新型SOI-LDMOS高压功率器件在开关电源Buck电路中的应用研究

发布时间：2017-10-13 14:51

  本文关键词：新型SOI-LDMOS高压功率器件在开关电源Buck电路中的应用研究

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【摘要】：随着社会经济的快速发展,带动了各种高压功率器件的发展,同时,也对开关电源的需求日益增大。新一代大功率半导体器件——绝缘体上硅的横向双扩散金属-氧化物场效应晶体管(SOI-LDMOS),是高压智能功率集成电路的核心部件。本研究从高压功率集成电路(HVIC)出发,引入了功率器件和集成电路。分别从器件的结构和开关电源应用两个方向进行研究分析,实现功率器件和集成电路的有机结合。(1)器件结构方面。介绍了SOI-LDMOS器件的结构特点,基于ENDIF(ENhanced DIelectric layer Field)理论提出了三角槽SOI-LDMOS器件新结构,随后对器件的耐压机理进行分析,并用二维仿真软件MEDICI进行静态、动态性能仿真,通过与常规的SOI-LDMOS结构仿真结果进行比较,突出新结构在耐压、温度、开关特性上的性能优势。最后,通过大量仿真分析,得到优化结构参数后的新型SOI-LDMOS器件结构。(2)开关电源应用方面。首先介绍开关电源的实际应用范围、工作原理、开关电源的性能指标;随后重点分析开关电源变换器中的Buck电路,分析Buck电路的工作原理和各元器件的选择依据。最后,提取两种SOI-LDMOS器件的PSPICE仿真结构模型,在Cadence环境下利用PSPICE电路仿真工具进行Buck电路仿真,实现开关电源的DC-DC降压转换。在外围电路相同的条件下,利用SOI-LDMOS和三角槽SOI-LDMOS做开关元件,通过仿真结果,比较二者电压、电流和功率的输出情况,突出三角槽SOI-LDMOS器件新结构的性能优势。
【关键词】：SOI LDMOS 击穿电压 结构 开关电源
【学位授予单位】：西华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN86
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-16
• 1.1 论文研究背景与意义8
• 1.2 国内外研究进展8-11
• 1.2.1 有关半导体功率器件的研究8-9
• 1.2.2 有关SOI技术的研究9-10
• 1.2.3 有关开关电源的研究10-11
• 1.3 SOI-LDMOS几个研究方向11-13
• 1.3.1 耐压的提升11-12
• 1.3.2 降低比导通电阻12
• 1.3.3 改善自热效应12-13
• 1.4 开关电源中SOI-LDMOS的作用与性能指标13-14
• 1.5 本文的主要工作和创新14-16
• 2 SOI-LDMOS耐压特性16-41
• 2.1 有关半导体功率器件的研究16-20
• 2.1.1 一维耐压模型16-18
• 2.1.2 二维耐压模型18-20
• 2.1.3 RESURF(Reduce Surface Field)判据20
• 2.2 SOI-LDMOS器件新结构研究20-29
• 2.2.1 三角槽SOI-LDMOS器件新结构21-22
• 2.2.2 三角槽SOI-LDMOS新结构耐压机理22-23
• 2.2.3 三角槽SOI-LDMOS二维电势分布模型23-26
• 2.2.4 三角槽SOI器件临界电场与击穿点的计算26-27
• 2.2.5 三角槽SOI器件RESURF判据27-29
• 2.3 三角槽SOI-LDMOS器件结构仿真29-34
• 2.3.1 仿真参数设置29-30
• 2.3.2 掺杂浓度对器件耐压的影响30-31
• 2.3.3 三角槽SOI-LDMOS结构耐压规律31-34
• 2.4 三角槽SOI-LDMOS结构耐压特性的影响34-36
• 2.4.1 三角槽SOI-LDMOS器件的电场分布34-35
• 2.4.2 三角槽SOI-LDMOS器件耐压优势35-36
• 2.5 SOI-LDMOS器件的温度特性36-40
• 2.5.1 SOI-LDMOS比导通电阻仿真36-39
• 2.5.2 SOI-LDMOS温度仿真39-40
• 2.6 本章小结40-41
• 3 SOI-LDMOS动态特性41-51
• 3.1 动态耐压特性测试电路41-42
• 3.2 SOI-LDMOS动态耐压特性42-46
• 3.2.1 常规SOI-LDMOS动态耐压42-43
• 3.2.2 三角槽SOI-LDMOS器件动态耐压43-45
• 3.2.3 SOI-LDMOS表面电场分布45-46
• 3.3 SOI-LDMOS开关特性46-49
• 3.4 SOI-LDMOS动态温度特性49-50
• 3.5 本章小结50-51
• 4 SOI-LDMOS在开关电源Buck电路中的应用研究51-66
• 4.1 开关电源概述51
• 4.2 开关电源基本原理51-52
• 4.3 开关电源Buck电路仿真52-65
• 4.3.1 Buck电路工作原理52-54
• 4.3.2 Buck电路仿真参数选择54-55
• 4.3.3 Buck电路的仿真结果55-65
• 4.4 本章小结65-66
• 结论66-67
• 参考文献67-70
• 攻读硕士学位期间发表论文及科研成果70-71
• 致谢71-72

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