本帖最后由 AppleOrigin 于 2024-12-29 15:54 编辑
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@21小跑堂
三极管的导通和关断过程的速度,影响因素又很多,其中关键的因素是基区电荷的存储和释放的速度,而基区电荷的大小和基极电流大小相关。
上图两个三极管的反相器电路,Q2的基极电流大约是Q1的10倍左右,显然Q2的导通速度要明显快于Q1的导通速度。Q2要比Q1更快进入饱和区。
通过仿真结果,也可以证实。同时由于Q2通道的速度更快,其开通过程的平均功耗也更小,所以三极管在高速应用的场合,可以通过增加基极电流,加快导通速度。
但是导通更快,并不意味关断更快。
下图的仿真表明,Q1和Q2的关断时间是一样的。
对于Q1,从基极电压降低到集电极到高电平(关断),消耗了接近150ns。
但是130ns内有两部分组成,其中A1=130ns,A2=20ns
同样Q2也是花费了150ns,其中B1=145ns,B2=5ns
两个反相器是150ns区间内,这两段时间占比不同
这种关断时间一样的主要原因:就是开启时候存储的基极电荷不同造成的。
在关断过程,就涉及到饱和延迟时间,分别就是上图的A1和B1时间
饱和延迟时间由饱和电荷决定,饱和电荷和基极电流是正比关系
所以减小基极电阻时,尽管可以得到十倍的基极电流,但是还会有十倍的饱和电荷。这就导致饱和延迟时间就近似为常数的。
但是减小基极电阻带来的增大的基极电流的效果,就是上图A2和B2的时间变化,基极电流越大,所以B2的时间就越小,这样就可以在关断时候的损耗,也是由好处的。
现在了解了三极管关断时候速度不能提高的制约因素,可以通过设置开启基极电流和关断基极电流两条指路的办法:在基极电阻上并联电容。就是大名鼎鼎的“加速电容”。
增加适当的加速电容可以增加一个负脉冲的电流,当晶体管截至的时候,可以迅速把饱和电荷从基极移走。在理想的情况下,使用合适的加速电容,可以将饱和延迟时间调整为0.
使用“加速电容”后,在增加负脉冲的电流,同时也会增加负脉冲电压,要注意该负脉冲电压是否会超过BE的耐受值。一般“加速电容”越大,负脉冲电压也会越大。
理解了三极管开关过程由饱和延迟时间这个概念,还可以让三极管不进入深度饱和。在临界饱和状态,减少饱和延迟时间。所以很多方案会使用肖特基钳位二极管,并联在三极管的BC之间,由于肖特基钳位二极管的压降比VBC要低,可以分去一部分基极电流,避免三极管进入深度饱和。
使用二极管钳位的电路后,仿真电路表明关断速度得到提高。基本在Vin基极电压下降的同时,输出Vout电压同步增加,降低了饱和延迟时间。
使用二极管钳位电路,要注意选择反向漏电流小的肖特基。
通过对基本原理电路的理解后,更加有效对实际电路元器件参数的选择。
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