半導(dǎo)體晶體管電路設(shè)計(jì)須知（一）

　　表2 四組APT13003E在充電器系統(tǒng)中各個(gè)階段的損耗分析

　　從表2中可以看出， 在85 V 交流輸入電壓下，輻照之后的APT13003E 比未輻照的APT13003E 的關(guān)斷延時(shí)有了大幅的減小， 因此關(guān)斷損耗大幅的減小， 如輻照為10 kGy的管子的關(guān)斷損耗減小為未輻照管子的1 /6; 導(dǎo)通延時(shí)有所增加， 但增加的幅度較小， 導(dǎo)通損耗有較小的增加; 飽和壓降隨輻照劑量的增加而增加， 因此通態(tài)損耗隨輻照劑量的增加而增加。開(kāi)通損耗、通態(tài)損耗的增加與關(guān)斷損耗的減小是一對(duì)矛盾， 因此必須選擇合適的輻照劑量， 才能使開(kāi)關(guān)晶體管總的損耗最小。

　　而在264 V輸入電壓下， 輻照后關(guān)斷損耗只有較小幅度的減小， 因此總損耗基本不變， 系統(tǒng)效率也沒(méi)有改善。如圖4 和圖5 分別為未經(jīng)輻照的APT13003E 在85 V 和264 V輸入電壓下基極電流、集電極電壓和電流的波形。比較圖4和圖5中可以看出， 在264 V 輸入電壓條件下導(dǎo)通時(shí)集電極電流的尖峰比起85 V 時(shí)要大很多， 這是因?yàn)閷?dǎo)通時(shí)變壓器寄生電容充電電壓增大了2. 1倍， 但充電時(shí)間只增加了約0. 6倍， 所以充電電流就會(huì)大大增加， 這也導(dǎo)致了APT13003E 的導(dǎo)通損耗由85 V 下的0. 016W 變?yōu)?64 V下的0. 183W, 此時(shí)導(dǎo)通損耗占了總的損耗的大部分， 而電子輻照對(duì)導(dǎo)通損耗并沒(méi)有改善; 另一方面， 在APT13003E 關(guān)斷時(shí)， 集電極電壓并沒(méi)有直接降到0, 而是先經(jīng)過(guò)一個(gè)近100 ns的電流“ 尾巴”之后， 才又下降到0, 此時(shí)集電極電壓已經(jīng)比較大了， 因此這個(gè)電流“尾巴”所造成的損耗占關(guān)斷損耗的比例較大。產(chǎn)生這個(gè)“尾巴”的原因是， 關(guān)斷開(kāi)關(guān)晶體管時(shí)， 由于管子的基區(qū)比較薄， 過(guò)大的基極電流引起較大的基區(qū)電位差， 使VBE 為負(fù)的情況下發(fā)射結(jié)局部正向偏置， 集電極電流遲遲降不下來(lái)。

　　圖4 85 V交流輸入電壓下APT13003E基極電流、集電極電壓、集電極電流波形圖

　　圖5 264 V 交流輸入電壓下APT13003E 基極電流、集電極電壓、集電極電流波形圖

　　而經(jīng)過(guò)電子輻照后的APT13003E, 其集電極電流的這個(gè)“尾巴”并沒(méi)有減小， 所以造成了輻照后的APT13003E 的關(guān)斷損耗并沒(méi)有大幅的降低， 因此系統(tǒng)的效率并沒(méi)有改善。我們一方面可以優(yōu)化基極驅(qū)動(dòng)電路， 使關(guān)斷初始時(shí)基極反向電流不至于太大， 避免產(chǎn)生電流“尾巴”, 而關(guān)斷的最后階段突增反向基極電流， 則在高輸入電壓下， 系統(tǒng)的效率就會(huì)有所提高; 另一方面， 通過(guò)分段繞制、使用介電常數(shù)小的絕緣材料、適當(dāng)增加絕緣層厚度和靜電屏蔽等方法， 降低變壓器的寄生電容， 降低開(kāi)關(guān)晶體管的導(dǎo)通損耗，系統(tǒng)效率也將提高。