CPU电源电路用沟槽栅MOSFET与e_JFET开关管的功耗对比研究.pdf

器件与模块 《电力电子》2006年1期 Dev ice Module CPU 电源电路用沟槽栅MOSFET与e-JFET开关管的功耗 对比研究 Research of Power Consumption for Trench MOSFET and e-JFET 北京工业大学功率半导体器件与功率集成电路研究室 韩峰 亢宝位 吴郁 田波 摘 要:本文主要针对低压功率开关管的功耗进行了理论分析，并在此基础上分别对两种典型结构的沟槽栅MOSFET 和 e-JFET在不同工作频率下的功耗分布和总功耗进行了定量的仿真计算和对比。通过研究发现，在一定 工作条件下，常闭型e-JFET比目前常用的沟槽栅型MOSFET仅开关功耗就降低约24%，总功耗则降低约30 ％。将其运用于CPU电源电路中的开关功率管的制造，在高频领域有着极好的应用前景。 关键词:沟槽栅e-JFET沟槽栅MOSFET功耗 Abstract: This paper analyses the power consumption of power devices that are applied in the field of low voltage operation and high frequency in theory, calculating two typical structures, trench MOSFET and enhanced-Junction Field Effect Transistor (e- JFET). It is verified through simulation that the e-JFET device has lower switch power consumption (24% reduced) and total consumption (30% reduced) compared with trench MOSFET structure. Key words: Trench e-JFET Trench MOSFET Power consumption [2] 1 引言 60～90A，而具有新一代处理器的CPU即将超过100A。 现在，个人电脑的年销售量已经超过一亿台，性能 在便携计算机内部为CPU供电的电源电路如图1所 还在迅速提高。作为其核心部件的CPU也在不断更新。 示，它是利用单相Buck电路把12V左右的初级整流电 CPU所需电源电压越来越低，而由于CPU性能提高，它 压降到1.3V，甚至更低。电路中功率管Q1的通/断时 所需供电电流越来越大。自1999年至今，瞬态响应要求 间比决定降压量，Q2在Q1关断期间为电感续流，它们 已经从20A/μs提高至325A/μs左右，2004年已达到 在各自导通期间通过的电流与CPU基本相同。该电源电 [1] 路的开关工作频率需尽可能高，以减小CPU在各种不同 400A/μs 。目前CPU电压已降到约1V，最大容量的 笔记本电脑消耗的电流可达20A，并且一般需要多个 工作状态间变化时电流大幅剧变引起的端电压波动(如休 MOSFET并联。多种服务器和最大容量台式电脑需要 眠到工作)，尤其重要的是可以将占有很大空间的滤波电 容和电感的体积显著减小。目前Q1、Q2的耐压公认需