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双极型大功率电源适配器晶体管的基极驱动电路

6/8/2019 6:50:48 AM      点击:

     20世纪80年代以来,电源适配器领域中,随着绝缘栅型场效应晶体管,如:MOSFET管,或仅仅是FET管等的发展,双极型大功率晶体管逐渐被FET管取代。在以后的设计中,将会更多地使用FET器件。

 

    然而,仍然有一些场合会继续使用双极型晶体管(如线性整流器和低功率场合)。因为它的价格相对较低,应用在线性整流器场合仍然表现出优势。由于双极型晶体管在少数场合仍然表现出优势,并且某些应用中的绝大多数电源适配器最初都是使用双极型晶体管的,所以对于一个设计者来说,熟悉它们的主要特性,了解早期的设计方式,对解决可能发生的故障是非常重要的。

 

    采用双极型晶体管设计电源适配器,首先要合理地选择器件的电压和电流额定值。器件的最大电压和电流应力取决于所选的拓扑、输入电压及其波动范围和输出功率。本章对每个拓扑进行分析时都给出了这些应力的计算公式及其推导过程。

 

    对于功率器件的整体可靠性来说,双极型晶体管基极驱动电路的设计方法和晶体管电压和电流额定值的选择同样重要。下面将讨论基极驱动电路设计的一般规则及典型设计方案。

 

    补充:FET为电压驱动型器件,在驱动脉冲的上升沿和下降沿,电流分别流入和流出门极。在驱动高频大功率器件时,瞬态驱动电流可能会很大,而且导通状态门极电压也可能很高,有些器件高达8V左右。因此,驱动大功率FET会比想象中要困难。而且,FET完全导通和关断时才比较可靠,当它应用在线性场合时,由于开关管只是部分导通,功率损耗不理想所以FET适用于开关电路中。

 

    与MOSFET相比,双极型晶体管为电流驱动型器件,基极电流与集电极电流成比例变化该比例被定义为晶体管的增益。基极需要的驱动电压很小,大概在0。6V左右,基极特性类似于二极管。双极性晶体管多用于线性场合,在其他一些电路中也有应用。将来,双极型晶体管的需求一定不会减少。

 

    电源适配器双极型晶体管的理想基极驱动电路的主要目标

 

    基极输入电流应足够大,使得晶体管在增益最小的情况下,在最大输入电流、最小输人电压时使用最小B值的品体管,并用这个电流驱动品体管,集电极一发射极电压将达到饱和值约为0.5~3.0V。

 

    设计时必须考虑到,晶体管的B值具有4倍的变化范围。电源适配器厂商器件手册(图)中的电流电压曲线(LV)通常对应于典型或常用的B值。可以假设,最小B值是曲线中给出的典型值的一半,最大B值为典型值的两倍

 

    典型高压大电流双极型品体管2N6676(15A,450V)的(L-V)曲线。这样的曲线通常是具有典型B值的管子的曲线。基于厂商提供的产品资料,最低B值的管子的B值大约是图中所示B值的一半,最高B值的管子则大约是其两倍。

 

    补充:对开关管的过驱动会增加存储时间,这个问题会影响晶体管在开关电路中的应用,而不会影响到它在线性整流器中的应用。图所示的贝克钳位电路可以防止过驱动,适用于开关电路中。

 

    在大多数拓扑中,大功率晶体管的电流波形具有从零开始的斜坡形状,或者从某个值开始的斜坡形状。因此基极电流应当足够大,以满足在输入电压最小、负载最大、晶体管的B值最小且达到斜坡峰值时,V电压约为0.5-1.0V。对于工作于不连续模式且峰值电流比平均电流大很多的反激变换器来说基极到动电流的要求更是如此。