用于Buck电路的低压功率开关管的功耗研究

发布时间：2020-11-04 20:52

　　 本文的目标是找出具有更低功耗的新型器件结构,以满足以手提电脑中CPU电源电路对功率管的功率损耗提出的日益苛刻的要求。随着CPU性能的迅速提高,对CPU电源用功率管的自身损耗提出了更高的要求。目前广泛使用的MOSFET功率管由于自身结构的限制,发展潜力已经不大,国际上开始研究将常断型JFET和常通型JFET用于该用途。本研究在常规沟槽栅JFET结构的基础上,提出了创造性的改进,即把沟槽栅下的临近电极处的部分Si层替换为绝缘的且电容率仅为硅1/3的SiO2层,以此来减小栅沟PN结的面积和介质的电容率来有效的减小栅-漏电容CGD,从而减小开关损耗。为了检验创新结构的效果,本文对本研究提出的新结构以及现有国际上先进的常断,常通JFET结构,和沟槽栅MOSFET结构进行了仿真研究与对比。利用ISE仿真软件,研究了五种结构器件的静态特性和开关特性。最后,计算出开关器件的功耗,进行了对比分析。结果证明,在这些器件的典型工作电流ID=15A时,常通JFET尤其是埋氧常通JFET相比MOSFET已经有了明显的功耗优势,并且随着开关频率越高,漏极电流越低,JFET的功耗优势越明显。并且,常通型JFET优于常闭型JFET,新型埋氧JFET优于常规无埋氧结构JFET。在ID=4A,f=2MHZ时,常规常断JFET比MOSFET降低功耗31.1%,新型埋氧常断JFET降低功耗34.6%,常规常通JFET降低功耗34.2%,新型埋氧常通JFET降低功耗47.6%。
【学位单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2008
【中图分类】：TP303.3
【部分图文】：

电必然要求具有低压输出的供电电源，对于电源设计者的低压电源面临着很多挑战。这种挑战主要体现在用。比如现在正在研究中的1 伏甚至0.5 伏的电源，需要大的电流[12]，而同时功率损耗不能太大，这种要求对图 1-1 CPU 电压降和电流增长的示例[10b]

来越便宜[13]，于是MOSFET受到世人青睐。其早期的基本结构如图1-2所示。由图可知其通态电阻RDS(ON)[14]主要受沟道电阻RCH、JFET电阻RJ和漂移层电阻RD[15]的影响。漂移层电阻RD是由外延层电阻率决定的，因此MOSFET的RDS(ON)与器件耐压有一个大概2.4到2.6次方的关系[9]。即器件的耐压提高时，其RDS(ON)必然有一个十分迅速的上升。早期的研究集中于功率MOSFET的通态功耗较高的问题，主要解决的办法就是减小通态电阻RDS(ON)。在保证击穿电压VB的前提下，为了获得较大的导通电流，因而出现了多种降低RDS(ON)的新型MOSFET，包括COOLMOSFET，RESURFLDMOSFET，FLIMOSFET等[16]。目前

[20]，也就是双极模式的结型场效应晶体管，其基本结构见图1-4。近年来国际上对此方面也曾多有研究，按照初步的理论分析，在VGS加正偏使N沟JFET处于导通状态时，栅pn结正向注入少子使沟道中高度电导调制，而且沟道中电流通道上没有pn结（pn 结导通时有附加结电压），JFET的通态压降看起来应低于MOSFET和BJT。但开关过程中涉及少数载流子的积累和抽取，开关特性与MOSFET相比似乎应是弱点，难以判定。几年前美国Lovoltech公司（现已改名为QSpeed公司）声称其生产出基于JFET技术代替MOSFET的功率开关器件产品，高频工作时总功耗略低于MOSFET产品[21],但在300kHz以上电流20A工作时两者的温升都超过100℃
【引证文献】

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1 赵杰;基于CMOS升压电路控制器设计[D];黑龙江大学;2014年

本文编号：2870593