如何才能安全使用晶體管

使晶體管工作會產(chǎn)生電氣負(fù)載和熱負(fù)載。對晶體管來講，負(fù)載太大壽命會縮短，最壞的情況下會導(dǎo)致晶體管被破壞。

為防止這種情況，需要檢查實(shí)際使用狀態(tài)，并確認(rèn)在使用上是否有問題。這里說明一下具體的判定方法。為安全使用晶體管，請務(wù)必作為參考。

判定前：晶體管的選定～貼裝的流程

1. 晶體管的選定

從Web、Shortform產(chǎn)品目錄上選定滿足規(guī)格要求的晶體管。
晶體管產(chǎn)品頁

2. 規(guī)格?樣品的獲取

部分樣品可從網(wǎng)上申請。

3. 向?qū)嶋H電路（評估電路）上貼裝晶體管

請確認(rèn)

選定的晶體管是否在實(shí)際電路上安全工作？

在工作的情況下，是否長期（可靠）穩(wěn)定地工作？
等等，還需要考慮電氣裕量。

晶體管可否使用的判定方法

可否使用的判定按照以下流程進(jìn)行。

1. 測定實(shí)際的電流、電壓波形

確認(rèn)電流、電壓

用示波器確認(rèn)晶體管上的電壓、電流。
需要全部滿足規(guī)格書上記載的額定值，特別應(yīng)該確認(rèn)下列項(xiàng)目。

特別應(yīng)該確認(rèn)的項(xiàng)目

例：開關(guān)雙極晶體管2SD2673時的波形(100μs/div)

由于隨后要計(jì)算開關(guān)時的功率損耗，所以要確認(rèn)OFF→ON時和ON→OFF時的擴(kuò)大波形。

2. 是否一直滿足絕對最大額定值？

確認(rèn)絕對最大額定值

確認(rèn)"1. 確認(rèn)電流、電壓"中確認(rèn)的電流、電壓是否超過了規(guī)格書中記載的絕對最大額定值。
例1. 中未確認(rèn)的項(xiàng)目，全部都需要在絕對最大額定值以下。即使浪涌電流和浪涌電壓只在一瞬間超過了絕對最大額定值也不可使用。如果超過絕對最大額定值有可能造成破壞和劣化。

例 : 2SD2673的規(guī)格書（記載了絕對最大額定值）

例：瞬間超過絕對最大額定值的例子（不可使用）

3. 是否在SOA范圍內(nèi)？

確認(rèn)安全工作區(qū)域 (SOA*1) 1

安全工作區(qū)域（SOA）表示晶體管可安全工作的區(qū)域。
不過，SOA只是關(guān)于1脈沖的數(shù)據(jù)，在脈沖反復(fù)混入時，需要所有脈沖都進(jìn)入SOA范圍內(nèi)，并且通過 "4. 確認(rèn)安全工作區(qū)域（SOA）2" 計(jì)算的平均施加功率在額定功率以下。

*1SOA???安全工作區(qū)域 (Safety Operating Area) 的簡稱。有時也稱ASO (Area of Safe Operating)。

SOA確認(rèn)方法

確認(rèn)"1. 確認(rèn)電流、電壓"中確認(rèn)的波形是否在安全工作區(qū)域 (SOA) 的范圍內(nèi)。即使浪涌電流和浪涌電壓只在一瞬間超過了絕對最大額定值也不可使用。
另外，請注意，即使在"2. 確認(rèn)絕對最大額定值"中確認(rèn)的絕對最大額定值的范圍內(nèi)，有時也會超出SOA的范圍。（參照下例）

例：2SD2673 ?安全工作區(qū)域

此波形在嚴(yán)格意義上電流并非方形波，但考慮到余量，
IC=5.8A, VCE=10V, Pw=1ms視為方形波。
雖然處于絕對最大額定值以下，
但因?yàn)槌^了安全工作區(qū)域，所以不可使用。

4. 在使用環(huán)境溫度*1下是否在下降的SOA范圍內(nèi)？

*1按照使用環(huán)境溫度或因晶體管發(fā)熱溫度上升時的元件溫度來考慮。

確認(rèn)安全工作區(qū)域 (SOA) 2

由于通常的安全工作區(qū)域 (SOA) 是在常溫 (25oC) 下的數(shù)據(jù)，所以周圍溫度在25oC以上時，或者因晶體管自身發(fā)熱元件溫度上升時，需要降低SOA的溫度。

SOA的溫度降低方法
雙極晶體管篇??MOSFET篇

※降低的溫度基本是元件的溫度。

關(guān)于元件溫度的詳細(xì)計(jì)算方法，請參照 "元件溫度的計(jì)算方法" 。

附屬 SOA（安全工作區(qū)域）的溫度降低方法

1. SOA（安全工作區(qū)域）

周圍溫度在25oC以上時，或者因晶體管自身發(fā)熱元件溫度上升時，需要降低溫度。前者降低周圍溫度，后者降低元件溫度。具體方法就是將SOA線平行移向低電流方向。如圖1所示，下降率根據(jù)區(qū)域不同而不同。

1-1. 熱限制區(qū)域

在該區(qū)域，SOA線具有45o 的傾斜度（功率固定線）。
在該區(qū)域，下降率是0.8%/oC。

1-2. 2次下降區(qū)域

晶體管存在熱失控引起的2次下降區(qū)域。
在2次下降區(qū)域，SOA線具有45o 以上的傾斜度。
在該區(qū)域，下降率是0.5%/oC。

圖1: SOA的溫度降額

例 Ta＝100°C

2-1. 熱限制區(qū)域的降額

例如，周圍溫度100oC時，降額如下。

降額=⊿t×(降額率)

=(100°C-25°C) × 0.8% / °C

=60%

因此，該區(qū)域的SOA線向低電流方向平行移動60%。

2-2. 2次下降區(qū)域的降額

同理，2次下降區(qū)域的降額如下。

降額=⊿t×(降額率)

=(100°C-25°C) × 0.5% / °C

=37.5%

因此，該區(qū)域的SOA線向低電流方向平行移動37.5%。

圖2: SOA的溫度降額

5. 連續(xù)脈沖？單脈沖？

功率?發(fā)熱確認(rèn)

單脈沖

如同上電和掉電時的浪涌電流一樣，只發(fā)生一次脈沖的情形（無反復(fù)脈沖時）稱為單脈沖，

此時，

確認(rèn)處于SOA范圍時
可以使用→ 請使用

連續(xù)脈沖

將脈沖反復(fù)發(fā)生的情形稱為連續(xù)脈沖，此時，

周圍溫度條件下，處于額定功率以下嗎？
需要確認(rèn)確認(rèn)額定功率以下

6. 平均功耗是否在周圍溫度的額定功率以下？

額定功率以下的確認(rèn)

周圍溫度的額定功率以下=元件溫度在絕對最大額定值150oC以下。使元件溫度升到150oC的功率定為額定功率。
詳細(xì)內(nèi)容請參照"元件溫度的計(jì)算方法"。

功率計(jì)算方法

基本上，平均功率是以時間對電流和電壓的積進(jìn)行積分的值除以時間所得的值。

這種情況下，將1周期分為4個區(qū)間計(jì)算。

實(shí)際的積分計(jì)算采用積分公式。
下面，對"1.確認(rèn)電流、電壓"確認(rèn)的波形的例子進(jìn)行實(shí)際計(jì)算。

(1) OFF→ON時

根據(jù)積分公式，①的區(qū)間

∫ IVdt =(1/6)×100ns×(2?0A?5V+0A?2V+1.3A?5V+2?1.3A?2V)

=1.95×10-7(J)

②的區(qū)間

∫ IVdt =(1/6)×230ns×(2?1.3A?2V+1.3A?0.4V+1.3A?2V+2?1.3A?0.4V)

=3.59 × 10-7(J)

OFF→ON時

合計(jì): 5.54×10-7(J)

(2) ON期間中

∫IVdt=100μs×0.4V×1.3A

=5.2×10-5(J)

(3) ON→OFF時

③的區(qū)間

∫IVdt =(1/6)×1480ns×(2?1.3A?0V+1.3A?7V+1.15A?0V+2?1.15A?7V)

=6.22×10-6(J)

④的區(qū)間

∫IVdt =(1/6)×120ns×(2?1.15A?7V+1.15A?28V+0.5A?7V+2?0.5A?28V)

=1.6×10-6(J)

⑤的區(qū)間

∫IVdt =(1/6)×80ns×(2?0.5A?28V+0.5A?28V+0A?28V+2?0A?28V)

=0.56×10-6(J)

OFF→ON時

合計(jì): 8.38×10-6(J)

(4) OFF時，認(rèn)為電流幾乎為零（實(shí)際上有數(shù)nA~數(shù)10nA的漏電流），并認(rèn)為OFF期間的功耗為零。

合計(jì)以上各區(qū)間計(jì)算的積分值，除以1周期的長度400μs，為平均功耗，即

而且，這里對雙極晶體管2SD2673例子的集電極電流IC和集電極-發(fā)射極間電壓VCE進(jìn)行積分計(jì)算。如果對數(shù)字晶體管的輸出電流IO和輸出電壓VO，MOSFET的漏極電流Id和漏極-源極間電壓VDS進(jìn)行同樣的積分計(jì)算，即可算出平均功耗。

通過求得平均功耗，確認(rèn)規(guī)格書的集電極損耗（MOSFET是漏極損耗）。

例：2SD2673的規(guī)格書

在這種情況下，平均施加功率是0.153W，集電極容許損耗是0.5W（推薦接地層：玻璃環(huán)氧樹脂電路板貼裝時），所以在周圍溫度25oC時可以使用。（準(zhǔn)確地說，集電極容許損耗根據(jù)貼裝電路板和land面積等決定的散熱條件而不同，但以推薦接地層貼裝時的值為基準(zhǔn)）

周圍溫度25oC以上時，確認(rèn)功率降低曲線并進(jìn)行溫度降低。

元件溫度的詳細(xì)計(jì)算方法請參照"元件溫度的計(jì)算方法"。

責(zé)任編輯：haq