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新颖中功率NPN三极管ZXTN系列 |
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作者：北京航空航天大学 方佩敏 |
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近年来，随着科学技术及半导体工艺技术的发展，半导体器件的性能有了很大的提高。过去在杂志上介绍各类新型集成电路较多，而分立器件则相对报导较少。实际上，最近几年就以双极型晶体管(以下简称三极管)来讲开发出不少新产品，在性能上与老产品相比较有很大的改进：主要是减小功耗、增加输出电流，并且提出崭新的参数概念。
本文介绍Zetex Semiconductor公司在2005～2006年推出的ZXTN系列中功率NPN三极管。用该系列产品来更换老型号的中功率三极管，不仅封装尺寸小，并且由于其功耗小，输出电流大，增加了输出功率，提高了效率，并且可以简化散热措施。
ZXTN系列的主要特点
ZXTN系列有如下的型号：ZXTN19055DZ、ZXTN2005G、ZXTN2005Z、ZXTN2007G及ZXTN2007Z。这些中功率NPN三极管的共同特点：工作电压范围宽，耐压为25～55V，适合大多数工业上应用的电压范围(5～24V)，个别的可用于48V电压下工作；工作温度范围宽，从-55～ +150℃，可应用到温度条件恶劣的汽车工业，也满足军工上的应用要求；最大的特点是饱和电压V CE(SAT) (或VCES)很低，在最大连续输出电流I C(Cont)时，VCE(SAT)小于250mV，与一般老型号同类三极管相比较，减小了2～5倍；输出电流大，连续输出电流可达5.5～7A；在输出大的集电极电流时，其共发射极直流电流放大系数hFE的特性极好；特征频率fT高，可达140～150MHz(有的可达200MHz)，既适用于高频，也适用于低频或直流场合，应用十分灵活；封装尺寸小，贴片式SOT-89(4.5mm×2.7mm)或SOT-223(6.5mm×3.5mm)封装。
应用领域
由于ZXTN系列有上述特点，它们的应用领域十分广泛，主要有：螺管线圈、继电器、功率开关、马达驱动(包括直流风扇电机)、DC/DC转换器、LCD背光驱动电路、充电器电路、应急灯电路、汽车照明电路等。
饱和电压V CE(SAT)低
饱和电压V CE(SAT) (或用VCES表示)是三极管的重要参数之一。在三极管放大电路中，集电极(或发射极)总接有负载(以RL表示)，如图1所示。当电源VCC一定时，IC增大时，相应的VCE必定减小，当VCE减小到一定程度，IB再增大，IC也不再增加，此时三极管失去放大作用，这种状态称为三极管饱和，此时的VCE被称为饱和电压降，用V CE(SAT)或VCES表示。饱和电压降V CE(SAT)与IC及IB有关，IC越大，则VCE(SAT)也越大。
图1 三极管结构示意图
一般的双极型三极管的资料中，V CE(SAT)是在一个确定的IC及一个确定的IB条件下给出的。例如，型号为3DD200的NPN中功率三极管的V CE(SAT)是在IC=1.5A、IB=0.15A的条件下给出的，按V CE(SAT) ≤0.4V、≤0.6V、≤0.8V、≤1.0V分成4挡，用后缀A、B、C、D表示)。在实际上，三极管的V CE(SAT)与 IC及IB有关，在不同的IC及IB时给出的VCE(SAT)才符合实际情况。例如，Zetex公司在NPN中功率管ZXTN19055DZ的资料中的V CE(SAT)参数如表1所示。
从表1中可看出，在不同的IC及IB时给出VCE(SAT)的典型值与最大值。在IC=4A、IB=200mA时，其VCE(SAT)的典型值才140mV(0.14V)。这个值与3DD200的NPN中功率三极管的VCE(SAT)相比较要小得多。
VCE(SAT)小的实际意义
功率三极管的管耗(耗散功率)PD是一定的，在使用过程中要小于资料上给出的PD值。在功率三极管用作开关时，其PD=V CE(SAT) ×ICmax。如果某功率三极管的PD=2W，其V CE(SAT)=0.6V，则其最大的ICmax为：ICmax=PD/VCE(SAT) =2W/0.6V=3.3A。
如果新型功率三极管的VCE(SAT) = 0.2V，则其最大ICmax为10A。
若电源电压Vcc=12V，用VCE(SAT) =0.6V的三极管能驱动负载的最大功率POUT为：POUT=ICmax(Vcc-V CE(SAT) )=3.3A×(12V-0.6V)=37.6W
若在相同的Vcc条件下，采用VCE(SAT) =0.2V的三极管，则能负载的最大功率POUT为：POUT=ICmax(Vcc-V CE(SAT) )=10A×(12V-0.2V)=118W
即采用V CE(SAT)小3倍的三极管，能驱动大3倍的负载功率。
新的参数RSAT的意义
RSAT(或R CE(SAT) )是等效导通电阻，这是在Zetex公司的三极管参数资料中提供的新参数。一般功率MOSFET中采用在一定的VGS电压下，采用漏极D与源极S之间的导通电阻RDS(on)作为MOSFET的主要参数之一。在VGS一定时，RDS(on)越小，表示其饱和导通时的损耗越小。RDS(on)的单位是mΩ。近年来，MOSFET的发展使其RDS(on)不断下降，从几十mΩ已降到几mΩ。新型三极管的VCE(SAT)不断下降，其RSAT可以与MOSFET作一个比较。在一定的IC及饱和状态下，等效导通电阻RSAT为RSAT=VCE(SAT) /IC
例如，在IC=6A，饱和管压降 VCE(SAT) =0.2V时，RSAT=33mΩ。由于饱和管压降与IC大小有关，所以在RSAT的数值前要注明IC值。例如，在IC=6A时，RSAT=33mΩ。如果已知IC=6A时，RSAT=33mΩ,则可以按PD=RSAT×IC2求出管耗值，例如，IC=6A时，RSAT= 33mΩ,则PD为：PD=RSAT×IC2 = 33mΩ×(6A)2=1.188W
用RSAT这个参数可以与MOSFET的RDS(on)作一个比较。例如，型号为Si9426DY的N沟道功率MOSFET是20世纪90年代的产品，在VGS=4.5V时，其RDS(on) =135mΩ，而ZXTN系列在IC=6.5A时，RSAT=23～30mΩ。
hFE参数的表达方式
在一般的双极型三极管的参数资料中，共发射极直流放大系数hFE是一个确定的IC、一个确定的VCE条件下给出的。例如，某低频功率三极管的hFE是在IC=0.5A，VCE=10V时，给出hFE=15～180。工厂常用不同颜色的色点给hFE分档，如红色点为15～40。
实际上，同一三极管在不同IC时，其hFE有很大变化。例如，一个在IC=0.5A、VCE=2V时测得hFE=400，同一个管子在IC=6A、VCE=2V时，则hFE可能小于50。
Zetex公司给出的hFE是较合理的，例如ZXTN19055DZ中功率NPN三极管的hFE参数如表2所示。
图2 SOT－89封装的尺寸及管脚排列
ZXTN系列基本参数表
ZXTN系列的基本参数如表3所示。由于各型号的VCE(SAT)及hFE较详，列于表4及表5(仅是大电流时的参数值)。若需要更详的了解，可访问Zetex公司网站(www.zetex.com)。
SOT-89及SOT-223的封装尺寸及管脚排列如图2及图3所示。
图3 SOT－223封装的尺寸及管脚排列
从表1～5来看，ZXTN系列的参数相当好，是值得推荐的器件。
(end)
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(11/19/2006) |
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