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高压sensefet的分析与设计

高压SenseFET的分析与设计

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作者：宋洵奕电子科技大学

学位级别：硕士

高压Sense FET(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Sense FET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... 详细信息

高压Sense FET(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Sense FET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Sense FET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Sense FET——c-Sense FET(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-Sense FET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-Sense FET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-Sense FET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-Sense FET的器件结构和基本工作特性,说明了它相对于传统Sense FET在应用中的优势;借助仿真工具,重点探究了c-Sense FET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-Sense FET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Sense FET与功率元件的集成方法做了讨论。2、探究高压c-Sense FET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-Sense FET行为级导通宏模型并得到了c-Sense FET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-Sense FET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-Sense FET器件,同时,为了验证所设计c-Sense FET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-Sense FET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-Sense FET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-Sense FET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-Sense FET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。

关键词：高压sensefet c-sensefet 导通模型电流采样自供电

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