集成双极型开关管的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种集成双极型开关管，所述集成双极型开关管包括：双极型晶体管；连接于所述双极型晶体管基极的第一电阻；连接于所述双极型晶体管基极与发射极之间的第二电阻以及连接于所述双极型晶体管发射极与集电极之间的续流二极管。本实用新型的集成双极型开关管利用在双极型晶体管管芯内部增加器件R1、R2来减少集成双极型开关管的延迟时间和存储时间，降低了集成双极型开关管过渡损耗，在不增加封装散热面积的基础上减小集成双极型开关管的开关损耗，有效提高开关性能同时减小成本。
【专利说明】集成双极型开关管
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种半导体器件，特别是涉及一种集成双极型开关管。
【背景技术】
[0002] 集成双极型开关管是一种电流控制器件，电子和空穴同时参与导电。集成双极型 开关管体积小、重量轻、耗电少、寿命长、可靠性高，被广泛应用于开关电源电路、全桥振荡、 半桥振荡、单端反激等开关电路中作为开关使用。
[0003] NPN晶体管是最常见的集成双极型开关管，其工作特性曲线如图1所示，集成双 极型开关管在开关电路中工作时，需要经过三个不同的区域，分别是：截止区，过渡区，饱和 区。截止区：发射结和集电结均为反向偏置，集成双极型开关管处于关断状态。过渡区：发 射结正偏，集电结反偏，集成双极型开关管可等效为一个可变直流电阻。饱和区：发射结和 集电结均为正向偏置，集成双极型开关管处于闭合状态。通过分析发现截止区和饱和区开 关损耗甚微，而过渡区的开关损耗较大。集成双极型开关管的工作状态从截止区切换到饱 和区，以及从饱和区切换到截止区的过程中会产生开关损耗。开关损耗包括了关断损耗和 开通损耗，开关在关断和开通时，有剧烈变化的电压和电流产生，因此损耗很大。
[0004] 如图2所不为典型的NPN晶体管开关电路，所述NPN晶体管开关电路包括NPN晶 体管及外围电阻。其中，外围电阻&和馬分别为负载电阻和基极偏置电阻。如图3 (a)所 示，当给晶体管输入正脉冲VB时，晶体管导通。若晶体管处于饱和状态，则输出电压V。为饱 和电压V CES，如图3 (c)所示，集电极电流为饱和电流1。3，如图3 (b)所示。此时，晶体管相 当一个接通的开关。如图3 (a)所示，当基极无信号输入时，晶体管处于截止状态，集电极 只有很小的反向漏电流通过，输出电压V。接近于电源电压+V CC，如图3 (c)所示。此时晶体 管相当于一个断开开关。当输入脉冲VB加入时，集电极电流要经过一段延迟时间t d才增加 到1。3，当输入脉冲去除时，集电极电流也经过一段延迟时间ts才逐渐下降。如图3 (b)所 示，晶体管开关时间参数一般是按照集电极电流i。的变化来定义：延迟时间td :从脉冲信号 加入到i。上升到0. 11。3。上升时间仁：i。从0. 11。3上升到0. 91。3。存储时间ts :从脉冲信 号去除到i。下降到0. 9Ies。下降时间tf :i。从0. 9Ies下降到0. lles。其中td+t,即开启时 间tm、ts+t f即关闭时间t^。
[0005] 由于集成双极型开关管在开启时开关管需要经过开启时间才能实现开启电 流，而在关闭时集成双极型开关管需要经过关闭时间才能实现关闭电流，因此开启和关 闭速度慢，使得集成双极型开关管功耗增加。一般的做法是增加集成双极型开关管管芯面 积或增加封装散热面积来减小集成双极型开关管因功耗引起的损坏，但是这种方法需要增 加管芯面积和封装散热面积，无形中增加了生产成本，并不是优选的解决集成双极型开关 管功耗问题的方法。因此如何在不增加生产成本的基础上，增强集成双极型开关管的开关 特性、降低开关损耗、提升输出电流成为本领域的技术人员亟待解决的问题。 实用新型内容
[0006] 鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种集成双极型开关 管，用于解决现有技术中集成双极型开关管的开关特性差、开关损耗大以及减小开关损耗 带来的成本增加问题。
[0007] 为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种集成双极型开关管，所述 集成双极型开关管至少包括：
[0008] 双极型晶体管，第一电阻，第二电阻以及二极管；
[0009] 所述第一电阻的一端作为所述集成双极型开关管的第一引出端，另一端连接于所 述双极型晶体管的基极；
[0010] 所述第二电阻连接于所述双极型晶体管的发射极与基极之间，所述第二电阻与所 述双极型晶体管的发射极相连的一端作为所述集成双极型开关管的第二引出端；
[0011] 所述二极管连接于所述双极型晶体管的集电极与发射极之间，所述二极管与所述 双极型晶体管的集电极相连的一端作为所述集成双极型开关管的第三引出端。
[0012] 优选地，所述集成双极型开关管的第一引出端为基极，第二引出端为发射极，第三 引出端为集电极。
[0013] 优选地，所述第一电阻及所述第二电阻的阻值呈预设比例设置，以修整所述双极 型晶体管的驱动波形。
[0014] 更优选地，所述第二电阻与所述第一电阻的比例范围设定为1?8。
[0015] 优选地，所述第一电阻及所述第二电阻的阻值之和设定为50 Ω?10ΚΩ。
[0016] 优选地，所述双极型晶体管为NPN型。
[0017] 优选地，所述二极管的阳极连接于所述双极型晶体管的发射极，所述二极管的阴 极连接于所述双极型晶体管的集电极。
[0018] 优选地，所述二极管为续流二极管。
[0019] 更优选地，所述续流二极管为快速恢复二极管或肖特基二极管。
[0020] 如上所述，本实用新型的集成双极型开关管，具有以下有益效果：
[0021] 本实用新型的集成双极型开关管利用在集成双极型开关管管芯内部增加器件R1、 R2来减少集成双极型开关管的延迟时间和存储时间，在不增加封装散热面积的基础上减小 集成双极型开关管的开关损耗，有效提商开关性能同时减小成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0022] 图1显示为双极型晶体管的工作特性曲线示意图。
[0023] 图2显不为现有技术中的NPN晶体管开关电路不意图。
[0024] 图3 (a)显示为现有技术中的NPN晶体管开关电路的输入电压波形示意图。
[0025] 图3 (b)显示为现有技术中的NPN晶体管开关电路的集电极电流波形示意图。
[0026] 图3 (c)显示为现有技术中的NPN晶体管开关电路的输出电压波形示意图。
[0027] 图4显示为本实用新型的集成双极型开关管示意图。
[0028] 元件标号说明
[0029] 1 集成双极型开关管
[0030] Q 双极型晶体管
[0031] R1 第一电阻
[0032] R2 第二电阻
[0033] D 二极管
[0034] B 第一引出端
[0035] E 第二引出端
[0036] C 第三引出端
【具体实施方式】
[0037] 以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说 明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另 外不同的【具体实施方式】加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应 用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。
[0038] 请参阅图4。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新 型的基本构想，遂图式中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数 目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其 组件布局型态也可能更为复杂。
[0039] 如图4所示，本实用新型提供一种集成双极型开关管1，所述集成双极型开关管1 至少包括：
[0040] 双极型晶体管Q，第一电阻R1，第二电阻R2以及二极管D。
[0041] 所述双极型晶体管Q为NPN型双极型晶体管，所述双极型晶体管Q作为开关使用。 当所述双极型晶体管Q的基极被加上足够大的电压时，所述双极型晶体管Q导通，开关接 通；当所述双极型晶体管Q的基极被加上足够小的电压时，所述双极型晶体管Q截止，开关 接断开。
[0042] 所述第一电阻R1的一端作为所述集成双极型开关管1的第一引出端B，所述第一 引出端B为所述集成双极型开关管1的基极。另一端连接于所述双极型晶体管Q的基极。 所述第一电阻R1将外部加载到所述集成双极型开关管1基极B上的电压进行分压，从而 对作用于所述双极型晶体管Q基区的电流进行限流，减少电荷存储效应导致的反向恢复时 间。
[0043] 所述第二电阻R2的一端连接于所述双极型晶体管Q的基极，另一端连接于所述双 极型晶体管Q的发射极，所述第二电阻R2与所述双极型晶体管Q的发射极相连的一端作为 所述集成双极型开关管1的第二引出端E，所述第二引出端E为所述集成双极型开关管1 的发射极。所述第二电阻R2为反向基极电流提供低阻通路，以达到减少反向恢复时间的作 用。
[0044] 所述第一电阻R1与所述第二电阻R2的阻值呈预设比例设置，以修整所述双极型 晶体管Q的驱动波形，在开关接通和关断的瞬间提供更大的基极争相电流和反向电流，以 加速所述双极型晶体管Q的导通和关闭，促进所述集成双极型开关管1在饱和与截止之间 的转换，大大减少开关损耗。
[0045] 所述第一电阻R1及所述第二电阻R2的阻值之和设定为50 Ω?10ΚΩ，通过一定 的电阻配比使所述第一电阻R1及所述第二电阻R2的阻值满足预设比例。在本实施例中， R2/R1的范围设定为1?8,其中Rl=100 Ω，R2=470 Ω。
[0046] 所述二极管D的阴极连接于所述双极型晶体管Q的集电极，所述二极管D的阳极 连接于所述双极型晶体管Q的发射极，所述二极管D与所述双极型晶体管Q的集电极相连 的一端作为所述集成双极型开关管1的第三引出端C，所述第三引出端C为所述集成双极型 开关管1的集电极。所述二极管D为续流二极管，可以是快速恢复二极管或肖特基二极管， 在本实施例中，所述二极管D为快速恢复二极管。所述二极管D能有效防止所述双极型晶 体管Q受反向导通电流损伤。
[0047] 本实用新型的集成双极型开关管1增加第一电阻R1及第二电阻R2,通过调节所述 第一电阻R1及所述第二电阻R2之间的比值来修整所述双极型晶体管Q的驱动波形，以此 在不增加封装散热面积的基础上减小所述集成双极型开关管1的开关损耗，有效提高开关 性能同时减小成本。
[0048] 综上所述，本实用新型提供一种集成双极型开关管，所述集成双极型开关管至少 包括：双极型晶体管，第一电阻，第二电阻以及二极管；所述第一电阻的一端作为所述集成 双极型开关管的第一引出端，另一端连接于所述双极型晶体管的基极；所述第二电阻连接 于所述双极型晶体管的发射极与基极之间，所述第二电阻与所述双极型晶体管的发射极相 连的一端作为所述集成双极型开关管的第二引出端；所述二极管连接于所述双极型晶体管 的集电极与发射极之间，所述二极管与所述双极型晶体管的集电极相连的一端作为所述集 成双极型开关管的第三引出端。本实用新型的集成双极型开关管利用在集成双极型开关管 管芯内部增加器件Rl、R2来减少集成双极型开关管的延迟时间和存储时间，降低了集成双 极型开关管过渡损耗，同时在减小封装散热面积的基础上大大降低集成双极型开关管的温 升，有效降低集成双极型开关管的成本。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺 点而具高度产业利用价值。
[〇〇49] 上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新 型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行 修饰或改变。因此，举凡所属【技术领域】中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精 神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。
【权利要求】
1. 一种集成双极型开关管，其特征在于，所述集成双极型开关管至少包括： 双极型晶体管，第一电阻，第二电阻以及二极管； 所述第一电阻的一端作为所述集成双极型开关管的第一引出端，另一端连接于所述双 极型晶体管的基极； 所述第二电阻连接于所述双极型晶体管的发射极与基极之间，所述第二电阻与所述双 极型晶体管的发射极相连的一端作为所述集成双极型开关管的第二引出端； 所述二极管连接于所述双极型晶体管的集电极与发射极之间，所述二极管与所述双极 型晶体管的集电极相连的一端作为所述集成双极型开关管的第三引出端。
2. 根据权利要求1所述的集成双极型开关管，其特征在于：所述集成双极型开关管的 第一引出端为基极，第二引出端为发射极，第三引出端为集电极。
3. 根据权利要求1所述的集成双极型开关管，其特征在于：所述第一电阻及所述第二 电阻的阻值呈预设比例设置，以修整所述双极型晶体管的驱动波形。
4. 根据权利要求3所述的集成双极型开关管，其特征在于：所述第二电阻与所述第一 电阻的比例范围设定为1?8。
5. 根据权利要求1所述的集成双极型开关管，其特征在于：所述第一电阻及所述第二 电阻的阻值之和设定为50 Ω?10K Ω。
6. 根据权利要求1所述的集成双极型开关管，其特征在于：所述双极型晶体管为NPN 型。
7. 根据权利要求1所述的集成双极型开关管，其特征在于：所述二极管的阳极连接于 所述双极型晶体管的发射极，所述二极管的阴极连接于所述双极型晶体管的集电极。
8. 根据权利要求1所述的集成双极型开关管，其特征在于：所述二极管为续流二极管。
9. 根据权利要求8所述的集成双极型开关管，其特征在于：所述续流二极管为快速恢 复二极管或肖特基二极管。
【文档编号】H03K17/041GK203896323SQ201420175860
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年4月11日 优先权日:2014年4月11日
【发明者】刘明龙 申请人:刘明龙, 喻明凡, 陈欲晓