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芯茂微驱动BJT方案可靠性说明

发表时间: 2022-05-20 10:07:47

作者: 深圳市芯茂微电子有限公司

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芯茂微电子推出的驱动BJT自供电PSR方案,在15W以下的功率段中,性能指标以及可靠性已经和驱动MOS的方案持平。      一、BJT耐压部分说明     

        芯茂微电子推出的驱动BJT自供电PSR方案,在15W以下的功率段中,性能指标以及可靠性已经和驱动MOS的方案持平。


      一、BJT耐压部分说明

            1.BJT的耐压可以细分为以下指标,并且存在如下关系:

                        BVcez < BVceo < BVcer < BVces < BVcex < BVcbo

            2.LP3716XX系列采用我司自有专利,在内部B、E脚位之间始终有电阻连接,使BJT的耐压特性BVcer越接近BVces=700V。改善功率BJT耐压特性的专利如下图1所示:


图一:改善BJT耐压专利                                                                                          图二:LP3716XXX系列的驱动波形


     二、芯茂BJT在开启、导通、关断阶段的独特技术说明 

            ● BJT开启阶段

            1.LP3716XX系列是基于DCM模式的PSR控制器,由于采用我司自有专利技术,可以始终保证功率BJT在开通瞬间,耐压也可以维持比较高的BVcer 。

            2.与此同时,为了快速开通功率BJT,LP3716XXX系列采用了自有专利的过驱动设计(专利号:CN108462378B,CN112152429A);在开通功率BJT的起始阶段,会用一个比较大的过驱动电流Ibpk来快速打开功率管。


            ● BJT导通阶段

            1.功率BJT开通后,功率管的导通损耗除了和系统设计的原边峰值电流有关外,与自身的导通时刻VCE也强相关。

            2.为了提高驱动效率,如图2所示,LP3716XX系列还采用了专利的斜波驱动:可以保证VCE的导通电压基本维持在0.2V以内,减小导通损耗。

            3.功率BJT的hFE是正温特性,当IC=0.7A左右的时候,高温时会增加25%左右(如图3所示),因此,温度越高,同等驱动电流(芯片驱动电流接近零温)情况下的VCE会越低,导通损耗越小。

            


图3 某款13003系列的直流增益以及温度特性


            ● BJT关断阶段 
             1.BJT关断损耗集中在交越部分tc,并且估算出BJT的关断损耗计算如下:


                                                  


            2.为了得到较低的关断损耗,减少温升,增加可靠性,从驱动角度的优化,就需要尽可能的减小交越时间tc。
            3.如图2所示,LP3716XX系列采用了两项技术来减小此时间:

            1)斜波驱动电流的峰值IB与原边峰值电流IC成正比关系;
            2)采用预关断技术,提前将驱动电流减小为IBHOLD,保证可以快速关断;我司BJT在正偏/反偏下的安全工作区,可确保BJT不会损坏。


            ● BJT正偏(饱和状态)下的安全区
            1.图4为某款13003和13005工作在饱和区的SOA图。
            2.结合上述的LP3716XX系列的功率管工作过程可以看到,在系统设计的整个开关周期内,功率BJT都是在SOA的范围并有足够的margin,比如:
            1)原边峰值电流IC < 1A;
            2)原边开通时间TONP < 20us;
            3)开通后的VCE < 0.2V;



图4  XX13003/13005工作时的SOA图


            ● BJT反偏状态下的安全区
            1.图5为某款13003和13005反偏状态下的SOA图。
            2.基于LP3716XX系列的系统工作特点,在关闭功率BJT的瞬间,Base电压会VBASE很下拉到0V,而此时的Emitter电压,由于原边峰值电流缓慢下降,所以VCE > 0V。对于此时的功率BJT,会有一个反偏电压的存在,并且会有一个大约-1V逐渐变为0V的过程。
            3.基于上面的系统工作周期的说明,可以看到LP3716XX系列在此状态下,也都在安全区内并有足够的margin,比如:
            1)原边峰值电流IC < 1A for 13005;
            2)原边吸收电路存在;




图5  XX13003/13005关闭时的SOA图


            结论:芯茂微电子拥有独特的驱动BJT的芯片专利,其芯片方案具有***的可靠性。

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