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开关电源电路设计及其高压功率器件研制

作　者: 江凌峰
导　师: 郭东辉
学　校: 厦门大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 智能照明 开关电源 LDMOS VDMOS IGBT
分类号: TN86
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要


开关电源作为电子设备的动力之源,向着高效率、高功率因数、低成本的方向发展；核心元件高压功率开关器件是影响开关电源的效率与可靠性的主要因素。因此对开关电源电路设计及其高压功率器件的研究具有现实意义。本文首先针对LED的工作特性,创建驱动IC、变压器的PSpice模型和建立电路仿真系统,采用原边控制原理来实现恒流、恒压输出,完成反激式LED驱动开关电源。其次针对高压功率开关器件进行研究：基于RESURF原理设计了一款能够满足耐压大于600V的LDMOS,应用到LED驱动芯片的高低压集成电路的制备中；为了提高开关电源系统工作频率与效率,设计完成了一款开关速度快的VDMOS;对传统的Trench-NPT-IGBT器件设计进行优化改进,设计一款具有高可靠性的1200V IGBT。论文工作的创新点体现在：(1)在LDMOS设计中,加入p-top降场层、P埋层、N-buffer层,提高了漂移区参杂浓度,降低了比导通电阻,对影响器件特性的参数Ld、Lf、Lp、LPBL进行优化,结合现有BCD工艺给出一套LDMOS器件研制的工艺方案。(2)在VDMOS设计中,采用高能离子注入方法降低横向扩散程度,获得更短有效栅长,减小反向传输电容,提高开关速度；同时利用JFET注入来解决导通电阻增加的矛盾,实现VDMOS的Xjp、DCS、LW、LP参数的优化设计。(3)在Trench-NPT-IGBT设计中,引入沟槽侧边多晶硅电极,获得逆向电场的方法来改善沟槽栅底部电场累积的缺点,并对沟槽侧边多晶硅电极的宽度、深度、电压参数优化设计,获得具有击穿电压高和通态压降低的器件结构。另外,还针对开关电源及高压功率器件的具体应用,设计一套分布式LED智能照明控制系统方案,并完成相应的硬件电路及电路模块开发。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-12
第一章 绪论  12-22
  1.1 研究背景  12
  1.2 相关技术发展现状  12-14
  1.3 关键技术及其研究进展  14-19
    1.3.1 高频变压技术  14-16
    1.3.2 功效提升技术  16-17
    1.3.3 器件耐压技术  17-19
  1.4 论文工作和章节安排  19-22
    1.4.1 主要研究内容  19-20
    1.4.2 章节安排  20-22
第二章 开关电源基本原理与电路结构  22-38
  2.1 开关电源原理  22-23
  2.2 基本电路结构  23-25
    2.2.1 Buck电路  23-24
    2.2.2 Boost电路  24-25
    2.2.3 Buck-boost电路  25
  2.3 开关调制方式  25-29
    2.3.1 PWM脉冲宽度调制  26-27
    2.3.2 PFM脉冲频率调制  27
    2.3.3 PWM-PFM综合调制  27-28
    2.3.4 PSM调制  28-29
  2.4 高压器件耐压工艺  29-36
    2.4.1 RESURF 技术  29-30
    2.4.2 隔离技术  30-32
    2.4.3 终端技术  32-36
  2.5 本章小结  36-38
第三章 LED驱动电源的开关电路设计  38-64
  3.1 LED驱动电路类型与性能要求  38-40
    3.1.1 驱动电路类型  38-39
    3.1.2 驱动电源性能要求  39-40
  3.2 电路设计与仿真建模  40-55
    3.2.1 驱动电路设计  41-52
    3.2.2 控制电路建模  52-55
  3.3 电路仿真与结果分析  55-62
    3.3.1 电路PSpice仿真  55-58
    3.3.2 样品制作与性能测试  58-62
  3.4 本章小结  62-64
第四章 功率MOSFET器件的设计与仿真  64-92
  4.1 功率MOSFET结构与原理  64-67
    4.1.1 功率MOSFET介绍与分类  64-65
    4.1.2 功率MOSFET结构与工作原理  65-67
  4.2 LDMOS器件设计与仿真  67-80
    4.2.1 LDMOS结构与工艺设计  67-75
    4.2.2 LDMOS仿真结果分析  75-80
  4.3 VDMOS器件设计与仿真  80-91
    4.3.1 VDMOS结构与工艺设计  80-87
    4.3.2 VDMOS仿真结果分析  87-91
  4.4 本章小结  91-92
第五章 高压IGBT器件的设计与仿真  92-106
  5.1 IGBT结构与原理  92-96
    5.1.1 IGBT器件结构  92-93
    5.1.2 IGBT器件原理  93-96
  5.2 IGBT器件设计与工艺设计  96-101
    5.2.1 IGBT结构设计  96-98
    5.2.2 IGBT参数优化  98-101
  5.3 IGBT器件与工艺仿真结果  101-105
    5.3.1 器件与工艺仿真  101-102
    5.3.2 仿真结果分析  102-105
  5.4 本章小结  105-106
第六章 智能LED照明系统应用电路模块设计  106-120
  6.1 系统设计要求  106-107
    6.1.1 系统需求分析  106-107
    6.1.2 系统总体结构  107
  6.2 硬件电路方案设计  107-115
    6.2.1 LED终端节点硬件设计  108-113
    6.2.2 协调器硬件设计  113-115
  6.3 产品原型开发与验证  115-118
  6.4 本章小结  118-120
第七章 总结与展望  120-124
  7.1 工作总结  120-122
  7.2 工作展望  122-124
参考文献  124-131
硕士期间取得的成果  131-132
致谢  132-133
附录  133-134

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线电设备、电信设备 > 电源
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