BJT安全工作区优化方案

BJT的另一个重要性质是二次击穿效应。目前，在BJT的使用中，二次击穿对管子的损害最大，是最令人头痛的问题。晶体管PN结处的雪崩击穿称为一次击穿，它对管子的损坏威胁不大。所谓二次击穿是指管子在强大的电场作用下，由于发射结电荷的聚集效应，使集电极电流集中在反向偏置的集电结的很小范围内，其结果将产生过热点，由于负温度系数的特性，局部过热将加剧电流的集中，以致最后烧坏管子。类似的问题也可能发生在关断过程中。

为了用户能更好地使用BJT，生产厂商往往提供导通时的正向偏置安全工作区（FBSOA）和关断时的反向偏置安全工作区（RBSOA）。

图1-4 EV1298型晶体管的正向偏置安全工作区（T_C=25℃）

1—P_W=50μs 2—P_W=1ms 3—P_W=10ms 4—DC

图1-4是富士公司EV1298型晶体管的正向偏置安全工作区。图中示出在特定的基极电流脉冲宽度P_W下，集电极电流I_C和集电极-发射极电压U_CE的允许值。图1-4给出4种基流脉冲宽度下的安全工作区。曲线4为直流时（即直流的脉冲宽度等于无穷大时）的安全工作区；曲线3的P_W=10ms；曲线2的P_W=1ms；曲线1的P_W=50μs。每一条曲线可以从物理概念上划分为4个阶段；第一阶段U_CE比较低，安全工作区基本上取决于I_C，直流时允许的I_C是150A，其余三种P_W下允许的I_C都是300A。第二阶段U_CE比较高，受限的条件不再是I_C而是管子的耗散功率P_C。4条曲线分开，P_W越小，允许耗散的功率越大。第三阶段是随着U_CE的进一步提高，进入二次击穿所限定的安全工作区，允许的I_C值随U_CE的增加以更大的速度下降。最后一阶段主要由一次击穿电压限定，这个值取为正向阻断电压U_CEO。

还有一点需要注意的是，给这些特性曲线规定的管子结温T_C=25℃，随着结温的升高，安全工作区将明显缩小。

除了正向偏置安全工作区外，厂商还为用户提供管子的反向偏置安全工作区。图1-5示出EV1298型晶体管的反向偏置安全工作区。(www.xing528.com)

正向偏置安全工作区用于管子的开通，从基极电流等于零到基极电流等于I_B1，不存在I_B2，它显示管子在正向偏置下I_C和U_CE的承受能力，因此有一个关键的因素，即承受时间P_W（基极电流脉冲宽度）。反向偏置安全工作区用于管子的关断，图1-5说明EV1298型晶体管在T_C=125℃条件下将U_CE的峰值钳位在800V时，用I_B2=-4A可以将300A的I_C可靠地关断。如果将钳位电压提高到1000V，则用同样的I_B2只能将150A的I_C可靠地关断。

当BJT用于电力开关时，存储时间和开关损耗是两个重要参数。如果存储时间不能压缩到较小的数值，则管子的关断损耗将明显地增大。图1-6示出BJT在电感负载下的典型关断过程。由于t_s和t_f的存在，管子在关断过程中同时承受较大的I_C和U_CE，如果在关断过程中出现的损耗值I_CU_CE超过安全工作区所限定的界限，管子将损坏。

图1-5 EV1298型晶体管的反向偏置安全工作区

图1-6 BJT关断时的曲线