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双极性结式晶体管在开关直流电源设计中的使用剖析

MOSFET的定义

金属-氧化物半导体场效应晶体管,简称金氧半场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET)是一种可以广泛使用在模拟电路与数字电路的场效晶体管(field-effect transistor)。MOSFET依照其“通道”(工作载流子)的极性不同,可分为“N型”与“P型” 的两种类型,通常又称为NMOSFET与PMOSFET,其他简称尚包括NMOS、PMOS等。

双极性结式晶体管的定义

又称为双极结型晶体管,英文名称:Bipolar Junction Transistor,英文简称BJT,或者称为半导体三极管,它是通过一定的工艺将两个PN结结合在一起的器件,有PNP和NPN两种组合结构。

MOSFET已经是是开关直流电源范畴的肯定主力器材。但在一些实例中,与MOSFET比较,双极性结式晶体管 (BJT) 也许依然会有必定的优势。特别是在离线直流电源中,本钱和高电压(大于 1kV)是运用BJT而非MOSFET的两大理由。

在低功耗(3W 及以下)反激式直流电源中,很难在本钱上击败 BJT。大批量采购时,一个 13003 NPN 晶体管报价可低至 0.03 美元。该器材不仅可处理 700V VCE,而且无需过大的基流便可驱动几百毫安的电流。运用 BJT,增益和功率耗散也许会将实践运用约束在低功耗运用中。在这些低功耗规范下,MOSFET 与 BJT 之间的功率区别十分纤细。下图 1 比照了两个类似 5V/1W 规划的功率。第一个规划是“230VAC 输入、5.5V/250mA 非阻隔式反激转换器”运用 MOSFET,而另一个规划则是“120VAC 输入、5V/200mA 反激转换器”运用 BJT。这并不是完全公正的比照,由于这两个直流电源在规划上选用不一样的输入电压运转,但它说明晰它们的功率有多类似。
两个类似 5V/1W 规划的功率。第一个规划是“230VAC 输入、5.5V/250mA 非阻隔式反激转换器”运用 MOSFET,而另一个规划则是“120VAC 输入、5V/200mA 反激转换器”运用 BJT


有些新控制器实践是规划用于驱动 BJT 的,意图是供给最低本钱的解决方案。在大多数情况下,具有外部 BJT 的控制器比包括集成型 MOSFET 的控制器廉价。在运用 BJT 控制器进行规划时,必须留意保证 BJT 的基极驱动与增益足以在变压器中供给必要的峰值电流。

在稍微偏高的功率级下,FET 与 BJT 的功率区别就会变得较为明显,因素在于 BJT 较差的开关特性与压降。可是,关于输入电压高于 100-240VAC 典型家用及商用直流电源电压规模的运用来说,BJT 也许仍有优势。工业运用与功率计即是这种情况的两个实例,它们也许需求更高的输入电压。报价合理的 MOSFET 只能用于 1kV 以下。在有些功率计运用中,线路电压也许会超越 480VACrms。在整流器后会到达 680Vdc 以上的电压。关于三相位输入,这一数字也许还会更高。直流电源开关需求能够接受这种电压以及反射输出电压与漏电峰值。在这些运用中,MOSFET 也许根本就无法作为选项,因而 BJT 就成了最简略、最低本钱的解决方案。

咱们之前讨论过,当功率级提高到 3W 以上时,BJT 中的开关丢失也许就会成为大疑问。运用级联衔接来驱动 BJT 能够缓解这一疑问。下图 2(摘自 PMP7040)是级联衔接的工作情况。BJT (Q1) 的基极衔接至 VCC 电轨,一起发射极被拉低用以翻开开关。在 UCC28610 内部,一个低电压 MOSFET 将 DRV 引脚拉低,并由一个内部电流感应来组织峰值开关直流电源电流。由内部 MOSFET 完成快速关断,由于它与外部高电压 BJT 串联。

总归,BJT 也许会在您的直流电源中具有重要意义,依然是有一些因素的。在低于 3W 的运用中,它们也许会在不怎么影响功能的情况下,具有低本钱优势。在更高电压下,它们可在 MOSFET 挑选也许具有局限性的情况下供给更多挑选。


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