雙極靜電感應(yīng)晶體管(BSIT)

1、雙極靜電感應(yīng)晶體管（BSIT）目前電子節(jié)能燈的最佳用管BSIT是雙極靜電感應(yīng)晶體管的英文縮寫，是靜電感應(yīng)晶體管（SIT）家族中的重要成員。SIT是由日本的西澤潤(rùn)一教授發(fā)明的一類性能介于雙極晶體管和場(chǎng)效應(yīng)晶體管之間的新型器件，具有高頻，高速，高耐壓，大電流，無二次擊穿，負(fù)溫度系數(shù)等許多優(yōu)點(diǎn)，是電力電子行業(yè)中應(yīng)用的重要器件。BSIT是常關(guān)型的靜電感應(yīng)晶體管，從理論上說，它即有雙極晶體管的導(dǎo)通電阻（飽和壓降）小，電流容量大，高耐壓的優(yōu)點(diǎn)又有場(chǎng)效應(yīng)晶體管高頻、高速、無熱二次擊穿、負(fù)溫度系數(shù)的優(yōu)點(diǎn),是一種具有場(chǎng)控器件優(yōu)點(diǎn)的新型電流控制型器件。我們知道，晶體管在電子節(jié)能燈中作為振蕩和功率開關(guān)器件，其性能和

2、質(zhì)量的好壞對(duì)電子節(jié)能燈的壽命有著決定性的影響，同時(shí)也是該產(chǎn)品成本的重要組成部分。根據(jù)我們的試驗(yàn)和研究，有以下幾點(diǎn)看法：1、 電子節(jié)能燈是一種高溫工作的民用產(chǎn)品，有時(shí)使用的溫度環(huán)境十分惡劣，因此特別需要具有良好高溫性能的器件。雙極晶體管具有正的溫度系數(shù)，其電流放大倍數(shù)隨著溫度的升高而增大，如果不留有較大的余量，很容易造成惡性循環(huán)而產(chǎn)生熱擊穿。而BSIT和場(chǎng)效應(yīng)晶體管的放大倍數(shù)具有負(fù)溫度系數(shù)，即在高溫段，它們的放大倍數(shù)隨著溫度的升高而變小，有一種自我平衡的能力，非常合適在高溫下工作。我們做過這樣的試驗(yàn)，取電子節(jié)能燈在常溫下工作時(shí)，BSIT殼溫比雙極晶體管高的產(chǎn)品進(jìn)行高溫對(duì)比，在密閉容器中用60W白

3、熾燈加熱，用雙極晶體管的燈失效后（晶體管失效），繼續(xù)給用BSIT的燈加熱直到燈滅，經(jīng)檢查是線路板焊錫熔化，BSIT產(chǎn)品仍然完好，充分顯示了其高溫工作穩(wěn)定可靠的優(yōu)點(diǎn)。2、 電子節(jié)能燈是一種節(jié)能并在較高頻率下工作的民用產(chǎn)品，在該頻率段，對(duì)器件而言，器件的損耗基本是交流和直流各占一半，因此既需要快的開關(guān)速度也需要低的導(dǎo)通壓降（小的導(dǎo)通電阻）。雙極晶體管雖然有低的導(dǎo)通壓降，但難以得到快的開關(guān)速度，會(huì)產(chǎn)生較大的交流損耗。而對(duì)于場(chǎng)效應(yīng)晶體管，雖然有快的開關(guān)速度，由于導(dǎo)通電阻大，會(huì)產(chǎn)生較大的直流損耗。BSIT產(chǎn)品恰恰同時(shí)滿足了這兩個(gè)要求，因此，損耗小，符合節(jié)能的要求。3、 電子節(jié)能燈是一種生產(chǎn)量很大、家庭廣

4、泛使用的民用產(chǎn)品。因此需要產(chǎn)品本身價(jià)廉物美，所以其使用的器件也必須物美價(jià)廉，便于加工。我們知道，MOS晶體管是高輸入阻抗器件，不能用于電流放大，而且安裝需要很好的防靜電措施，同時(shí)價(jià)格也比較貴；雙極晶體管雖然價(jià)格便宜，但可靠性特別是高溫可靠性比較差，使用時(shí)往往需要留有較大的余量，價(jià)格自然也要上去；而BSIT產(chǎn)品因?yàn)樾阅茉?，使其能夠在同樣情況下，承受更大的功率，所以相對(duì)性能價(jià)格比要比前兩類產(chǎn)品高，產(chǎn)品質(zhì)量的可靠性也好，同時(shí)它是電流控制型器件，可以在現(xiàn)在大量應(yīng)用的電子節(jié)能燈線路中進(jìn)行簡(jiǎn)單調(diào)整后直接使用，因此操作也方便。鑒于上述原因，我們認(rèn)為：BSIT產(chǎn)品是目前電子節(jié)能燈的最佳用管。本公司科研人員很

5、早就開始研制BSIT器件，深入研究了此類器件的機(jī)理和特點(diǎn)，根據(jù)電子節(jié)能燈對(duì)器件的要求，將其一些相關(guān)特點(diǎn)進(jìn)行合理組合，按需選擇，采用了特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，保持了負(fù)溫度系數(shù)的重要特點(diǎn)；選擇了適當(dāng)?shù)拈_關(guān)速度，適當(dāng)?shù)奶卣黝l率，一定的二次擊穿耐量，改善了大電流性能，提高了擊穿特性；我們采用了平面分壓環(huán)終端設(shè)計(jì)，使常溫和高溫漏電流大幅度下降。幾年來，我們逐步完善了對(duì)生產(chǎn)線設(shè)備的選擇和配備。使BSIT的系列產(chǎn)品能夠在我公司的生產(chǎn)線上進(jìn)行高質(zhì)量、高成品率的大生產(chǎn)。生產(chǎn)過程中，我們采用了先進(jìn)的離子注入工藝，精密控制器件的工藝參數(shù)，保證了產(chǎn)品電參數(shù)的一致性和均勻性；采用優(yōu)良的鈍化技術(shù)，保證了產(chǎn)品電參數(shù)的穩(wěn)定性；引進(jìn)的

6、背面蒸發(fā)工藝，保證了產(chǎn)品抗熱疲勞的能力等等；我公司嚴(yán)格、完善的質(zhì)量保證體系，更是充分保證了產(chǎn)品的可靠性。SIT和BSIT的基本工作原理介紹 SIT從器件結(jié)構(gòu)上來說，非常接近JFET（結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管），但它們最根本的差別是SIT的溝道要比JFET短的多，而且溝道中存在多子勢(shì)壘，是在理想情況下達(dá)到短基極化、短溝道化極限的器件。溝道多子勢(shì)壘形成的基本條件是：只依靠柵源PN結(jié)的自建電場(chǎng)就能把溝道充分夾斷。圖1和圖2是SIT的基本工作原理圖。（a）（b）是n型SIT，在VD=0時(shí)，兩個(gè)P+柵區(qū)相距非常近，以致柵PN結(jié)勢(shì)壘區(qū)能夠充分交疊，形成多子勢(shì)壘。（c）和（d）是VD0 時(shí)PN結(jié)勢(shì)壘區(qū)和電子勢(shì)能的分

7、布。圖1、靜電感應(yīng)晶體管中沿溝道中心線電子勢(shì)壘的形成與分布圖2、靜電感應(yīng)晶體管溝道中電子勢(shì)能的二維分布示意圖實(shí)際上SIT溝道中電子勢(shì)能的分布是二維的，圖2（a）和（b）分別是二維變化示意圖和垂直于溝道長(zhǎng)度方向的斷面上電子勢(shì)能的分布圖。SIT溝道中電子勢(shì)壘的高度，既受柵源電壓控制，也受漏源電壓控制，并且與柵區(qū)間距密切相關(guān)。圖3是漏源電壓對(duì)勢(shì)壘影響的示意圖（數(shù)值分析結(jié)果）。其中（a）是表面柵器件，（b）是隱埋柵器件。 圖3、不同漏源電壓下溝道中心線電子勢(shì)能分布圖下面簡(jiǎn)單分析一下SIT的伏安特性。1、 當(dāng)VG=0時(shí)，在VD也較小的情況下，較高的溝道勢(shì)壘阻擋電子不能通過，因此ID=0；隨著VD增加，勢(shì)

8、壘高度Vh降低，能通過勢(shì)壘的電子數(shù)增加，當(dāng)VD增加到一定的數(shù)值時(shí)，Vh降到充分低的程度，使越過勢(shì)壘流向漏極的電子數(shù)多到不可忽視的程度，于是漏電流就開始出現(xiàn)，并將隨著VD的進(jìn)一步增加而上升。2、 當(dāng)VG0時(shí)，則Vh將隨柵源電壓的增大而升高。這時(shí)，為了把Vh降到足以有顯著數(shù)量電子通過的程度，就必須加更高的漏源電壓。當(dāng)VG足夠負(fù)時(shí)，此時(shí)的器件應(yīng)該是處于阻斷狀態(tài)。3、 當(dāng)VG0時(shí)，如果零柵偏壓時(shí)溝道已經(jīng)很好地夾斷，這時(shí)，隨著VG的增大，溝道中多子勢(shì)壘逐漸減弱，勢(shì)壘高度Vh降低，在漏源電場(chǎng)的作用下，通過勢(shì)壘的電子數(shù)增加，當(dāng)VG增加到一定的數(shù)值（一般是0.5V）時(shí)，Vh降到充分低的程度，使越過勢(shì)壘流向漏極

9、的電子數(shù)迅速增加，于是漏電流就開始出現(xiàn)，并將隨著VG的進(jìn)一步增加而上升。由于PN結(jié)的正向阻抗很低，將有很大的注入電流（少數(shù)載流子電流），這時(shí)的SIT也將有很好的電流放大作用。這種用作為電流放大的工作模式和雙極晶體管是一樣的，因此稱為雙極靜電感應(yīng)晶體管，即BSIT。由于存在少數(shù)載流子電流，其電導(dǎo)率調(diào)制效應(yīng)使BSIT具有導(dǎo)通電壓極低的特征，同時(shí)，在關(guān)斷時(shí)，有一個(gè)取決于少數(shù)載流子積累的存儲(chǔ)時(shí)間。從以上介紹可以看到，盡管BSIT的工作模式和雙極晶體管一樣，但BSIT溝道導(dǎo)電的工作機(jī)理卻是與雙極晶體管完全不同，和場(chǎng)控器件十分相似。在日常使用中，雙極晶體管具有應(yīng)用中比較方便的“常閉”特性（即驅(qū)動(dòng)信號(hào)IB為

10、零時(shí)輸出電流IC等于零），但它具有正的溫度系數(shù)而容易產(chǎn)生熱二次擊穿；結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管具有負(fù)的溫度系數(shù)，但它具有“常開”特性，使用不方便；MOS晶體管既具有“常閉”特性，又具有負(fù)的溫度系數(shù)，但它是高輸入阻抗器件，不能用于電流放大；唯有雙極靜電感應(yīng)晶體管，同時(shí)具有“常閉”特性、負(fù)的溫度系數(shù)（大電流時(shí)）、低輸入阻抗這三大特點(diǎn)，用它制造電流控制功率開關(guān)管非常合適。BSIT應(yīng)用簡(jiǎn)介雙極靜電感應(yīng)晶體管（BSIT），由于其hFS具有負(fù)溫度特性，特別適合在高溫環(huán)境工作的電子整流器中作為功率開關(guān)管。在線路中適當(dāng)調(diào)整部分元器件的參數(shù)值，就可以替代雙極型晶體管用于相應(yīng)功率的電子整流器中。用BSIT直接替代雙極型三極

11、管時(shí)部分電路會(huì)出現(xiàn)燈管難點(diǎn)亮或點(diǎn)不亮；點(diǎn)亮后功率比原燈低，三極管溫升偏高，甚至出現(xiàn)崩管現(xiàn)象。這是由于BSIT需要更大的基極驅(qū)動(dòng)電流引起的。換上BSIT進(jìn)行初步調(diào)試時(shí)，用調(diào)壓器逐漸加壓（至220V或更高），觀察啟動(dòng)情況，視具體線路情況可通過：1、適當(dāng)減小基極和發(fā)射極電阻；2、將脈沖變壓器初級(jí)線圈減少12圈；3、將次級(jí)線圈增加13圈； 4、若通過加次級(jí)減初級(jí)線圈的方法仍不能解決啟動(dòng)問題（如三極管溫升偏高），可適當(dāng)減小諧振電容的容值。經(jīng)過初調(diào)220V啟輝、溫升等主要參數(shù)達(dá)到要求后，再結(jié)合高、低壓?jiǎn)⑤x情況，高、低壓工作時(shí)三極管溫升、功率、頻率等技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行綜合調(diào)試。若嫌功率小，可通過減少扼流圈的線圈匝

12、數(shù)或加厚墊片的方法來提高功率。進(jìn)行綜合調(diào)試時(shí)應(yīng)掌握以下內(nèi)在規(guī)律：A）對(duì)典型的觸發(fā)型電壓饋電半橋式逆變器電路進(jìn)行調(diào)試時(shí)：1、減小基極電阻、發(fā)射極電阻、諧振電容值，增加泄放電容值、加次極線圈、減初極線圈時(shí)，可提高功率，工作頻率下降，啟輝性能好，但開關(guān)管溫度高（指輸入180220V電壓正常工作下的溫升）。2、增大基極電阻、發(fā)射極電阻、諧振電容值，減小泄放電容值、減次極線圈、加初極線圈時(shí)，啟輝性能差（低壓難啟輝），但開關(guān)管溫度低（指輸入180220V電壓正常工作下的溫升）。B）對(duì)變異的電壓饋電半橋式逆變器電路（如雙電解延時(shí)啟動(dòng)電路）進(jìn)行調(diào)試時(shí)，除加次極線圈、減初極線圈時(shí)啟輝與上面的相反外，其它則都相同。EN4020宜應(yīng)用于2040W緊湊型節(jié)能燈(實(shí)驗(yàn)室功率45W)和40W及以下的支架燈電子鎮(zhèn)流器， EN1020宜應(yīng)用于1520W緊湊型節(jié)能燈(實(shí)驗(yàn)室功率23W)。EN4070宜應(yīng)用于6585W緊湊型節(jié)能燈(實(shí)驗(yàn)室功率95W)和90W及以下的支架燈電子鎮(zhèn)流器典型實(shí)用線路舉例一：一款4U/45W節(jié)能燈，輸出功率44W。Q1、Q2由3DD13005改用EN4020，R5、R6由1，C9由3n3改為2n2，C10由4n7改為3n3，輸