新颖中功率NPN三极管ZXTN

# 技术文库 2011-06-14 09:40 来源：中国电力电子产业网

近年来，随着科学技术及半导体工艺技术的发展，半导体器件的性能有了很大的提高。过去在杂志上介绍各类新型集成电路较多，而分立器件则相对报导较少。实际上，最近几年就以双极型晶体管(以下简称三极管)来讲开发出不少新产品，在性能上与老产品相比较有很大的改进：主要是减小功耗、增加输出电流，并且提出崭新的参数概念。

本文介绍Zetex Semiconductor公司在2005～2006年推出的ZXTN系列中功率NPN三极管。用该系列产品来更换老型号的中功率三极管，不仅封装尺寸小，并且由于其功耗小，输出电流大，增加了输出功率，提高了效率，并且可以简化散热措施。

ZXTN系列的主要特点

ZXTN系列有如下的型号：ZXTN19055DZ、ZXTN2005G、ZXTN2005Z、ZXTN2007G及ZXTN2007Z。这些中功率NPN三极管的共同特点：工作电压范围宽，耐压为25～55V，适合大多数工业上应用的电压范围(5～24V)，个别的可用于48V电压下工作；工作温度范围宽，从-55～ +150℃，可应用到温度条件恶劣的汽车工业，也满足军工上的应用要求；最大的特点是饱和电压V _CE(SAT) (或V_CES)很低，在最大连续输出电流I _C(Cont)时，V_CE(SAT)小于250mV，与一般老型号同类三极管相比较，减小了2～5倍；输出电流大，连续输出电流可达5.5～7A；在输出大的集电极电流时，其共发射极直流电流放大系数h_FE的特性极好；特征频率fT高，可达140～150MHz(有的可达200MHz)，既适用于高频，也适用于低频或直流场合，应用十分灵活；封装尺寸小，贴片式SOT-89(4.5mm×2.7mm)或SOT-223(6.5mm×3.5mm)封装。

应用领域

由于ZXTN系列有上述特点，它们的应用领域十分广泛，主要有：螺管线圈、继电器、功率开关、马达驱动(包括直流风扇电机)、DC/DC转换器、LCD背光驱动电路、充电器电路、应急灯电路、汽车照明电路等。

饱和电压V _CE(SAT)低

饱和电压V _CE(SAT) (或用V_CES表示)是三极管的重要参数之一。在三极管放大电路中，集电极(或发射极)总接有负载(以R_L表示)，如图1所示。当电源V_CC一定时，I_C增大时，相应的V_CE必定减小，当V_CE减小到一定程度，I_B再增大，I_C也不再增加，此时三极管失去放大作用，这种状态称为三极管饱和，此时的V_CE被称为饱和电压降，用V _CE(SAT)或V_CES表示。饱和电压降V _CE(SAT)与I_C及I_B有关，I_C越大，则V_CE(SAT)也越大。

图1 三极管结构示意图

一般的双极型三极管的资料中，V _CE(SAT)是在一个确定的I_C及一个确定的I_B条件下给出的。例如，型号为3DD200的NPN中功率三极管的V _CE(SAT)是在I_C=1.5A、I_B=0.15A的条件下给出的，按V _CE(SAT) ≤0.4V、≤0.6V、≤0.8V、≤1.0V分成4挡，用后缀A、B、C、D表示)。在实际上，三极管的V _CE(SAT)与 I_C及I_B有关，在不同的I_C及I_B时给出的V_CE(SAT)才符合实际情况。例如，Zetex公司在NPN中功率管ZXTN19055DZ的资料中的V _CE(SAT)参数如表1所示。

从表1中可看出，在不同的I_C及I_B时给出V_CE(SAT)的典型值与最大值。在I_C=4A、I_B=200mA时，其V_CE(SAT)的典型值才140mV(0.14V)。这个值与3DD200的NPN中功率三极管的V_CE(SAT)相比较要小得多。

V_CE(SAT)小的实际意义

功率三极管的管耗(耗散功率)P_D是一定的，在使用过程中要小于资料上给出的P_D值。在功率三极管用作开关时，其P_D=V _CE(SAT) ×I_Cmax。如果某功率三极管的P_D=2W，其V _CE(SAT)=0.6V，则其最大的I_Cmax为：I_Cmax=P_D/V_CE(SAT)=2W/0.6V=3.3A。

如果新型功率三极管的V_CE(SAT)= 0.2V，则其最大I_Cmax为10A。

若电源电压V_cc=12V，用V_CE(SAT)=0.6V的三极管能驱动负载的最大功率P_OUT为：P_OUT=I_Cmax(V_cc-V _CE(SAT) )=3.3A×(12V-0.6V)=37.6W

若在相同的V_cc条件下，采用V_CE(SAT)=0.2V的三极管，则能负载的最大功率P_OUT为：P_OUT=I_Cmax(V_cc-V _CE(SAT) )=10A×(12V-0.2V)=118W

即采用V _CE(SAT)小3倍的三极管，能驱动大3倍的负载功率。

新的参数RSAT的意义

R_SAT(或R _CE(SAT) )是等效导通电阻，这是在Zetex公司的三极管参数资料中提供的新参数。一般功率MOSFET中采用在一定的V_GS电压下，采用漏极D与源极S之间的导通电阻R_DS(on)作为MOSFET的主要参数之一。在V_GS一定时，R_DS(on)越小，表示其饱和导通时的损耗越小。R_DS(on)的单位是mΩ。近年来，MOSFET的发展使其R_DS(on)不断下降，从几十mΩ已降到几mΩ。新型三极管的V_CE(SAT)不断下降，其R_SAT可以与MOSFET作一个比较。在一定的I_C及饱和状态下，等效导通电阻R_SAT为R_SAT=V_CE(SAT)/I_C

例如，在I_C=6A，饱和管压降 V_CE(SAT)=0.2V时，R_SAT=33mΩ。由于饱和管压降与I_C大小有关，所以在R_SAT的数值前要注明I_C值。例如，在I_C=6A时，R_SAT=33mΩ。如果已知I_C=6A时，R_SAT=33mΩ,则可以按P_D=R_SAT×I_C²求出管耗值，例如，I_C=6A时，R_SAT= 33mΩ,则PD为：P_D=R_SAT×I_C² = 33mΩ×(6A)2=1.188W

用R_SAT这个参数可以与MOSFET的R_DS(on)作一个比较。例如，型号为Si9426DY的N沟道功率MOSFET是20世纪90年代的产品，在V_GS=4.5V时，其R_DS(on)=135mΩ，而ZXTN系列在I_C=6.5A时，R_SAT=23～30mΩ。

h_FE参数的表达方式

在一般的双极型三极管的参数资料中，共发射极直流放大系数h_FE是一个确定的I_C、一个确定的V_CE条件下给出的。例如，某低频功率三极管的h_FE是在I_C=0.5A，V_CE=10V时，给出h_FE=15～180。工厂常用不同颜色的色点给h_FE分档，如红色点为15～40。

实际上，同一三极管在不同I_C时，其h_FE有很大变化。例如，一个在I_C=0.5A、V_CE=2V时测得h_FE=400，同一个管子在I_C=6A、V_CE=2V时，则h_FE可能小于50。

Zetex公司给出的h_FE是较合理的，例如ZXTN19055DZ中功率NPN三极管的h_FE参数如表2所示。