【導(dǎo)讀】在過(guò)去至少20年間，MOSFET已經(jīng)被選擇為很多開(kāi)關(guān)模式電源設(shè)計(jì)的開(kāi)關(guān)器件。由于它們較高的開(kāi)關(guān)速度和更加簡(jiǎn)便的驅(qū)動(dòng)特性，MOSFET已經(jīng)取代了很多應(yīng)用與功率級(jí)中的雙極性結(jié)型晶體管 (BJT)。然而，對(duì)于基于反激式的低功率AC/DC充電器等應(yīng)用，相對(duì)MOSFET，BJT具有某些明顯的優(yōu)勢(shì)。
由于它們不同的器件結(jié)構(gòu)，高壓BJT的制造成本要低于高壓MOSFET。正因如此，額定電壓在1kV或者以上的BJT的價(jià)格要低于通用輸入離線反激式轉(zhuǎn)換器中常見(jiàn)的600V或650V MOSFET。
優(yōu)勢(shì)是顯而易見(jiàn)的。由于BJT具有較高的電壓額定值，泄露尖峰會(huì)高出幾百伏特，不過(guò)仍然處于所要求的開(kāi)關(guān)降額設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。根據(jù)尖峰的幅度不同，常常有可能在不使開(kāi)關(guān)過(guò)壓的情況下完全移除緩沖器。
移除緩沖器
優(yōu)點(diǎn)：
● 減少了物料清單 (BOM) 上的組件數(shù)量，從而實(shí)現(xiàn)一個(gè)更小、成本有效性更高的解決方案。更為重要的一點(diǎn)是，你可以移除緩沖器二極管，而這通常是一個(gè)600V的部件。
● 減少連接至高壓開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)的組件數(shù)量，從而減小這個(gè)節(jié)點(diǎn)的面積。由于較高的瞬時(shí)電壓變化率 (dv/dt) 和較大的電壓擺幅，這個(gè)節(jié)點(diǎn)中任何的寄生電容都會(huì)產(chǎn)生很明顯的有害電流。這些電流會(huì)產(chǎn)生噪聲信號(hào)，進(jìn)而干擾到控制器或者是電路板上的其它器件，或者是來(lái)自電源的電磁干擾，因此需要濾波以滿足協(xié)調(diào)放射標(biāo)準(zhǔn)。
● 通過(guò)節(jié)省由緩沖器電阻器上的穩(wěn)定狀態(tài)電壓所導(dǎo)致的功率耗散 (= Vreflected/Rsnubber2 )， 可以提高效率。
高輸入電壓
另外一個(gè)可以利用BJT高壓額定值的應(yīng)用就是帶有高壓或三相輸入的應(yīng)用。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的230V三相輸入將有一個(gè)大約565Vdc的峰值線路至線路電壓。這個(gè)峰值電壓往往是連接在一個(gè)單相位之間的設(shè)備的額定值要求，在故障情況下，這個(gè)負(fù)載的一個(gè)相位會(huì)使中性點(diǎn)電壓被拉至其中一個(gè)線路電壓。雖然很多設(shè)計(jì)人員用大型、昂貴且具有較高RDSON 的MOSFET來(lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)條件下的開(kāi)關(guān)額定值，或者通過(guò)將兩個(gè)電壓較低的MOSFET級(jí)聯(lián)在一起去實(shí)現(xiàn)所需額定值，但使用單個(gè)高壓BJT可以同時(shí)減少系統(tǒng)尺寸，減少系統(tǒng)成本。
設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)-EMI。
不使用緩沖器的設(shè)計(jì)人員也許會(huì)擔(dān)心未經(jīng)緩沖的電壓振鈴將增加元件的傳導(dǎo)性放射，并因此需要額外的濾波。
圖1和4顯示的是在緩沖器安裝和移除后，同一元件傳導(dǎo)性放射間的差異。這些波形顯示了兩種情況下泄露電感尖峰間的差異。
如你所見(jiàn)，移除緩沖器不會(huì)在泄露電感振鈴頻率上（大約15MHz）測(cè)量到任何的傳導(dǎo)性放射差異。
圖1：230VAC – 6.5W負(fù)載下，未安裝緩沖器時(shí)的傳導(dǎo)性放射曲線圖
圖2：按照?qǐng)D3中的波形，230VAC – 6.5W負(fù)載下，安裝了緩沖器時(shí)的傳導(dǎo)性放射曲線圖
設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)—驅(qū)動(dòng)電路。
基極驅(qū)動(dòng)電流、晶體管的電流增益和反激式變壓器的磁性電感組合在一起決定了BJT反激式電路能夠提供的峰值功率。這些參數(shù)必須能夠支持工作頻率下，傳送所需輸出功率所要求的初級(jí)峰值電流。
對(duì)于一個(gè)斷續(xù)模式反激式電路的POUT為：
在這里
一個(gè)被用作開(kāi)關(guān)的BJT必須在間隔時(shí)間內(nèi)被驅(qū)動(dòng)為飽和狀態(tài)，以最大限度地減少接通狀態(tài)傳導(dǎo)損耗。換句話說(shuō)，為了生成集電極電流，你必須為BJT提供更多的基極電流，這將才能使集電極電流在初級(jí)電感內(nèi)流動(dòng)：
當(dāng)基極電壓低于Vth時(shí)，會(huì)使基極中過(guò)多的載流子重新組合，延遲了FET的關(guān)閉。非常有必要盡可能減小這個(gè)關(guān)閉延遲的占空比，基于這個(gè)原因，BJT上的開(kāi)關(guān)頻率受到限制，通常為60kHz左右。
理想情況下，提供的基極電流使器件剛剛通過(guò)飽和區(qū)域，并在接通時(shí)間結(jié)束時(shí)到達(dá)激活區(qū)域，從而減少了關(guān)閉時(shí)的載流子數(shù)量，并減少了關(guān)閉延遲。
圖5：器件區(qū)域與Ic、Ib和Vce之間的關(guān)系
BJT所需要的驅(qū)動(dòng)越來(lái)越復(fù)雜是MOSFET在很多應(yīng)用中取而代之的一個(gè)原因。諸如TI UCC28720和UCC28722等器件已經(jīng)通過(guò)根據(jù)負(fù)載動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電流解決了這個(gè)問(wèn)題。在更低的負(fù)載水平上，減少的基極電流確保了基極區(qū)域在關(guān)閉時(shí)不會(huì)有大量的剩余電荷。
這些器件在驅(qū)動(dòng)引腳上還特有一個(gè)1W拉電阻，以便在關(guān)閉期間使基極-發(fā)射極結(jié)短接，這樣的話，BJT可以保持額定集電極到發(fā)射極 (VCES) 電壓。為了保持VCES 額定值，需要在關(guān)閉期間用一個(gè)低阻抗連接將基極節(jié)點(diǎn)與接地短接，并且需要確保在集電極電壓上升到高于Vceo 之前，集電極電流已經(jīng)停止傳送，以避免二次擊穿。
UCC28720和UCC28722為系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員簡(jiǎn)化了驅(qū)動(dòng)，并且實(shí)現(xiàn)了針對(duì)低功率反激式電路的功率BJT插槽式解決方案，從而減少了組件數(shù)量，并降低了系統(tǒng)成本。
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