同步整流下功率場效應(yīng)管的分析

同步整流技術(shù)就是用功率MOSFET代替普通二極管或者肖特基二極管進(jìn)行整流,所以,研究同步整流技術(shù),就必須首先深入地了解同步整流器件,即功率MOSFET。

不但應(yīng)該深入研究功率MOSFET的導(dǎo)電特性,而且要基于其整流損耗模型,進(jìn)行整流損耗分析。除此之外,對于大電流運(yùn)行情況,同步整流技術(shù)的整流損耗是否總是優(yōu)于肖特基二極管的整流損耗。

MOSFET為電壓控制型器件,電壓控制意味著對電場能的控制,故稱作為電場效應(yīng)晶體管。MOSFET是利用多數(shù)載流子導(dǎo)電的器件,因而又稱之為單極性晶體管。MOSFET下的電壓控制機(jī)理是利用柵極電壓的大小來改變感應(yīng)電場生成的導(dǎo)電溝道的厚度感生電荷的多少,來控制漏極電流Id的。當(dāng)柵極電壓Vg小于門檻電壓Vth時,無論Vds的極性如何,兩個PN結(jié)中,總有一個PN結(jié)是反向偏置的,因此漏極電流Id幾乎為零,這種情況下形成耗盡層,MOSFET下不能導(dǎo)通。當(dāng)柵極電壓Vg大于門檻電壓Vth時,漏極和源極之間形成N型溝道,由于N型溝道的電阻很小,故在漏源正電壓Vd的作用下,電子從源極流向漏極,或者說,正電荷從漏極流向源極,這就是通常采用的MOSFET正向?qū)щ娞匦浴?/p>

事實上,可以看出,柵極電壓Vgs的作用僅僅是在于形成漏極和源極之間的N型導(dǎo)電溝道,而N型導(dǎo)電溝道相當(dāng)于一個無極性的等效電阻。因而從理論上分若改變漏源極的電壓極性,即漏源極加反向電壓,電子會反向從漏極流向源正電荷將從源極流向漏極,實現(xiàn)MOSFET反向?qū)щ娞匦?。從以上分析可?MOSFET實際上是一個雙向?qū)щ娖骷?只是在以往的應(yīng)用中無須利用到反向?qū)щ娞匦?而形成MOSFET單向?qū)щ姷囊话愀拍睢?/p>

在輸出功率不大的芯片內(nèi),功率MOSFET一般就采用大寬長比的CMOS工藝來制作,但如果對要求大功率輸出,特別是在耐壓要求很高的情況下,片內(nèi)功率管就需要采用VDMOS結(jié)構(gòu)。VDMOS管能滿足高達(dá)六七百伏的輸入電壓的要求,同時能夠提供幾十安培的工作電流。

VDMOS和Trench結(jié)構(gòu)的縱向剖面圖

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