一種提高dc/dc升壓變換器轉(zhuǎn)換效率的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及到一種DC/DC升壓變換器，尤其涉及到一種提高DC/DC升壓變換器轉(zhuǎn)換效率的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]眾所周知，由于具有較高的轉(zhuǎn)換效率和較好的可靠性，DC/DC變換器廣泛應用于消費類電子產(chǎn)品和工業(yè)產(chǎn)品中。同步整流DC/DC變換器是電源管理電路應用的主要拓撲。在相同面積的情況下，P溝道MOSFET的導通電阻是N溝道MOSFET的2.5倍，為了提高電源管理電路的轉(zhuǎn)換效率，開關(guān)和同步整流器件通常都應用N溝道器件的拓撲越來越受歡迎，特別是在電壓高于12V的應用領(lǐng)域。圖1所示是一個同步整流BOOST升壓拓撲，下部的LS-LDMOS是開關(guān)器件，上部的HS-LDMOS是同步整流器件、且都是N型橫向DMOS器件。由于任何時刻上、下兩個器件不能同時導通，因此，它們的開關(guān)驅(qū)動信號高電平之間要留有死區(qū)(Dead-Time)。當LS-LDMOS導通時，電感電流線性增加，當LS-LDMOS截止時，在死區(qū)里電感電流流經(jīng)HS-LDMOS的體二極管Db，到輸出電容Cout上，提供負載電流。死區(qū)過后，HS-LDMOS導通，起到同步整流以及減小Db上功耗的作用。與此同時，電感電流開始下降。縮短死區(qū)時間有利于提高轉(zhuǎn)換效率。利用典型的B⑶工藝制造的HS-LDMOS器件的剖面結(jié)構(gòu)如圖2所示，在其版圖設(shè)計上，用于HS-LDMOS源極隔離用的N型深阱(Deep-NWell)通常和其漏極D相連接，如圖2(a)所示。這樣，從P-Body的P+接觸區(qū)、深阱接觸區(qū)N+到P型襯底(P-Sub)形成了一個寄生的PNP雙極晶體管。在上述提及的死區(qū)時間里，由于電流從HS-LDMOS的源極S經(jīng)Db流向其漏極D，即S極的電位比D極的電位高出一個二極管的正向壓降的電壓，導致寄生PNP處于導通狀態(tài)，從HS-LDMOS的源極向P型襯底注入電流，即此時器件的漏電流增加，造成能量損失。如果把N型深阱和HS-LDMOS的源極相連接，如圖2(b)所示，在死區(qū)寄生PNP不會導通。但當LS-LDMOS處于導通、HS-LDMOS處于截止狀態(tài)時，HS-LDMOS的源極和N型深阱被下拉至接近于地電位，如果該器件周圍有高于PN結(jié)正向壓降的P型區(qū)域存在，會導致其它可能到該N型深阱的寄生電流通路，特別是可能會誘發(fā)潛在的閂鎖效應(Latch-up)。因此，對于這種連接，周圍的版圖設(shè)計需要至少三個P+/N+/P+環(huán)進行隔離，防止可能的Latch-up。這樣一來，版圖面積將會增加。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:提供一種不會發(fā)生閂鎖效應的提高DC/DC升壓變換器轉(zhuǎn)換效率的方法。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:一種提高DC/DC升壓變換器轉(zhuǎn)換效率的方法，其步驟為:在DC/DC變換升壓拓撲結(jié)構(gòu)中的上端MOS器件采用N型的MOS或LDMOS器件，并將該N型的MOS或LDMOS器件動態(tài)隔離。
[0005]作為一種優(yōu)選方案，在所述的一種提高DC/DC升壓變換器轉(zhuǎn)換效率的方法中，在DC/DC變換升壓拓撲結(jié)構(gòu)中的上端MOS器件采用N型LDMOS器件。
[0006]作為一種優(yōu)選方案，在所述的一種提高DC/DC升壓變換器轉(zhuǎn)換效率的方法中，所述的上端MOS器件動態(tài)隔離的具體方法為:在上端MOS器件的體區(qū)到左側(cè)的深阱歐姆連接區(qū)N+之間增加一個N型LDMOS器件、作為上端輔助MOS器件，上端輔助MOS器件的源極與上端MOS的源極相連，上端輔助MOS器件的柵極與上端MOS的柵極相連;上端輔助MOS器件的漏極與N型深阱的歐姆連接區(qū)N+相連接，從而在這上端MOS器件的體區(qū)與上端輔助MOS器件的漏極之間形成寄生二極管，在上端輔助MOS器件的漏極的右側(cè)N型外延層里緊靠N型深阱N+連接區(qū)處設(shè)置一個P+區(qū)，使該P+區(qū)和右側(cè)的深阱區(qū)的N+接觸區(qū)組成一個高壓二極管，所述上端MOS器件的體區(qū)與漏極之間形成一個體區(qū)二極管。
[0007]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明除了原有的上端MOS器件(由N溝道MOS器件或者N溝道橫向雙擴散金屬氧化物半導體器件即N型LDM0S)外，又增加一個面積很小的上端輔助MOS器件(由N溝道MOS器件或者N溝道橫向雙擴散金屬氧化物半導體器件即N型LDMOS構(gòu)成)，形成N型深阱非固定連接結(jié)構(gòu)，從而有效地避免了閂鎖效應的發(fā)生，并提高了 DC/DC升壓變換器的轉(zhuǎn)換效率。
【附圖說明】
[0008]圖1是典型的同步整流Boost升壓拓撲及功率器件驅(qū)動信號時序圖。
[0009]圖2是HS-LDMOS的剖面結(jié)構(gòu)圖，其中:(a)N型深阱和漏極相連，(b)N型深阱和源極相連。其中，從P-Body的P+接觸區(qū)、深阱接觸區(qū)N+到P型襯底(P-Sub)形成了一個寄生的PNP雙極晶體管。
[0010]圖3是本發(fā)明所述的HS-LDMOS的N型深阱的動態(tài)連接剖面結(jié)構(gòu)圖。
[0011 ]圖4是圖3所示的HS-LDMOS的N型深阱動態(tài)連接的等效電路圖。
【具體實施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖，詳細描述本發(fā)明所述的可提高DC/DC升壓變換器轉(zhuǎn)換效率的方法的具體實施方案:
[0013]如圖3所示，其等效電路如圖4所示，本發(fā)明所述的一種可提高DC/DC升壓變換器轉(zhuǎn)換效率的方法，除了原來的上端MOS器件(N溝道橫向雙擴散金屬氧化物半導體器件)即圖3和圖4中的HS-LDMOS器件外，還增加一個面積很小的上端輸助MOS器件(N溝道橫向雙擴散金屬氧化物半導體器件)即圖3和圖4中的HS-LDM0S1器件，HS-LDM0S1的源極SI與HS-LDMOS的源極S相連，HS-LDM0S1的柵極Gl與HS-LDMOS的柵極G相連接，HS-LDM0S1的漏極Dl則與左側(cè)N型深阱的歐姆接觸區(qū)N+相連接，從而在HS-LDMOS的體區(qū)(P-Body)與HS-LDM0S1的漏極Dl之間形成寄生二極管Diso，除此之外，在HS-LDMOS的漏極D—側(cè)N型外延層里緊靠N型深阱N+接觸區(qū)處設(shè)置一個P+區(qū)，使得該P+區(qū)和右側(cè)的深阱區(qū)的N+接觸區(qū)組成一個高壓二極管HV-D1de，所述HS-LDMOS的漏極與體區(qū)(P-Body)形成體區(qū)二極管Db。在死區(qū)時間里，盡管二極管Db導通，HS-LDMOS的漏極D比其源極S低一個二極管壓降，但是，從寄生二極管Diso到Vout也即HS-LDMOS的漏極D的電流通路被HV-D1de阻斷，這樣，寄生二極管Diso上無電流通過，左側(cè)的N型深阱的電位高于HS-LDMOS的漏極電位，上述提及的寄生的雙極PNP晶體管不會導通。死區(qū)過后，當HS-LDMOS的柵極是高電平時，N型深阱通過HS-LDM0S1和HS-LDMOS的源極連接在一起。當HS-LDMOS和HS-LDM0S1截止、LS-LDMOS導通時，盡管兩個器件的源極S和SI被下拉至地電位，此時HS-LDMOS的漏極仍處于整個系統(tǒng)的最高電位(輸出電壓)，HV-D1de處于正向偏置狀態(tài)，而寄生二極管Diso處于反偏狀態(tài)，因此，HV-D1de中無電流，N型深阱的電位接近于此時的最高電位Vout。這樣，寄生的雙極PNP晶體管的漏電將被抑制，而且不會帶來其它問題。
[0014]綜上所述，僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用來限定本發(fā)明實施的范圍，凡依本發(fā)明權(quán)利要求范圍所述的形狀、構(gòu)造、特征及精神所作的均等變化與修飾，均應包括在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種提高DC/DC升壓變換器轉(zhuǎn)換效率的方法，其步驟為:在DC/DC變換升壓拓撲結(jié)構(gòu)中的上端MOS器件采用N型的MOS或LDMOS器件，并將該N型的MOS或LDMOS器件動態(tài)隔離。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高DC/DC升壓變換器轉(zhuǎn)換效率的方法，其特征在于:在DC/DC變換升壓拓撲結(jié)構(gòu)中的上端MOS器件采用N型LDMOS器件。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的提高DC/DC升壓變換器轉(zhuǎn)換效率的方法，其特征在于:所述的上端MOS器件動態(tài)隔離的具體方法為:在上端MOS器件的體區(qū)到左側(cè)的深阱歐姆連接區(qū)N+之間增加一個N型LDMOS器件、作為上端輔助MOS器件，上端輔助MOS器件的源極與上端MOS的源極相連，上端輔助MOS器件的柵極與上端MOS的柵極相連;上端輔助MOS器件的漏極與左側(cè)的N型深阱的歐姆連接區(qū)N+相連接，從而在該上端MOS器件的體區(qū)與上端輔助MOS器件的漏極之間形成寄生二極管，在上端輔助MOS器件的漏極的右側(cè)N型外延層里緊靠N型深阱N+連接區(qū)處設(shè)置一個P+區(qū)，使該P+區(qū)和右側(cè)的深阱區(qū)的N+接觸區(qū)組成一個高壓二極管，所述上端MOS器件的體區(qū)與漏極之間形成一個體區(qū)二極管。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種不會發(fā)生閂鎖效應的提高DC/DC升壓變換器轉(zhuǎn)換效率的方法，除了原有的HS-LDMOS器件外，再增加一個面積很小的HS-LDMOS1器件，HS-LDMOS1的源極S1及柵極G1分別和HS-LDMOS的源極S及柵極G相連接；HS-LDMOS1的漏極D1則和N型深阱的歐姆接觸區(qū)N+相連接，在這兩個器件的體區(qū)(P-Body)到D1之間形成寄生二極管Diso；在HS-LDMOS的漏極D一側(cè)N型外延層里緊靠N型深阱N+接觸區(qū)的地方添加一個P+區(qū)，使之和N+接觸區(qū)組成一個高壓二極管HV-Diode。本發(fā)明主要應用于DC/DC升壓變換器。
【IPC分類】H02M3/158
【公開號】CN105553262
【申請?zhí)枴緾N201510961076
【發(fā)明人】黃勝明, 黃鑫, 馮多力
【申請人】蘇州瑞鉻優(yōu)電子科技有限公司
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2015年12月21日