[实用新型]智能高压大功率器件

说明书

本实用新型是一种具有自动限流保护的高压大功率VDMOS器件，属于电力电子器件技术领域。

高压大功率VDMOS器件是一种高输入阻抗和高跨导的半导体器件，属于多子器件，具有开关速度高等优点，被越来越广泛地应用在开关电源、节能灯、电机变频调速和高频加热等领域。在现有的高压大功率VDMOS器件中，往往因栅源电压的少量变化而引起较大的源漏电流变化和负载短路等因素，容易引起过电流现象而损坏，从而影响整机的可靠性。

本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供一种具有自动限制过流保护功能的高压大功率VDMOS器件，当器件在某一因素引起电流超过额定值时，器件本身能自动限制过流现象，当故障消除后，器件仍能恢复正常工作。

一个普通高压大功率VDMOS器件有源S、栅G和漏D三个引出极，在版图设计时通常采用分源技术，把不同单元数并联的源引出，例如由S₁、S₂两个源极引出。如果S₁有M个单元并联，而S₂有N个单元并联，两个原极的电流IDS1和IDS2的关系为IDS1／IDS2＝M／N，而IDS＝IDS1＋IDS2，当M＞＞N时，IDS≈IDS1。本实用新型由高压大功率分源VDMOS晶体管（VDMOSFET）、电阻和过流限制器件T组成，其特点是VDMOSFET的栅引出端G与栅极G′间设有串联电阻R₁，分源端S₂通过电阻R₂与源引出端S相连接，过流限制器件的三端分别与G′、S₂和S₁相连接。过流限制器件可以由一个双极型晶体管构成，也可以由一个MOS管或两个倒相器和一个MOS管构成。当电流ID小于限定的过流值IDmax时，IDS1≈ID，IDS2较小，它在R₂上的压降小于过流限制器的导通电压，VDMOS器件为正常工作状态，由于VDMOS器件本身的高输入阻抗特性，此时R₁上的压降可以忽略不计，VG≈VG′。当由于某种原因引起ID＞IDmax时，使R₂上的压降大于过流限制器的正向导通电压，引起R₁上有较大的电流流过，R₁上产生的压降而使VG′＜VG，从而使电流ID下降，控制了ID≤IDmax。设计时只要根据需要的IDmax，选择合适的M／N、R₂、R₁和过流限制器的放大系数，既可实现器件和保护器的一体化。

本实用新型既保持了高压大功率VDMOSFET的特性，又具有自动过流保护功能，大大提高了器件的可靠性，有利于器件应用电路的简化，提高整机的可靠性，降低整机的成本。它可采用常规的VDMOSFET工艺实现，而不需增加器件的成本。

图1为本实用新型的结构示意图；图2为三端引出器件的等效电路示意图；图3为四端引出器件的等效电路示意图。

本实用新型可采用附图所示的方案实现。采用图1所示的结构，在同一硅片衬底上，采用常规的VDMOSFET工艺制作成智能VDMOS器件。N^＋为硅片衬底的低阻区，N^－为衬底的高阻区，G、S、D分别为器件的三个引出端。铝层A1和二氧化硅层SiO₂如图中所示。P^－为P阱区，P^＋为浓硼区。R₁采用多晶电阻，过流限制器件T采用NPN横向晶体管，其中b极接P^＋区，e、c极接N^＋区。R₂采用磷扩散N^＋电阻，过流限制器件和高压VDMOSFET之间采用接源S电位的隔离多晶环。等效电路如图2所示。为了便于用户根据需要确定限流值IDmax，本实用新型可采用如图3所示的等效电路，制作成四端引出器件，即S₁、G、D和S₂作为四个输出端，通过选择适当的外接电阻R₂，实现所需要的限流功能。