首页 > 专利信息

第六章半导体元件的识别与代换

汽车电子控制单元中应用了大量电子元器件，对损坏的元件进行识别与代换是维修工作的一个重点，发现问题是前提，解决问题才是根本。本章将对维修中经常遇到的一些半导体元件进行介绍，包括功率三极管、功率元件排、贴片三极管的识别与代换方法，供广大读者朋友参考。

第一节功率三极管

一、功率三极管的常见封装形式

三极管可谓品种繁多，功能各异，在前面的章节中我们对三极管的结构原理及命名规则、基本检测方法进行了介绍，在此我们将对汽车控制单元中应用较多的功率三极管进行更进一步的讲解。

功率三极管的特点是工作电流大、工作温度高，工作于开关状态下的要承受反复的电流冲击，

驱动感性负载的还要承受几倍于工作电压的反向电压，这些因素决定了功率三极管出现故障的几率要远高于工作在低电压、小电流环境下的IC。因此熟悉功率三极管，掌握功率三极管的代换方法对于解决一些常见故障是很有用处的。

功率三极管分为金属壳封装和塑料封装两种。在汽车电子控制单元中应用较多的是塑料封装的产品，因用途及要求不同而具有多种封装形式，见表6－1所示。

表6-2为日本Sanken公司部分功率三极管分类汇总表，这个表主要从VCEO和IC两个方面对三极管进行了分类，从表中可以直观的了解到这两个反映晶体管性能的主要参数，更详细的参数请参阅相关元件技术文档。

日本三肯公司功率晶体三极管分类汇总表表6-2

金属抛光轮在线管理系统

VCEC

(V)

集电极电流IC(A)

C3678

C4020

C4299

C4304

C4445

C4908

C3679

C4300

C3680

C4301

CC5002

C5003

C5124

600

C5249

C4706

550

C4517

C4517A

C5239

C4518

C4518A

C5287

C3927

C4557

500

C3830

C4907

C3831

400

C4073

C4418

C4662

C5130

C3832

C3890

C4130

C4546

C4138

C4296

C3833

C4297

C5071

C4139

C4298

C4434

C4140

380

D2141

300

C2023

C5333

250

D2017

230

A1294

C3263

A1259

C3264

200

A1668

C4382

D2016

C5271

D2557

D2558

A1386A

A1492

A1673

C3519A

C3856

C4388

A1216

C2922

180

A1859A

C4883A

A1386A

A1492

A1673

C3519A

C3856

C4388

A1216

C2922

160

A1215

A1386

C2921

C3519

150

A1667

A1859

C4381

C4883

B1559

B1587

D2389

D2438

A1186

B1560

B1588

C2837

D2390

D2439

B1570

D2401

A1303

A1860

C3284

C4886

B1647

B1649

D2560

D2562

B1648

D2561

140

A1695

A1909

C4468

C5101

120

D2015

D1769

D1785

D2045

C3834

C3835

C4153

A1694

A1908

C4467

C5100

B1259

D2081

B1382

B1420

D2082

B1383

D2083

110

B1624

B1625

B1626

B1659

D2493

D2494

D2495

D2589

100

B1258

C3852A

A1488A

C3851A

D2014

A1693

A1725

A1726

A1907

C4466

C4511

C4512

C5099

C3852

A1262

A1488

B1257

C3179

C3851

D1796

A1568

B1351

B1352

C4065

C4495

C4024

A1567

A1746

C4064

C4131

C5370

三、达林顿晶体三极管

达林顿管(DT)也称复合三极管。它是将两只或多只三极管的集电极连接在一起，而将第一只三极管的发射极直接接到第二只三极管的基极，依次级连复合而成，并引出e、b、c三个电极。图6-1中所示是由两只PNP或NPN型三极管构成的达林顿管的基本电路。如果设达林顿管是由于N只三极管构成，而每只三极管的直流放大系数分别为hFE1、hFE2、hFE3 ……hFEN，则达林顿管总的放大系数约为各管放大系数的乘积，即

hFE≈hFE1×hFE2×hFE3×……×hFEN

所以，达林顿管的放大系数可以做得很高，hFE值可达几千甚至几十万倍。在汽车电子电路中，达林顿管的典型应用是用于控制点火线圈，从早期的单纯的电子点火到现在的发动机集中控制，都可以看到达林顿管的身影。表6-3给出一些常见达林顿三极管的主要参数。

四、功率三极管代换方法

功率三极管的代换有一定的方法，如果掌握了晶体管的置换(代换)原则，就能使工作更有成效。其置换(代换)原则可划分为三种：即类型相同、特性相近、外形相似。

部分达林顿三极管参数表表6-3

型号	Pc(W)	Vceo(V)	Ic(A)	hFE（min）	ƒT(MHZ)	封装形式
2SBl626	30	衣架制作110	6	5000	100	FM20(T0220F)
2SD2495					60
2SBl659	50				100	MT-25(T0220)
2SD2589					60
2SBl624	60				100	MT-100(T03P)
2SD2493					60
2SBl625	60				100	FMl00(703PF)
2SD2494					60
2SBl587	75	150	8		65
2SD2438					80
2S1559	80		10		65	MT-100(703P)
2SB2389					80
2SBl588	80		15		50	FMl00(T03PF)
2SD2439					55
2SBl649	85	200			45
2SD2562					70
2SBl560	100	150	10		50	MT-100(703P)
2SD2390					55
应急通信系统 2SBl647	130		15		45
2SD2560					70
2SBl570	150	150	12		50	MT-200(螺丝安装)
2SD2401					55
2SBl648	200		17		45
2SD2561					70

1．类型相同

(1)材料相同。即锗管换锗管，硅管换硅管。

(2)极性相同。即NPN型管换NPN型管，PNP型管换PNP型管。

(3)实际型号一样，标注方法不同，如：D1555同2SDl555；3DG9014同9014；贴片管用代号来代表原型号等，稍后章节有介绍。但也不排除同一型号因为生产厂家的不同，参数差别极大的情况。

2．特性相近

用于置换(代换)的晶体管应与原晶体管的特性要相近，它们的主要参数值及特性曲线应相差不多或优于原管，对于不同的电路，应有所偏重。一般采说，只要下述主要参数相近，即可满足置换(代换)要求。

(1)集电极最大直流耗散功率(PCM)。

一般要求用户PCM与原管相等或较大的晶体管进行置换(代换)。如果原晶体管在电路中

实际直流耗散功率远小于其PCM，也可以用PCM较小的晶体管置换(代换)。

(2)集电极最大允许直流电流(ICM)。

一般要求用ICM与原管相等或较大的晶体管进行置换(代换)。

实际不同厂家关于／侧的规定有所不同，有时差别很大，我们要注意到厂家给出的测试条件。常见的有以下几种：

①根据集电极引线允许通过的最大电流值确定ICM。这个数值可能很大，例如，一只PCM=200mW的晶体管，其ICM可能会超过lA。

②根据PCM确定ICM，即PCM=ICM×UCE,确定ICM。由于晶体管类型的不同，相同的户肋值的出的ICM值是不同的，例如PCM都是10W的普通晶体管2SC2209和开关管2SC2214，其ICM值却分别为1.5A和4A。

③晶体管参数(饱和压降、电流放大系数等)允许变化的极限值确定ICM。例如3DDl03A晶体管的ICM是按其β值下降到实测值的1／3时确定的(ICM=3A)。

(3)击穿电压。

用于置换(代换)的晶体管，必须能够在实际电路中安全地承受最高工作电压。晶体管的击穿电压参数主要有以下5个：

①BVCBD：集电极—基极击穿电压。它是指发射极开路，集电极电流Ic为规定值时，集电极—基极闻的电压降(该电压降称为对应的击穿电压，以下的相同)。 ②BVCEO：集电极—发射极击穿电压。它是指基极开路，集电极电流Ic为规定值时，集电极贴片三极管—发射极的电压降。

③BVCE(sat)：集电极—发射极饱和压降。集电极和发射极在规定的饱和条件下的压降。

④BVBE(sat)：基极—发射极饱和压降。基极和发射极在规定的饱和条件下的压降。

⑤BVEBO：集电极开路，发射极—基极的击穿电压。

在晶体管置换(代换)中，主要考虑BVCBO和BVCEO，对于开关晶体管还应考虑BVEBO。一般来说，同一晶体管的BVCBO>BVCEO。通常要求用于置换(代换)的晶体管，其上述三个击穿电压应不小于原晶体管对应的三个击穿电压。

(4)频率特性。

晶体管频率特性参数，常用的有以下4个：

①特征频率，ƒT数据加密存储：它是指在测试频率足够高时，使晶体管共发射极电流放大系数β=1时的频率。

②β截止频率ƒβ在共发射极电路中，输出端交流短路时，电流放大系数夕值下降到低频(1kHz) β值70．7％(3dB)时的频率。

③α截止频率人：在共基极电路中，输出端交流短路时，电流放大系数。值下降到低频(1kHz)β值70．7％(3dB)时的频率。

④最高振荡频率ƒMAX当晶体管的功率增益为1时的工作频率。

在置换(代换)晶体管时，主要考虑ƒT与ƒβ。通常要求用于置换的晶体管，其ƒT与ƒβ应不小于原晶体管对应的ƒT与ƒβ。半导体管有高频管和低频管之分，晶体管ƒT低于3MHz为低频管，反之，为高频管。

(5)其它参数。

除以上主要参数外，对于一些特殊的晶体管，在置换(代换)时还要考虑其开关参数、是否是带有内置电阻等。

3.外形相似

小功率晶体管一般外形均相似，只要各个电极引出脚标志明确，且引出线排列顺序与待换管一致，即可进行更换。

大功率晶体管的外形差异较大，置换(代换)时应选择外形相似、安装尺寸相同的晶体管，以便安装和保持正常的散热条件。如实在没有，也可以用塑封管代替铁封管。

第二节功率元件排

这里之所以这样称呼，是因为目前还没有一个很确切的名字，类似的产品在国内应用较少，但是在汽车控制单元，尤其是发动机电脑里面，这种产品有着广泛的应用。这种元件

与分立的三极管或MOS管相比，最显著的特点就是集成度高，可以大大减少功率元件所占用的空间，缩小电脑的尺寸。再有，多个功率元件集成在一个芯片之中，一致性高，稳定性好。

一、日立4AK、4AJ系列MOS FET(金属氧化物场效应管)

日立的4AKl9 MOS FET排全称为硅材料N沟道高速功率开关MOS FET，其主要特征如下：

·低于导通电阻

N沟道：RDS(ON)≤0.5Ω，VGS=10V，ID=2．5A

RDS(ON)≤0.6Ω， VGS=4V，ID=2．5A

·4V栅极驱动器件

· 高容积密度

4AKl9内部集成有四个功率MOS管，采用SP—10封装形式，见图6—2所示，引脚3、5、7、9为漏极；2、4、6、8为栅(门)极；1、10为源极，其电气特性见表6—4所示。

4AKl9主要技术参数(Ta=25℃) 表6-4

项目	符号	额定	单位
漏极——源极电压	VDss	120	V
栅(门)极——源极电压	VGss	±20	V
漏极电流	ID	5	A
漏极峰值电流	ID(PULSE)	10	A
耗散功率	PCH	3.5	W
沟道温度	TCH	150	℃
储存温度	Tstg	－55～+150	℃