功率開關(guān)管
發(fā)布時(shí)間:2024-10-17作者:admin點(diǎn)擊:77
我們使用脈寬調(diào)制(PWM)器構(gòu)成開關(guān)電源時(shí),一定會(huì)選擇功率開關(guān)管進(jìn)行搭配。而在開關(guān)電源中使用的功率開關(guān)管主有雙極型功率開關(guān)管(BJT)、半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)和絕緣柵一雙極型晶體管(IGBT)。
我們?cè)谶x擇開關(guān)電源的功率開關(guān)管時(shí),要注意其導(dǎo)通壓降(或通態(tài)電阻)和開關(guān)速度;功率開關(guān)管的導(dǎo)通壓降和開關(guān)速度與額定電壓有關(guān),額定電壓越高,導(dǎo)通壓降越大,開關(guān)速度越慢。因此,在滿足額定電壓為實(shí)際工作電壓1.2~1.5倍的條件下,應(yīng)盡量選擇低壓功率開關(guān)管。
雙極型功率開關(guān)管(BJT)是具有開關(guān)特性和功率輸出能力的雙極、結(jié)型晶體管;由于有兩種載流子(電子與空穴)流過晶體管, 故稱之為雙極型,這與僅有一種載流子的場(chǎng)效應(yīng)管不同。雙極型功率管屬于電流驅(qū)動(dòng)型功率器件,常用的耐壓值在1kV以下,工作電流從幾安培到幾百安培;主要優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格便宜;而缺點(diǎn)是電流放大系數(shù)低,驅(qū)動(dòng)電流較大,開關(guān)頻率低(幾十千赫以下),所以比較適合中、小功率的開關(guān)電源。
我們?cè)谑褂秒p極型功率開關(guān)管時(shí)要注意:雙極型功率開關(guān)管有一個(gè)以集電極最大電流、集電極最大允許功耗、二次擊穿電流和集電極-發(fā)射極擊穿電壓為邊界的安全工作區(qū)。無論在瞬態(tài)還是穩(wěn)態(tài)下,晶體管的工作電流和工作電壓都不得超出安全工作區(qū)范圍。此外,安全工作區(qū)的邊界值還與環(huán)境溫度、脈沖寬度等參數(shù)有關(guān)。當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí),安全工作區(qū)也應(yīng)降額使用;雙極型功率開關(guān)管的電流放大系數(shù)值較低,其最小值一般為5~10倍;環(huán)境溫度每升高10℃,集電極漏電流就增加一倍,這會(huì)引起關(guān)斷損耗;為降低功率開關(guān)管的導(dǎo)通損耗,它在導(dǎo)通時(shí)一般處于過飽和狀態(tài),這勢(shì)必增加 了存儲(chǔ)時(shí)間,降低開關(guān)速度。為減少存儲(chǔ)時(shí)間,所以需要在功率開關(guān)管關(guān)斷時(shí)給發(fā)射結(jié)加反向電壓,但反向電壓過大,發(fā)射結(jié)將被反向擊穿;為了避免擊穿電流過大,我們可采用電阻來限制反向電流不致過大;為了快速關(guān)斷功率開關(guān)管,可采用抗飽和電路;如下圖所示:
MOSFET屬于絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管;其主要特點(diǎn)是在金屬柵極與溝道之間有一層二氧化硅絕緣層,因此具有很高的輸入電阻(最高可達(dá)10^15Ω);我們依據(jù)開關(guān)管導(dǎo)通方式劃分,可分N溝道管和P溝道管兩種類型;根據(jù)導(dǎo)電方式的不同,MOSFET又分增強(qiáng)型、耗盡型兩種。所謂增強(qiáng)型是指當(dāng)Ugs=0時(shí),開關(guān)管子呈截止?fàn)顟B(tài),加上正確的Ugs(對(duì)N溝道管要求Ugs>0;對(duì)P溝道管則要求Ugs<0)時(shí),多數(shù)載流子就被吸引到柵極,從而“增強(qiáng)”了該區(qū)域的載流子,形成導(dǎo)電溝道。耗盡型則是指當(dāng)Ugs=0時(shí)即形成溝道,加上正確的Ugs(對(duì)N溝道管要求Ugs<0)時(shí),能使多數(shù)載流子流出溝道,
因而“耗盡”了載流子,使管子轉(zhuǎn)向截止。
我們通常使用到的MOSFET功率開關(guān)管一般采用N溝道管,因?yàn)樵谕瑯記r下N溝道管的通態(tài)電阻要比P溝道管小,且開關(guān)速度比N溝管快。由于MOSFET 的源極和漏極結(jié)構(gòu)是對(duì)稱的,因此使用時(shí)互換。對(duì)N溝道管而言,只要在柵極和源極(漏極)之間加上電壓就能雙向?qū)?。因此MOSFET可用作同步整流。MOSFET功率開關(guān)管的工作電流從幾安培到幾百安培,輸出功率從幾十瓦到幾千瓦,開關(guān)頻率可達(dá)幾百千赫至1MHz以上。