功率VDMOSFET体二极管的优化研究

【作者】 向军利；

【导师】 张波；

【作者基本信息】 电子科技大学 ， 微电子学与固体电子学， 2005， 硕士

【摘要】 随着电子技术的迅速发展,为适应各种快速微处理器、便携式电子产品和服务器供电的需求,低电压大电流输出变换器的研究成为十分重要的课题之一。在低电压大电流输出的情况下,使用一般的二极管整流,整流损耗占了变换器总损耗的一半以上,很难达到高效率。使用同步整流技术则可以较大地减少整流损耗,从而提高变换器的效率。不管采用那种同步整流技术,都是通过使用低导通电阻的MOSFET替代输出侧的整流二极管,以最大限度地降低整流损耗。而VDMOSFET作为功率MOS 器件的主流在同步整流电路里面得到了广泛的应用。同步整流电路中功率VDMOS 的导通电阻是导致功率损失的原因之一。但是在高效率的功率转换器中,导致功率损失的另外一个主要原因是功率VDMOS 的体二极管。为了提高整流器的转换效率,本文在充分了解功率VDMOSFET 器件发展状况、分析VDMOSFET 器件工作原理的基础上对功率VDMOSFET 体二极管进行了优化设计。主要工作可概括为以下三个方面: 1、从调整器件参数方面来优化体二极管,在不改变工艺流程的前提下,得到了较为满意的结果。反向恢复电荷减少30%。具体内容在第三章中阐述。2、从减小少子注入的原理入手提出了一种改进的VDMOSFET 结构。此结构采用三极管分担电流从而减少体二极管反向恢复电荷。基于此思路,新结构VDMOSFET 反向恢复电荷减少36.7%。具体内容在第四章第一节中阐述。3、从减小少子注入的原理入手提出了另一种改进的VDMOSFET 结构。此结构采用肖特基二极管分担电流从而减少体二极管反向恢复电荷。基于此思路,新结构VDMOSFET 反向恢复电荷减少40.8%。具体内容在第四章第二节中阐述。更多还原

【Abstract】 The evolution of faster and more powerful processors is driving ICs to lower operating voltages and higher current requirements. This demand for higher power/current densities puts even greater emphasis on the need to improve the efficiency of the power supply. To meet this challenge, many designers are considering synchronous rectifiers. The high density power MOSFET designs have been incorporated into DCDC buck converter. For Synchronous buck converter used in DCDC applications, one major contributor to switching losses is reverse recovery, sometimes is greater than the on-resistance. The low side MOSFET used in synchronous buck converters must be optimized to attain higher power efficiency. The purpose of this paper is to introduce three methods to reduce power loss of the low side MOSFET used in synchronous buck converters. First we only optimize device parameters without adjust device structure. And reverse recovery charge is reduced 30%. Second we present a novel VDMOS structure with an integral transistor to parallel body-diode. And reverse recovery charge is reduced at least 36.7%. . Third we present a novel VDMOS structure with an integral schottky diode to parallel body-diode. And reverse recovery charge is reduced 40.8%.更多还原