同步整流下功率場效應管的分析

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

不但應該深入研究功率MOSFET的導電特性,而且要基于其整流損耗模型,進行整流損耗分析。除此之外,對于大電流運行情況,同步整流技術的整流損耗是否總是優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,故稱作為電場效應晶體管。MOSFET是利用多數載流子導電的器件,因而又稱之為單極性晶體管。MOSFET下的電壓控制機理是利用柵極電壓的大小來改變感應電場生成的導電溝道的厚度感生電荷的多少,來控制漏極電流Id的。當柵極電壓Vg小于門檻電壓Vth時,無論Vds的極性如何,兩個PN結中,總有一個PN結是反向偏置的,因此漏極電流Id幾乎為零,這種情況下形成耗盡層,MOSFET下不能導通。當柵極電壓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正向導電特性。

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型導電溝道,而N型導電溝道相當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MOSFET反向導電特性。從以上分析可知,MOSFET實際上是一個雙向導電器件,只是在以往的應用中無須利用到反向導電特性,而形成MOSFET單向導電的一般概念。

在輸出功率不大的芯片內,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,片內功率管就需要采用VDMOS結構。VDMOS管能滿足高達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結構的縱向剖面圖

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