优化VDMOSFET体二极管的方法与意义

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20 0 7年

第 3期 3

优化 V MOS E D F T体二极管的方法与意义张朝杰

(昌学院 0许 4级电子信息工程本科二班【摘

河南许昌 4 6 0 ) 1 0 0

要】垂直双扩散金属一氧化物一半导体场效应晶￣(D V MO F T结构中包含一个由 P阱和 n漂移区构成的寄生二极管。文就 SE )一本

当前同步整流 DC/ DC转换器中大功率 V DMOS E体二极管导电导致的功率损失问题进行了较细致地分析。减小体二极管反向恢复电荷 FT就问题进行了研究。在此基础上，出了优化 V提 DMOSE F T体二极管的意义，不改变工艺流程的前提下，出了优化设计方法。在给

【关键词】功率 MOSE功率 V F T; DMOS E体二极管； F T;优化

一

、

功率 M OSF T的发展 E

三、化 VD优 MOS E F T体二极管的方法功率整流器的开关损耗及导通压降损耗成为电源功率损耗的重

“ S E”英文 mea— xd— e c n u tr il f c a s tr M0 F T是 tl o ie smi d c ed e et rn i o o of t s

的缩写。即“属氧化物半导体场效应晶体管”意金。MO F T的理论在要因素。了提高效率降低损耗，用同步整流技术已成为低电压、 SE为采大 D SE 1 2~ 90年就已经提出 .然晚于场效应晶体管理论。早于双极电流电源模块的一种必然手段。 V MO F T导通电阻是导致同步整 90 13虽但结型晶体管理论 2年。在那时。国的 J .iefl出了：块流器应用中功率损失的原因之一。在大多数情况下，致功率损失的 0多美 . Ll ned提 E i一导半导体的两端分别做一个金属接触并且在半导体表面上覆盖一个金另外一个主要原因是低端 v DM0 S的体二极管。体二极管反向恢复导属板的晶体管模型。Wiim Sok l la hcey在 15 l 9 2年提出了结型场效应晶致的功率损失是功率整流器开关损耗的主要部分。目前优化体管 (E T。D cy和 R s在

15 J F S) ae os 9 3年对它加以改进。八十至九十年 V MO F T体二极管的主要方法有： D SE代是功率 M0 F T兴起的年代。八十年代功率 MO F T与晶闸管并 SE SE行发展。九十年代 MO S器件迅速占领了相当大部分的中小功率器件

( )一少子寿命控制技术寿命控制技术可以通过重金属掺杂和电子辐照。意识地选择某有

市场，其在功率变换领域。是进一步的研究发现， F T结构存种合适地深能级重金属杂质扩散在半导体中，加复合中心，以降尤但 M0S E增可在如下一些缺点：、 V槽的尖端存在很强的电场，一在这会严重地影响低少子寿命；制成的成品器件置于辐照场中，高能电子进行轰击，将用 器件击穿电压的提高；、件导通电阻较大；、槽的腐蚀不大容使半导体中的硅原子脱离正常格点位置而形成氧空位、空位、空二器三 V磷双并从易控制，且栅氧化层暴露，受离子玷污，成阈值电压不稳，靠位等，相应的在硅禁带内形成各种深能级复合中心，而达到控制少而易造可性下降。了克服这些缺点，9 9年 H. .o is人提出了一种不需子寿命的目的。为 17 W C ln等 l

要腐蚀 V槽或 U槽并且不暴露栅氧化层的垂直双扩散 MO S

( )二采用新结构

新结构的主要功能都是从减少少子的存储、快少子的复合抽取 加 ( D S。其中多晶硅栅被埋在源极金属的下面，极电流穿过水平 V MO )源沟道，过栅极下面的积累层再通过垂直 N漂移区流到漏极。种结等方向考虑。于此思路，国仁斯利尔理工大学 ( P )率电子系统 经一这基美 R I功 0V MO F T器件进行了研究提出了一种改构的功率 MO,工艺上与现在高度发展的超大规模集成电路工艺相中心对耐压水平为 5 0的 D S E S容，因此发展很快。

进的 D S结构。反向恢复电荷得到了减少。 M0 ( )三对器件参数进行优化

二、率 VD功 MOS E的应用 FT

很多分立器件提供商都在已有器件的基础上不断的进行改进和 V M0 D S结构器件广泛

应用于便携式电脑、车电子、汽开关电源、 以电机调速和照明节能等领域。为适应各种快速微处理器、携式电子优化。工艺线上较小的改变来得到更优的性能。从而大幅提高产品便 DM0 F T最常见的用途是作为高频开关在通态和 SE产品和服务器供电的需求，电压大电流输出变换器的研究成为十分的性价比。功率 V低这重要的课题之一。在低电压大电流输出的情况下，用一般的二极管断态之间来回切换，使我们能以最小的器件损耗来控制很大的负载使

MO F T寄生电容也较大而渡越时间很小，典型值在整流，难达高效率。采用低导通电阻的 V MO F T作为整流管是功率。功率 VD S E很而 D SE O~0p之所 S晶体管的频率响应受限于其寄生电容克服这一障碍的有效途径。V M0 F T器件以其导通电阻低。关速 lp 10 s间，以功率 MO D SE开C回路的充放电 (以及产生或消除导电沟道 )需所度快，得到了广泛的应用。国内电力电子器件市场预测：目前国内与栅电阻构成的 R优可如 V DMO S与 I B G T产品 9%以上依赖进口。电力电子器件的国内需求要的时间。化器件参数中，以控制杂质分布和相应结深，减薄基 o+ n负极区域中间 I区采用突变结杂质分布，可量每年增长达 1%, 5已超过 3亿只 .新型电力电子器件 V而 DMO S与区厚度等。在 p正极区、+

使 IB G T每年的需求量增幅更达 2%。预计到 2 0 5 0 5年。 T国内市场需使存贮电荷减少一半，反向恢复时间缩减一半。减薄基区厚度这种 I GB也可以使衬底复合的影响加大，有利于存贮时求将达 7 0万只， D S需求量将达到 6亿只，件和基础类产品销方法可以减小少子贮存。 5 V MO器从我售收入将达 4 O元。国际电力电子器件市场预测：界电力电子器间的减小，而降低二极管的反向恢复时间。基于以上方法，们在优 O O亿世 DMO F T体二极管时主要从两个方面考虑：.对器件参数 SE 1件市场销售额每年以 9%的速率递增。 DM0 V S器件以每年 3 .%的速化研

究 V 262采 率增长。 B I T的年增长率为 3%。计到 2 0 G 0预 0 5年 I T市场需求将达进行优化；.用新的结构。 GB从器件参数方面优化功率 V DMO F T体二极管的工作。为了降 SE到 56亿只。场规模将达 l1亿美元。目前 VD S半导体芯片的全，市 1 MO

球市场占有率超过 3%。场需求量达 60亿只以上。 0市 O

低成本。以尽量减少对原器件工艺线、件结构的改动。器件的浓所器从

结 1用 S具体说来同步整流电路里面的 V M0 F T,它的工作效率直接度参数、构参数人手进行优化。实施的步骤如下：. IE软件仿真 D SE影响整个电路的工作效率。以半桥 D/ CB C变换电路为例，步原器件的基本参数 V V R蛳 和；. CD U K同 B、、 Q 2以这些初始数据为基本调节器件参数，进行优化设计；.到要求， 3达得到优化后的新器 V DMO F T的工作效率受限于其寄生体二极管。该电路的工作过程标准。 SE如下： C nrl S i当 ot Fg启时。驱动信号使 S nhoo s S i 件。 o MO T开栅 yc rnu MO Fg T

关断，源向电路里面传输能量； C nrl S E电当 ot o MO F T关断时，驱动栅

四、优化 VD SF T体二极管的意义 MO E

信号使 S c rnu S i开启。ye rnuMO F T起续流的作 n y hoo sMO Fg T Sn h o s S E o在速度更高、压更低、电电流密度更大的发展趋势下。们需要更人用。但是 . C nrlMO Fg在 ot S i o T和 Sn h nu S E yc r osMO F T关断和导通的高速、 o更高效率的功率器件。虽然 VD S E M0 F T在电流变换器里面的使时间点有一个“区”间。个时间段是为了防止两个 MO F T同时用提高了功率的转换效率，但是由于 VD S E死时这 SE MO F T体二极管导通使

导通短路。电路里面电流还是连续的，时就由 S nhoosMO F T V这 yc rnu S E DMO S的器件特性大打折扣。因而在整流电路中，善 VD S E 改 M0 F T的寄生二极管导通续流。 的反向恢复性能，降低损耗

,提高电路的工作效率，具有重要的意义。针二极管导通不仅正向压降大而且还引入了反向恢复的问题。众所对这一问题，多机构在进行研究。在已有器件的基础上不断的进行很周知，极管是少子器件，的反向恢复性能差。这就使 V MO F T优化和改进，而大幅提高产品的性价比。如：二它 D SE 从例国外 F i hl导体 ar i c d半整流特性大打折扣。 公司、 nSm半导体公司、内的北京大学微电子 ( O e i国下转第 1 7页 ) 3

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20 0 7年

第3 3期

传一样 .利于大批培养人才，而难以满足戏曲发展到成熟期 .大内心心理活动中必须的外在反映，想达到这个目的，得强化专业不从对要就量人才的需求 .所以戏曲教育的第三中体制一体授艺，便应用而生理论知识和文化整体素质，该调整教学思路，革教学内容，变教群应改转了。 学行为.才能适应经济市场的需要。因为受经济市场的制约，化市场文中国的戏曲群体授艺。自有官方和民间两条线。官方艺术教育管的需要 .现了大众文化、方文化、英文化等等三者并存的格局。出官精 教教理机构，统治者，自有自有宫廷以求，已存在，不过早先生要负责所以我们不得不在教学思路上、学内容上、学行为上依凭这种文便只乐舞的管理与演出事宜。戏曲产生后才开始兼事戏曲，仍是以乐舞化现象进行调整、革、宽、变。但改拓转 为主，清代中后叶才专事戏曲 .关家班教习，说教师有两种情到有先新世纪的到来 .社会生活和人们的思维方式均发生的巨大的变人不况：为知名老友做教师，小班作为一种民间群众教育方式，它独化 .们对旧的思维方式和以旧的生活为基础提炼出的程式，能完一大有到之处 .作为一种群众教育方式，于后世的戏曲教育，别是科班全满足现代人的审美需求，它对特只有继承高标准艺术的原貌又要结合现代教育，组织、学上打下了一

定的基础 .累了一定经验。在教积

人生活方式和思维逻辑去进行教学才能适应新形势的需要。只有加大

当前的戏曲教育，临着新世纪的挑战，是一个见仁见智的问改革力度 .据社会和市场发展需求，用德才兼备的教师，面这依选充分发挥才高 题。每个人都念有不同的问答。我认为戏曲教育将来面临的应是传统他们的主力军作用，能使艺术教育向高效率，品质方向迈进。一

与现代的有机结合。随着时代的发展代人的思想观念、。现审美要求都发生了很大的变化，们不仅要教会学生一板一眼、招一式，必须我一还

●

[任编辑：责翟成梁]

教会学生分析任务心理，原来的一板一眼、使一招一式都变成演员的

I接第 9上 4页 ) )格运行中润滑油管理制度，持每周一次的带来不必要的损失。细处人手多方面做工作狠抓管理才能保证先进 (严 5坚从体外全面滤油、水等工作。脱

的 O WR5E字子节可工。 WO AD0数电调器靠作e D 5

【参考文献】 [] 1姚莹《汽轮机运行与检修 lO O O问》 .中国电力出版社 3结论 . 2王汽 . 油系统故障造成的损失是很大的 .训也是深刻的，何减少和[]志伟《轮机运行》中国电力出版社 .教如[]平子. 3王现代大功率汽轮机排汽缸的气动性能 .方汽轮机，9 1 ( )东 19,3避免事故的发生，关键是妻抓好质量管理工作，特别是设备的制造、安装质量；外，行管理也不可放松 .从每一个环节深入细致地抓另运要起，步排查消除缺陷。忽了任一环节都有可能造成事故的发生 .逐疏并[责任编辑：隽]志

( )行中经常手摸调速油管路，受温度变化，用设备轻轻击 6运感使打振动以疏通可能堵塞的管路。

I上接第 9 5页 )电传动的成功经验，短研发周期，终东风 4流缩最 B机优等特点，有助于提高机车的整体性能，加大研究力度。将应 车辅助传动系统采用了此方案。

5方案介绍 .系统控制，向冷却风扇变极电机、压机变极电机、风机电机供电。空通第 1 .期

【参考文献】

1封建坤.尚玲，内燃机车交流辅助传动系统的现状及发展.内燃机车，0 3年 20 东风 4 B机车辅助交流动系统采用交流同步发电机发电 .经控制[]

6.束语结随着铁路跨越式发展的不断加快 .何提高机车的先进性、靠如可性、济性，快达到或接近欧美发达国家的机车水平，是各内燃主经尽将机厂急需研究的问题，流辅助传动具有技术先进、靠性高、护性交可维

[] 2郭元梅.李斌，风 8 J东 C交流传动货运机车辅助传动系统选型与设计内燃机车 .0 3年第 2期 . 20

[责任编辑：隽]志

I接第 9上 6页 )和北京工业大学电子工程系等。所

【参考文献】

1维本约戈邓格功体二极管工作状态的改变需要一定自时间 .截止到充分导通要[]捷斯拉夫 .达、翰 .沃、肯 A.兰特，率半导体器件——理论及应争从吴张刘，化 20. 经历一个正向恢复过程，从导通到可靠截止要经历一个反向恢复过用(郁、万荣、兴明 )北京；学工业出版社，0 4

程。

因此其反向恢复特性是设计师考虑的主要因数。反向恢复电荷

[] 2陈星弼，功率 M S E O F T与高压集成电路，南京：东南大学出版社，9 0 19 . [] 3石广源，高压 V MO F T中的快恢复体二极管的设计新方法，, D SE辽宁大学学报旧然科学版) 0 6 1, 0/ . 2 0

Q最大反向恢复电流 I R反向恢复时间 t这三个参数是反向恢复 M和 [] 4李坤党，二极管功率计的数字校准补偿技术，国外电子测量技术，0 7 7 20/ . 0特性的最重要参数。[任编辑：光明]责谢

再 I接第 1 7页 )于以上缺点，倡导使用大体积砼冲击灌注面装满料，用吊车吊起与导管连接进行灌注。在保证上述砼材料质上 0鉴应法，桩的初斗砼灌注一样 .一斗灌注都是将 2至 3方砼在大斗中量合格的前提下，每一斗砼灌注下去孔口返浆激如泉涌，灌注质如每如则积蓄够量 .出料口直接插入导管，后打开活门一次连续冲击下去，然其量一定好，如孔口返浆弱如渗流，至反复升降导管不见泥浆返流，

甚则灌注质量必定欠佳。 优点是：

_ A功能大. .冲击力强。巨大冲力的作用下，的向上顶升力和侧在砼向挤压力就有了保证 .的摩阻力和桩身砼密实性都得以提高。桩

对于以上常见问题，在施工过程中，事先察觉，仔细分析，要应查明原因 .而采取相应的措施，问题解决于萌芽之中，从使确保灌注桩的

B首斗砼灌注冲力大，渣、淤被溅开，端与持力层能较好地安全性。 .沉沉桩

结合 .确保了端承力的发挥。 当施工单位机械化程度低时，场搅拌砼可采用卧式大斗，地现在

[责任编辑：明巧]时

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