半导体晶体管电路设计须知（一）

　　表2 四组APT13003E在充电器系统中各个阶段的损耗分析

　　从表2中可以看出， 在85 V 交流输入电压下，辐照之后的APT13003E 比未辐照的APT13003E 的关断延时有了大幅的减小， 因此关断损耗大幅的减小， 如辐照为10 kGy的管子的关断损耗减小为未辐照管子的1 /6; 导通延时有所增加， 但增加的幅度较小， 导通损耗有较小的增加; 饱和压降随辐照剂量的增加而增加， 因此通态损耗随辐照剂量的增加而增加。开通损耗、通态损耗的增加与关断损耗的减小是一对矛盾， 因此必须选择合适的辐照剂量， 才能使开关晶体管总的损耗最小。

　　而在264 V输入电压下， 辐照后关断损耗只有较小幅度的减小， 因此总损耗基本不变， 系统效率也没有改善。如图4 和图5 分别为未经辐照的APT13003E 在85 V 和264 V输入电压下基极电流、集电极电压和电流的波形。比较图4和图5中可以看出， 在264 V 输入电压条件下导通时集电极电流的尖峰比起85 V 时要大很多， 这是因为导通时变压器寄生电容充电电压增大了2. 1倍， 但充电时间只增加了约0. 6倍， 所以充电电流就会大大增加， 这也导致了APT13003E 的导通损耗由85 V 下的0. 016W 变为264 V下的0. 183W, 此时导通损耗占了总的损耗的大部分， 而电子辐照对导通损耗并没有改善; 另一方面， 在APT13003E 关断时， 集电极电压并没有直接降到0, 而是先经过一个近100 ns的电流“ 尾巴”之后， 才又下降到0, 此时集电极电压已经比较大了， 因此这个电流“尾巴”所造成的损耗占关断损耗的比例较大。产生这个“尾巴”的原因是， 关断开关晶体管时， 由于管子的基区比较薄， 过大的基极电流引起较大的基区电位差， 使VBE 为负的情况下发射结局部正向偏置， 集电极电流迟迟降不下来。

　　图4 85 V交流输入电压下APT13003E基极电流、集电极电压、集电极电流波形图

　　图5 264 V 交流输入电压下APT13003E 基极电流、集电极电压、集电极电流波形图

　　而经过电子辐照后的APT13003E, 其集电极电流的这个“尾巴”并没有减小， 所以造成了辐照后的APT13003E 的关断损耗并没有大幅的降低， 因此系统的效率并没有改善。我们一方面可以优化基极驱动电路， 使关断初始时基极反向电流不至于太大， 避免产生电流“尾巴”, 而关断的最后阶段突增反向基极电流， 则在高输入电压下， 系统的效率就会有所提高; 另一方面， 通过分段绕制、使用介电常数小的绝缘材料、适当增加绝缘层厚度和静电屏蔽等方法， 降低变压器的寄生电容， 降低开关晶体管的导通损耗，系统效率也将提高。