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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:施益隆
研究生(外文):E-Lan Shi
論文名稱:高功率金氧半電晶體累增崩潰能量測試及過電流保護電路之研究
論文名稱(外文):Research on Avalanche Energy Test and Over-Current Protection of Power MOSFET
指導教授:龔 正
指導教授(外文):Jeng Gong
學位類別:碩士
校院名稱:國立清華大學
系所名稱:電子工程研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:78
中文關鍵詞:過電流保護電路累增崩潰能量測試
外文關鍵詞:Avalanche Energy TestOver-Current Protection
相關次數:
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脈波寬度調變控制機制在切換式電源供應器(Switch Mode Power Supply)以及不中斷電源供應器(Uninterruptible Power Supply)中應用得非常廣泛,但以往雙載子(Bipolar)製程往往是此類電路的第一選擇,而在本篇論文先嘗試以互補式金氧半電晶體(CMOS)的製程達成脈波寬度調變控制電路功能的要求,同時整合過電流保護電路為單一晶片,其優點除了大幅地降低了電路的損耗功率、製造成本、以及節省空間等,同時在電路應用上也更為簡便。其次本論文也討論到累增崩潰能量之測量,一般來說,在高功率電路中元件故障的機制取決於(1)接面溫度(2)累增電流,所以為了確保元件不被過電流,過電壓,過溫度等效應影響,導致元件損壞,因此在電路中通常都會加上限制電路去保護元件,但同時也會導致成本增加,所以本項測量的目的便是將元件操作在avalanche mode測試元件的可靠度。如此,便能以此為參考,若能通過測試則不必再增加額外的限制電路去保護元件,而達到節省成本的目的。其中的測試電路是經由比較器,微處理器,功率放大器等數位電路所形成,目的是去測量功率電晶體的累增崩潰能量,作為高功率金氧半電晶體的故障機制參考指標。
故論文主要分兩部分討論:第一部份先就累增崩潰能量測量及元件故障機制之原理作討論,因為高功率金氧半電晶體的累增崩潰效應將導致元件的損壞,因此設計測試電路去測試元件及利用接面溫度和崩潰電壓的關係去制訂累增崩潰能量的規格將在本論文中被討論。除此之外,第二部分則是過電流保護電路的設計與分析,先由 PWM(Pulse Width Modulation)電路作分析模擬,再將保護電路及PWM整合為單一晶片,然後利用模擬結果觀察當過電流發生時,其整合電路的輸出情形,並同時作溫度效應的分析。
在本論文中採用TSMC 0.6um CMOS SPDM(單層多晶矽,雙層金屬接線)製程元件模擬參數,所使用之電路模擬軟體為HSPICE以及EM73A89微控制器組語撰寫軟體,WEDS2.1g。

Failure of a power MOSFET in the avalanche mode results from forward biasing the base emitter junction of the parasitic NPN transistor , turning it on . Once the MOSFET structure has been optimized the avalanche rating becomes a matter of guaranteeing high current avalanche operation at maximum operating junction temperature . This is done using the signle pulse avalanche energy( )test/rating by micro-controller . The test is designed to test the device at full rated operating junction temperature and high current density . An example of how to calculate the transient thermal impedance from junction temperature and breakdown voltage is presented .
In addition , the PWM(Pulse Width Modulation) with over-current protection circuit in a signle chip are discussed .

目 錄
第一章、簡 介 …1
第二章、累增崩潰能量測量 …2
2.1 原理簡介 …2
2.1.1崩潰機制 …2
2.1.2累增崩潰測量說明 …3
2.1.3測試電路分析 …4
2.1.4公式推導 ....7
2.2 控制電路設計分析 17
2.2.1基本架構說明 17
2.2.2 IC功能說明 18
2.2.3 EM73A89微控制器功能說明 . 19
第三章、測量結果 . 33
3.1基本波形量測結果 . 33
3.2累增崩潰能量之計算 . 34
3.2.1公式計算之結果 . 34
3.2.2公式與量測結果之比較 . 40
3.3熱阻抗曲線之研究 . 43
第四章、PWM之過流保護電路設計分析 . 51
4.1脈波寬度調變技術電路簡介 . 51
4.1.1運算放大器 . 52
4.1.2三角波產生電路 . 55
4.1.3過電流保護電路 . 57
4.1.4運算放大器的模擬 . 57
4.1.5三角波產生電路的模擬 . 58
4.1.6過電流保護電路的模擬 . 58
第五章 結 論 . 77
參考文獻 . 78

參考文獻
1. Kenneth Dierberger:“Understanding The Differences Between Standard MOSFETS And Avalanche Energy Rated MOSFETS”Oregon 97702 USA
2. Sze,S.M: “physics of Semiconductor Devices.2nded”New York:wiley,1981
3. B.JAYANT BALIGA“POWER SEMICONDUCTOR DEVICES”,North Carolina State University
4. “功率半導體應用手冊”,徐氏基金會,1985
5. “LM111/LM211/LM311 Voltage Comparator”National Semiconductor,January 2001
6. “EM73A89 4-BIT MICRO-CONTROLLER FOR LCD PRODUCT”EMC,2000.
7. S.R.Bowes, “DEVELOPMENT OF ADVANCED PWM TECHINQUES”,ERA TECHNOLOGY,1990
8. Millman,J.,and A.Grabel. “Microelectronics”2nd ed .New York:McGraw-Hill Book Co.,1987
9. S.L.Jung,Y.Y.Tzou, “Discrete Sliding-Mode Control of a Inverter for Sinusoidal output Waveform Synthesis With Optimal Sliding Curve”,IEEE Transaction on Power Electronics,pp.567-577,July 1996.
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11. O. Montero-Hernandez, J. Jiminez-Zamudio, “Design and Evaluation of PWM Control Circuits for DC/AC Converters Using PSPICE”,IEEE,pp.352-354,1994
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14. B.W.Lee,B.J.Sheu, “A High Slew-Rate CMOS Amplifier for Analog Signal Processing”,IEEE Journal of Solid-StateCircuits ,pp.885-889
,june 1990
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17. Behzad Razavi,“Design of Analog CMOS Integrated Circuit” McGraw-Hill,2001
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QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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