半導體晶體管電路設計須知（一）

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

　　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 的關斷延時有了大幅的減小， 因此關斷損耗大幅的減小， 如輻照為10 kGy的管子的關斷損耗減小為未輻照管子的1 /6; 導通延時有所增加， 但增加的幅度較小， 導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。開通損耗、通態(tài)損耗的增加與關斷損耗的減小是一對矛盾， 因此必須選擇合適的輻照劑量， 才能使開關晶體管總的損耗最小。

　　而在264 V輸入電壓下， 輻照后關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 輸入電壓條件下導通時集電極電流的尖峰比起85 V 時要大很多， 這是因為導通時變壓器寄生電容充電電壓增大了2. 1倍， 但充電時間只增加了約0. 6倍， 所以充電電流就會大大增加， 這也導致了APT13003E 的導通損耗由85 V 下的0. 016W 變?yōu)?64 V下的0. 183W, 此時導通損耗占了總的損耗的大部分， 而電子輻照對導通損耗并沒有改善; 另一方面， 在APT13003E 關斷時， 集電極電壓并沒有直接降到0, 而是先經(jīng)過一個近100 ns的電流“ 尾巴”之后， 才又下降到0, 此時集電極電壓已經(jīng)比較大了， 因此這個電流“尾巴”所造成的損耗占關斷損耗的比例較大。產(chǎn)生這個“尾巴”的原因是， 關斷開關晶體管時， 由于管子的基區(qū)比較薄， 過大的基極電流引起較大的基區(qū)電位差， 使VBE 為負的情況下發(fā)射結局部正向偏置， 集電極電流遲遲降不下來。

　　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)過電子輻照后的APT13003E, 其集電極電流的這個“尾巴”并沒有減小， 所以造成了輻照后的APT13003E 的關斷損耗并沒有大幅的降低， 因此系統(tǒng)的效率并沒有改善。我們一方面可以優(yōu)化基極驅動電路， 使關斷初始時基極反向電流不至于太大， 避免產(chǎn)生電流“尾巴”, 而關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)的效率就會有所提高; 另一方面， 通過分段繞制、使用介電常數(shù)小的絕緣材料、適當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， 降低開關晶體管的導通損耗，系統(tǒng)效率也將提高。