如果我們需要切換更大的電流，那么我們將需要使用更大的晶體管，這意味著物理上更大的封裝，可以更輕松地散熱。

討論雙極結(jié)型晶體管（BJT）時(shí)的重點(diǎn)是用于放大小信號(hào)或切換較小電流的低功率器件，但是如果要切換較大電流該怎么辦？畢竟，我們可能要對(duì)微處理器進(jìn)行的操作之一是使用輸出來運(yùn)行直流電動(dòng)機(jī)或激活螺線管。我們上次討論的2N3904僅限于200mA集電極電流。不需要太多的電動(dòng)機(jī)或螺線管即可。

晶體管電路打開螺線管（模型在LTspice中繪制，來源：Elizabeth Simon）

答案應(yīng)該很明顯。我們需要使用更大的晶體管。通常，采用TO-92封裝的設(shè)備不能散發(fā)很多功率，因此，當(dāng)我說“更大”時(shí)，我指的是物理上較大的封裝，它們可以更容易地散熱（即，較低的熱阻） 。

例如，讓我們看一下意法半導(dǎo)體（ST Microelectronics）的STD1802晶體管的數(shù)據(jù)表。像往常一樣，建議您打印此數(shù)據(jù)表或在屏幕上打開它，以使其更易于遵循下面的討論。

這部分包裝在DPAK盒中。這是一種表面貼裝設(shè)備（SMD），在一側(cè)有一個(gè)大凸耳，在另一側(cè)有兩條引線（和第三根引線）。大凸耳在零件下方延伸，并提供了一種有效的方法來散熱器件。這種封裝類型的接線片旨在不依賴于連接外部散熱器，而是旨在焊接到PCB上。然后，使用PCB上的銅區(qū)域?qū)崃可⒉嫉狡骷稀?/p>

在數(shù)據(jù)表的第2頁上，我們看到這些晶體管具有60V的最大集電極-發(fā)射極電壓，最大集電極電流為3A（峰值為6A）。這些等級(jí)應(yīng)該能夠處理大多數(shù)任務(wù)。當(dāng)然，我們必須牢記15W的最大功耗。但是請(qǐng)稍等一下，在15°C的條件下，TC=25oC或更低。提醒一下，TC通常是指外殼溫度，通常高于環(huán)境溫度（特別是如果您要耗散任何功率）。

只是為了好玩，讓我們看一下熱阻，看看它如何與最大功率耗散相匹配。我們得到的唯一熱阻是結(jié)到外殼。這就是我們進(jìn)行此特定計(jì)算所需要的（盡管，正如我們將看到的，總體上它用處不大）。提醒一下，計(jì)算結(jié)溫的公式如下：

代入后，我們得到TJ= 25 + 15 * 8.33 =149.95oC，該溫度剛好低于最高結(jié)溫150oC。

當(dāng)然，我們?nèi)匀徊恢涝谑覝叵聦?shí)際耗散多少功率，因?yàn)檫@取決于外殼溫度，該溫度可能高于環(huán)境空氣溫度。有一個(gè)圖形（第4頁的圖2）告訴我們可以耗散最大功率的百分比，但這也基于外殼溫度。要真正知道我們可以耗散多少功率，我們需要找到一個(gè)應(yīng)用筆記或一些類似的東西，以使我們了解情況與環(huán)境之間可能存在的差異。

之前，我提到過DPAK的功能之一是可以使用板上的銅散熱片。這是一個(gè)復(fù)雜的主題，但是我能夠找到這本英飛凌的特殊主題書。我還找到了此《國際整流器》應(yīng)用筆記和《ST微電子》應(yīng)用筆記。

ST Microelectronics應(yīng)用筆記是針對(duì)MOSFET的，但它具有該BJT部件使用的DPAK封裝的特定信息（我們將“漏極焊盤”替換為“集電極焊盤”，我們應(yīng)該非常接近）。

如果要繼續(xù)學(xué)習(xí)，DPAK部分將從ST應(yīng)用筆記的第5頁開始。首先，它們顯示了DPAK的建議PCB占位面積，然后顯示了RθJ-PCB與漏極焊盤面積的關(guān)系圖。在建議的最小占位面積（約50mm2）下，看起來PCB的熱阻約為62oC/ W。下一頁的功耗計(jì)算顯示最大功耗為2.4W，但這是假定TJMAX為175oC。由于我們的TJMAX為150oC。最大功耗為Pd = 125/62 = 2.02W。

這比數(shù)據(jù)手冊(cè)暗示的15W值小得多。PCB溫度應(yīng)接近環(huán)境溫度，因此這可能是我們可以真正消散的良好估計(jì)。如果我們需要耗散更多功率怎么辦？根據(jù)此應(yīng)用筆記，如果我們?cè)黾勇O焊盤的尺寸，我們可以增加功耗。幸運(yùn)的是，此應(yīng)用筆記包括一個(gè)漂亮的圖表（圖4），該圖表給出了不同結(jié)至環(huán)境溫度差和漏極焊盤面積的允許功耗。

（來源：意法半導(dǎo)體（ST Microelectronics）應(yīng)用筆記）

這些圖顯示的一件事是，盡管焊盤面積的增加會(huì)增加功耗，但您很快就會(huì)達(dá)到收益遞減的地步。查看該圖，我看到所示的最大功耗為5W，看來我們這部分的最大功耗將約為3.8W，所有這些都意味著我們?nèi)赃h(yuǎn)未達(dá)到數(shù)據(jù)上所示的15W。床單。

這種指定最大功率耗散的方式讓我覺得有些欺騙。容易引起粗心的工程師相信他們可以在需要消耗大約15 W功率的設(shè)計(jì)中使用該零件。這個(gè)故事的寓意是仔細(xì)閱讀規(guī)格書并在可能的情況下進(jìn)行“合理性檢查”（因?yàn)槲覀儎倓偅?/p>

但是，我們真的需要消耗那么多的功率來打開螺線管嗎？假設(shè)我們將切換一個(gè)2A負(fù)載，并且該晶體管將處于“關(guān)斷”或完全飽和的狀態(tài)。從數(shù)據(jù)表中可以看到，在2A時(shí)最大的集電極-發(fā)射極飽和電壓為300mV。因此，我們可以乘以電壓降和電流來獲得功率（2A * 300mV = 600mW）。沒問題吧？

好吧，如果我們?cè)僮屑?xì)看一下表，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)IB為100mA，在下一行，VBE為1.2V。我們需要將基礎(chǔ)電流消耗的功率（100mA * 1.2V = 120mW）加到我們的總功率中。這意味著我們的總功耗為600 + 120 = 720mW，這比我們之前討論的15W小得多，也比我們使用應(yīng)用筆記計(jì)算出的2W小得多。

因此，既然我們已經(jīng)確定這可能是一個(gè)合適的晶體管，讓我們對(duì)前面顯示的原理圖進(jìn)行仿真，如下所示：

運(yùn)行SPICE模擬的結(jié)果（來源：Elizabeth Simon）

從仿真結(jié)果看，很明顯，該電路還有其他一些問題需要解決。首先，我們看到，當(dāng)晶體管關(guān)閉時(shí)，輸出電壓峰值超過70V，超過了60V的最大集電極-發(fā)射極最大額定電壓。可以通過添加緩沖電路來輕松解決此問題。另一個(gè)問題是，我們需要大約100mA的電流來驅(qū)動(dòng)基極以導(dǎo)通晶體管。我不知道任何能驅(qū)動(dòng)這么大電流的微處理器。

編輯：hfy