開(kāi)關(guān)電源中電子輻照對(duì)功率雙極晶體管損耗分析

4 電子輻照管與鉗位型開(kāi)關(guān)管的比較

采用鉗位型開(kāi)關(guān)晶體管也能降低開(kāi)關(guān)晶體管的關(guān)斷延時(shí)， 其原理是通過(guò)鉗位電路使VBC在晶體管導(dǎo)通時(shí)不能增加到深飽和所需的0. 7 V, 這樣注入集電結(jié)兩側(cè)的少子很少， 使超量?jī)?chǔ)存電荷很少， 這樣儲(chǔ)存時(shí)間大大縮短。采用鉗位型開(kāi)關(guān)晶體管主要有兩種，一種是在集電結(jié)并聯(lián)肖特基二極管的晶體管，由于在高溫下漏電電流較大， 其ts - Vcesat的Trade??o ff關(guān)系最差， 目前應(yīng)用較少。另一種是橫向PNP鉗位型晶體管，其結(jié)構(gòu)圖如圖6所示， 它在高溫下漏電較小， 能得到較好的Trade-off關(guān)系，電流放大系數(shù)基本不變，目前得到了越來(lái)越多的應(yīng)用， 如吉林華微電子股份有限公司研發(fā)的產(chǎn)品3DD13003A 就采用了這種結(jié)構(gòu)。

圖6橫向PNP鉗位型晶體管結(jié)構(gòu)圖

表3是AP3765序列充電器中采用經(jīng)過(guò)10 kGy電子輻照的APT13003E 及3DD13003A 在85 V 和230 V 輸入電壓下輸出負(fù)載電流分別是0. 15 A、0.30 A、0. 45 A、0. 60 A 系統(tǒng)平均效率的結(jié)果。從表3中可以看出， 10 kGy電子輻照后的APT13003E的效率與3DD13003A 的效率基本相同。

表3 AP3765充電器采用以下三種開(kāi)關(guān)晶體管系統(tǒng)效率的比較

采用電子輻照工藝方法簡(jiǎn)單， 成本很低， 輻照后將使得開(kāi)關(guān)晶體管的反向擊穿電壓增大， 使開(kāi)關(guān)晶體管的可靠性增加， 特征頻率基本不變， 其缺點(diǎn)是電流放大系數(shù)降低，在大功率應(yīng)用時(shí)可能會(huì)無(wú)法正常導(dǎo)通， 因此主要應(yīng)用于中小功率開(kāi)關(guān)電路中。而橫向PNP鉗位型開(kāi)關(guān)晶體管對(duì)電流放大系數(shù)基本沒(méi)有影響，由于在側(cè)面增加了一個(gè)pn 結(jié)， 所以晶體管面積和結(jié)電容會(huì)增加， 減小了晶體管的特征頻率， 但不能提高反向擊穿電壓，可以應(yīng)用在雙極數(shù)字電路和中小功率開(kāi)關(guān)電路中。

5 結(jié)論

在較高交流輸入電壓下由于變壓器寄生電容充電造成導(dǎo)通損耗過(guò)大及關(guān)斷階段集電極電流“尾巴”的存在， 使得系統(tǒng)效率沒(méi)有改善。由于電子輻照使得導(dǎo)通損耗和通態(tài)損耗增加， 因此只有采用合適的電子輻照劑量才能使系統(tǒng)效率得到最大的提高。采用合適的電子輻照劑量的開(kāi)關(guān)晶體管與采用橫向PNP鉗位型晶體管的開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)效率基本相同。