高压SenseFET的分析与设计
高压SenseFET(Current Sense Field Effect Transistor)是一种可用于高压功率集成电路,对功率元件进行电流探测的高压功率器件,相比传统的集成电流采样器件,高压SenseFET具有耐压高、采样特性好、采样可靠性高等优势;除了作为电流采样器件外,高压SenseFET还可以同时复用作为充电器件,实现芯片自供电。本文对一种新型高压 SenseFET——C-SenseFET(Controllable-Current Sense Field Effect Transistor)的结构、工作原理以及相关电路应用做了详细地分析,同时,通过C-SenseFET导通模型的建立,更加深入地描述了器件导通工作时的特性。在理论分析基础上,设计完成了一款700V C-SenseFET器件及其应用电路并进行了流片和测试。通过研究,希望能够对C-SenseFET器件及其应用的进一步研究起到抛砖引玉的作用。 本文的主要工作如下: 1、详细介绍了 C-SenseFET的器件结构和基本工作特性,说明了它相对于传统SenseFET在应用中的优势;借助仿真工具,重点探究了C-SenseFET的相关工作机理和主要参数的设计:主要包括耐压的影响因素和设计、导通特性的影响因素和设计、C-SenseFET采样比和充电摆率的影响因素和设计等,此外,文中还对高压SenseFET与功率元件的集成方法做了讨论。 2、探究高压 C-SenseFET的导通模型的建立。结合之前有关学者的研究结果及自身研究,通过合理的简化与计算,给出了一种简单准确的C-SenseFET行为级导通宏模型并得到了C-SenseFET的I-V特性表达式;将模型计算出的导通特性曲线与仿真结果进行对比,最大误差小于5％;此外,通过对其他不同结构C-SenseFET导通模型建立的讨论,说明了该模型建立方法具有可推广性。 3、在标准BCD工艺下,设计完成了一款700V C-SenseFET器件,同时,为了验证所设计C-SenseFET的电路工作性能并获得器件的采样比、充电电流等参数,还专门设计了一种C-SenseFET验证电路;本次设计进行了流片、封装及测试;测试结果表明,所设计的C-SenseFET耐压可达700V,充电摆率大小为8.82％,导通特性曲线与仿真和模型计算结果吻合度都很好,并且C-SenseFET与功率元件的集成没有影响功率元件的电特性;在验证电路中,该C-SenseFET成功实现了采样和充电的功能,其采样比大小为0.007(均值),基本满足了设计要求。
高压功率集成电路;导通模型;电流采样;仿真分析
电子科技大学
硕士
微电子学与固体电子学
李泽宏
2014
中文
TN402
72
2014-09-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）