摘要： 本文分析了晶體管二次擊穿的現象和產生原因， 并結合開關電源的設計及生產實際， 介紹了緩沖回路的應用及其它有關晶體管防護措施。
隨著電子技術的不斷發展和新型元器件的問世， 開關電源以其體積小、重量輕、效率高、對電網電壓適應范圍寬等優勢， 越來越受到大家的青睞， 在絕大多數領域中取代了傳統的線性電源并被廣泛地應用于不同的電子產品中。
我們知道， 在大部分的開關電源中， 功率開關晶體管工作在高電壓、大電流的高頻脈沖狀態下，在這種條件下的開與關會給晶體管造成很大的沖擊。二次擊穿是造成晶體管損壞的重要原因之一。要設計出高性能、高可靠性的開關電源， 清楚地了解晶體管二次擊穿的有關知識和避免措施很有必要。
現就雙極型晶體三極管的二次擊穿問題作一分析， 并探討有效的解決辦法。
1 關于二次擊穿及防護
1.1 二次擊穿的原因
二次擊穿主要是由于器件體內局部溫度過高造成。溫度升高的原因是當正向偏置時由熱不均衡性引起， 反向偏置時由雪崩擊穿引起。
因為晶體管的熱阻在管子內部各處分布是不均勻的， 在一些薄弱的區域， 溫升將比其它部分高，形成所謂“熱點”， 局部溫引起局部電流增加， 電流增加又使溫度升高， 如此循環直至一個臨界溫度，造成管子的擊穿。
雪崩擊穿引起的二次擊穿是由于發生一次雪崩擊穿后， 在某些點上因電流密度過大， 改變了結的電場分布， 產生負阻效應從而使局部溫度過高的一種現象。
1.2 避免二次擊穿的措施
開通與關斷損耗是影響開關器件正常運行的重要因素。尤其是晶體管在動態過程中易產生二次擊穿的現象， 這種現象又與開關損耗直接相關， 所以減少自關斷器件的開關損耗是正確使用器件的必備措施。要減少損耗可通過兩條途徑來實現：
（1） 在盡量低的集- 射極電壓（ Vce ） 下關斷晶體管；
（2） 射極電壓升高過程中關斷晶體管要盡量減小射極電流。引入緩沖電路是達到上述目的途徑之一。
1.3 開關電源中可選用的緩沖電路
在開關電源的設計中可選用下列緩沖電路， 以確保晶體管在安全區（SOA） 內運行。
1） 常用的關斷緩沖電路是一種耗能式關斷緩沖電路。它雖然耗能較多， 但電路簡單。如圖1 所示。
圖1 常用的關斷緩沖回路
它由RCD 網絡與晶體管開關并聯組成。當晶體管關斷時， 負載電流經二極管D 給電容C充電，使管子的集電極電流逐漸減小。因為電容C 兩端電壓不能突變， 故而其集電極電壓受到牽制。避免了集電極電壓與電流同時達到最大值的情況， 因而不會出現最大的瞬時尖峰功耗。管子開通時， 電容放出能量并將其消耗在電阻上。
2） 兩種常用的耗能式開通緩沖電路。
a.具有非飽和電抗的開通緩沖電路（圖2） ： 電感- 二極管網絡與晶體管集電極串聯， 形成開通緩沖電路。當管子開通時， 在集電極電壓下降期間， 電感Ls 控制電流的上升率di/ dt 。當管子關斷時，貯存在電感Ls 中的能量1/ 2（LsI2m） 通過二極管Ds 續流，其能量消耗在Ds 和電抗器的電阻中。
圖2 具有非飽和電抗的開通緩沖回路
b. 具有飽和電抗器的開通緩沖電路（圖3） ： 采用開通緩沖電路的目的就是為了使正在開通的晶體管在集電極電流較小時， 集電極電壓就下降至0 ， 以使開通損耗最小。特別對電感性負載效果更為顯著。設計的飽和電抗器應作到： 集電極電壓下降到零后， 緩沖電抗器處于飽和態； 在飽和前， 即集電極電壓下降到零前， 電抗器呈高阻， 流過管子的磁化電流很小從而達到減小開通損耗的目的。
圖3 具有飽和電抗的開通緩沖回路
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