开关电源双极性开关管的选择.doc

开关电源双极性开关管的选择
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。
在开关电源双极性开关管的选择
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。
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≥+，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。