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说说开关电源设计中何时使用BJT而非MOSFET

发布时间:2017-7-27 9:18:06    浏览次数:333

MOSFET已经是开关电源领域的绝对主力器件。但在一些实例中,与MOSFET相比,双极性结式晶体管 (BJT) 可能仍然会有一定的优势。特别是在离线电源中,成本和高电压(大于 1kV)是使用BJT而非MOSFET的两大理由。
在低功耗(3W 及以下)反激式电源中,很难在成本上击败 BJT。大批量购买时,一个 13003 NPN 晶体管价格可低至 0.03 美元。该器件不仅可处理 700V VCE,而且无需过大的基流便可驱动几百毫安的电流。使用 BJT,增益和功率耗散可能会将实际使用限制在低功耗应用中。在这些低功耗标准下,MOSFET  BJT 之间的效率差异非常细微。下图 1 对比了两个相似 5V/1W 设计的效率。第一个设计是“230VAC 输入、5.5V/250mA 非隔离式反激转换器使用 MOSFET,而另一个设计则是“120VAC 输入、5V/200mA 反激转换器使用 BJT。这并不是完全公平的对比,因为这两个电源在设计上采用不同的输入电压运行,但它说明了它们的效率有多相似。



 1:反激转换器MOSFET设计与BJT设计的效率对比


有些新控制器实际是设计用于驱动 BJT 的,目的是提供最低成本的解决方案。在大多数情况下,具有外部 BJT 的控制器比包含集成型 MOSFET 的控制器便宜。在使用 BJT 控制器进行设计时,必须注意确保 BJT 的基极驱动与增益足以在变压器中提供必要的峰值电流。
在稍微偏高的功率级下,FET  BJT 的效率差异就会变得较为明显,原因在于 BJT 较差的开关特性与压降。但是,对于输入电压高于 100-240VAC 典型家用及商用电压范围的应用来说,BJT 可能仍有优势。工业应用与功率计就是这种情况的两个实例,它们可能需要更高的输入电压。价格合理的 MOSFET 只能用于 1kV 以下。在有些功率计应用中,线路电压可能会超过 480VACrms。在整流器后会达到 680Vdc 以上的电压。对于三相位输入,这一数字可能还会更高。电源开关需要能够承受这种电压以及反射输出电压与漏电峰值。在这些应用中,MOSFET 可能根本就无法作为选项,因此 BJT 就成了最简单、最低成本的解决方案。
我们之前讨论过,当功率级提高到 3W 以上时,BJT 中的开关损失可能就会成为大问题。使用级联连接来驱动 BJT 可以缓解这一问题。下图 2(摘自 PMP7040)是级联连接的工作情况。BJT (Q1) 的基极连接至 VCC 电轨,同时发射极被拉低用以打开开关。在 UCC28610 内部,一个低电压 MOSFET  DRV 引脚拉低,并由一个内部电流感应来安排峰值开关电流。由内部 MOSFET 实现快速关断,因为它与外部高电压 BJT 串联。



 2PMP7040 原理图展示级联连接的工作情况



总之,BJT 可能会在您的电源中具有重要意义,仍然是有一些原因的。在低于 3W 的应用中,它们可能会在不怎么影响性能的情况下,具有低成本优势。在更高电压下,它们可在 MOSFET 选择可能具有局限性的情况下提供更多选择。

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