開(kāi)關(guān)管選擇方案

隨著(zhù)便攜式電子產(chǎn)品的迅速發(fā)展，改善其電源管理性能已成為首要的任務(wù)。如何延長(cháng)便攜式產(chǎn)品的電池工作時(shí)間是當今的設計人員面臨的最大問(wèn)題之一。

早期的移動(dòng)通信產(chǎn)品，其系統的工作時(shí)間不超過(guò)一小時(shí)，這使得它們在使用上缺乏吸引力，而現在的移動(dòng)電話(huà)一般每隔一天才充一次電。這得益于兩方面：一方面電池的能量密度有了很大的提高；另一方面其元器件的功耗也在不斷降低。比較不同的組件及元器件，會(huì )發(fā)現簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)管有可能導致不希望有的功率損耗或過(guò)高的成本。

為了降低電源管理開(kāi)關(guān)管的成本，ON Semiconductor公司將其重點(diǎn)轉向低成本、低功耗的開(kāi)關(guān)管。

一個(gè)例子是MBT35200，它是一款低價(jià)、低功耗的雙結型功率晶體管(BJT），由于其飽和管壓降低，所以功耗也相應減少。這種器件將優(yōu)先代替更大功率的BJT或者M(jìn)OSFET，從而降低成本，節省印刷電路板面積，并延長(cháng)系統的工作時(shí)間。

需要MOSFET還是BJY？

移動(dòng)電話(huà)中的主開(kāi)關(guān)管目前普遍采用MOSFET。但是，隨著(zhù)雙結型晶體管設計的不斷優(yōu)化，開(kāi)關(guān)管的選擇逐漸成為問(wèn)題。在這一點(diǎn)上必須考慮幾個(gè)基本問(wèn)題：MOSFET與BJT相比，通常存在以下優(yōu)點(diǎn)：第一，它是用電壓來(lái)驅動(dòng)，幾乎沒(méi)有什么損耗；第二，MOSFET的壓降（RDS(ON)*ID)很小，而B(niǎo)JT則需要用電流來(lái)驅動(dòng)且壓降在300mV范圍內。MOSFET的主要缺點(diǎn)是由于制造掩模工序多而成本較高。

因此，MOSFET與BJT相比，其價(jià)格更貴。MOSFET也因取決于應用的技術(shù)缺點(diǎn)而受到損壞。

在移動(dòng)電話(huà)中，電源電壓較低，難以驅動(dòng)MOSFET，使它獲得數據手冊上所描述的RDS(ON)值（RDS(ON)值與驅動(dòng)電壓有關(guān)，驅動(dòng)電壓越高，RDS(ON)越低），因此不能達到期望的效率。此外，RDS(ON)值將隨溫度的升高而增加，從25℃升到125℃時(shí)其值可增加一倍。所有這些參數的影響必須考慮在內，而且要考慮性?xún)r(jià)比。

很顯然，標準的BJT不能滿(mǎn)足電源管理設計人員的期望，這是由于標準BJT的飽和管壓降過(guò)高。因此，為了接近理想開(kāi)關(guān)的特性，BJT的飽和管壓降必須降到最低。

MBT35200采用特殊設計，與市場(chǎng)上的同類(lèi)產(chǎn)品相比，它可以提供很低的飽和管壓降以及較高的電流。

典型應用

2A連續電流、5A峰值電流、耐壓35V的MBT35200特別針對移動(dòng)電話(huà)主開(kāi)關(guān)管的需要而設計。當然，這種開(kāi)關(guān)管也能應用于其它場(chǎng)合，例如筆記本電腦、馬達控制、低壓降功率開(kāi)關(guān)管以及尋呼機等。

如圖1a及圖1b所示，開(kāi)關(guān)管的主要功能是控制從A流向B的電流，使用MOSFET或BJT都可以達到這一目的。在某些應用中，需要阻塞反向電流，以防止電流從B流向A。采用MOSFET時(shí)，若B電壓高于A(yíng)，則電流會(huì )經(jīng)MOSFET固有的體二極管從B流向A。為彌補這個(gè)缺點(diǎn)，需要增加一個(gè)低壓降二極管，以防止反向電流，例如肖特基二極管。

因此，總的壓降的計算公式為：

Vdrop=RDS(ON)*ID+Vf

式中RDS(ON)的值取決于所施加的VGS值，此外，還要考慮溫度對它的影響，Vf是肖特基二極管的正向壓降。

為降低總的壓降，可以將兩個(gè)MOSFET背對背串接在一起。這種方式效果很好，但提高了成本。

在采用低VCEsat的BJT的情況下，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，Ic電流不會(huì )流向任何方向，其壓降為

Vdrop=VCEsat

從經(jīng)濟角度來(lái)看，MOSFET與肖特基二極管的組合方案的成本比MBT35200高出兩倍多。此外，低VCEsat方案可以節省電路板空間，并且無(wú)需肖特基二極管。

對于給定的集電極電流Ic，基極電流越高，VCEsat越低。所以為了優(yōu)化MBT35200的工作性能，需要在VCEsat和基極電流之間尋找一個(gè)折衷方案。

表1 MBT35200參數摘要

一方面基極電流應盡可能地提高，從而最大程度地降低VCEsat，另一方面基極電流應盡可能地降低，以延長(cháng)電池的工作時(shí)間。

如果選擇hFE為100的管子，驅動(dòng)電流是集電極電流的1%，因此限制了控制Ic電流吸收的能力。

MOSFET及BJT的主要優(yōu)點(diǎn)及缺點(diǎn)已作了回顧。采用MOSFET的方案雖然簡(jiǎn)單，但成本較高，而且會(huì )占用較大的電路板空間。相比之下，MBT35200具有既經(jīng)濟又節省電路板空間的優(yōu)點(diǎn)。