三极管开关速度的讨论

只看该作者 · 2024-12-29 15:53

本帖最后由 AppleOrigin 于 2024-12-29 15:54 编辑

#申请原创#
@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。

只看该作者 · 2025-2-12 19:26

感谢分享，专业。

三极管开关速度的讨论

打赏榜单

相关下载

相关帖子