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雙極型晶體管的直流增益曲線

信息來源:本站 日期:2017-05-19 

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對于MOS管雙極型晶體管 ,由于電流增益隨輸出電流的上升急劇下降 ,當輸出電流顯著增加時, 其基極電流的增加是無法接受的 ,所以最大輸出電流受到限制 。圖 9.13 給出了 2N6542 雙極型晶體管 (SA、400V )電流增益與集電極電流的關系曲線 。


圖 9.13  雙極型晶體管的直流增益曲線 。雙極型晶體管的增益隨著輸出電流的增大而減小 ,而MOSFET 管不存在這種情況 ,MOSFET 管最大電流只受結點溫升的限制

對于 MOSFET 管,輸出輸入增益 ( 即跨導 dlctsfdVgs ) 不會隨輸出電流增加而下降 ,如圖9.14 所示。這樣限制漏極電流的唯一因素就是損耗 ,即 MOSFET 管的最大結點溫度。

圖9.14 不同溫度下 IRF330 的跨導與漏極電流的關系曲線 。雙極型晶體管的增益隨輸電流的增大而減小 ,而 MOSFET 管不存在這種情況 。MOSFET 管最 大電流只受結點溫升的限制


MOSFET 管最大結點溫度是 150℃。結點、溫度的理想值為 105℃,最高不會超過 125℃。為器件載流能力 ,稱為器件漏極最大持續電流 。最大持續電流 lct 定義為 ,在最大導通壓降 比如和占空比為 100%時,產生的功率損耗使 MOSFET 管結點溫度上升到最大值 150℃ ( 外殼溫度為 100℃) 時的漏極電流。因此

式中,Vcts<則是150℃時最大漏源極間導通壓降:R出為熱阻,單位為℃/W。在開關電源設計中通過給定的最大尖峰電流來選擇MOSFET管時,h值不能作為參考值 ,


因為實際使用中 占空比不會達到 100%。出于可靠性的考慮,希望結點溫度的設計值為 125℃ 或 105℃ ( 軍用)。但值可以說明不同 MOS管在占空比為 100%的工作情況下的相對載流能力。

一般來說,輸出功率確定時 ,有兩種方法可以選擇MOSFET 管。首先,根據輸出功率和最小直流輸入電壓 ,計算出等效的初級電流值,推挽變換器 、正變換器 、半橋及全橋電路的電流值可分別由公式(2.9)、式(2.28)、式C3.1)及式C3.7)計算得出。從得出的電流值就可以計算出MOSFET管的值,能使導通漏源極間電壓 Upn rds ) 不超過最小直流 輸入電壓的  2%  ,即導通電壓不超過變壓器最小初級電壓的  2%。

根據前面計算出的值選擇電子器件 ,應注意表 9.1 中的數據是在溫度為 25 ℃的條件下給出 的。由于受溫度等參數影響較大 ,所以選擇MOSFET管時要注意圖 9.9 和圖 9.10 中隨溫度和器件額定電壓變化的曲線 。圖 9.10 說明額定電壓為 400V 的 MOSFET 管在溫度為 100℃的條件下的是 25℃時的 1.6 倍。

.下面以一個工作于 115V 線電壓的 150W 正激變換器為例進行說明 。假設整流后最大和最 小直流線電壓分別是 184V 和 136V,由式 ( 2.88 ) 計算出等效平頂波電流 lptt=3.13× 050÷136 )= 3.45A ,那么由于 MOS管跨導主要作用電壓占最小電源電壓的 2%

表 9.1 給出了 Motorola 公司生產的塑料封裝 、額定電壓為 450V 的 MOSFET 管的各種 數據。



對于設計人員來說 ,選擇器件要兼顧性能和成本 。額定電流為 7A 的 MTH7N45 管士作 在漏極電流為 3.45A 時,其導通壓降為 2.72V o 這會使它的工作溫度比 MTH13N45 管的高一 些,但如果要求不高也可以使用 ,因為 MTH7N45   管有成本低的優勢 。

邊擇 MOSFET 管還有 A 個方法 ,就是設它的最大結點溫度一一比如說可以將其設為 100℃。然后假設一個合理的較低的 MOSFET 管結點到外殼的溫升 ( 這樣就小需里太低的外殼散熱溫度 因為器件外殼溫度比結點溫低的越多 ,需要的散熱器越大) 。比如l可以假定合理的結點到外殼的溫升為 5℃,則有



中,是 MOSFET 管的有效電流 。對于一個正激變換器 , 每個周期的最大導通時間是0.8T / 2 ,有效電流是那么對于上由的例f 中,功率為

這種額定電流和封裝尺寸的 MOSFET 管熱陽一般為 0.83℃1W 為

這是在結點溫度為 100℃時的 rcts ,當尖峰電流為 3.45A 且導通比為 0.4% 時,它產生了 5℃的結點到外殼的溫差 。結點溫度為 25°C 時,這樣 ,在結點到外殼的溫差為 5℃時,表 9.1 表明 MTH7N45 管是 A 個合適的選擇 。但在 100℃時,它的導通壓降為 。如果不考慮成本 ,MTH13N45管會是更加合適選擇。


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