何时使用 BJT 电源开关

作者:Brian King

今天,开关电源将把 MOSFET 作为电源开关几乎是意料之中的事情。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 与 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 PMP8968 使用 MOSFET,而另一个设计则是 PMP9059 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:PMP8968 MOSFET 设计与 PMP9059 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 与 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(见 PMP9044,以下提供链接)。

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 将 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。

2:PMP7040 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。此外,我们还看到了将级联连接用于提高 BJT 开关性能的方法。下面给出了一些 PowerLab 设计的链接,以重点说明这些方面……

低功耗、低成本 BJT 反激式解决方案:

  • PMP9059 — 120VAC 输入、5V/200mA
  • PMP9074 — 85VAC-265VAC 输入、12V/3W

高输入电压 BJT 反激式解决方案:

  • PMP6741 — 85Vdc-576Vdc 输入、24V/12W
  • PMP9044 — 3 相位 AC 输入、3.3V/0.5A

级联驱动 BJT 反激式解决方案:

  • PMP6710 — 85VAC-265VAC 输入、12V/1A
  • PMP7040.1 — 147-400VAC 输入、20V/0.25A

原文请参见: http://e2e.ti.com/blogs_/b/powerhouse/archive/2013/10/15/powerlab-notes-bjt-power-switches.aspx

  • 正在学习开关电源这方面的知识呢,文章很不错,不过我需要的只是一个简单的极性反转开关电源,就用13003电容,电感,二极管直接搭建了。

  • 最近在搞大电流控制,BJT有可能过电流方面可能不行,考虑用双向可控硅,但需要过零才能截止,目前找到打算用igbt,很多人说驱动是要正负电源的,想听听博主的意见

  • 小功率里面BJT 表现比较明显,但是小功率个人感觉应用场景不多,而且BJT容易受到温度的影响(受环境影响),还有BJT的寿命没有MOSFET的长.(以上均为个人观点,欢迎拍砖)

  • 的确在一般的开关电源里MOS关的应用远远大于BJT,之前做个好多DC、DC模块都是用MOS,本以为BJT已经在这行业没有用处,现在看了也不尽其然,成本和高电压(大于 1kV)是使用 BJT 的优势。低功耗低成本的BJT以后也可以多选择了,感谢这篇文章。谢谢

  • 虽然做开关电源好几年了,但设计中开关器件一直使用MOSFET或IGBT,看了这篇文章让我懂得在电源设计中的某些场合竟然可以使用BJT,真是学习了。以后在设计中一定加以注意,这篇文章非常好!