基于体内电容优化的低EMI VDMOS研究

来源 :南京邮电大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:tongjm2009
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大多数开关电源都朝着高速、高效率、高集成度的方向发展,其产生的电磁干扰(EMI,Electromagnetic interference)问题愈来愈严重,同时日常电子设备对EMI越来越敏感,因此EMI问题成为研究的热点。功率器件因其具有大功率、高速等特点广泛应用于电路中,但其各种非理想效应恶化了电路中的EMI,因此优化功率器件的电学特性是减小EMI最有效的途径之一。本文首先分析了单开关管电源电路的EMI产生机理,找出功率VDMOS器件中对EMI有主要影响的寄生参数,接着对常见的单电容吸收器及RC吸收器的工作原理进行阐述并进行相应的公式推导,并将其作为设计VDMOS器件结构的理论基础。针对常规VDMOS结构在关断过程中的EMI问题,分别将单电容吸收器及RC吸收器以三种不同的形式集成在VDMOS中,三种结构分别为:1、提出了一种集成单电容吸收器VDMOS结构,该结构通过在漏端集成了以高K材料为绝缘介质的MIM电容。在器件关断过程中,利用所集成的MIM电容吸收漏端电感中存储的能量,降低电感所产生的感应电动势,从而减小漏端电压斜率d Vds/dt。仿真结果表明,相比于常规的VDMOS结构,该结构的Vds的过冲降低了378V,抖动持续时间从47ns降低到31ns。2、提出了一种集成RC吸收器的VDMOS结构,该结构通过在元胞两侧集成梳状MOS电容并与漂移区电阻形成RC通路。在器件关闭阶段,所集成的RC通路可以对漏端电感续流以维持其较低的电流斜率,进而实现低EMI。仿真结果表明,相比于常规的VDMOS结构,该结构Vds的过冲降低了366V,抖动持续时间从47ns减小到17ns。3、提出了一种集成RC吸收器的分离栅VDMOS结构,该结构通过在JFET区集成梳状MOS电容与漂移区电阻构成内部集成RC吸收器。因为其具有较小的米勒电容,所以分离栅VDMOS可实现较快的开关速度,同时所集成的RC吸收器能保证关断过程中具有较低的EMI。仿真结果表明,相比于常规的VDMOS结构,所提出结构的漏端过冲电压降低了335V,抖动持续时间从47ns降低到30ns。
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