开关电源设计：何时选择BJT优于MOSFET？

1万 · 2016-7-31 16:13

　　MOSFET已经是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 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“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。

　　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。

　　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。