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双极型晶体管的直流增益曲线

信息来源:本站 日期:2017-05-19 

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对于MOS管双极型晶体管 ,由于电流增益随输出电流的上升急剧下降 ,当输出电流显著增加时, 其基极电流的增加是无法接受的 ,所以最大输出电流受到限制 。图 9.13 给出了 2N6542 双极型晶体管 (SA、400V )电流增益与集电极电流的关系曲线 。


图 9.13  双极型晶体管的直流增益曲线 。双极型晶体管的增益随着输出电流的增大而减小 ,而MOSFET 管不存在这种情况 ,MOSFET 管最大电流只受结点温升的限制

对于 MOSFET 管,输出输入增益 ( 即跨导 dlctsfdVgs ) 不会随输出电流增加而下降 ,如图9.14 所示。这样限制漏极电流的唯一因素就是损耗 ,即 MOSFET 管的最大结点温度。

图9.14 不同温度下 IRF330 的跨导与漏极电流的关系曲线 。双极型晶体管的增益随输电流的增大而减小 ,而 MOSFET 管不存在这种情况 。MOSFET 管最 大电流只受结点温升的限制


MOSFET 管最大结点温度是 150℃。结点、温度的理想值为 105℃,最高不会超过 125℃。为器件载流能力 ,称为器件漏极最大持续电流 。最大持续电流 lct 定义为 ,在最大导通压降 比如和占空比为 100%时,产生的功率损耗使 MOSFET 管结点温度上升到最大值 150℃ ( 外壳温度为 100℃) 时的漏极电流。因此

式中,Vcts<则是150℃时最大漏源极间导通压降:R出为热阻,单位为℃/W。在开关电源设计中通过给定的最大尖峰电流来选择MOSFET管时,h值不能作为参考值 ,


因为实际使用中 占空比不会达到 100%。出于可靠性的考虑,希望结点温度的设计值为 125℃ 或 105℃ ( 军用)。但值可以说明不同 MOS管在占空比为 100%的工作情况下的相对载流能力。

一般来说,输出功率确定时 ,有两种方法可以选择MOSFET 管。首先,根据输出功率和最小直流输入电压 ,计算出等效的初级电流值,推挽变换器 、正变换器 、半桥及全桥电路的电流值可分别由公式(2.9)、式(2.28)、式C3.1)及式C3.7)计算得出。从得出的电流值就可以计算出MOSFET管的值,能使导通漏源极间电压 Upn rds ) 不超过最小直流 输入电压的  2%  ,即导通电压不超过变压器最小初级电压的  2%。

根据前面计算出的值选择电子器件 ,应注意表 9.1 中的数据是在温度为 25 ℃的条件下给出 的。由于受温度等参数影响较大 ,所以选择MOSFET管时要注意图 9.9 和图 9.10 中随温度和器件额定电压变化的曲线 。图 9.10 说明额定电压为 400V 的 MOSFET 管在温度为 100℃的条件下的是 25℃时的 1.6 倍。

.下面以一个工作于 115V 线电压的 150W 正激变换器为例进行说明 。假设整流后最大和最 小直流线电压分别是 184V 和 136V,由式 ( 2.88 ) 计算出等效平顶波电流 lptt=3.13× 050÷136 )= 3.45A ,那么由于 MOS管跨导主要作用电压占最小电源电压的 2%

表 9.1 给出了 Motorola 公司生产的塑料封装 、额定电压为 450V 的 MOSFET 管的各种 数据。



对于设计人员来说 ,选择器件要兼顾性能和成本 。额定电流为 7A 的 MTH7N45 管士作 在漏极电流为 3.45A 时,其导通压降为 2.72V o 这会使它的工作温度比 MTH13N45 管的高一 些,但如果要求不高也可以使用 ,因为 MTH7N45   管有成本低的优势 。

边择 MOSFET 管还有 A 个方法 ,就是设它的最大结点温度一一比如说可以将其设为 100℃。然后假设一个合理的较低的 MOSFET 管结点到外壳的温升 ( 这样就小需里太低的外壳散热温度 因为器件外壳温度比结点温低的越多 ,需要的散热器越大) 。比如l可以假定合理的结点到外壳的温升为 5℃,则有



中,是 MOSFET 管的有效电流 。对于一个正激变换器 , 每个周期的最大导通时间是0.8T / 2 ,有效电流是那么对于上由的例f 中,功率为

这种额定电流和封装尺寸的 MOSFET 管热阳一般为 0.83℃1W 为

这是在结点温度为 100℃时的 rcts ,当尖峰电流为 3.45A 且导通比为 0.4% 时,它产生了 5℃的结点到外壳的温差 。结点温度为 25°C 时,这样 ,在结点到外壳的温差为 5℃时,表 9.1 表明 MTH7N45 管是 A 个合适的选择 。但在 100℃时,它的导通压降为 。如果不考虑成本 ,MTH13N45管会是更加合适选择。


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