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芯茂微驱动BJT电源方案的特性与技术创新

2021-12-14 16:57:00

充电器和适配器是我们生活中非常常见的产品，我们很多人可能只知道这些产品是用来充电的，但是可能不知道具体是如何实现充电的，本文就带大家详细了解一下。

最早的电源都是SSR类型的，也就是副边反馈。在早期的消费类市场的适配器应用上，大部分采用SSR架构（Secondary Side Regulator）的拓朴方案。随着技术的发展，很多企业为了把电源体积做更小，研发出来了PSR类型的电源，也叫原边反馈类型，这类电源逐渐成为主流。

近日，国内领先的电源芯片厂商芯茂微电子发布了详细的驱动BJT自供电PSR方案的可靠性数据说明，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。与MOSFET相比，双极性结式晶体管（BJT）在成本上有很大的优势。新的技术方案在帮助工程师提升充电器和适配器产品竞争优势方面有着很好的帮助，是方案商进行产品创新的优先选择。

据了解，芯茂微电子的多项专利通过大幅优化BJT开关特性，不但极大的提高了基于BJT的电源方案的可靠性，还提升了工程师在设计和制造中选择BJT晶体管的灵活性。下面，小编带大家来了解芯茂微驱动BJT电源方案的特性与技术创新。

1、改良和提升BJT的耐压特性：

当三极管的基极B开路状态时，由C极到B极的漂移电流会全部注入E极；这部分漂移电流会由于放大作用引起更大的集电极电流，造成三极管损坏。芯茂微LP3716XX系列产品采用自有专利，在内部B、E脚位之间始终有电阻连接（即使在Vcc还未通电时），使BJT的CE间耐压非常接近BVces=700V。

2、开启、导通、关断阶段独特技术

BJT开启阶段

LP3716XX系列采用了自有专利的过驱动设计；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，以降低损耗。

BJT导通阶段

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。为了提高驱动效率，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。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（如下图所示）。

▲ 某款三极管的直流增益以及温度特性

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。

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、如下图所示，LP3716XX系列采用了两项技术来减小此时间：

▲ LP3716XXX系列的驱动波形

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；

芯茂微的BJT在正偏/反偏下均在安全工作区内，可确保BJT不会损坏。

BJT正偏（饱和状态）下的安全区

下图为某2款三极管正偏时的SOA图。

通过前面LP3716XX系列的BJT驱动过程可以看到，在系统设计的整个开关周期内，功率BJT都是在SOA的范围并有足够的裕量：比如原边峰值电流IC 《 1A；原边开通时间TONP 《 20us;开通后的VCE 《 0.2V。

BJT反偏状态下的安全区

下图为某2款三极管反偏状态下的SOA图。

LP3716XX系列在关闭功率BJT的瞬间，Base电压会下拉到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，BE之间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。LP3716XX系列在此状态下，也都在安全区内并有足够的裕量：比如原边峰值电流IC 《 1A for 13005。

据相关工程师对小编介绍，经过长期的可靠性试验证明，芯茂微驱动BJT方案的可靠性，已和驱动MOS方案可靠性持平。

应用剖析

芯茂微驱动BJT方案的自研LP3716X系列芯片

以芯茂微自研的LP3716X系列芯片为例，这是一款高性能隔离型适配器和充电器的控制芯片。通过原边侧的电流和电压检测实现恒流和恒压功能，内置环路稳定性补偿，可以省略TL431 和光电耦合器。

据悉，LP3716X系列通过设定外部的分压电阻和变压器原副边匝比来实现恒压和恒流输出功能。同时在带输出电缆的适配器或充电器应用中，为了实现更好的输出电压调整率，LP3716X系列内置输出线缆压降补偿功能，可以通过设定 FB 上电阻的值来调节输出线缆补偿值。

在恒压调制阶段，为了得到更好的平均效率和音频特性，LP3716X系列芯片采用了包含 PFM/PWM 的多模式控制，在重载时，芯片工作在 PFM 和谷底导通区域，得到高效率和优异的EMI 特性；中载时，为了得到更好的音频特性，系统工作在 PWM 调制；轻载时，工作在低频 PFM 并降低驱动电流以提升平均效率。

LP3716X系列芯片集成了多种重启的保护功能，包括VCC 过压/欠压保护，FB 电阻开短路保护，输出短路保护，输出电压过压保护和过温保护等。

LP3716X系列芯片采用 SOP8 封装，集成 BJT，适用于 12W及以下隔离方案。产品应用在机顶盒、蓝牙音箱、手机、无绳电话、PDA、MP3 和其它便携式设备等的适配器、充电器等，满足企业的线性电源和 RCC 开关电源升级换代需求。

据小编了解到，芯茂微电子在2019年6月推出过第二代极简自供电系列PSR产品，专利自供电技术，该技术具有外围电路极简，专利自供电及驱动控制技术，专有抖频及ESD防护技术，高精度的CC/CV，保护功能全面等特点，产品一经推出就备受市场关注，好评如潮。

随着国内中小功率AC-DC隔离电源日趋成熟，电源制造商对功率密度、效率、性能和价格提出了更高要求，芯茂微的最新驱动BJT方案的自研LP3712X系列、LP3713X系列、LP3714X系列、LP3715X系列、LP3716X系列以及LP3667X系列芯片在满足客户对小体积和高效率产品设计需求上，还省了不少的器件和结构成本，好用又好省，是方案选型的不二选择。

如今，芯茂微电子持续创新，不断优化产品技术方案，让工程师设计更简单、更高效，提高产品性能，为企业降本增效。

期待芯茂微的不断创新，为我们带来更好的产品。

原文标题：芯茂微推出可靠性媲美MOSFET的12W内置BJT的PSR电源解决方案

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审核编辑：彭菁

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