高壓雙極型晶體管基極驅(qū)動的基本條件

電源適配器在離線反激變換器中用到高壓雙極型晶體管的地方也許會碰到800V級別的電壓。Vceo額定值在400~1000V之間的高壓晶體管與低壓三極管的對應(yīng)性能會有點不同。這是由于高壓器件的結(jié)構(gòu)與低壓器件的結(jié)構(gòu)有根本的不同。

為了獲得更有效、更高速和更可靠的開關(guān)效果，我們應(yīng)該使用正確的基極驅(qū)動電流波形，為了很好地解釋它，先來簡單了解高壓雙極型晶體管的物理特性。

一般情況下高壓器件的集電極部分有一塊比較厚的高阻材料區(qū)域，同時在基一射區(qū)是低阻材料。如果采用不合適的波形驅(qū)動，在基極驅(qū)動信號下降沿的時候這些材料的電阻特性就可能會給基一射極一個反偏電壓。這個反偏電壓有效地截斷了基-射間二極管，從而使得晶體管進入關(guān)斷狀態(tài)。在關(guān)閉的邊沿集電極電流轉(zhuǎn)向基極，給了這個二極管一個關(guān)閉動作。那么此時三極管的集電極一基極區(qū)的工作特性就和一個反偏二極管的工作特性一樣，它顯示為一個緩慢的恢復(fù)特性曲線并且有大的恢復(fù)充電。

二次擊穿

對于具有集電極感性負載的晶體管，在關(guān)閉邊沿時刻這種緩慢地恢復(fù)特性曲線是相當(dāng)麻煩的，而集電極接的電源適配器變壓器漏感可以看成感性負載。

在集電極電感的續(xù)流作用下，晶體管在關(guān)閉的邊沿時刻，保持導(dǎo)通的芯片部分繼續(xù)保持導(dǎo)通，繼續(xù)維持以前建立起來的集電極電流。因此，晶體管在關(guān)閉邊沿時刻不僅導(dǎo)致了一個緩慢的、耗散的關(guān)閉，還會導(dǎo)致因電流被迫逐漸流入一個小的傳導(dǎo)區(qū)而造成的芯片溫度上升的“熱點”。

正是這個“熱點”使芯片過載并會產(chǎn)生水久的失效，這種現(xiàn)象一般稱為“反向偏壓的二次擊穿”。

不正確地關(guān)斷驅(qū)動波形

令人驚訝的是，對于集電極負載為電感的高壓三極管來說，這個在關(guān)斷期間積極快速的反向基極驅(qū)動的出現(xiàn)成了導(dǎo)致二次擊穿故障的主要原因。

在這種過分的反向關(guān)斷的驅(qū)動條件下，載流子從緊挨著基極的區(qū)域被清除掉，給基射極之間加上一個反向的偏壓。它有效地切斷了發(fā)射極與調(diào)整管內(nèi)部與其他部分的聯(lián)系。在集電結(jié)中相對較小的、高阻的區(qū)域?qū)⒃?μs~2μs內(nèi)緩慢地增大，使集電極電流流入芯片中逐漸縮小的部分。

結(jié)果，不僅它的開關(guān)動作將會變得相對較慢，芯片導(dǎo)通區(qū)域上承受的應(yīng)力也會逐漸增大。這樣將導(dǎo)致熱點的形成，甚至可能也會像前面提到的那樣，將引起器件的故障。