低VCEsat雙極結(jié)晶體管和MOSFET的比較

新型低VCEsat BJT技術(shù)為傳統(tǒng)的平面MOSFET(電流介于500mA與5A之間的應(yīng)用)提供了一種可行的低成本替代方案。采用低VCEsat BJT有助于設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)出成本更低、更具競爭優(yōu)勢的產(chǎn)品。

　　便攜式產(chǎn)品(如手機(jī)、數(shù)碼照相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)、DVD播放器、MP3播放器和個(gè)人數(shù)字助理)的設(shè)計(jì)人員一直面臨著壓力，既要縮減材料成本，又不能影響產(chǎn)品的性能，這對設(shè)計(jì)人員而言是真正的挑戰(zhàn)，因?yàn)樗麄兗纫黾赢a(chǎn)品新特性，又不能對電池使用壽命產(chǎn)生負(fù)面影響。

　　大多數(shù)便攜式產(chǎn)品正向著集成電源管理單元(PMU)電路的方向發(fā)展，這種電路專為控制產(chǎn)品中的不同功能而設(shè)計(jì)，包括電池充電、電池管理、過壓保護(hù)、 背光、振動(dòng)器、磁盤驅(qū)動(dòng)器和外圍設(shè)備的控制、為照相機(jī)和閃光燈單元供電等。將電流控制在500mA以下的電路一般都嵌在PMU中，包括末級(jí)調(diào)整管。然而， 如果將電流控制在500mA～5A的范圍內(nèi)，外部調(diào)整管(MOSFET)是首選的典型設(shè)計(jì)。本文將對MOSFET和低VCEsat雙極結(jié)晶體管(BJT) 做一比較，可以看出采用后者不僅可以降低功耗，同時(shí)還可以節(jié)約成本。

　　低VCEsat BJT與MOSFET功能相同，但是成本更低，且在許多情況下，其功耗更低，因此電池使用壽命更長。更低的VCEsat BJT器件采用了20多年前開發(fā)出來的技術(shù)。如今，該項(xiàng)技術(shù)著眼于降低正向飽和電壓，以獲得極低的正向電阻。在電流為1A的情況下，一些新型低 VCEsat BJT目前的飽和電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于100mV。這意味著正向電阻低于100mΩ，因此與成本較高的MOSFET相比，極具競爭力。

　　設(shè)計(jì)考慮因素

　　MOSFET是一個(gè)電壓驅(qū)動(dòng)器件，而低VCEsat BJT 是電流驅(qū)動(dòng)器件。因此，設(shè)計(jì)人員需要了解所用PMU 控制電路的電流極限，該P(yáng)MU 控制電路用以確定采用低VCEsat BJT進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)的特定電路要求。例如，如果低VCEsat BJT要控制1A電流，且其最差情況下的放大倍數(shù)為100，此時(shí)基極電流最小必須達(dá)到10mA，以確保低VCEsat BJT達(dá)到飽和狀態(tài)。控制引腳必須能夠?yàn)榈蚔CEsat BJT提供10mA電流以進(jìn)行直接驅(qū)動(dòng)，否則需要額外的驅(qū)動(dòng)段。

　　充電電路實(shí)例分析

　　從便攜式產(chǎn)品的充電電路可看出(見圖1、2)，采用低VCEsat BJT 和一個(gè)電阻替代調(diào)整管Q1(功率MOSFET 2A, 20V, TSOP6 封裝)和阻塞肖特基二極管D1。在這個(gè)實(shí)例中，低VCEsat BJT比典型MOSFET節(jié)約了0.10美元的成本，且功耗降低了261 mW。

　　圖1 MOSFET 和肖特基二極管構(gòu)成的充電電路成本及功耗

　　圖2 采用低VCEsat BJT和偏置電阻構(gòu)成的充電電路的成本及功耗

　　鋰離子電池的充電控制器件均嵌在PMU中。PMU控制引腳變高以導(dǎo)通外部調(diào)整管Q1，且充電電流設(shè)為1A。串聯(lián)的肖特基二極管D1需阻塞電池的反向電流。

　　調(diào)整管Q1和反向阻塞二極管D1上的典型功耗可按以下方式計(jì)算：