低VCEsat雙極結(jié)晶體管和MOSFET的比較
新型低VCEsat BJT技術(shù)為傳統(tǒng)的平面MOSFET（電流介于500mA與5A之間的應(yīng)用）提供了一種可行的低成本替代方案。采用低VCEsat BJT有助于設(shè)計人員設(shè)計出成本更低、更具競爭優(yōu)勢的產(chǎn)品。
便攜式產(chǎn)品（如手機、數(shù)碼照相機、數(shù)碼攝像機、DVD播放器、MP3播放器和個人數(shù)字助理）的設(shè)計人員一直面臨著壓力,既要縮減材料成本,又不能影響產(chǎn)品的性能,這對設(shè)計人員而言是真正的挑戰(zhàn),因為他們既要增加產(chǎn)品新特性,又不能對電池使用壽命產(chǎn)生負面影響。
大多數(shù)便攜式產(chǎn)品正向著集成電源管理單元（PMU）電路的方向發(fā)展,這種電路專為控制產(chǎn)品中的不同功能而設(shè)計,包括電池充電、電池管理、過壓保護、背光、振動器、磁盤驅(qū)動器和外圍設(shè)備的控制、為照相機和閃光燈單元供電等。將電流控制在500mA以下的電路一般都嵌在PMU中,包括末級調(diào)整管。然而,如果將電流控制在500mA～5A的范圍內(nèi),外部調(diào)整管（MOSFET）是首選的典型設(shè)計。本文將對MOSFET和低VCEsat雙極結(jié)晶體管（BJT）做一比較,可以看出采用后者不僅可以降低功耗,同時還可以節(jié)約成本。
低VCEsat BJT與MOSFET功能相同,但是成本更低,且在許多情況下,其功耗更低,因此電池使用壽命更長。更低的VCEsat BJT器件采用了20多年前開發(fā)出來的技術(shù)。如今,該項技術(shù)著眼于降低正向飽和電壓,以獲得極低的正向電阻。在電流為1A的情況下,一些新型低VCEsat BJT目前的飽和電壓遠遠低于100mV。這意味著正向電阻低于100mΩ,因此與成本較高的MOSFET相比,極具競爭力。
設(shè)計考慮因素
MOSFET是一個電壓驅(qū)動器件,而低VCEsat BJT 是電流驅(qū)動器件。因此,設(shè)計人員需要了解所用PMU 控制電路的電流極限,該PMU 控制電路用以確定采用低VCEsat BJT進行設(shè)計時的特定電路要求。例如,如果低VCEsat BJT要控制1A電流,且其最差情況下的放大倍數(shù)為100,此時基極電流最小必須達到10mA,以確保低VCEsat BJT達到飽和狀態(tài)�？刂埔_必須能夠為低VCEsat BJT提供10mA電流以進行直接驅(qū)動,否則需要額外的驅(qū)動段。
充電電路實例分析
從便攜式產(chǎn)品的充電電路可看出（見圖1、2）,采用低VCEsat BJT 和一個電阻替代調(diào)整管Q1（功率MOSFET 2A, 20V, TSOP6 封裝）和阻塞肖特基二極管D1。在這個實例中,低VCEsat BJT比典型MOSFET節(jié)約了0.10美元的成本,且功耗降低了261mW。
圖1 MOSFET 和肖特基二極管構(gòu)成的充電電路成本及功耗
圖2 采用低VCEsat BJT和偏置電阻構(gòu)成的充電電路的成本及功耗
鋰離子電池的充電控制器件均嵌在PMU中。PMU控制引腳變高以導(dǎo)通外部調(diào)整管Q1,且充電電流設(shè)為1A。串聯(lián)的肖特基二極管D1需阻塞電池的反向電流。
調(diào)整管Q1和反向阻塞二極管D1上的典型功耗可按以下方式計算：
Q1功耗=I2×R,I=1A,RDS（ON）=60mΩ, Q1功耗=60mW
D1功耗=I×VF,I=1A,VF =360mV,D1功耗=360mW
Q1和D1上的總功耗=420mW
