1. 三极管
    +关注
    关注 3
    文章 639
    浏览量 52360
  2. 开关电源
    +关注
    关注 142
    文章 2753
    浏览量 220613
  3. 双极性晶体管
    关注 0
    文章 3
    浏览量 5598

开关电源双极性晶体管的开关特性

半导体动态 2018-01-12 09:12 次阅读
所谓双极性,是指有两个PN结的普通开关三极管,在“彩显”中一般作为开关电源、行输出级和S校正电路的切换开关。三极管的开关状态和模拟放大状态的要求明显不同,对开关特性的描述也不是通常的fT、fa所能概括的。 在开关电源中,是通过三极管开与关的时间比(即占空比)稳定输出电压的。在这里,三极管被当作开关使用,利用三极管的放大作用,通过极小的基极电流控制集电极电流。当集电极电流饱和时,认为开关已接通,而集电极电流截止时,则认为开关已断开。 但是,三极管的开/关并非处于理想状态,导通时尚有其饱和压降VCES,断开时其IC≠0,而具有一定的ICEO。与理想开关相比,晶体管作为开关并非完全随基极控制电流同时进行开/关,其中存在一定的过程。 为了研究三极管开/关此瞬间过程,首先对开/关的相对值作一规定,即当集电极电流达到其最大饱和电流90%时,认定它已接通,而集电极电流下降为I。的10%时,认为它已经断开。按此标准计量,三极管开/关过程所需时间作为衡量三极管的开关特性的比较标准。 aHR0cHM6Ly9tbWJpei5xcGljLmNuL21tYml6X3BuZy9IbGlicTVBN1o2dE84RndBd1JsWTZiSHVHblpIckNTN3FGYldrbzZYZGFZNVllUVluVWc5TFhhR2tLdVBCTU1ZVjZrRXdjUlF1QzNaQ1NDSnppY0NHeUhnLz93eF9mbXQ9cG5n 晶体管工作在开关状态和工作在线性放大状态有完全不同的要求。放大状态要求三极管的Ic应该完全受控于IB,且两者有稳定的线性关系,包括放大后的模拟波形和输入波形有完全相同的包络线。开关状态则要求三极管的基极电流达到Icm/hfe,其集电极电流立即上升到Icm,不应有过渡过程。但实际上这是不可能的,因为三极管是利用其放大特性工作于开关状态的。 任何三极管其IC-IB特性均为与x轴有一夹角的斜线,该斜线的斜率(即夹角)永远不会垂直于X轴(即hfe不会无穷大),那么,Ir控制Ic由零增长到Icm也必然要符合斜线的规律才能达到,因而通/断都需一定的时间。 除此而外,双极性晶体管基本放大原理也使开关动作需一定的时间。晶体管处于放大状态,常用最高截止频率(fT)和共基极放大状态最高频率(fa)表示晶体管可工作的频率范围。但是,fT、fa并不能确切的表示晶体管的开关特性,虽然fT、fa越高,三极管的开关特性也越好,但有的晶体管fr、fa相同,其开关特性却不尽相同。因此,三极管的开关特性常用开关的导通时间ton和关断时间toff来表示。 导通时间是指,当基极驱动脉冲加入后,集电极电流由零达到饱和值90%所占用的时间。为了排除驱动电流的影响,假设加到基极一发射极之间的控制电流为理想的矩形波,见下图所示。在基极电流以垂直于X轴的特性上升时,集电极电流Ic并不随之升高,而是有一延迟时间t。,在此时间内lc呈缓慢曲线上升到Icm的10%。产生延迟时间的原因是:三极管在截止状态时,基区基本无自由电子,当控制电压突然升高时,欲使发射结达到VB≥+0.6V,输入电流必须不断地给发射结电容充电,以降低PN结的内部电场,然后再向基区发射电子,因而需经过一段时间(ta)。ta正比于发射结电容,反比于发射结的面积。开关管功率越大,必然发射结面积相应增大,欲要减小t,就越加困难。 发射结的充电速度,不仅与输入驱动脉冲的内阻有关,而且与三极管的截止有关。如果三极管处于深度截止(即反向偏置过大),ta也越慢。当Ic达到10%的Icm时,在驱动脉冲的作用下,Ic随IB呈线性增长。其增长速度即从Ic由10%到90%曲线的斜率等于该管的hfe。 前面已提到,此段曲线不可能是垂直线,因而形成上升时间tr。很明显,三极管的hfe越大,Tr越短。经过延迟时间与上升时间之后,三极管Ic=90%的Icm才认为其已经导通,开关闭合,因此导通时间为ta+tr。当驱动脉冲回落至零时,开关的关断同样需要一定的时间。 当开关管饱和时,基区必然积累较多的电荷,集电结形成空穴积累,饱和过程中必然出现IB>IC/hFE,这是使三极管进入饱和区的可靠保证。但如果IB远大于IC/hFE,即处于过饱和状态(或称深度饱和状态),基区存储电荷越多,集电结空穴积累越严重,当驱动脉冲截止时,存储电荷的消散时间也越长,因而在驱动脉冲截止后,将Ic由90%降低为10%的时间称为存储时间ts。从三极管结构来说,基区和集电区越薄,存储电荷量就越小,tr也就越小。经过ts之后,三极管随存储时间基区正偏逐渐消失,Ic随之下降,形成下降时间tf。 aHR0cHM6Ly9tbWJpei5xbG9nby5jbi9tbWJpel9wbmcvSGxpYnE1QTdaNnRPOEZ3QXdSbFk2Ykh1R25aSHJDUzdxaWNZT2V6dGxXeTNLYUlzWllTUEVQOEp6R0p1WTZxdGlhbm9PV2paQVZ6ekNOZzcxNVp6VzFneGcvP3d4X2ZtdD1wbmc= 存储时间ta+tf,即构成开关管关断时间。导通时间与关断时间首先取决于三极管的结构和工艺,其次才是设计合理的开关驱动电路。 导通时间和截止时间构成开关管的导通损耗和截止损耗。因为在此时间内,三极管处于放大区,其管压降必然增大,功耗随之增加。与此相同的原理,二极管也有导通/截止时间,不过,在开关电源中,影响最大的是二极管的反向恢复时间。当二极管导通后,外加脉冲降为零,二极管并不会立即截止,恢复到截止需一定时间(与上述相同的原因)。当工作频率升高时,正向脉冲过后二极管不能及时恢复,其单向导电性则使电路处于短路状态。二极管的恢复时间除取决于PN结、N电容以外,还与工艺结构有关,因此有普通工频整流二极管、快恢复二极管、肖特基二极管之分。 普通工频整流二极管正向压降范围为1~2V,随耐压升高有不同程度的增大。目前其最高反压可作到5kV以上,最大整流电流达到kA以上。所谓工频,不单指频率,还指其波形是正弦波,其反向恢复时间比较慢,因此,此类二极管不适直用在方波逆变器中作整流和阻尼。在开关电源中,也只能用于交流电源整流。 快恢复二极管,指反向恢复时间在50~200ns范围内,可用于100kHz。以下的开关脉冲的整流、箝位及开关管的阻尼电路等。快恢复二极管的参数与生产工艺有关,反向恢复时间最快的属外延法生产的二极管.一般手册中所列最高反压为其击穿电压的80%,选用时需注意留有适当的余量。 肖特基二极管SBD为多数载流子单向导电器件,其开关时间极短,一般为50~100ns。其最大特点是: 正向压降理论上为0.3~0.5V,额定电流不超出0.6~0.8V,比PN结二极管的最大正向压降1~1.2V低近一倍,因此作低压大电流脉冲整流十分有利。但肖特基二极管反向电压较低,大多为40V以下,只有极少数产品能达到100V。一股用于低压输出开关电源中和大电流低电压的脉冲整流电路中。

半导体动态 技术专区

  1. 关于硬件供电的模拟与数字信号的问题及建议
  2. 汽车座舱交互方式迎来变革期,或成为人工智能发展创新突破口!
  3. 电子人都想要的2017年度电子行业与技术年终总结报告
  4. 鸿运国际微信公众号粉丝卡片晒图领资料,还有500元京东E卡等你抱走!
  5. 示波器使用技巧,就应该这么用!
关注鸿运国际微信
有趣有料的资讯及技术干货
下载发烧友APP
打造属于您的人脉电子圈
关注发烧友课堂
锁定最新课程活动及技术直播
收藏 人收藏
分享:

评论

相关推荐

解析开关电源中光耦的作用与光耦反馈接法

在一般的隔离电源中,光耦隔离反馈是一种简单、低成本的方式。但对于光耦反馈的各种连接方式及其区别,目前....
的头像 传感器技术 发表于 02-17 19:32 次阅读 0条评论
解析开关电源中光耦的作用与光耦反馈接法

开关电源灌胶的目的、要求和对胶的看法 以及EMI变差的原因

1、防水性,灌封胶将整个产品电气部份严密的包裹起来,与外界完全隔绝;什么水、水气、酸碱盐都挨不到电路....
的头像 电源研发精英圈 发表于 02-09 16:01 次阅读 0条评论
开关电源灌胶的目的、要求和对胶的看法  以及EMI变差的原因

npn三极管三个管脚如何判别

三极管最基本的作用是放大作用,它可以把微弱的电信号变成一定强度的信号,当然这种转换仍然遵循能量守恒,....
发表于 02-09 14:06 次阅读 0条评论
npn三极管三个管脚如何判别

24v开关电源电路图大全(五款电源电路设计原理图详解)

本文主要介绍了24v开关电源电路图大全(五款模拟电路设计原理图详解)。24V开关电源,是高频逆变开关....
发表于 02-07 09:29 次阅读 0条评论
24v开关电源电路图大全(五款电源电路设计原理图详解)

多种开关电源输出滤波器技术逐步骤的设计过程解析

实践证明,在很多应用中,经过适当滤波的开关转换器可以代替线性稳压器从而产生低噪声电源。哪怕在要求极低....
发表于 02-07 01:01 次阅读 0条评论
多种开关电源输出滤波器技术逐步骤的设计过程解析

60W隔离反激开关电源(SMPS)电路图详解

infineon公司的ICE5QR0680AG是第五代PWM控制器,集成了高压700 V和800 V....
发表于 02-11 05:17 次阅读 0条评论
60W隔离反激开关电源(SMPS)电路图详解

设计滤波器堵住开关电源噪声的方法

开关电源几乎用于所有电子设备中。它们由于尺寸小、成本低和效率高而具有极高的价值。但是,它们最大的缺点....
发表于 02-05 19:25 次阅读 0条评论
设计滤波器堵住开关电源噪声的方法

万能电源模块原理图 常见故障处理方法

开宇牌智能型开关电源也被称为是万能电源模块,几乎都是在VCD,彩电等接收机开关电源维修的重要设备。为....
发表于 02-18 14:52 次阅读 0条评论
万能电源模块原理图 常见故障处理方法

开关电源效率提升技巧汇总

1、在开关电源次级输出端的肖特基上并一个小功率快速二极管来代替RC吸收,效率一般可以提高1~2个点。....
的头像 面包板社区 发表于 02-05 09:19 次阅读 0条评论
开关电源效率提升技巧汇总

只知道电源电路很重要,原理和布线你了解多少?

从理论上讲,线性电源是用户需要多少电流,输入端就要提供多少电流;开关电源是用户需要多少功率,输入端就....
的头像 鸿运国际网工程师 发表于 02-16 11:31 次阅读 0条评论
只知道电源电路很重要,原理和布线你了解多少?

如何用LED改造手电筒

如何用一种发光管改造我们经常使用的手电筒,关键元件是能发白光的发光管,三极管VT用9013或8050....
的头像 人间烟火123 发表于 02-16 11:56 次阅读 0条评论
如何用LED改造手电筒

一款优质电源必然具备:启动性设计

一款优质电源必然具备启动性能好、转换效率高等特点,但你有没有想过宽压电源的输入电压范围那么广,而电源....
的头像 ZLG致远电子 发表于 02-02 09:33 次阅读 0条评论
一款优质电源必然具备:启动性设计

如何正确测试电源纹波 移除多余闲置的探棒

输出电压上的高频噪音,一般是由于MOSFET输出的开关电压V-Phase的振铃引起的,而振铃主要是由....
发表于 02-15 11:38 次阅读 0条评论
如何正确测试电源纹波 移除多余闲置的探棒

led灯开关电源电路图大全(五款模拟电路设计原理图详解)

本文主要介绍了led灯开关电源电路图大全(五款模拟电路设计原理图详解),电路由电容降压电路、整流电路....
发表于 01-31 11:45 次阅读 0条评论
led灯开关电源电路图大全(五款模拟电路设计原理图详解)

三极管放大电路基本原理案例详解

三极管的放大作用就是:集电极电流受基极电流的控制(假设电源能够提供给集电极足够大的电流的话),并且基....
发表于 01-29 11:47 次阅读 0条评论
三极管放大电路基本原理案例详解

烟雾报警器电路图大全(六款模拟电路设计原理图详解)

本文主要介绍了烟雾报警器电路图大全(六款模拟电路设计原理图详解)。方案三中的烟雾报警器由红外发光管、....
发表于 01-26 17:02 次阅读 0条评论
烟雾报警器电路图大全(六款模拟电路设计原理图详解)

igbt芯片工艺流程

IGBT模块具有节能、安装维修方便、散热稳定等特点;当前市场上销售的多为此类模块化产品,一般所说的I....
发表于 01-26 15:54 次阅读 0条评论
igbt芯片工艺流程

开关电源如何判断起振_开关电源不起振原因分析

开关电源,就是一个交流变直流,然后直流再变成交流,交流再变直流的的过程。不稳定的交流市电首先经过整流....
发表于 01-26 13:59 次阅读 0条评论
开关电源如何判断起振_开关电源不起振原因分析

什么是igbt模块_igbt起什么作用

IGBT绝缘栅双极型晶体管,是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电....
发表于 01-26 13:43 次阅读 0条评论
什么是igbt模块_igbt起什么作用

利用DSP芯片设计PWM开关电源的原理及完整解决方案

目前,开关电源以具有小型、轻量和高效的特点而被广泛应用于以电子计算机为主异的各种终端设备和通信设备中....
发表于 01-26 12:07 次阅读 0条评论
利用DSP芯片设计PWM开关电源的原理及完整解决方案
鸿运国际手机欢迎你