芯茂微驱动BJT方案可靠性说明

        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。