【導讀】從臺達電子的上述專(zhuān)利來(lái)看，其采用的專(zhuān)利布局策略是基于一個(gè)大的電路結構框架，在各個(gè)具體的擴展電路上去改進(jìn)，以專(zhuān)利族1為代表，這種方式可以使得這些專(zhuān)利作為同族專(zhuān)利共同享有同一個(gè)最早優(yōu)先權，另外也能彌補單個(gè)專(zhuān)利說(shuō)明書(shū)內容不夠豐富的缺陷，便于專(zhuān)利在審查中的修改。這種專(zhuān)利布局方式在很多公司研發(fā)出了核心產(chǎn)品技術(shù)時(shí)通常會(huì )采用到的，比如之前所介紹的納微半導體的專(zhuān)利布局策略也是如此。
專(zhuān)利族1
首先介紹的是臺達電子以2016年7月6日為優(yōu)先權日的一個(gè)專(zhuān)利族，其中共計包括14件INPADOC同族專(zhuān)利，分別布局在中國、中國臺灣以及美國。目前已授權的專(zhuān)利共計9件，分別是CN111211691B、TWI633754B、TWI686040B、TWI702798B、US10348286B2、US10498324B2、US10924105B2、US10826484B2、US10826479B2；處于審查中的有2件，分別是CN111969989A、CN114785094A；被駁回的有3件，分別是CN110011522A、CN107592015A、EP3742613A1。在已授權和審查中的11件專(zhuān)利中，目前已有9件專(zhuān)利被臺達電子轉移給了其子公司碇基半導體股份有限公司。
技術(shù)背景及問(wèn)題：
根據該專(zhuān)利族技術(shù)說(shuō)明書(shū)的記載，其所要解決的第一個(gè)問(wèn)題是，現有技術(shù)需要采用單獨的負電源來(lái)關(guān)斷常閉型氮化鎵場(chǎng)效應晶體管；第二個(gè)問(wèn)題是，現有的適用于硅金氧半場(chǎng)效應晶體管的柵極驅動(dòng)電壓無(wú)法直接用于常閉型氮化鎵場(chǎng)效應晶體管，高電壓會(huì )損壞常閉型氮化鎵場(chǎng)效應晶體管。但實(shí)際上，上述專(zhuān)利有各自重點(diǎn)解決的更具體的技術(shù)問(wèn)題。以下通過(guò)各專(zhuān)利的改進(jìn)點(diǎn)來(lái)進(jìn)一步介紹。
解決技術(shù)手段：
如圖中所示，該專(zhuān)利族解決上述問(wèn)題的基礎方案包括：（1）采用了RC電路121與高壓VH、低壓VL電源配合產(chǎn)生正負驅動(dòng)電壓，（2）在柵極端加入了電壓鉗位電路122。
圖1
然而，根據我們上一期關(guān)于松下專(zhuān)利的介紹可知，臺達電子在2016年所提出的這兩個(gè)技術(shù)方案也并非是其首創(chuàng )的，因此，其專(zhuān)利中必然還有更多技術(shù)細節。
技術(shù)點(diǎn)1——電壓鉗位電路
關(guān)于電壓鉗位電路122，專(zhuān)利族中展示了多種不同的實(shí)現方式，包括二極管和/或齊納二極管，下圖中給出了采用兩個(gè)反向齊納二極管串聯(lián)構成的電壓鉗位電路，該方案也正是中國同族專(zhuān)利CN111211691B獨權1所授權的技術(shù)方案。
圖2
技術(shù)點(diǎn)2——RRC電路
專(zhuān)利族中還展示了RC電路的多種變形實(shí)施例，通過(guò)在不同位置加入第二電阻構成RRC電路，可以實(shí)現對過(guò)沖電壓以及下沖電壓的改善，如下圖所示，這些方案則是同族專(zhuān)利US10498324B2獨權所保護的主要點(diǎn)。
圖3
技術(shù)點(diǎn)3——單向導通元件
在基礎方案的基礎上，專(zhuān)利族中的部分專(zhuān)利進(jìn)一步在RC電路上并聯(lián)連接了諸如二極管的單向導通元件，有助于有效抑制柵極驅動(dòng)信號的震蕩現象，進(jìn)而避免開(kāi)關(guān)元件的誤導通。代表授權專(zhuān)利包括US10826479B2，TWI686040B，TWI702798B。
圖4
技術(shù)點(diǎn)4——電容放電電路
該技術(shù)點(diǎn)是美國專(zhuān)利US10826484B2所保護的重點(diǎn)，其主要采用了如下圖中所示的波形轉換電路120，其中加入了隔離單向導電器件124以及一個(gè)PNP晶體管Q1。隔離單向導電裝置 124 單向提供高電平VH，而 PNP晶體管Q1則是在控制器提供低電平VH時(shí)被導通，使得電容C1能夠通過(guò)電阻R放電至低電平VL2。
圖5
以上就是臺達電子在該INPADOC同族專(zhuān)利中所涉及的一些技術(shù)改進(jìn)點(diǎn)的介紹?？梢钥吹?，臺達電子所采用的策略是基于一個(gè)大的基本技術(shù)方案，在其基礎上再進(jìn)一步加入不同的變形示例，并解決更具體的技術(shù)問(wèn)題。這種專(zhuān)利布局策略一方面可以使得專(zhuān)利族內的各個(gè)專(zhuān)利的方案都很豐富，另一方面也能讓后續專(zhuān)利享有在先更早的優(yōu)先權，都是能夠更有利于專(zhuān)利授權的。
專(zhuān)利族2
該專(zhuān)利族的最早優(yōu)先權日為2020年01月22日，包括兩件已授權專(zhuān)利US11463082B2
和TWI754522B，一件審查中的專(zhuān)利CN113162591A，三件專(zhuān)利目前同樣已被臺達電子轉移給了其子公司碇基半導體股份有限公司。
技術(shù)背景及問(wèn)題：
該技術(shù)應用于采用負電壓進(jìn)行關(guān)斷的常閉型氮化鎵場(chǎng)效應晶體管柵極驅動(dòng)電路中，主要解決的問(wèn)題在于如何防止柵極驅動(dòng)電路在啟動(dòng)過(guò)程中耦合來(lái)自其周?chē)娐返脑肼暩蓴_，使得開(kāi)關(guān)元件得以正確的被驅動(dòng)。
解決技術(shù)手段：
如下圖所示，該專(zhuān)利在臺達電子原有的基礎電路架構上增加了一個(gè)連接到晶體管柵極端的開(kāi)關(guān)S3。在其給出的第一個(gè)方案中，開(kāi)關(guān)S3僅于電路啟動(dòng)時(shí)導通一次，隨后第三開(kāi)關(guān)S3維持關(guān)斷狀態(tài)，工作過(guò)程如圖6所示
圖6
由于常閉型氮化鎵場(chǎng)效應晶體管閾值較低的緣故，在圖7中沒(méi)有開(kāi)關(guān)S3時(shí)，在柵極驅動(dòng)電路啟動(dòng)時(shí)，晶體管的柵源極電壓VGS直接變?yōu)檎妷?，更容易導致噪聲耦合至柵極驅動(dòng)電路，造成晶體管誤導通。而具有開(kāi)關(guān)S3時(shí)，其在第一個(gè)周期內導通，將柵極接地，此后使得用于導通晶體管的驅動(dòng)信號直接從負電壓VGS開(kāi)始啟動(dòng)，避免了噪聲耦合帶來(lái)的誤導通問(wèn)題。
圖7
另外，專(zhuān)利中還給出如下圖所示的另一種控制開(kāi)關(guān)S3的方案，除了在驅動(dòng)電路啟動(dòng)的時(shí)間之外，開(kāi)關(guān)S3在每次S2導通之后且S1導通之前的階段會(huì )被導通，使得晶體管的VGS電壓從負電壓恢復到低電平VL的狀態(tài)，且S3的導通時(shí)長(cháng)可以被設計得比下圖中的更長(cháng)（專(zhuān)利說(shuō)明書(shū)中附圖5的補充方案）。雖然專(zhuān)利中未明確該方案的作用，但從其波形圖中可知，這樣控制一方面能降低晶體管導通瞬間的電壓變化率dv/dt，另一方面如果開(kāi)關(guān)S3每次導通周期更長(cháng)，則能降低驅動(dòng)電路的功率損耗。
圖8
看到這，一些讀者可能就會(huì )發(fā)現這種構思與英飛凌在GaN EiceDRIVER? IC中所采用的方法是相似的（關(guān)于英飛凌相關(guān)專(zhuān)利的介紹可參考文章末尾處的前期公眾號文章鏈接）。當然，臺達電子的專(zhuān)利中電路實(shí)現方式不同，且主要功能仍然在于避免驅動(dòng)電路啟動(dòng)時(shí)的噪聲干擾。另外，該專(zhuān)利中還有更多的變形實(shí)例，考慮篇幅原因，在此就不再一一列舉了。
總結
從臺達電子的上述專(zhuān)利來(lái)看，其采用的專(zhuān)利布局策略是基于一個(gè)大的電路結構框架，在各個(gè)具體的擴展電路上去改進(jìn)，以專(zhuān)利族1為代表，這種方式可以使得這些專(zhuān)利作為同族專(zhuān)利共同享有同一個(gè)最早優(yōu)先權，另外也能彌補單個(gè)專(zhuān)利說(shuō)明書(shū)內容不夠豐富的缺陷，便于專(zhuān)利在審查中的修改。這種專(zhuān)利布局方式在很多公司研發(fā)出了核心產(chǎn)品技術(shù)時(shí)通常會(huì )采用到的，比如之前所介紹的納微半導體的專(zhuān)利布局策略也是如此。
另外，臺達電子在這種電路專(zhuān)利改進(jìn)上還給出了一個(gè)很好示例，尤其以專(zhuān)利族2為代表。從專(zhuān)利族2的電路結構上來(lái)看，其改進(jìn)點(diǎn)僅僅是在原有方案上加入了一個(gè)開(kāi)關(guān)S3，看似十分簡(jiǎn)單，但專(zhuān)利重點(diǎn)在于開(kāi)關(guān)S3的具體控制策略，在實(shí)施例中給出了多種控制策略，最后還展示了開(kāi)關(guān)S3與RC電路位置的不同配合從而帶來(lái)不同的技術(shù)效果。由此可見(jiàn)，在電路相關(guān)的專(zhuān)利創(chuàng )新中，電路本身的改進(jìn)并非一定相對于現有技術(shù)有多復雜，通過(guò)結合控制策略能夠使得方案更加完善，技術(shù)效果也更加明確。
作者簡(jiǎn)介：
龐濱洋，超凡知識產(chǎn)權檢索分析師，具有7年知識產(chǎn)權從業(yè)經(jīng)驗，擅長(cháng)集成電路領(lǐng)域的專(zhuān)利檢索與分析。
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