集成雙極型開關管的製作方法

2023-12-02 03:15:56

集成雙極型開關管的製作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種集成雙極型開關管，所述集成雙極型開關管包括：雙極型電晶體；連接於所述雙極型電晶體基極的第一電阻；連接於所述雙極型電晶體基極與發射極之間的第二電阻以及連接於所述雙極型電晶體發射極與集電極之間的續流二極體。本實用新型的集成雙極型開關管利用在雙極型電晶體管芯內部增加器件R1、R2來減少集成雙極型開關管的延遲時間和存儲時間，降低了集成雙極型開關管過渡損耗，在不增加封裝散熱面積的基礎上減小集成雙極型開關管的開關損耗，有效提高開關性能同時減小成本。
【專利說明】集成雙極型開關管

【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種半導體器件，特別是涉及一種集成雙極型開關管。

【背景技術】
[0002] 集成雙極型開關管是一種電流控制器件，電子和空穴同時參與導電。集成雙極型 開關管體積小、重量輕、耗電少、壽命長、可靠性高，被廣泛應用於開關電源電路、全橋振蕩、 半橋振蕩、單端反激等開關電路中作為開關使用。
[0003] NPN電晶體是最常見的集成雙極型開關管，其工作特性曲線如圖1所示，集成雙 極型開關管在開關電路中工作時，需要經過三個不同的區域，分別是：截止區，過渡區，飽和 區。截止區：發射結和集電結均為反向偏置，集成雙極型開關管處於關斷狀態。過渡區：發 射結正偏，集電結反偏，集成雙極型開關管可等效為一個可變直流電阻。飽和區：發射結和 集電結均為正向偏置，集成雙極型開關管處於閉合狀態。通過分析發現截止區和飽和區開 關損耗甚微，而過渡區的開關損耗較大。集成雙極型開關管的工作狀態從截止區切換到飽 和區，以及從飽和區切換到截止區的過程中會產生開關損耗。開關損耗包括了關斷損耗和 開通損耗，開關在關斷和開通時，有劇烈變化的電壓和電流產生，因此損耗很大。
[0004] 如圖2所不為典型的NPN電晶體開關電路，所述NPN電晶體開關電路包括NPN晶 體管及外圍電阻。其中，外圍電阻&和馬分別為負載電阻和基極偏置電阻。如圖3 (a)所 示，當給電晶體輸入正脈衝VB時，電晶體導通。若電晶體處於飽和狀態，則輸出電壓V。為飽 和電壓V CES，如圖3 (c)所示，集電極電流為飽和電流1。3，如圖3 (b)所示。此時，電晶體相 當一個接通的開關。如圖3 (a)所示，當基極無信號輸入時，電晶體處於截止狀態，集電極 只有很小的反向漏電流通過，輸出電壓V。接近於電源電壓+V CC，如圖3 (c)所示。此時晶體 管相當於一個斷開開關。當輸入脈衝VB加入時，集電極電流要經過一段延遲時間t d才增加 到1。3，當輸入脈衝去除時，集電極電流也經過一段延遲時間ts才逐漸下降。如圖3 (b)所 示，電晶體開關時間參數一般是按照集電極電流i。的變化來定義：延遲時間td :從脈衝信號 加入到i。上升到0. 11。3。上升時間仁：i。從0. 11。3上升到0. 91。3。存儲時間ts :從脈衝信 號去除到i。下降到0. 9Ies。下降時間tf :i。從0. 9Ies下降到0. lles。其中td+t,即開啟時 間tm、ts+t f即關閉時間t^。
[0005] 由於集成雙極型開關管在開啟時開關管需要經過開啟時間才能實現開啟電 流，而在關閉時集成雙極型開關管需要經過關閉時間才能實現關閉電流，因此開啟和關 閉速度慢，使得集成雙極型開關管功耗增加。一般的做法是增加集成雙極型開關管管芯面 積或增加封裝散熱面積來減小集成雙極型開關管因功耗引起的損壞，但是這種方法需要增 加管芯面積和封裝散熱面積，無形中增加了生產成本，並不是優選的解決集成雙極型開關 管功耗問題的方法。因此如何在不增加生產成本的基礎上，增強集成雙極型開關管的開關 特性、降低開關損耗、提升輸出電流成為本領域的技術人員亟待解決的問題。 實用新型內容
[0006] 鑑於以上所述現有技術的缺點，本實用新型的目的在於提供一種集成雙極型開關 管，用於解決現有技術中集成雙極型開關管的開關特性差、開關損耗大以及減小開關損耗 帶來的成本增加問題。
[0007] 為實現上述目的及其他相關目的，本實用新型提供一種集成雙極型開關管，所述 集成雙極型開關管至少包括：
[0008] 雙極型電晶體，第一電阻，第二電阻以及二極體；
[0009] 所述第一電阻的一端作為所述集成雙極型開關管的第一引出端，另一端連接於所 述雙極型電晶體的基極；
[0010] 所述第二電阻連接於所述雙極型電晶體的發射極與基極之間，所述第二電阻與所 述雙極型電晶體的發射極相連的一端作為所述集成雙極型開關管的第二引出端；
[0011] 所述二極體連接於所述雙極型電晶體的集電極與發射極之間，所述二極體與所述 雙極型電晶體的集電極相連的一端作為所述集成雙極型開關管的第三引出端。
[0012] 優選地，所述集成雙極型開關管的第一引出端為基極，第二引出端為發射極，第三 引出端為集電極。
[0013] 優選地，所述第一電阻及所述第二電阻的阻值呈預設比例設置，以修整所述雙極 型電晶體的驅動波形。
[0014] 更優選地，所述第二電阻與所述第一電阻的比例範圍設定為1?8。
[0015] 優選地，所述第一電阻及所述第二電阻的阻值之和設定為50 Ω?10ΚΩ。
[0016] 優選地，所述雙極型電晶體為NPN型。
[0017] 優選地，所述二極體的陽極連接於所述雙極型電晶體的發射極，所述二極體的陰 極連接於所述雙極型電晶體的集電極。
[0018] 優選地，所述二極體為續流二極體。
[0019] 更優選地，所述續流二極體為快速恢復二極體或肖特基二極體。
[0020] 如上所述，本實用新型的集成雙極型開關管，具有以下有益效果：
[0021] 本實用新型的集成雙極型開關管利用在集成雙極型開關管管芯內部增加器件R1、 R2來減少集成雙極型開關管的延遲時間和存儲時間，在不增加封裝散熱面積的基礎上減小 集成雙極型開關管的開關損耗，有效提商開關性能同時減小成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022] 圖1顯示為雙極型電晶體的工作特性曲線示意圖。
[0023] 圖2顯不為現有技術中的NPN電晶體開關電路不意圖。
[0024] 圖3 (a)顯示為現有技術中的NPN電晶體開關電路的輸入電壓波形示意圖。
[0025] 圖3 (b)顯示為現有技術中的NPN電晶體開關電路的集電極電流波形示意圖。
[0026] 圖3 (c)顯示為現有技術中的NPN電晶體開關電路的輸出電壓波形示意圖。
[0027] 圖4顯示為本實用新型的集成雙極型開關管示意圖。
[0028] 元件標號說明
[0029] 1 集成雙極型開關管
[0030] Q 雙極型電晶體
[0031] R1 第一電阻
[0032] R2 第二電阻
[0033] D 二極體
[0034] B 第一引出端
[0035] E 第二引出端
[0036] C 第三引出端

【具體實施方式】
[0037] 以下通過特定的具體實例說明本實用新型的實施方式，本領域技術人員可由本說 明書所揭露的內容輕易地了解本實用新型的其他優點與功效。本實用新型還可以通過另 外不同的【具體實施方式】加以實施或應用，本說明書中的各項細節也可以基於不同觀點與應 用，在沒有背離本實用新型的精神下進行各種修飾或改變。
[0038] 請參閱圖4。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本實用新 型的基本構想，遂圖式中僅顯示與本實用新型中有關的組件而非按照實際實施時的組件數 目、形狀及尺寸繪製，其實際實施時各組件的型態、數量及比例可為一種隨意的改變，且其 組件布局型態也可能更為複雜。
[0039] 如圖4所示，本實用新型提供一種集成雙極型開關管1，所述集成雙極型開關管1 至少包括：
[0040] 雙極型電晶體Q，第一電阻R1，第二電阻R2以及二極體D。
[0041] 所述雙極型電晶體Q為NPN型雙極型電晶體，所述雙極型電晶體Q作為開關使用。 當所述雙極型電晶體Q的基極被加上足夠大的電壓時，所述雙極型電晶體Q導通，開關接 通；當所述雙極型電晶體Q的基極被加上足夠小的電壓時，所述雙極型電晶體Q截止，開關 接斷開。
[0042] 所述第一電阻R1的一端作為所述集成雙極型開關管1的第一引出端B，所述第一 引出端B為所述集成雙極型開關管1的基極。另一端連接於所述雙極型電晶體Q的基極。 所述第一電阻R1將外部加載到所述集成雙極型開關管1基極B上的電壓進行分壓，從而 對作用於所述雙極型電晶體Q基區的電流進行限流，減少電荷存儲效應導致的反向恢復時 間。
[0043] 所述第二電阻R2的一端連接於所述雙極型電晶體Q的基極，另一端連接於所述雙 極型電晶體Q的發射極，所述第二電阻R2與所述雙極型電晶體Q的發射極相連的一端作為 所述集成雙極型開關管1的第二引出端E，所述第二引出端E為所述集成雙極型開關管1 的發射極。所述第二電阻R2為反向基極電流提供低阻通路，以達到減少反向恢復時間的作 用。
[0044] 所述第一電阻R1與所述第二電阻R2的阻值呈預設比例設置，以修整所述雙極型 電晶體Q的驅動波形，在開關接通和關斷的瞬間提供更大的基極爭相電流和反向電流，以 加速所述雙極型電晶體Q的導通和關閉，促進所述集成雙極型開關管1在飽和與截止之間 的轉換，大大減少開關損耗。
[0045] 所述第一電阻R1及所述第二電阻R2的阻值之和設定為50 Ω?10ΚΩ，通過一定 的電阻配比使所述第一電阻R1及所述第二電阻R2的阻值滿足預設比例。在本實施例中， R2/R1的範圍設定為1?8,其中Rl=100 Ω，R2=470 Ω。
[0046] 所述二極體D的陰極連接於所述雙極型電晶體Q的集電極，所述二極體D的陽極 連接於所述雙極型電晶體Q的發射極，所述二極體D與所述雙極型電晶體Q的集電極相連 的一端作為所述集成雙極型開關管1的第三引出端C，所述第三引出端C為所述集成雙極型 開關管1的集電極。所述二極體D為續流二極體，可以是快速恢復二極體或肖特基二極體， 在本實施例中，所述二極體D為快速恢復二極體。所述二極體D能有效防止所述雙極型晶 體管Q受反嚮導通電流損傷。
[0047] 本實用新型的集成雙極型開關管1增加第一電阻R1及第二電阻R2,通過調節所述 第一電阻R1及所述第二電阻R2之間的比值來修整所述雙極型電晶體Q的驅動波形，以此 在不增加封裝散熱面積的基礎上減小所述集成雙極型開關管1的開關損耗，有效提高開關 性能同時減小成本。
[0048] 綜上所述，本實用新型提供一種集成雙極型開關管，所述集成雙極型開關管至少 包括：雙極型電晶體，第一電阻，第二電阻以及二極體；所述第一電阻的一端作為所述集成 雙極型開關管的第一引出端，另一端連接於所述雙極型電晶體的基極；所述第二電阻連接 於所述雙極型電晶體的發射極與基極之間，所述第二電阻與所述雙極型電晶體的發射極相 連的一端作為所述集成雙極型開關管的第二引出端；所述二極體連接於所述雙極型電晶體 的集電極與發射極之間，所述二極體與所述雙極型電晶體的集電極相連的一端作為所述集 成雙極型開關管的第三引出端。本實用新型的集成雙極型開關管利用在集成雙極型開關管 管芯內部增加器件Rl、R2來減少集成雙極型開關管的延遲時間和存儲時間，降低了集成雙 極型開關管過渡損耗，同時在減小封裝散熱面積的基礎上大大降低集成雙極型開關管的溫 升，有效降低集成雙極型開關管的成本。所以，本實用新型有效克服了現有技術中的種種缺 點而具高度產業利用價值。
[〇〇49] 上述實施例僅例示性說明本實用新型的原理及其功效，而非用於限制本實用新 型。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本實用新型的精神及範疇下，對上述實施例進行 修飾或改變。因此，舉凡所屬【技術領域】中具有通常知識者在未脫離本實用新型所揭示的精 神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本實用新型的權利要求所涵蓋。
【權利要求】
1. 一種集成雙極型開關管，其特徵在於，所述集成雙極型開關管至少包括： 雙極型電晶體，第一電阻，第二電阻以及二極體； 所述第一電阻的一端作為所述集成雙極型開關管的第一引出端，另一端連接於所述雙 極型電晶體的基極； 所述第二電阻連接於所述雙極型電晶體的發射極與基極之間，所述第二電阻與所述雙 極型電晶體的發射極相連的一端作為所述集成雙極型開關管的第二引出端； 所述二極體連接於所述雙極型電晶體的集電極與發射極之間，所述二極體與所述雙極 型電晶體的集電極相連的一端作為所述集成雙極型開關管的第三引出端。
2. 根據權利要求1所述的集成雙極型開關管，其特徵在於：所述集成雙極型開關管的 第一引出端為基極，第二引出端為發射極，第三引出端為集電極。
3. 根據權利要求1所述的集成雙極型開關管，其特徵在於：所述第一電阻及所述第二 電阻的阻值呈預設比例設置，以修整所述雙極型電晶體的驅動波形。
4. 根據權利要求3所述的集成雙極型開關管，其特徵在於：所述第二電阻與所述第一 電阻的比例範圍設定為1?8。
5. 根據權利要求1所述的集成雙極型開關管，其特徵在於：所述第一電阻及所述第二 電阻的阻值之和設定為50 Ω?10K Ω。
6. 根據權利要求1所述的集成雙極型開關管，其特徵在於：所述雙極型電晶體為NPN 型。
7. 根據權利要求1所述的集成雙極型開關管，其特徵在於：所述二極體的陽極連接於 所述雙極型電晶體的發射極，所述二極體的陰極連接於所述雙極型電晶體的集電極。
8. 根據權利要求1所述的集成雙極型開關管，其特徵在於：所述二極體為續流二極體。
9. 根據權利要求8所述的集成雙極型開關管，其特徵在於：所述續流二極體為快速恢 復二極體或肖特基二極體。
【文檔編號】H03K17/041GK203896323SQ201420175860
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年4月11日 優先權日:2014年4月11日
【發明者】劉明龍 申請人:劉明龍, 喻明凡, 陳欲曉