低VCEsat双极结晶体管和MOSFET的比较
新型低vcesat bjt技术为传统的平面mosfet(电流介于500ma与5a之间的应用)提供了一种可行的低成本替代方案。采用低vcesat bjt有助于设计人员设计出成本更低、更具竞争优势的产品。
便携式产品(如手机、数码照相机、数码摄像机、dvd播放器、mp3播放器和个人数字助理)的设计人员一直面临着压力，既要缩减材料成本，又不能影响产品的性能，这对设计人员而言是真正的挑战，因为他们既要增加产品新特性，又不能对电池使用寿命产生负面影响。
大多数便携式产品正向着集成电源管理单元(pmu)电路的方向发展，这种电路专为控制产品中的不同功能而设计，包括电池充电、电池管理、过压保护、 背光、振动器、磁盘驱动器和外围设备的控制、为照相机和闪光灯单元供电等。将电流控制在500ma以下的电路一般都嵌在pmu中，包括末级调整管。然而， 如果将电流控制在500ma～5a的范围内，外部调整管(mosfet)是首选的典型设计。本文将对mosfet和低vcesat双极结晶体管(bjt) 做一比较，可以看出采用后者不仅可以降低功耗，同时还可以节约成本。
低vcesat bjt与mosfet功能相同，但是成本更低，且在许多情况下，其功耗更低，因此电池使用寿命更长。更低的vcesat bjt器件采用了20多年前开发出来的技术。如今，该项技术着眼于降低正向饱和电压，以获得极低的正向电阻。在电流为1a的情况下，一些新型低 vcesat bjt目前的饱和电压远远低于100mv。这意味着正向电阻低于100mω，因此与成本较高的mosfet相比，极具竞争力。
设计考虑因素
mosfet是一个电压驱动器件，而低vcesat bjt 是电流驱动器件。因此，设计人员需要了解所用pmu 控制电路的电流极限，该pmu 控制电路用以确定采用低vcesat bjt进行设计时的特定电路要求。例如，如果低vcesat bjt要控制1a电流，且其最差情况下的放大倍数为100，此时基极电流最小必须达到10ma，以确保低vcesat bjt达到饱和状态。控制引脚必须能够为低vcesat bjt提供10ma电流以进行直接驱动，否则需要额外的驱动段。
充电电路实例分析
从便携式产品的充电电路可看出(见图1、2)，采用低vcesat bjt 和一个电阻替代调整管q1(功率mosfet 2a, 20v, tsop6 封装)和阻塞肖特基二极管d1。在这个实例中，低vcesat bjt比典型mosfet节约了0.10美元的成本，且功耗降低了261 mw。
图1 mosfet 和肖特基二极管构成的充电电路成本及功耗
图2 采用低vcesat bjt和偏置电阻构成的充电电路的成本及功耗
锂离子电池的充电控制器件均嵌在pmu中。pmu控制引脚变高以导通外部调整管q1，且充电电流设为1a。串联的肖特基二极管d1需阻塞电池的反向电流。
调整管q1和反向阻塞二极管d1上的典型功耗可按以下方式计算：
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上的总功耗=420mw
mosfet和肖特基二极管的大批量成本一般为0.175美元。
充电电路可以采用低 vcesat bjt进行配置，以替代 mosfet和肖特基二极管。由于低vcesat bjt设计本身即具有此功能，因此无须肖特基二极管。pmu上的控制引脚可提供的最大电流为20ma。pmu可以启动电池电压为 3.0v的快速充电。q2处于饱和状态时，集电极和发射极电压约为3.0v，因此基极电压为2.3v。在充电电流为1a的情况下，将安森美半导体 nss35200cf8t1g低vcesat bjt(最小增益为100)驱动至饱和区所需的基极电流应为10ma。为基极电阻选择200ω 的标准电阻值后，可以确保低vcesat bjt处于饱和区，且不超过驱动引脚的限制。
调整管q2和偏置电阻r1上的典型功耗可按以下方式计算：
q2功耗 = i×v, i =1a，vcesat =135mv，q2 功耗=135mw
r1功耗=i2×r,i=1a，r=200ω，r1功耗=24mw
q2和r1上的总功耗 = 159mw
低vcesat bjt和电阻的大批量成本一般为0.10美元。
从上面的计算可以看出，用低vcesat bjt和偏置电阻更换mosfet调整管和肖特基二极管可以为每个器件节约 0.075美元，同时也可使功耗降低261mw，使便携式产品的热设计变得更为简单。
更复杂的电路
采用mosfet调整管特别设计的集成电路可能无法提供将低vcesat bjt直接驱动至饱和区的所需电流。在这些电路中，附加数字晶体管或小型通用mosfet(q4)可以按照图3所示进行使用。
图3 附加数字晶体管或小型通用mosfet构成的充电电路成本及功耗
结果与充电实例相比不十分明显。节约的成本仍为每个器件0.055美元，功耗相同。
使用低vcesat bjt带来更多优点
bjt不易受esd损害，因此可以不提供额外esd保护, 这可以节约成本。由于bjt的导通电压较低(典型值： 0.7v)，因此可以不采用mosfet通常所需的振荡器与电荷泵电路。bjt在转换中等电流时更加高效。
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