[发明专利]功率MOSFET器件安全工作区的双栅拓宽方法及电路

说明书

一种功率MOSFET器件安全工作区的双栅拓宽方法及电路，包括在功率MOSFET器件上增设第一、第二栅总线，将功率MOSFET的一部分元胞的栅极连接于第一栅总线，将功率MOSFET的另一部分元胞的栅极连接于第二栅总线，功率MOSFET的漏极和源极分别连接所有元胞结构的漏和源。外部输入信号控制第二栅总线连接的元胞的开启与关闭，由微控制器比较MOSFET的漏极和源极电压，控制连接于第一栅总线的元胞的开启与关闭：当输入信号为高电平且当MOSFET的漏源电压高于预定电压时，开启第二栅总线连接的元胞并关闭第一栅总线连接的元胞；当输入信号为高电平且当MOSFET的漏源电压小于预设电压时，开启全部元胞。

技术领域

本发明属于半导体器件领域，涉及器件安全工作区的控制，尤其涉及一种功率MOSFET器件安全工作区的双栅拓宽方法及电路。

背景技术

MOSFET(金属氧化物半导体)功率晶体管器件常应用于汽车和工业电子等领域，对MOSFET的优化一般是根据其应用来有针对性进行的。例如，当其作为开关使用时，应具有较低导通电阻，在这类电路中，需要功率MOSFET能够快速接通和关断；而在其被用作保护元件时，功率MOSFET需处理持续时间很长的显著功耗，应注意其安全工作区性能。

在许多复杂的电路系统中，新子单元的输入级含有数个初始未充电的电容，在不加控制的情况下发生第一次接触时，这些电容会经受与短路类似的情况，在这个瞬间电容两端电压几乎为零，如果此类电容与功率MOSFET串联，那么巨大的电源电压会直接加到MOSFET的漏源两侧，同时MOSFET中还会流过很大的电容充电电流。此时功率MOSFET器件正在开启过程中，器件被动承受高压大电流，处于大功率高损耗状态。

在要求热插拔的电路系统中，这种高损耗状态会持续数百微秒甚至几毫秒，对器件的可靠性带来很大的考验，此时器件极易遭到破坏。因此在热插拔的应用场景中，应审慎选择功率MOSFET器件，保证其应用不超过自身安全工作区。

安全工作区定义为功率MOSFET器件工作在该电流-电压范围内不发生失效，且温度稳定在最大结温限制之下的区域。它是对功率MOSFET在脉冲和DC负载时，功率处理能力的衡量。

针对上述功率MOSFET器件存在的在热插拔应用中器件极易超出安全区的问题，常用的改善方法有：一、以增大导通损耗为代价来保证功率MOSFET器件足够的安全工作区；二、加入专门的热插拔控制器。第一个方法使得电路导通后的损耗大幅增加，效率很低；而第二种方法集成度低，使电路复杂化。因此所述两类方法都不是理想的解决途径。亟需一种成本低、可靠性高、电路简单的控制方法在热插拔应用时拓展功率MOSFET的安全工作区。

发明内容

针对功率MOSFET器件在电路系统的应用中，尤其是在热插拔的应用环境下，会在开关瞬间工作在高压大电流的大功率状态，如果开关时间过长极易超出功率MOSFET的安全工作区，给器件带来可靠性问题，本发明提供一种能够提高器件可靠性的功率MOSFET器件安全工作区的双栅拓宽方法及电路。

本发明采用的技术方案如下：

本发明所述的一种功率MOSFET器件安全工作区的双栅拓宽方法，

步骤1在功率MOSFET器件上增设第一栅总线和第二栅总线，将功率MOSFET器件的一部分元胞结构中的栅极连接于第一栅总线，将功率MOSFET器件的另一部分元胞结构中的栅极连接于第二栅总线，所有元胞结构中的漏相连接并作为所述功率MOSFET器件的漏极，所有元胞结构中的源相连接并作为所述功率MOSFET器件的源极；

步骤2比较漏极电压和源极电压，当输入信号为高电平且当功率MOSFET器件的漏源两端电压大于预设电压时，开启第二栅总线连接的元胞并关闭第一栅总线连接的元胞；当输入信号为高电平且当功率MOSFET器件的漏源两端电压小于预设电压时，开启第二栅总线连接的元胞并开启第一栅总线连接的元胞结构，以拓宽器件安全工作区。