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雙極型大功率電源適配器晶體管的基極驅動電路

2019/5/31 20:43:19??????點擊:

     20世紀80年代以來,電源適配器領域中,隨著絕緣柵型場效應晶體管( MOSFET管,或僅僅是FET管)的發展,雙極型大功率晶體管逐漸被FET管取代。在以后的設計中,將會更多地使用FET器件。

 

    然而,仍然有一些場合會繼續使用雙極型晶體管(如線性整流器和低功率場合)。因為它的價格相對較低,應用在線性整流器場合仍然表現出優勢。由于雙極型晶體管在少數場合仍然表現出優勢,并且某些應用中的絕大多數電源適配器最初都是使用雙極型晶體管的,所以對于一個設計者來說,熟悉它們的主要特性,了解早期的設計方式,對解決可能發生的故障是非常重要的。

 

    采用雙極型晶體管設計電源適配器,首先要合理地選擇器件的電壓和電流額定值。器件的最大電壓和電流應力取決于所選的拓撲、輸入電壓及其波動范圍和輸出功率。本章對每個拓撲進行分析時都給出了這些應力的計算公式及其推導過程。

 

    對于功率器件的整體可靠性來說,雙極型晶體管基極驅動電路的設計方法和晶體管電壓和電流額定值的選擇同樣重要。下面將討論基極驅動電路設計的一般規則及典型設計方案。

 

    補充:FET為電壓驅動型器件,在驅動脈沖的上升沿和下降沿,電流分別流入和流出門極。在驅動高頻大功率器件時,瞬態驅動電流可能會很大,而且導通狀態門極電壓也可能很高,有些器件高達8V左右。因此,驅動大功率FET會比想象中要困難。而且,FET完全導通和關斷時才比較可靠,當它應用在線性場合時,由于開關管只是部分導通,功率損耗不理想所以FET適用于開關電路中。

 

    與MOSFET相比,雙極型晶體管為電流驅動型器件,基極電流與集電極電流成比例變化該比例被定義為晶體管的增益。基極需要的驅動電壓很小,大概在0。6V左右,基極特性類似于二極管。雙極性晶體管多用于線性場合,在其他一些電路中也有應用。將來,雙極型晶體管的需求一定不會減少。

 

    電源適配器雙極型晶體管的理想基極驅動電路的主要目標

 

    基極輸入電流應足夠大,使得晶體管在增益最小的情況下,在最大輸入電流、最小輸人電壓時使用最小B值的品體管,并用這個電流驅動品體管,集電極一發射極電壓將達到飽和值約為0.5~3.0V。

 

    設計時必須考慮到,晶體管的B值具有4倍的變化范圍。電源適配器廠商器件手冊(圖)中的電流電壓曲線(LV)通常對應于典型或常用的B值。可以假設,最小B值是曲線中給出的典型值的一半,最大B值為典型值的兩倍

 

    典型高壓大電流雙極型品體管2N6676(15A,450V)的(L-V)曲線。這樣的曲線通常是具有典型B值的管子的曲線。基于廠商提供的產品資料,最低B值的管子的B值大約是圖中所示B值的一半,最高B值的管子則大約是其兩倍。

 

    補充:對開關管的過驅動會增加存儲時間,這個問題會影響晶體管在開關電路中的應用,而不會影響到它在線性整流器中的應用。圖所示的貝克鉗位電路可以防止過驅動,適用于開關電路中。

 

    在大多數拓撲中,大功率晶體管的電流波形具有從零開始的斜坡形狀,或者從某個值開始的斜坡形狀。因此基極電流應當足夠大,以滿足在輸入電壓最小、負載最大、晶體管的B值最小且達到斜坡峰值時,V電壓約為0.5-1.0V。對于工作于不連續模式且峰值電流比平均電流大很多的反激變換器來說基極到動電流的要求更是如此。

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