的初級側Pl的初級側電路1150中。因此，電流限制器1110 (其為基于電場的電流限制器)可被包括在電源電路的初級側Pl上。
[0116]作為電場裝置的電流限制器1110可用來限制具有比較快的涌入電流循環的電流，而諸如NTC裝置之類的熱觸發式裝置則不能限制具有比較快的涌入電流循環的電流。在一些具體實施中，響應時間(如，對電流浪涌的響應時間)可小于I微秒(如，1ns，小于10ns)。在一些具體實施中，系統1100的初級側Pl上的電流限制器1110可用來限制涌入電流(在啟動過程中)和運行中的浪涌電流。在一些具體實施中，電流限制器1110可被配置為將涌入電流和運行中的浪涌電流兩者限制到幾乎同等程度。這與例如NTC裝置相反，NTC裝置一旦運行就具有比較高的工作溫度，因此其具有用于阻止浪涌電流的更小電阻。電流限制器1110阻止浪涌電流的能力不受比較高的工作溫度的影響。另外，電源1140包括在電路的初級側Pl中。在一些具體實施中，與比較高的鉗位電阻相比，電流限制器1110可具有的比較低的工作電阻。
[0117]作為具體的例子，在265V交流(AC)電源系統中，電流限制器1110可具有大于300V (如，400V、1000V)的電壓限制能力。電流限制器1110可具有小于I歐姆(Ω )(如，500πιΩ、200πιΩ)的串聯工作電阻。在一些具體實施中，電流限制器1110可具有大于20 Ω(如，30 Ω、50 Ω、100 Ω )的浪涌響應電阻。電流限制器1110可被配置為在超過100V的電壓下限制到若干安培(如，在300V下限制到1Α、在220V下限制到5Α、在100V下限制到3Α)。響應時間(如，對電流浪涌的響應時間、對從導通狀態變化至電流限制狀態的響應時間)可小于 1ns (如，0.5ns、lns、5ns)。
[0118]圖12為示出了電源電路1200的示圖。在圖12中所示的電源電路1200可為在圖11中所示的系統1100的變型。初級側Pl包括并聯耦接的電容器1205、電容器1207(也可稱為Xcap)、金屬氧化物壓敏電阻(MOV)裝置1235和電阻器1245 (也可稱為泄放電阻器)。電源電路1200被配置為從電源1240向負載(未示出)供電。如在圖12中所示，電容器1205與初級側電路部分1265并聯耦接。熔斷器1230耦接在電源1240的輸入側1242上。
[0119]在該具體實施中，電流限制器1210被包括在電源電路1200的初級側Pl中，并且位于電橋電路1255 (也可稱為橋式整流器或橋式整流電路)和共模電感(CMC) 1275 (如，共模扼流線圈)的下游。電橋電路1255包括若干二極管。電流限制器1210在電源電路1200的初級側Pl以電方式設置在電橋電路1255與電容器1205之間。
[0120]圖13為圖12所示的電源電路1200的變型。在該具體實施中，電流限制器1210包括在電源電路1200的初級側Pl中，并且位于電橋電路1255和共模電感1275的下游。電流限制器1210在電源電路1200的初級側Pl以電方式設置在電源1240與諸如電橋電路1255和電容器1205之類的其他元件之間。電流限制器1210也在電源電路1200的初級側Pl以電方式設置在電源1240與諸如MOV裝置1235、電容器1207和電阻器1245之類的其他元件之間。
[0121]圖14為圖12所示的電源電路1200的另一個變型。在該具體實施中，電流限制器1210包括在電源電路1200的初級側Pl中，并且位于電橋電路1255和共模電感1275的上游。電流限制器1210在電源電路1200的初級側Pl以電方式設置在⑶T裝置1237與電容器1207之間。
[0122]可利用電流限制器1210兩端的電壓建立(處于電流限制狀態時)來觸發⑶T裝置1237 (類似于在上文結合圖4和5描述的裝置)的分流操作(如，電流的分流)。在一些具體實施中，⑶T裝置1237在被啟動而分流電流之前可能需要數百伏(如，500V、800V、1000V)電壓。作為另外一種選擇，可減小MOV裝置(其通常為可相對漏電的，因而相對低效)的規格，從而有助于使電源電路1200的總體效率更高。結合(例如)圖15A至16B更詳細地描述與⑶T裝置(如圖14所示并可包括在圖11-13中)一起的電流限制器的工作。
[0123]雖然未在圖12至14中示出，但在一些具體實施中，電流限制器可以被包括在電源電路1200內的不同位置中。例如，電流限制器1210可被包括在電源1240的輸入側1242，而不是包括在電源1240的輸出側1241。
[0124]雖然未在圖12至14中示出，但在一些具體實施中，多個電流限制器可以包括在電源電路1200中。可將一對電流限制器串聯耦接。第一電流限制器可與第二電流限制器并聯耦接。例如，圖14所示的電流限制器1210可為第一電流限制器，第二電流限制器可包括在電源1240的輸入側1242。第二電流限制器可包括在⑶T裝置1237與電容器1207之間。多個電流限制器可為相同的電流限制器，也可為不同的電流限制器(具有不同的電特性)。如果是AC系統，則可包括多個電流限制器以阻斷AC電流在不同的方向流動。
[0125]結合圖11至14描述的在電路中添加的電流限制器可具有結合(例如)圖1至IOB所描述的電流限制器的多種或全部優點。例如，由于可借助電流限制器1210來減小熔斷器的脈沖暴露，因此可減小熔斷器1230 (在圖12至14中示出)的規格，從而減小涌入電流和/或浪涌電流。又如，可借助電流限制器1210來減小或消除電容器1207 (在圖12至14中示出)的規格和/或應力以減小涌入電流和/或浪涌電流。又如，受電流限制器1210限制的相對較低的浪涌電流可顧及更小的繞組和更小規格的共模電感1275。又如，受電流限制器1210限制的相對較低的浪涌電流可顧及更小、更低的I2T額定電橋電路1255。
[0126]在一些具體實施中，結合圖11至14所示和所描述的電流限制器可用于取代如在上文結合圖2所描述的NTC裝置(未示出)。在一些具體實施中，結合圖11至14所示和所描述的電流限制器1210可與電流限制電路一起使用，例如在上文結合至少(例如)圖4和5所描述的電流限制電路。
[0127]上述的許多額外優點可適于圖11至14的那些具體實施，例如熔斷器的規格(如，電流額定值)、保持電流和/或循環疲勞可被減小。此外，電流限制器可用于取代例如NTC裝置(未示出)或串聯限流電阻(未示出)。在圖12至14中所示配置中的電流限制器1210的使用可導致MOV裝置1235和/或⑶T裝置1237的實際尺寸的減小。與規格相關的更多細節將結合(例如)圖17A至18B進行討論。
[0128]例如，如果不使用電流限制器(例如結合圖11至14所示和所描述的電流限制器)，則電源電路1200會經受比較高的涌入電流和/或浪涌電流。因此，相對更高的電流可能會使熔斷器1230、CMC1275、電橋電路1255、電容器1207、電容器1205、電阻器1245和/或諸如此類的裝置損壞。可加大這些裝置的規格以彌補此類潛在的問題。
[0129]圖15A為示出了如在圖15B中所示的⑶T裝置15G和電容器15C(并聯)的工作曲線圖。圖15A中的曲線55為電壓與時間的關系圖，其示出了工作期間電容器15C兩端的電壓。如圖所示，時間T15處的浪涌事件導致電容器15C兩端的電壓從正常工作電壓COP升至超出破壞電壓。如圖15A所示，⑶T裝置15G未被觸發，因為⑶T裝置兩端的電壓未超出⑶T裝置15G的觸發電壓⑶TT。另外，⑶T裝置15G的觸發電壓可具有時間和電壓依賴性。如果被快速觸發(如，Ins處的1000V觸發電壓)，則GDT裝置15G的觸發電壓可相對較高，如果被較緩慢地觸發(如，IOs處的600V觸發電壓)，則其可較低。
[0130]圖16A為示出了⑶T裝置15G、電容器15C(并聯)的工作的曲線圖，其中如在圖16B中所示，電流限制器1590被設置在⑶T裝置15G與電容器15C之間。電流限制器1590以電方式設置在⑶T裝置15G與電容器15C之間。在圖16A中的曲線56為電壓與時間的關系圖，其示出了工作期間電容器15C兩端的電壓。如圖所示，時間T15處的浪涌事件觸發電容器15C兩端的電壓從正常工作電壓COP升高。然而，在該實施例中，電流限制器1590開始阻斷電流，并且電流限制器1590兩端的電壓升高至⑶T裝置15G的鉗位電壓，直到該⑶T在⑶T裝置15G的觸發電壓⑶TT處被觸發。曲線57 (用虛線表示)示出了⑶T裝置15G兩端的電壓。因此，與⑶T裝置15G并聯的電容器15C兩端的電壓的上限為鉗位電壓⑶TC。鉗位電壓GDTC可被配置為符合設計要求并且可被選擇為高于或低于電容器的工作電壓。
[0131]如本文結合每個實施例所描述，MOV裝置可被替換為GDT裝置，和/或GDT裝置可與MOV裝置一起使用以實施結合圖16A和16B所描述的工作。
[0132]圖17A為示出了不包括電流限制器的電路1500的組件的頂視圖的示圖。圖17B為示出了安裝在印刷電路板1590上的圖17A所示電路1500的側視圖的示圖。電路1500可與電源電路相關聯。如在圖17A和17B中所示，電路1500包括MOV裝置1535、NTC裝置1525、熔斷器1505和電橋電路1515。電路1500的組件總共具有面積Yl (如覆蓋區、外輪廓)和高度Zl以及體積Y1XZ1。為比較規格，在圖18A和18B中示出了相同功率電源系統(如，30W系統、50W系統)的等效電路。
[0133]圖18A為示出了包括電流限制器1610的電路1600的組件的頂視圖的示圖。圖18B為示出了安裝在印刷電路板1690上的圖18A所示電路1600的側視圖的示圖。在該具體實施中，通過使用電流限制器1610去除了 NTC裝置1525。
[0134]如在圖18A和18B中所示，電路1500包括MOV裝置1635、電流限制器1610、熔斷器1605和電橋電路1615。與熔斷器1505的規格相比，熔斷器1605的規格減小。與MOV裝置1635的規格相比，MOV裝置1635的規格減小。與電橋電路1535的規格相比，電橋電路1615的規格減小。
[0135]電路1600的組件總共具有面積Y2(如覆蓋區、外輪廓)和高度Z2以及體積Υ2ΧΖ2。在此實例中，面積Υ2比面積Yl小約3倍。此外，體積Υ2ΧΖ2比體積YlXZl小約10倍。在一些具體實施中，面積和/或體積的差異可與上述差異不同。例如，面積差異可以大于3倍(如5倍)或小于3倍(如2倍)。如另一實例，體積差異可以大于10倍或小于10倍(如5倍)。
[0136]雖然并未示出，但電路1600 (圖18Α和18Β)的功耗可小于電路1500 (圖17Α和17Β)的功耗。例如，電路1600在約0.1A時的功耗比電路1500在約0.1A時的功耗小約3倍。如另一實例，電路1600在約0.3Α時的功耗比電路1500在約0.3Α時的功耗小約2倍。
[0137]圖19Α為電流限制器1900的剖視圖。在一些具體實施中，電流限制器1900可稱為無結電流限制器。電流限制器1900可稱為無結電流限制器，因為電流限制器不具有或不包括兩種不同導電類型的材料的結，如包含P型導電性材料和N型導電性材料的PN結。圖19Β為沿圖19Α的線Al截取的剖視圖。
[0138]電流限制器1900被配置為在一個或多個不期望的電源狀態下為負載(未示出)提供電源保護。在一些實施例中，不期望的電源狀態(其可包括過電壓狀態和/或過電流狀態)，諸如電壓尖峰(與電源噪音相關)和/或電流尖峰(由下游過電流事件(例如短路)導致)，可能由電源(未示出)產生。例如，負載可能包括會被以不期望的方式被電源產生的電流和/或電壓的比較快的增加損壞的電子組件(例如，傳感器、晶體管、微處理器、專用集成電路(ASIC)、分立組件、電路板)。因此，電流限制器1900可被配置為檢測并防止電流和/或電壓的這些比較快的增加以至損壞負載和/或其他與負載相關的組件(例如電路板)。
[0139]如在圖19Α中所示，電流限制器1900具有設置在(如，限定在)襯底1930 (也可稱為半導體襯底)中的溝槽1920。雖然并未標出，但溝槽1920具有側壁(也可以稱為側壁面)和底部(也可以稱為底面)。圖19Α所示的電流限制器1900可稱為具有垂直溝槽構型。
[0140]溝槽1920包括電極1940，該電極設置在溝槽中并通過電介質1960與襯底1930絕緣。在一些具體實施中，電極1940可稱為柵電極。在一些具體實施中，電介質1960可為例如氧化物或其他類型的電介質(如，低介電常數電介質)。例如，電極1940可為包含諸如多晶硅之類的材料的導體。
[0141]如在圖19Α中所示，電流限制器1900包括源極導體1910和漏極導體1950，該源極導體設置在襯底1930的第一側Xl (也可稱為側部XI)上，該漏極導體設置在與襯底1930的第一側相對的襯底1930的第二側Χ2 (也可稱為側部Χ2)上。源極導體1910和/或漏極導體1950可包括諸如金屬(如，多個金屬層)、多晶硅和/或諸如此類的材料。與多種類型的半導體裝置相比，漏極導體1950可充當輸入端，源極導體1910可充當輸出端。因此，典型電流的方向可為從漏極導體1950至源極導體1910。
[0142]源極導體1910、電介質1960的多個部分、襯底1930的一部分和漏極導體1950沿著線Al (沿方向BI)(也可稱為垂直方向)堆疊。源極導體1910、電介質1960的部分、襯底1930的一部分和漏極導體1950可視為包括在垂直堆疊中。
[0143]源極導體1910、襯底1930、漏極導體1950等中的每一個沿著與方向BI大致正交的方向Β2(也可稱為水平方向或橫向方向)對準。方向Β2沿著平面Β4對準或與之平行，源極導體1910、襯底1930、漏極導體1950等也沿著平面B4對準。在圖19A中，襯底1930的頂面1931和源極導體1910的底面1911沿著平面B4對準。在一些具體實施中，電流限制器1900接近源極導體1910的部分可視為頂部，或遠離漏極導體1950的方向(基本上沿著方向BI)可視為朝上方向。在一些具體實施中，電流限制器1900接近漏極導體1950的部分可視為底部，或朝向漏極導體1950的方向(基本上沿著方向BI)可視為朝下方向。
[0144]進入紙面的方向B3 (示為圓點)沿著平面B4或與平面B4平行并且與方向BI和B2正交。在本文所述的具體實施中，豎直方向垂直于襯底1930沿其對準的平面(例如，平面B4)。為簡明起見，在所有圖中描述的具體實施的所有各個視圖中均使用方向B1、B2和B3、以及平面B4。每個方向也可稱為軸。
[0145]溝槽1920具有沿著方向BI (或軸)的深度Cl、沿著方向B3 (也可稱為縱軸)的長度C2 (在圖19B中示出)，以及沿著方向B2 (也可稱為橫軸)的寬度C3。溝槽1920的長寬比被定義為使得長度C2大于溝槽1920的寬度C3。另外，溝槽1920可被整體上視為沿著方向BI或可被視為具有沿著方向BI的深度。
[0146]如上所述，電流限制器1900為無結裝置。因此，襯底1930可具有沿著方向BI(如，沿著方向BI垂直取向)并且鄰近溝槽1920的部分(位于溝槽1920的右側或左側(如，空間電荷區1932))，該部分具有沿著溝槽1920的整個深度Cl連續的導電型。換句話講，襯底1930具有這樣的部分，所述部分為沿著溝槽1920的整個深度Cl的單一導電型。
[0147]由于電流限制器1900不具有結，因此電流限制器1900的電流限制功能可隨溫度的變化而具有增加/減小的電流限制(如，飽和電流)和增加/減小的電阻(如，導通電阻、斷開電阻)，從而得到可更好地支持并聯裝置實現的熱自平衡裝置。這與有結裝置形成了對比。
[0148]在一些具體實施中，空間電荷區1932可稱為區或襯底區。圖19A中并未標出溝槽1920右側的空間電荷區。
[0149]電流限制器1900的特征成鏡像關系。例如，圖19A所示的電流限制器1900左側的空間電荷區1932被成鏡像于電流限制器1900的右側。雖然未在圖19A和19B中示出，但空間電荷區1932可以設置在(或可限定出)溝槽1920與電流限制器1900的另一個溝槽(未示出)之間的臺面內。由于電流限制器1900為無結裝置，因此空間電荷區1932(或臺面)不包括體區(如，P型體區域)。另外，電流限制器1900可以排除可能包括(如，鄰近溝槽)在例如垂直MOSFET裝置中的源極區域。
[0150]如在圖19A和19B中所示，襯底1930具有在源極導體1910和漏極導體1950之間連續的單一導電型(如，N型導電性、P型導電性)。換句話講，襯底1930可在源極導體1910和漏極導體1950之間具有連續的導電型。在一些具體實施中，襯底1930可具有連續的但沿著方向BI變化的單一導電型。例如，襯底1930可包括具有不同摻雜濃度但均為相同導電型的多個外延層。又如，襯底1930可具有沿著方向BI減小或沿著方向BI減小的摻雜濃度(如，梯度摻雜濃度)。
[0151]如在圖19A中所示，源極區域1990可包括在空間電荷區1932中。另一個源極區域1991包括在位于溝槽1920的與空間電荷區1932相對一側的空間電荷區中。在一些具體實施中，源極區域1990可在襯底1930內延伸一深度至電極1940的頂面以下。
[0152]換一種說法，空間電荷區1932可具有在源極導體1910和漏極導體1950之間連續的單一導電型。源極導體1910設置在襯底1930的Xl側，漏極導體1950設置在與襯底1930的Xl側相對的襯底1930的X2側。襯底的該部分(其可包括空間電荷區1932)可具有在源極導體1910和漏極導體1950之間延伸的導電型(如，單一導電型)。
[0153]在圖19A和19B中所示的電流限制器1900被配置為默認“導通”裝置(如，偏置導通裝置或始終導通裝置)。換句話講，電流限制器1900被配置為處于不限制電流的導通狀態，直到在源極導體1910和漏極導體1950之間施加電壓差。具體地，可允許電流通過例如空間電荷區1932在源極導體1910和漏極導體1950之間流動。可對源極區域1990進行摻雜，使得源極導體1910和源極區域1990之間的接觸具有電阻性。
[0154]電流限制器1900被配置為響應于施加到漏極導體1950的電勢(也可稱為電壓)與施加到源極導體1910的電勢之間的正差值而從導通狀態(如不具有電流限制的常導通狀態(如，偏置導通)或常導通)變至阻電(如，非線性，非線性電阻區)或電流限制狀態。作為具體的例子，電流限制器1900被配置為在施加到(或處于)漏極導體1950的電勢比施加到(或處于)源極導體1910的電勢大特定的量(如，閾值電壓(如，量，數量))時，通過電流限制器1900限制電流。換句話講，電流限制器1900在施加到(或處于)源極導體1910的電勢充分不同于(如，充分小于)施加到(或處于)漏極導體1950的電勢時處于電流限制狀態。響應于電勢的差值，在空間電荷區1932中形成電場(其可與一個或多個耗盡區相關聯)，并且該電場可以限制流過空間電荷區1932的電流。與電流限制器的工作相關的細節已在上文結合至少圖1A至IC進行了描述。
[0155]在一些具體實施中，電流限制器1900的空間電荷區電阻在非電流限制狀態與電流限制狀態之間可增加超過5倍(如，10倍、20倍)。在一些具體實施中，電流限制器1900的空間電荷區電阻在非電流限制狀態與電流限制狀態之間可變化超過十倍。例如，在處于非電流限制狀態時，電流限制器1900的空間電荷區電阻可大約在小于I歐姆與數歐姆(如，
0.5歐姆、I歐姆、3歐姆)之間。在處于非電流限制狀態時，電流限制器1900的空間電荷區電阻可稱為基線空間電荷區電阻。在處于電流限制狀態時，電流限制器1900的空間電荷區電阻可遠大于數歐姆(如，50歐姆、100歐姆、200歐姆)。在一些具體實施中，在處于電流限制狀態且在處于飽和區域中時，電流限制器1900的空間電荷區(或兩端)的電阻可大于基線空間電荷區電阻的5倍。
[0156]由于電流限制器1900的電場基于電壓差，因此與其他類型的裝置相比，電流限制器1900可相對較快地(例如，即時地)限制電流。電流限制器1900開始限制電流的速度可稱為響應時間。在一些具體實施中，響應時間可小于I微秒(例如，I納秒(ns),小于10ns)。例如，電流限制器1900可被配置為與基于熱的可響應于溫度變化而限制電流的裝置相比，顯著更快地限制電流。
[0157]另外，因為電流限制器1900被配置為在電壓差下限制電流，在系統的溫度已升高至例如相對較高的溫度(該溫度否則會使基于熱的裝置失效或不能工作)之后，電流限制器1900可繼續響應于電壓變化并限制電流。換句話講，對應于溫度變化電流限制器1900可具有基本恒定的功能。換一種說法，電流限制器1900的工作可獨立于(或基本上獨立于)溫度變化。在一些具體實施中，電流限制器1900的飽和電流可以隨溫度變化而基本恒定。在一些具體實施中，隨著溫度變化，電流限制器1900的空間電荷區電阻在非電流限制狀態與電流限制狀態之間的變化可大于5倍(如，大于10倍)。
[0158]如在圖19A和19B中所示，電流限制器1900為二端(或二引腳)裝置。因此，電流限制器1900可為不具有接地端子的二端裝置。電流限制器1900在漏極導體1950處具有輸入端，并且電流限制器1900在源極導體1910具有輸出端。在一些具體實施中，端子可按照耦接至端子的裝置進行描述。例如，如果電流限制器1900用來保護電機，那么電流限制器1900的輸出端(其朝向電機)可稱為電機端子，并且電流限制器1900的輸入端(其朝向電源)可稱為電源端。
[0159]重新參見圖19A和19B，在一些具體實施中，圍繞電極1940設置的電介質1960的一部分或多個部分可稱為柵極電介質部分。在一些具體實施中，電介質I960的部分1960A可視為頂部電介質部分，位于電極1940側部上的電介質1960的部分1960B可視為側壁電介質部分或柵極電介質部分，電介質I960的部分1960C可視為底部電介質部分。如圖19A所示，空間電荷區1932與電介質1960接觸。
[0160]在該實施例中，電極1940經由在圖19B中所示的延伸部分1941耦接至(物理耦接至、電耦接至)源極導體1910。因此，電極1940短接至源極導體1910。延伸部分1941延伸穿過電介質I960使得僅源極導體1910的一部分通過電介質部分1960A與電極1940絕緣。通過電介質部分1960A與源極導體1910絕緣的電極1940部分可視為凹進溝槽1920內。
[0161]該實施例中的延伸部分1941設置在電極1940的端部和溝槽1920的端部。在一些具體實施中，延伸部分1941可位于沿著溝槽1920和/或電極1940的不同橫向位置(例如，中部)處。
[0162]在一些具體實施中，設置在溝槽1920中的電極1940可以通過設置在方向B2上的一個或多個垂直溝槽中的導體耦接至平行溝槽(沿著方向B3)中的其他電極。換句話講，沿著第一方向(例如，方向B3)的若干平行溝槽(包括溝槽1920)可包括電極(例如，電極1940)，所述電極通過導體(例如，一電極)短接，所述導體設置在沿著相對于平行溝槽的第二方向(例如，方向B2)垂直取向的垂直溝槽中。
[0163]雖然未在圖19A和19B中示出，但電極1940可完全與源極導體1910絕緣(例如，與之電絕緣)。在此類實施例中，電極1940和源極導體1910可以不通過延伸部分耦接。在此類實施例中，電極1940和源極導體1910可通過電介質部分1960A完全絕緣，使得電介質部分1960A設置在電極1940的整個頂面與源極導體1910的整個底面之間。在此類具體實施中，電極1940可具有完全凹進溝槽1920中的頂面，使得電極1940的頂面位于襯底(或臺面)的頂面1931下方的某個深度(垂直深度)處。在這種具體實施中，電極1940的相對電壓可獨立于源極導體1910加以控制，從而允許電流限制器1900的電流限制水平的有效更改(如，控制)。
[0164]在一些具體實施中，源極導體1910可以不通過延伸部分直接耦接至電極1940。在此類具體實施中，源極導體1910可以直接設置在電極1940上。在此類具體實施中，電極1940的一些部分可以不凹進溝槽1920內。在一些具體實施中，第二電極(如，屏蔽電極)可以設置在電極1940下面。
[0165]在一些具體實施中，電介質1960可以包含一種或多種材料。例如，電介質1960可以包含熱生長氧化物與沉積氧化物的組合。在一些具體實施中，電介質I960可以用硼和/或磷進行摻雜。
[0166]在該電流限制器1900中，襯底1930 (和空間電荷區1932)的導電型可具有例如某種導電型，且電極1940可具有相同的導電型。在該電流限制器1900中，襯底1930(和空間電荷區1932)的導電型可具有例如第一導電型，而電極1940可具有與第一導電型相反的第二導電型。例如，襯底1930 (和空間電荷區1932)可具有P型導電性，電極1940可具有N型導電性。
[0167]在一些具體實施中，限定在空間電荷區1932中的橫向場效應或電場可通過電極1940的逸出功進行限定。在一些具體實施中，電極1940的逸出功可通過電極1940的材料和/或包括在電極1940中的摻雜物的摻雜水平(如，摻雜濃度)進行限定。在一些具體實施中，電極1940可為摻雜有例如硼或磷的多晶硅材料。
[0168]在一些具體實施中，電極1940可具有P型導電性。電極1940可具有可促成或啟動常導通工作(如，如結合圖2A至2C所述的常導通操作)的P型導電性(和逸出功)。在一些具體實施中，包括在電極1940中的摻雜物的摻雜水平可將電流限制器1900的飽和電流(如，電流限值)限定在某個特定值。
[0169]與本文所述的電流限制器1900相比，MOSFET裝置中電極的N型摻雜物對于啟用所需閾值電壓以及使柵極電阻和柵極電容最小化可能至關重要。雖然電流限制器1900的電極1940的N型摻雜物可以使柵極電阻和柵極電容最小化，但電極1940中的P型摻雜物可通過相對高電導率(低電阻率)的外延層以所需方式啟動常導通工作。N型摻雜物電極1940也可用于限定常導通電流限制器1900。電極1940中P型摻雜物的合適水平可允許相對大范圍的飽和電流(如，電流限值)控制，而無需更改(如，保持相對恒定)其他的電流限制器1900裝置設計參數。
[0170]電流限制器1900可具有各種特性和技術要求。例如，電流限制器1900可以近線性方式限制電流，同時避開大于100V (如，200V、350V、500V)的電壓。在一些具體實施中，電流限制器100可具有小于I歐姆(Ω)(如，500πιΩ、200πιΩ)的串聯工作電阻。在一些具體實施中，電流限制器1900可具有大于20 Ω (如，300、500、1000)的浪涌響應電阻。在一些具體實施中，電流限制器1900可被配置為在超過100V的電壓下限制到若干安培(如，在300V下限制到1Α，在220V下限制到5Α，在100V下限制到3Α)。在一些具體實施中，響應時間(如，對電流浪涌的響應時間、對從導通狀態變化至電流限制狀態的響應時間)可小于I微秒(如，Ins,小于10ns)。在一些具體實施中,可將電流限制器1900封裝為用于表面安裝，或可將其封裝為具有引線。
[0171]電流限制器1900可具有比較快的響應時間。例如，電流限制器1900可具有小于10ns的響應時間。響應時間可為從非電流限制狀態變至電流限制狀態的時間。由于電流限制器1900可具有比較快的響應時間，因此電流限制器1900可用于多種應用。
[0172]在一些具體實施中，襯底1930可為包括一個或多個堆疊在(形成在)襯底上的外延層的半導體區。在一些具體實施中，襯底和/或外延層可包括但可不限于例如硅(Si)、砷化鎵(GaAs)、碳化硅(SiC)和/或諸如此類材料。在一些具體實施中，襯底1930可具有沿著方向BI變化的摻雜度(如，臺面區域中相對低的摻雜濃度和溝槽1920下方區域中比較高的摻雜濃度)。
[0173]雖然未在圖19A和19B中示出，但電流限制器1900可包括多個溝槽。換句話講，圖19A和19B所示的結構可在襯底1930內重復。具體地講，溝槽1920和與之相關的特征可在襯底1930內重復。
[0174]雖然未在圖19A和19B中示出，但電流限制器1900可與諸如垂直MOSFET裝置(未示出)之類的其他類型的裝置集成(如，單片集成)在一起。在此類具體實施中，電流限制器1900可與其他此類半導體裝置電隔離。
[0175]圖20為其根據具體實施示出了具有橫向配置的電流限制器2000的示圖。電流限制器2000的特性和工作可類似于結合(例如)圖1A-1CU9A和/或19B所述的電流限制器1900的工作，或與之相同。因此，將不再結合圖20對電流限制器2000的多種特征(例如介電特征、源極至柵極的連接特征和/或諸如此類)的工作和細節進行描述。圖20所示的電流限制器2000可用于例如比較低的飽和電流應用。
[0176]如圖20中所示，電流限制器2000包括設置在襯底2030上的外延層2035。溝槽2020設置在外延層2035中，電極2040設置在溝槽2020內。源極植入物2012設置在溝槽2020的第一側，漏極植入物2052設置在溝槽2020的第二側。電極2040的第一部分通過電介質2060的第一部分與源極植入物2012絕緣，電極2040的第二部分通過電介質2060的第二部分與漏極植入物2052絕緣。電極2040還通過電介質2060的至少一部分與外延層2035絕緣。
[0177]如圖20中所示，源極植入物2012和漏極植入物2052分別耦接至(如，電耦接至)源極導體2010和漏極導體2050。源極導體2010通過電介質層2070中的通路耦接至源極植入物2012。類似地，漏極導體2050通過電介質層2070中的通路耦接至漏極植入物2052。在一些具體實施中，源極植入物2012/源極導體2010可總體上稱為源極，漏極植入物2052/漏極導體2050可總體上稱為漏極。
[0178]如圖20中所示，源極植入物2012的底面和漏極植入物2052的底面在外延層2035中的深度深于溝槽2020的底面的深度Ul。反過來說，溝槽2020的底面的深度Ul可淺于源極植入物2012的底面和/或漏極植入物2052的底面的深度。因此，溝槽2020可具有相對淺的深度。如圖20所示，溝槽2020的深度Ul始于外延層2035的頂面(或由溝槽2020限定的臺面)，其沿著平面B4對準。在一些具體實施中，源極植入物2020的底面和/或漏極植入物2052的底面可在外延層2035中具有某個深度，所述深度等于或小于溝槽2020的底面的深度Ul。在一些具體實施中，電流限制器2000的至少一些部分可在不具有溝槽2020的外延層2035的表面上形成。
[0179]在該具體實施中，源極植入物2012耦接至(如，電耦接至)電極2040。在一些具體實施中，源極植入物2012可通過源極導體2010耦接至電極2040。圖20中未示出電極2040與源極導體2010之間的電連接。在一些具體實施中，電極2040可獨立于源極植入物2012而被偏置到某個電勢。
[0180]在該具體實施中，空間電荷區2032可被限定為使得電流Jl可以在源極植入物2012和漏極植入物2052之間流動。當源極植入物2012和漏極植入物2052之間的電壓降接近于零時，空間電荷區2032處于導通狀態。換句話講，電流限制器2000 (類似于上述的電流限制器)可被偏置為導通狀態。
[0181]隨著源極植入物2012和漏極植入物2052之間的電壓差的增加(如，當漏極電勢大于源極電勢時)，空間電荷區2032由耗盡區2030A (由虛線表示)和耗盡區2030B (由虛線表示)的組合截斷。換句話講，隨著源極植入物2012和漏極植入物2052之間的電壓差的增加(如，當漏極電勢大于源極電勢時)，空間電荷區2032在空間電荷區2032內耗盡區2030A和耗盡區2030B之間被截斷。
[0182]在該具體實施中，襯底2030的導電型不同于外延層2035的導電型。在一些具體實施中，襯底2030可具有P型導電性，外延層2035可具有N型導電性，反之亦然。因此，可將PN結限定在外延層2035和襯底2030之間的交界部2033。耗盡區2030B可為與所述PN結相連的PN結的一部分。耗盡區2030B的至少一部分形成在外延層2035內的空間電荷區2032中。在一些具體實施中，可向襯底2030施加電壓以修改耗盡區2030B的尺寸(如，深度、厚度)。這可導致電流限制器2000的電流限值差異。
[0183]在一些具體實施中，耗盡區2030B的尺寸可限定電流限制器2000是否被偏置導通或偏置關閉。例如，如果耗盡區2030B比較大，則電流限制器2000可為常閉裝置。
[0184]響應于施加到電極2040的電勢(當在源極植入物2012和漏極植入物2052之間施加電壓差時)，耗盡區2030A在外延層2035內的空間電荷區2032中增加。在一些具體實施中，當施加到源極植入物2012的電勢約等于施加到漏極植入物2052的電勢時，耗盡區2030A可以相對較小(或不存在)。換句話講，電流限制器2000可被配置為使得當源極植入物2012 (或源極導體2010)和漏極植入物2052 (或漏極導體2050)之間的電壓差為零或接近于零時，耗盡區2030A相對較小或不存在。電流限制器2000可被配置為使得當源極植入物2012 (或源極導體2010)和漏極植入物2052 (或漏極導體2050)之間的電壓差從零開始增大(或從接近于零開始增大)時，耗盡區2030A的尺寸(或體積)增大。
[0185]雖然電路的行為在本文的圖(如，圖1B、1C、3A、3B、6A-6C、8A-8D、10A、10B、15A、16A)中被示出和描述為在指定電壓和指定時間處轉變，但在實施時，組件轉變的發生時間可稍前或稍后于指定電壓、指定時間和/或諸如此類。具體地講，閾值電壓、工藝偏差、溫度變化、裝置的開關速度、電路轉變延遲和/或諸如此類的變化，會導致這樣的狀態(例如，非理想狀態):可在指定電壓、 時間/或諸如此類稍微之前或在其稍微之后觸發組件的轉變。
[0186]在一個總體方面，一種方法可包括在負載處接收大于100毫安的電流,并使用電流限制器在不到10納秒內在電流限制器兩端的電壓差下限制流至負載的電流。電流限制器可被配置為用電場來限制電流。
[0187]還將理解，在元件(例如層、區域或襯底)被稱為位于另一個元件上或連接至、電連接至、耦接至或電耦接至另一個元件時，元件可直接位于另一個元件上或連接或耦接至另一個元件，或者可存在一個或多個居間元件。相比之下，當元件被稱為直接位于另一個元件或層上或直接連接至或直接耦接至另一個元件或層時，不存在居間元件或居間層。盡管在整個【具體實施方式】中可能未使用術語“直接位于…上”、“直接連接至”或“直接耦接至”，但被示出為直接位于其上、直接連接或直接耦接的元件可被稱為這樣的情況。可修正本專利申請的權利要求，以列舉說明書中所述或圖中所示的示例性關系。
[0188]如本說明書所用，除非是根據上下文明確指出的特殊情況，否則單數形式可包括復數形式。除了在附圖中示出的取向之外，空間相對術語(例如，上方、上面、上部、底部、下方，下面，下部等)旨在涵蓋裝置在使用或運行過程中的不同取向。在一些具體實施中，相對術語“上方”和“下方”可分別包括垂直上方和垂直下方。在一些具體實施中，術語“相鄰”可包括橫向相鄰或水平相鄰。
[0189]本文所述的各種技術的具體實施可在數字電子電路中或在計算機硬件、固件、軟件中或在它們的組合中實現。方法的部分也可以通過專用邏輯電路(例如，FPGA (現場可編程門陣列)或ASIC (專用集成電路))執行，并且裝置可實現為專用邏輯電路(例如，FPGA (現場可編程門陣列)或ASIC (專用集成電路))。
[0190]具體實施可在計算系統中實現，該計算系統包括后端組件(例如，數據服務器)，或者包括中間件組件(例如，應用服務器)，或者包括前端組件(例如，具有圖形用戶界面或網頁瀏覽器的客戶端計算機(用戶可通過該客戶端計算機與具體實施互動))，或者這樣的后端組件、中間件組件或前端組件的任意組合。組件可通過數字數據通信的任何形式或介質(例如，通信網絡)進行互連。通信網絡的例子包括局域網(LAN)和廣域網(WAN)，如互聯網。
[0191]一些具體實施可使用各種半導體加工和/或封裝技術來實現。一些具體實施可使用與半導體襯底相關的各種類型的半導體處理技術來實現，這些半導體襯底包括但不限于(例如)硅(Si)、砷化鎵(GaAs)、碳化硅(SiC)和/或諸如此類。
[0192]雖然所述具體實施的某些特征已被示出為如本文所述，但本領域的技術人員現將可以想到許多修改、替代、變更和等效方案。因此，應當理解，所附權利要求旨在涵蓋落入具體實施的范圍內的所有此類修改形式和變更形式。應當理解，所述實施例僅以舉例的方式而不是以限制的方式呈現，并且可在形式和細節方面進行各種變更。本文所述的裝置和/或方法的任一部分可以任何組合方式加以組合，但相互排斥的組合除外。本文所述的具體實施可包括所述不同具體實施的功能、部件和/或特征的各種組合和/或子組合。
【權利要求】
1.一種設備，所述設備包括: 負載端； 電源端；以及 電流限制器，所述電流限制器被耦接至所述負載端和所述電源端，所述電流限制器被配置為使用響應于在所述電源端與所述負載端之間的電壓的差所激活的電場，來限制從所述電源端流至所述負載端的電流。
2.根據權利要求1所述的設備，其中所述電流限制器被配置為將所述電流限制到具有基本恒定的電流值的飽和電流。
3.根據權利要求1所述的設備，其中當在所述電源端與所述負載端之間的所述電壓的差基本為零時，所述電流限制器是在導通狀態下。
4.根據權利要求1所述的設備，其中所述電流限制器被配置為將所述電流限制到飽和電流，當在所述電源端與所述負載端之間的所述電壓的差基本為零時，所述電流限制器具有第一電阻，當將所述電流限制在所述飽和電流時，所述電流限制器具有至少大于所述第一電阻兩倍的第二電阻。
5.根據權利要求1所述的設備，還包括: 控制器，所述控制器被配置為基于在所述電源端與所述負載端之間的所述電壓的差來確定所述電流限制器 是在電流限制模式下。
6.根據權利要求1所述的設備，還包括: 控制器，所述控制器被配置為基于所述電壓的差的大小計算所述電流限制器消耗的功率的大小。
7.根據權利要求1所述的設備，還包括: 控制器，所述控制器被配置為基于所述電壓的差的大小計算所述電流限制器的電流限制模式的持續時間。
8.根據權利要求1所述的設備，還包括: 開關；以及 控制電路，所述開關具有由所述控制電路響應于所述電流限制器兩端的電壓所控制的狀態。
9.根據權利要求1所述的設備，其中所述負載端、所述電源端和所述電流限制器被集成到封裝件中， 所述設備還包括: 負載，所述封裝件被物理耦接至所述負載。
10.根據權利要求1所述的設備，其中所述負載端、所述電源端和所述電流限制器被集成到封裝件中， 所述設備還包括: 負載；以及 負載外殼，所述負載外殼包括所述負載和所述封裝件。
11.根據權利要求1所述的設備，其中所述負載端被設置在所述電流限制器的第一側，所述電源端被設置在所述電流限制器的第二側， 所述設備還包括:線夾，所述線夾耦接至所述負載端或所述電源端。
12.根據權利要求1所述的設備，還包括: 與所述電流限制器相接觸的正溫度系數裝置。
13.一種電源電路，所述電源電路包括: 在初級側上的初級電路； 在次級側上的次級電路；以及 包括在所述初級電路中的電流限制器，所述電流限制器被配置為使用響應于所述電流限制器兩端的電壓的差所激活的電場，限制所述初級電路中的電流。
14.根據權利要求13所述的電源電路，其中所述電流被包括在于第一時間在所述電流限制器上所接收到的電流浪涌中，所述電流限制器被配置為產生所述電場以在所述第一時間之后的不到I微秒的第二時間限制所述電流。
15.根據權利要求13所述的電源電路，還包括: 氣體放電管(GDT)裝置，響應于所述電流限制器兩端的所述電壓激活所述氣體放電管(GDT)裝置。
16.根據權利要 求13所述的電源電路，還包括: 電橋電路，所述電流限制器被電耦接在所述電橋電路與所述次級電路之間。
17.根據權利要求13所述的電源電路，還包括: 電源輸入端；以及 電橋電路，所述電流限制器被電耦接至所述電源輸入端和所述電橋電路。
18.根據權利要求13所述的電源電路，其中所述電流限制器的所述電場在硅材料中產生。
19.根據權利要求13所述的電源電路，其中所述電流限制器由兩個端子組成，所述兩個端子包括輸入端子和第二端子。
20.根據權利要求13所述的電源電路，其中所述電流限制器被配置為將所述電流限制到具有基本恒定的電流值的飽和電流。
【文檔編號】H02H7/08GK104052038SQ201410098911
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年3月17日 優先權日:2013年3月15日
【發明者】提爾塔伊約蒂·薩卡爾, 阿德里安·米科拉杰克扎克, 何宜修, 阿肖克·沙拉 申請人:飛兆半導體公司