一种具有可拓展反向击穿电压新型二极管拓扑结构制造技术

本实用新型专利技术公开了一种具有可拓展反向击穿电压新型二极管拓扑结构。包括耗尽型金属氧化物半导体晶体管M1~Mn、具有低开启电压特性肖特基二极管D1以及晶体管栅极限流电阻R1~Rn。M1漏极连接D1负极，M1栅极通过串联限流电阻R1连接D1正极。晶体管M1~Mn栅、漏极相连，即Mn漏极连接Mn‑1源极，从而M1~Mn源、漏极构成电流通道。同时，Mn栅极通过串联限流电阻与Mn‑1漏极相连接，从而实现对栅、源极之间电压控制，使得M1~Mn各晶体管漏、源极电流和电压一致性。本实用新型专利技术所提供新型二极管拓扑结构保持正向低开启电压、拓展反向截止电压以及减少反向漏电流等优势，可用于无线能量传输技术领域中超宽功率动态范围整流电路设计。

A Novel Diode Topology with Extensible Reverse Breakdown Voltage

The utility model discloses a novel diode topology structure with expandable reverse breakdown voltage. It includes depleted metal oxide semiconductor transistors M1~Mn, Schottky diode D1 with low open voltage characteristics and transistor gate limiting current resistance R1~Rn. M1 drain connects D1 negative electrode, M1 gate connects D1 positive electrode through series current limiting resistance R1. Transistor M1~Mn gate and drain are connected, that is, Mn drain is connected with Mn_1 source, thus M1~Mn source and drain constitute current channel. At the same time, the Mn gate is connected with the Mn_1 drain through series current limiting resistance, thus realizing the voltage control between the gate and the source, making the leakage, source current and voltage of M1~Mn transistors consistent. The novel diode topology provided by the utility model has the advantages of keeping forward low open voltage, expanding reverse cut-off voltage and reducing reverse leakage current, and can be used in the design of ultra-wide power dynamic range rectifier circuit in the field of wireless energy transmission technology.

【技术实现步骤摘要】
一种具有可拓展反向击穿电压新型二极管拓扑结构
本技术涉及一种新型二极管拓扑结构，特别涉及基于无线能量传输应用中一种具有可拓展反向击穿电压新型二极管拓扑结构。
技术介绍
无线能量传输应用中，通常采用具有低开启电压肖特基二极管，来实现在低输入功率条件下高效率射频至直流功率转化。然而，受限于半导体工艺，二极管正向偏置低开启、反向偏置高击穿电压难以同时实现。因此，基于传统肖特基二极管设计的整流电路功率动态范围窄，难以满足某些需求宽功率动态范围的应用，包括医疗、消费电子等。
技术实现思路
本发的明目的是提供一种可拓展反向击穿电压新型二极管拓扑结构。正向偏置电压条件下，肖特基二极管低开启电压特性不受影响；反向偏置电压条件下，击穿电压可根据晶体管数量任意拓展。本技术的目的是这样实现的：一种具有可拓展反向击穿电压新型二极管拓扑结构，包括具有较低开启电压肖特基二极管D1，M1~Mn耗尽型金属氧化物半导体场效应管（或高电子迁移率晶体管）以及连接在M1~Mn栅极限流电阻R1~Rn。所述一种具有可拓展反向击穿电压新型二极管拓扑结构，M1漏极连接D1负极，M1栅极串联限流电阻R1并与D1正极连接；M1~Mn漏、源极交替连接，即Mn漏极连接Mn-1源极，以此类推；Mn栅极串联限流电阻Rn与Mn-1漏极相连接，以此类推；一种具有可拓展反向击穿电压新型二极管拓扑结构，正向偏置电压条件下，D1低开启电压特性不受影响；反向偏置电压条件下，击穿电压可任意拓展，从而实现具有宽功率动态范围整流电路设计，包括以下步骤：步骤1）正向偏置电压条件下，M1~Mn栅、源极间电压Vgs>0，因此M1~Mn正向开启，漏、源极间电压为零。因此，所述新型二极管拓扑结构正向偏置电压条件下等效为D1，其低开启电压特性不受影响；步骤2）反向偏置电压条件下，限流电阻R1~Rn限制栅、源极间电流，降低M1~Mn源、栅极电压Vsg，从而避免M1~Mn在其源、栅极反向击穿，保留所述新型二极管拓扑结构反向击穿时电流通道为M1~Mn漏、源极电流通道；步骤3）反向偏置电压条件下，在限流电阻R1~Rn保护下，M1~Mn栅极开路，从而D1与M1~Mn漏、源极构成反向电流通道；反向击穿前，所述新型二极管拓扑结构反向漏电流主要受M1~Mn影响，远小于D1击穿电流，从而D1两端压降忽略不计；反向偏置电压加载在M1~Mn源、漏极，因此反向击穿电压可以按照M1~Mn数量任意拓展。与现有技术相比，本技术的有益效果在于，通过新颖的拓扑电路结构设计，可任意拓展反向击穿电压，并保持正向偏置电压下低开启电压特性。所述一种具有可拓展反向击穿电压新型二极管拓扑结构，适用于无线能量传输电路设计，尤其是实现具有款功率动态范围、高效率整流电路设计。本技术能够保证正向偏置电压条件下，维持低开启电压；反向偏置电压条件下，可以调控增加反向击穿电压。通过引入耗尽型金属氧化物半导体晶体管（或高电子迁移率晶体管）和具有低开启电压肖特基二极管，并进行特殊的电路结构设计，改善和拓展了肖特基二极管反向截止电压特性。该新型二极管拓扑结构，包括耗尽型金属氧化物半导体晶体管（或高电子迁移率晶体管）M1~Mn（n代表使用的晶体管数量）、具有低开启电压特性肖特基二极管D1以及晶体管栅极限流电阻R1~Rn(n代表栅极限流电阻数量）。M1漏极连接D1负极，M1栅极通过串联限流电阻R1连接D1正极。晶体管M1~Mn栅、漏极相连，即Mn漏极连接Mn-1源极，从而M1~Mn源、漏极构成电流通道。同时，Mn栅极通过串联限流电阻与Mn-1漏极相连接，从而实现对栅、源极之间电压控制，使得M1~Mn各晶体管漏、源极电流和电压一致性。本技术所提供新型二极管拓扑结构保持正向低开启电压、拓展反向截止电压以及减少反向漏电流等优势，可用于无线能量传输
中超宽功率动态范围整流电路设计。附图说明图1现有技术成果示意图；图2具有栅极限流电阻改进型示意图；图3一种具有可拓展反向截止电压新型二极管拓扑结构；图4反向偏置电压条件下，图3所述拓扑结构等效电路图。具体实施方式下面结合实施例以及本技术工作原理作进一步说明。图1是现有技术成果示意图，包括具有低开启电压的肖特基二极管D1、耗尽型金属氧化物半导体场效应管（或高电子迁移率晶体管）M1。M1漏极连接D1负极，同时M1栅极连接D1正极。假设M1阈值电压为–Vth。在正向偏置电压Vf条件下，压降在D1电压Vd以及M1漏、源极电压Vds满足：如式（2）所示，正向偏置电压条件下，M1开启。因此M1漏、源极间压降为零，即Vds=0。根据公式（1），现有技术二极管拓扑结构中D1低开启电压特性得以保持，如图1所示。反向偏置电压Vr条件下，D1电压Vd_r及M1源、漏极电压Vsd满足：随着反向偏置电压增加，M1源、栅极间电压增加。当Vgs=–Vr<–Vth时，M1关闭。M1源、漏极反向漏电流远小于D1击穿电流，因此D1的压降Vd_r近似为零。式（3）（4）所示，Vr加载在M1源、漏极以及M1源、栅极，所以图1结构存在两种电压击穿路径，即M1源、漏极，以及M1源、栅极。随着反向偏置电压继续增加，超过M1源、漏极以及M1源、栅极能承担最大击穿电压时，M1被击穿，导致反向电流上升，D1也被击穿。因此，现有技术成果仅能提供D1的保护电压为晶体管M1的反向源、漏或源栅极击穿电压。实施例1图2所示是一种具有栅极限流电阻改进型二极管拓扑结构，包括具有低开启电压的肖特基二极管D1、耗尽型金属氧化物半导体场效应管（或高电子迁移率晶体管）M1以及M1栅极限流电阻R1。M1漏极连接D1负极，同时M1栅极串联限流电阻R1连接D1正极。正向偏置电压Vf条件下，D1电压Vd及M1晶体管漏、源极电压Vds满足：式（6）显示，M1栅、源极电压Vgs>0>–Vth。因此，M1开启，M1漏、源极电压为零，即Vds=0。根据公式（5），现有技术二极管拓扑结构中D1低开启电压特性得以保持，如图2所示反向偏置电压Vr条件下，D1电压Vd_r，M1源、漏极电压Vsd以及栅极限流电阻R1上电压VR1_r满足：式（4）（8）所示，相比于现有技术成果，实施例1中的限流电阻R1具有分担M1栅、源极反向电压能力，从而防止M1源、栅极反向击穿。因此，图2所示改进型二极管拓扑结构反向击穿电压为M1源、漏极击穿电压。实施例2图3所示是一种具有可拓展反向击穿电压新型二极管拓扑结构，包括具有较低开启电压肖特基二极管D1，耗尽型金属氧化物半导体场效应管（或高电子迁移率晶体管）M1~Mn，限流电阻R1~Rn。M1漏极连接D1负极，同时M1栅极串联限流电阻R1连接D1正极。M1~Mn漏、源极顺序连接，即Mn漏极与Mn-1源极相连，以此类推。Mn栅极串联限流电阻Rn并与Mn-1漏极连接，以此类推。所述一种具有可拓展反向击穿电压新型二极管拓扑结构正极为D1正极，负极为Mn源极。正向偏置电压Vf条件下，D1电压Vd，M1~Mn漏、源极电压Vds_M1~Vds_Mn以及R1~Rn电压VR1~VRn满足：式（9）所示，D1和M1~Mn漏、源极分压，所以D1及M1~Mn漏、源极电压大于零，即Vd>0，Vds_M1~Vds_Mn>0。限流电阻Rn串本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有可拓展反向击穿电压新型二极管拓扑结构，其特征在于，包括具有低开启电压肖特基二极管D1，M1~Mn耗尽型金属氧化物半导体场效应管以及连接在M1~Mn栅极限流电阻R1~Rn；M1漏极连接D1负极，M1栅极串联限流电阻R1并与D1正极连接；M1~Mn漏、源极交替连接，即Mn漏极连接Mn‑1源极，以此类推；Mn栅极串联限流电阻Rn与Mn‑1漏极相连接，以此类推。

【技术特征摘要】
1.一种具有可拓展反向击穿电压新型二极管拓扑结构，其特征在于，包括具有低开启电压肖特基二极管D1，M1~Mn耗尽型金属氧化物半导体场效应管以及连接在M1~Mn栅极限流电阻R1~Rn；M1漏极连接D1负极，M1栅极串联限流电阻R1并与D1正极连接；M1~Mn漏、源极交替连接，即Mn漏极连接Mn-1源极，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张浩，姚鸿，仲正，
申请(专利权)人：苏州芯智瑞微电子有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏,32