本文選題：DC-DC轉換器　切入點：Power　出處：《東南大學》2015年碩士論文

【摘要】：Power MOS器件具有特征導通電阻小、開關速度快及集成密度高等優(yōu)點,已廣泛應用于DC-DC開關電源轉換器中。然而,Power MOS器件作為DC-DC轉換器的核心單元,經常工作在高電壓、大電流及強電場的條件下,存在著較高的失效風險。目前,關于Power MOS器件的研究還主要集中于中高壓器件,而較少關注應用越來越廣泛的低壓Power MOS,因此,迫切需要對低壓Power MOS器件的電學性能及可靠性展開深入研究,這對研制高性能低壓大功率DC-DC轉換器具有重要意義。本文從DC-DC轉換器的應用需求出發(fā),著重研究了器件結構參數(shù)與版圖布局兩方面因素對低壓Power MOS器件特征導通電阻、擊穿特性以及靜電泄放(Electrostatic Discharge,簡稱ESD)防護能力的影響,并對其內在物理機理進行了深入探討。對于特征導通電阻的研究,使用最小二乘法對測試數(shù)據(jù)進行擬合,進而對各因素的影響程度進行量化比較和分析：對于擊穿特性的研究,通過關態(tài)擊穿電壓和開態(tài)擊穿電壓兩方面指標對器件進行綜合評價；對于ESD魯棒性的研究,以二次擊穿電流值作為其ESD防護能力的判別標準,深入分析了各參數(shù)對于器件ESD防護能力及失效類型影響的物理機理。綜合上述研究結果,確定了低壓Power MOS器件最優(yōu)的結構和版圖參數(shù)。測試數(shù)據(jù)表明,所設計Power MOS器件關態(tài)擊穿電壓BVoff=10.1V,開態(tài)擊穿電壓BVon=9.6V,特征導通電阻Rdson, sp=4.5mΩ·mm2,人體放電模式(Human-Body Model,簡稱HBM)下ESD8kV,達到預期的設計指標。該器件已成功應用于一款5V-3.3V/2A降壓型同步整流DC-DC轉換器。
[Abstract]:Power MOS devices have been widely used in DC-DC switching power supply converters due to their advantages of low on-resistance, high switching speed and high integration density. However, as the core units of DC-DC converters, MOS devices often work in high voltage. Under the condition of high current and strong electric field, there is a high risk of failure. At present, the research on Power MOS devices is mainly focused on medium-high voltage devices, but less on low-voltage Power MOSs, which are more and more widely used. The electrical properties and reliability of low-voltage Power MOS devices need to be deeply studied, which is of great significance to the development of high performance low-voltage and high-power DC-DC converters. This paper starts from the application requirements of DC-DC converters. The effects of structure parameters and layout on the characteristic on-resistance, breakdown characteristics and electrostatic discharge (ESD) protection of low-voltage Power MOS devices are studied. For the study of characteristic on-resistance, the least square method is used to fit the test data, and then the influence degree of each factor is compared and analyzed quantitatively. The device is evaluated synthetically by two aspects of on-off breakdown voltage and on-state breakdown voltage, and the secondary breakdown current value is used as the criterion of ESD protection ability for the research of ESD robustness. The physical mechanism of the influence of each parameter on the ESD protection ability and failure type of the device is analyzed in depth. The optimum structure and layout parameters of the low-voltage Power MOS device are determined by synthesizing the above results. The test data show that the optimum structure and layout parameters of the low-voltage Power MOS device are obtained. The designed Power MOS device has been successfully applied to a 5V-3.3V/2A step-down synchronous rectifier DC-DC converter. The designed Power MOS device has a breakdown voltage of 10.1V, an on-state breakdown voltage of 9.6V, a characteristic on-resistance of Rdson, a sp=4.5m 惟 mm2, and an ESD of 8kV under the human discharge mode Human-Body Model (HBMs). The device has been successfully applied to a 5V-3.3V/2A step-down synchronous rectifier DC-DC converter.
【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN386

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本文編號：1695560