何時(shí)使用BJT電源開(kāi)關(guān)

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作者：Brian King

今天，開(kāi)關(guān)電源將把 MOSFET 作為電源開(kāi)關(guān)幾乎是意料之中的事情。但在一些實(shí)例中，與 MOSFET 相比，雙極性結(jié)式晶體管 (BJT) 可能仍然會(huì)有一定的優(yōu)勢(shì)。特別是在離線(xiàn)電源中，成本和高電壓（大于 1kV）是使用 BJT 而非 MOSFET 的兩大理由。

在低功耗（3W 及以下）反激式電源中，很難在成本上擊敗 BJT。大批量購(gòu)買(mǎi)時(shí)，一個(gè) 13003 NPN 晶體管價(jià)格可低至 0.03 美元。該器件不僅可處理 700V VCE，而且無(wú)需過(guò)大的基流便可驅(qū)動(dòng)幾百毫安的電流。使用 BJT，增益和功率耗散可能會(huì)將實(shí)際使用限制在低功耗應(yīng)用中。

在這些低功耗標(biāo)準(zhǔn)下，MOSFET 與 BJT 之間的效率差異非常細(xì)微。下圖 1 對(duì)比了兩個(gè)相似 5V/1W 設(shè)計(jì)的效率。第一個(gè)設(shè)計(jì)是 PMP8968 使用 MOSFET，而另一個(gè)設(shè)計(jì)則是 PMP9059 使用 BJT。這并不是完全公平的對(duì)比，因?yàn)檫@兩個(gè)電源在設(shè)計(jì)上采用不同的輸入電壓運(yùn)行，但它說(shuō)明了它們的效率有多相似。

圖1：PMP8968MOSFET 設(shè)計(jì)與PMP9059BJT 設(shè)計(jì)的效率對(duì)比

有些新控制器實(shí)際是設(shè)計(jì)用于驅(qū)動(dòng) BJT 的，目的是提供最低成本的解決方案。在大多數(shù)情況下，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 控制器進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，必須注意確保 BJT 的基極驅(qū)動(dòng)與增益足以在變壓器中提供必要的峰值電流。

在稍微偏高的功率級(jí)下，F(xiàn)ET 與 BJT 的效率差異就會(huì)變得較為明顯，原因在于 BJT 較差的開(kāi)關(guān)特性與壓降。但是，對(duì)于輸入電壓高于 100-240VAC 典型家用及商用電壓范圍的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，BJT 可能仍有優(yōu)勢(shì)。工業(yè)應(yīng)用與功率計(jì)就是這種情況的兩個(gè)實(shí)例，它們可能需要更高的輸入電壓。價(jià)格合理的 MOSFET 只能用于 1kV 以下。在有些功率計(jì)應(yīng)用中，線(xiàn)路電壓可能會(huì)超過(guò) 480VACrms。在整流器后會(huì)達(dá)到 680Vdc 以上的電壓。對(duì)于三相位輸入，這一數(shù)字可能還會(huì)更高。電源開(kāi)關(guān)需要能夠承受這種電壓以及反射輸出電壓與漏電峰值。在這些應(yīng)用中，MOSFET 可能根本就無(wú)法作為選項(xiàng)，因此 BJT 就成了最簡(jiǎn)單、最低成本的解決方案（見(jiàn) PMP9044，以下提供鏈接）。

我們之前討論過(guò)，當(dāng)功率級(jí)提高到 3W 以上時(shí)，BJT 中的開(kāi)關(guān)損失可能就會(huì)成為大問(wèn)題。使用級(jí)聯(lián)連接來(lái)驅(qū)動(dòng) BJT 可以緩解這一問(wèn)題。下圖 2（摘自 PMP7040）是級(jí)聯(lián)連接的工作情況。BJT (Q1) 的基極連接至 VCC 電軌，同時(shí)發(fā)射極被拉低用以打開(kāi)開(kāi)關(guān)。在 UCC28610 內(nèi)部，一個(gè)低電壓 MOSFET 將 DRV 引腳拉低，并由一個(gè)內(nèi)部電流感應(yīng)來(lái)安排峰值開(kāi)關(guān)電流。由內(nèi)部 MOSFET 實(shí)現(xiàn)快速關(guān)斷，因?yàn)樗c外部高電壓 BJT 串聯(lián)。

圖2：PMP7040 原理圖展示級(jí)聯(lián)連接的工作情況

總之，BJT 可能會(huì)在您的電源中具有重要意義，仍然是有一些原因的。在低于 3W 的應(yīng)用中，它們可能會(huì)在不怎么影響性能的情況下，具有低成本優(yōu)勢(shì)。在更高電壓下，它們可在 MOSFET 選擇可能具有局限性的情況下提供更多選擇。此外，我們還看到了將級(jí)聯(lián)連接用于提高 BJT 開(kāi)關(guān)性能的方法。下面給出了一些 PowerLab 設(shè)計(jì)的鏈接，以重點(diǎn)說(shuō)明這些方面……

低功耗、低成本 BJT 反激式解決方案：

PMP9059 — 120VAC 輸入、5V/200mA

PMP9074 — 85VAC-265VAC 輸入、12V/3W

高輸入電壓 BJT 反激式解決方案：

PMP6741 — 85Vdc-576Vdc 輸入、24V/12W

PMP9044 — 3 相位 AC 輸入、3.3V/0.5A

級(jí)聯(lián)驅(qū)動(dòng) BJT 反激式解決方案：

PMP6710 — 85VAC-265VAC 輸入、12V/1A

PMP7040.1 — 147-400VAC 輸入、20V/0.25A

原文請(qǐng)參見(jiàn):http://e2e.ti.com/blogs_/b/powerhouse/archive/2013/10/15/powerlab-notes-bjt-power-switches.aspx
編輯：jq