抗饱和晶体管的作用.doc

罗姆应用笔记抗饱和晶体管的作用罗姆半导体科技有限公司应用实验室 赵振华引言：前些天我出差到杭州临安节能灯市场，在销售员的带领下走了几家节能灯制造厂，我发现市场上对深爱半导体公司生产的节能灯用晶体管比较欢迎。虽然客户跟我说了原因，但我认为都不是实质问题。回来后，我偶然中发现了这个秘密。原来是有一个叫陈的教授，在电子节能灯与电子镇流器的原理和制造一书中介绍了深爱半导体生产的BLD系列晶体管具有抗饱和防烧毁的功能，许多客户的工程技术人员都在学习这本书，所以引起了市场的共鸣。其实，具有这种功能的晶体管不但深爱半导体公司有，华晶电子集团公司早在十多年前已经生产，大量供应市场，最著名的品种有13003F6D、13003H6D等，现在还在大量生产，后来吉林华微电子公司也生产了。但是，由于当时华晶集团公司等没有向市场广泛宣传这类晶体管的防烧毁功能，所以至今没有被电子市场广大用户知晓。我公司目前正大量封装这类器件，凡是在产品型号后缀带“D”的品种都是这类器件。为了让广大用户了解这个问题，在设计电子节能灯和电子镇流器时选用这类器件，这里借助陈教授的书，介绍和评估这类器件的物理结构和应用性能。一、 有源抗饱和网络众所周知，电子节能灯和电子镇流器中的晶体管工作于开关状态，一对器件轮流工作，一个饱和，另一个截止，正常状况下晶体管上功耗很少，晶体管温升不大。但是，由于许多电子节能灯、电子镇流器制造厂家技术力量有限，包括调试示波器性能欠佳，调试时干扰严重，一些重要电压、电流波形没有调好，或者在设计时调试好的，大量生产时由于元器件的变化而变化，所以实际电路中晶体管常常工作于深饱和状态，基区少数载流子存储严重，晶体管损耗增加，温升太大，严重威胁节能灯和镇流器的工作寿命。为了改善双极晶体管的开关特性，减少晶体管损耗，电路工作者发明了一种有源抗饱和电路，如图1所示。 图1： 有源抗饱和电路图中，VT1是NPN管，为主晶体管，VT2是PNP管，作为有源抗饱和之用。一旦VT1进入饱和状态，发射结和集电结均处于正向偏置，这时集电极比基极电位低，VT2即导通，它将流入VT1基极电流分流，即这时IB1明显小于IB,避免了VT1的过饱和。而且，VT1的过饱和越深，其集电极电位越低，则VT2的分流越大。当VT1脱离饱和，集电极电位上升，VT2自动关闭，不起作用。二、 抗饱和晶体管的内部结构制造这种内部具有抗饱和网络的晶体管，对于半导体制造者并不困难，通过晶体管设计，在发射极下面开一个P区，与基区同时扩散硼元素，别的工艺都一样，就能一举二得，既能在集电极与发射极之间增加一个阻尼二极管，又能在集电极与基极、发射极之间增加了一个PNP网络。阻尼二极管的作用防止反峰电压过高，使晶体管击穿，PNP网络具有抗饱和功能。所以，无论深爱、华晶，还是华微，或其他芯片制造单位生产的芯片，只要在晶体管型号后缀带“D”的品种，这类晶体管的等效电路如图2所示。这类晶体管芯片的光刻图形如图3所示。 图2：电子节能灯、电子镇流器用晶体管 型号后缀带“D”品种的等效电路 （a）2.02.0 低压芯片 （b）1.471.47 高压芯片 图3：型号后缀带“D”品种的芯片图形例子，左边发射极，右边基极三、 应用实验为了评估这种器件的性能，我们有意选择了市场上不同水平的几种电子节能灯和电子镇流器产品，并任选五对晶体管共10个品种，在四种电路板上实施了温升测试，测试结果如表1.其中试验电路A表示在临安茂龙照明电子公司的22W节能灯上的测试温升；B表示在江苏电工牌36W电子镇流器上的测试温升；C表示在温州球通电子照明公司65W电子镇流器上的测试温升；D 表示在浙江黄岩36W电子镇流器上的测试温升。表1:不同芯片组别在ABCD四种电路板上的测试温升数据（室温30-31）对比组别晶体管型号有无抗饱和网络芯片面积（mm2）试验电路（A B C ）晶体管温升（）备注13003D/13003有/无1.471.47A3/8.5作用明显B4/11作用明显C11/29作用明显D13005D/13005有/无2.452.45/2.52.5A3/3B3/3C14/16有作用D22/36作用明显MJE13003D/MJE13003有/无1.61.6A3/5有作用B4/5有作用C10/16作用明显D20/24作用明显MJE13003D/MJE13003有/无1.341.34A3/3B4/5有作用C12/12D13007D/13007有/无3.13.1A2/2B2/2C6/6D25/50作用明显以上测试相对误差 1 四、结论从实验数据看到，后缀带“D”的器件确实具有抗饱和、降温升的作用，但不同品种这种作用的强弱不同，有的品种如13007D只有在强温升时起作用，其中1.47和1.6两种芯片，这种作用最明显，这两种芯片就是本