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了解RET的開關(guān)特性

發(fā)布時間:2023-02-23 來源:Nexperia 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】可通過基極電流開啟或關(guān)閉雙極結(jié)型晶體管(BJT)。但是,由于基極-發(fā)射極二極管兩端的壓降在很大程度上取決于溫度,因而在許多應(yīng)用中,需要一個串聯(lián)電阻將基極電流保持在所需水平,從而確保BJT穩(wěn)定安全地工作。閱讀本文,了解如何使用RET來應(yīng)對標(biāo)準(zhǔn)BJT的溫度依賴性。


為了減少元器件數(shù)量、簡化電路板設(shè)計,配電阻晶體管將一個或兩個雙極性晶體管與偏置電阻組合在一起,集成在同一個晶片上。替代方案包括在基極-發(fā)射極路徑上并聯(lián)第二個集成電阻,以創(chuàng)建用于設(shè)置基極電壓的分壓器。這可以提供更精細(xì)的微調(diào)和更好的關(guān)斷特性。由于這些內(nèi)部電阻的容差高于外部電阻,因而 RET 適合晶體管在打開或關(guān)斷狀態(tài)下工作的開關(guān)應(yīng)用。因此,RET 有時被稱為數(shù)字晶體管。本文討論了在開關(guān)應(yīng)用中使用RET進(jìn)行設(shè)計時的一些關(guān)鍵操作參數(shù)。


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△ 配電阻晶體管(RET)


電壓和電流(VI)參數(shù)


IC/IIN 是指RET的電流增益 hFE,其中的IIN包括基極電流和流經(jīng) R2 的電流(IR2 = VBE/R2)。因此,hFE 比 RET 小,后者只有一個串聯(lián)基極電阻R1。因?yàn)檩斎腚娏鲝幕鶚O分流,所以 R2 值越低,hFE 值就越小。從表1可看出這一點(diǎn)。VCEsat 是 RET 開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)時集電極-發(fā)射極的殘余電壓。


測量 hFE 的測試條件是施加 0.5 mA 的基極電流和 10 mA 的集電極電流。Vi(off)是 RET 器件關(guān)閉時的輸入電壓。在這種情況下,集電極泄漏電流為 100μA,集電極-發(fā)射極電壓(VCE)為 5 V。表中提供的 V(Ioff)max 較低值是 RET 驅(qū)動級的最大允許輸出電平。該條件必須要滿足,以確保 RET 在關(guān)斷狀態(tài)下可以安全運(yùn)行。當(dāng)測試處于導(dǎo)通狀態(tài)的 RET 時,VI(on)min 是最關(guān)鍵的參數(shù)。用于驅(qū)動 RET 的電路必須能夠提供該電壓電平,以確保安全開啟。導(dǎo)通狀態(tài)是指集電極-發(fā)射極電壓為 0.3 V 時,集電極電流為 10 mA 的狀態(tài)。RET 數(shù)據(jù)手冊中規(guī)定的 VI 額定值僅針對這些測試條件有效。RET 需通過更大的基極驅(qū)動電壓 VI(on)來獲得更大的開關(guān)電流。圖2 顯示了 RET 晶體管的電壓-電流(VI)開關(guān)特性。


●   VI < VI(off)max:所有RET器件均保證處于關(guān)斷狀態(tài)

●   Vi < Vi(off)typ:典型RET處于關(guān)斷狀態(tài)

●   Vi < Vi(off)typ:典型RET處于導(dǎo)通狀態(tài)

●   VI > VI(on)min:所有RET器件均保證處于導(dǎo)通狀態(tài)


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表 1 顯示了導(dǎo)通和關(guān)斷狀態(tài)的輸入電壓對 Nexperia NHDTC 系列 RET 中的電阻分壓器配置的依賴性。在 VI(off)條件下,會有一個微小的基極電流流過晶體管(約0.3 μA)。關(guān)閉 RET 所需的電壓典型值與電阻比 R1/R2 有關(guān)。當(dāng)晶體管關(guān)閉時,可以通過 R2 或基極-發(fā)射極二極管兩端的壓降目標(biāo)來計算此值。對于 NHDTC 系列,該電壓大約為 580 mV。因此,電阻比為 1 時的 VI(off) 值具有相同的電壓(表1中的第1-3行)。由于上述原因,當(dāng) R2 為 47 kΩ,且 R1 值為 2.2 kΩ、4.7 kΩ 或 10 kΩ時,關(guān)斷狀態(tài)的典型電壓值均會較低。VI(off) max 需為偶數(shù)值,以確保器件在圖 2 中最左側(cè)的深綠色陰影區(qū)域內(nèi)運(yùn)行。


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△ Nexperia的RET產(chǎn)品組合


正確選擇電阻分壓器至關(guān)重要,以確保 RET 的控制電壓范圍與驅(qū)動級相匹配。所需的集電極或負(fù)載電流會影響為導(dǎo)通狀態(tài)提供的基極電流??墒褂幂^低的 R1 和/或 流經(jīng) R2 的較小旁路電流來設(shè)置較高的集電極電流。


除了通用系列,Nexperia(安世半導(dǎo)體)還提供具有增強(qiáng)功能的 RET 器件,例如,NHDTA/NHDTC 系列 RET(見表1)的 VCEO 為 80 V。這一特性使得這些器件非常適合 48 V 汽車應(yīng)用。PDTB 和 PBRN 系列 RET 支持 500/600 mA 的集電極電流,并可用于開關(guān)功率繼電器和功率 LED。


有關(guān)溫度的注意事項(xiàng)


在實(shí)際應(yīng)用中,需密切關(guān)注VI參數(shù)的溫度漂移。BJT 的 VBE 隨溫度升高而降低,其中系數(shù)約為 -1.7mV/K 至 -2.1mV/K。如圖 3 所示,對于獨(dú)立的 BJT,hFE 也會每開爾文增加約 1%。


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△ 典型直流電流增益與集電極電流呈函數(shù)關(guān)系


VI(on) 為 IC 的函數(shù),因此在相同的 VCE 下,需要更高的輸入電壓來驅(qū)動更多的集電極電流。低環(huán)境溫度需要更高的輸入電壓,因?yàn)?VBE 增加,hFE 會降低。因此需要在低溫下打開 RET 開關(guān),這是應(yīng)用的關(guān)鍵操作條件,并且需要足夠的輸入電壓才能正確打開器件(圖4)。


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△ 典型導(dǎo)通狀態(tài)輸入電壓與集電極電流呈函數(shù)關(guān)系


在關(guān)斷狀態(tài)下,高溫條件非常關(guān)鍵。因此,驅(qū)動電路必須設(shè)計為在最高應(yīng)用溫度下輸出電壓遠(yuǎn)低于 VI(off) 典型值(圖5)。


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△ 典型導(dǎo)通狀態(tài)輸入電壓與集電極電流呈函數(shù)關(guān)系


簡單,但安全可靠


RET 是一種相對簡單的器件,非常適合開關(guān)應(yīng)用。盡管如此,設(shè)計人員必須了解影響其運(yùn)行的參數(shù),包括開關(guān)電壓和電流,以及其受溫度影響的情況。本篇博客文章提供了一些設(shè)計技巧,目的是確保 Nexperia(安世半導(dǎo)體)的 RET 在目標(biāo)應(yīng)用中安全可靠地運(yùn)行。


來源:Nexperia

作者:Burkhard Laue



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