開關(guān)管選擇方案

隨著便攜式電子產(chǎn)品的迅速發(fā)展，改善其電源管理性能已成為首要的任務(wù)。如何延長便攜式產(chǎn)品的電池工作時(shí)間是當(dāng)今的設(shè)計(jì)人員面臨的最大問題之一。

早期的移動通信產(chǎn)品，其系統(tǒng)的工作時(shí)間不超過一小時(shí)，這使得它們在使用上缺乏吸引力，而現(xiàn)在的移動電話一般每隔一天才充一次電。這得益于兩方面：一方面電池的能量密度有了很大的提高；另一方面其元器件的功耗也在不斷降低。比較不同的組件及元器件，會發(fā)現(xiàn)簡單的開關(guān)管有可能導(dǎo)致不希望有的功率損耗或過高的成本。

為了降低電源管理開關(guān)管的成本，ON Semiconductor公司將其重點(diǎn)轉(zhuǎn)向低成本、低功耗的開關(guān)管。

一個例子是MBT35200，它是一款低價(jià)、低功耗的雙結(jié)型功率晶體管(BJT），由于其飽和管壓降低，所以功耗也相應(yīng)減少。這種器件將優(yōu)先代替更大功率的BJT或者M(jìn)OSFET，從而降低成本，節(jié)省印刷電路板面積，并延長系統(tǒng)的工作時(shí)間。

需要MOSFET還是BJY？

移動電話中的主開關(guān)管目前普遍采用MOSFET。但是，隨著雙結(jié)型晶體管設(shè)計(jì)的不斷優(yōu)化，開關(guān)管的選擇逐漸成為問題。在這一點(diǎn)上必須考慮幾個基本問題：MOSFET與BJT相比，通常存在以下優(yōu)點(diǎn)：第一，它是用電壓來驅(qū)動，幾乎沒有什么損耗；第二，MOSFET的壓降（RDS(ON)*ID)很小，而BJT則需要用電流來驅(qū)動且壓降在300mV范圍內(nèi)。MOSFET的主要缺點(diǎn)是由于制造掩模工序多而成本較高。

因此，MOSFET與BJT相比，其價(jià)格更貴。MOSFET也因取決于應(yīng)用的技術(shù)缺點(diǎn)而受到損壞。

在移動電話中，電源電壓較低，難以驅(qū)動MOSFET，使它獲得數(shù)據(jù)手冊上所描述的RDS(ON)值（RDS(ON)值與驅(qū)動電壓有關(guān)，驅(qū)動電壓越高，RDS(ON)越低），因此不能達(dá)到期望的效率。此外，RDS(ON)值將隨溫度的升高而增加，從25℃升到125℃時(shí)其值可增加一倍。所有這些參數(shù)的影響必須考慮在內(nèi)，而且要考慮性價(jià)比。

很顯然，標(biāo)準(zhǔn)的BJT不能滿足電源管理設(shè)計(jì)人員的期望，這是由于標(biāo)準(zhǔn)BJT的飽和管壓降過高。因此，為了接近理想開關(guān)的特性，BJT的飽和管壓降必須降到最低。

MBT35200采用特殊設(shè)計(jì)，與市場上的同類產(chǎn)品相比，它可以提供很低的飽和管壓降以及較高的電流。

典型應(yīng)用

2A連續(xù)電流、5A峰值電流、耐壓35V的MBT35200特別針對移動電話主開關(guān)管的需要而設(shè)計(jì)。當(dāng)然，這種開關(guān)管也能應(yīng)用于其它場合，例如筆記本電腦、馬達(dá)控制、低壓降功率開關(guān)管以及尋呼機(jī)等。

如圖1a及圖1b所示，開關(guān)管的主要功能是控制從A流向B的電流，使用MOSFET或BJT都可以達(dá)到這一目的。在某些應(yīng)用中，需要阻塞反向電流，以防止電流從B流向A。采用MOSFET時(shí)，若B電壓高于A，則電流會經(jīng)MOSFET固有的體二極管從B流向A。為彌補(bǔ)這個缺點(diǎn)，需要增加一個低壓降二極管，以防止反向電流，例如肖特基二極管。

因此，總的壓降的計(jì)算公式為：

Vdrop=RDS(ON)*ID+Vf

式中RDS(ON)的值取決于所施加的VGS值，此外，還要考慮溫度對它的影響，Vf是肖特基二極管的正向壓降。

為降低總的壓降，可以將兩個MOSFET背對背串接在一起。這種方式效果很好，但提高了成本。

在采用低VCEsat的BJT的情況下，開關(guān)斷開時(shí)，Ic電流不會流向任何方向，其壓降為

Vdrop=VCEsat

從經(jīng)濟(jì)角度來看，MOSFET與肖特基二極管的組合方案的成本比MBT35200高出兩倍多。此外，低VCEsat方案可以節(jié)省電路板空間，并且無需肖特基二極管。

對于給定的集電極電流Ic，基極電流越高，VCEsat越低。所以為了優(yōu)化MBT35200的工作性能，需要在VCEsat和基極電流之間尋找一個折衷方案。

表1 MBT35200參數(shù)摘要

一方面基極電流應(yīng)盡可能地提高，從而最大程度地降低VCEsat，另一方面基極電流應(yīng)盡可能地降低，以延長電池的工作時(shí)間。

如果選擇hFE為100的管子，驅(qū)動電流是集電極電流的1%，因此限制了控制Ic電流吸收的能力。

MOSFET及BJT的主要優(yōu)點(diǎn)及缺點(diǎn)已作了回顧。采用MOSFET的方案雖然簡單，但成本較高，而且會占用較大的電路板空間。相比之下，MBT35200具有既經(jīng)濟(jì)又節(jié)省電路板空間的優(yōu)點(diǎn)。