在開關電源中,是通過三極管開與關的時間比(即占空比)穩定輸出電壓的。在這里,三極管被當作開關使用,利用三極管的放大作用,通過極小的基極電流控制集電極電流。當集電極電流飽和時,認為開關已接通,而集電極電流截止時,則認為開關已斷開。
開關電源雙極性開關管的選擇
導通時間是指,當基極驅動脈沖加入后,集電極電流由零達到飽和值90%所占用的時間。為了排除驅動電流的影響,假設加到基極一發射極之間的控制電流為理想的矩形波,見下圖所示。在基極電流以垂直于X軸的特性上升時,集電極電流Ic并不隨之升高,而是有一延遲時間t。,在此時間內lc呈緩慢曲線上升到Icm的10%。產生延遲時間的原因是:三極管在截止狀態時,基區基本無自由電子,當控制電壓突然升高時,欲使發射結達到VB≥+0.6V,輸入電流必須不斷地給發射結電容充電,以降低PN結的內部電場,然后再向基區發射電子,因而需經過一段時間(ta)。ta正比于發射結電容,反比于發射結的面積。開關管功率越大,必然發射結面積相應增大,欲要減小t。就越加困難。
其增長速度即從Ic由10%到90%曲線的斜率等于該管的hfe。
前面已提到,此段曲線不可能是垂直線,因而形成上升時間tr。很明顯,三極管的hfe越大,Tr越短。經過延遲時間與上升時間之后,三極管Ic=90%的Icm才認為其已經導通,開關閉合,因此導通時間為ta+tr。當驅動脈沖回落至零時,開關的關斷同樣需要一定的時間。
當開關管飽和時,基區必然積累較多的電荷,集電結形成空穴積累,飽和過程中必然出現IB》IC/hFE,這是使三極管進入飽和區的可靠保證。但如果IB遠大于IC/hFE,即處于過飽和狀態(或稱深度飽和狀態),基區存儲電荷越多,集電結空穴積累越嚴重,當驅動脈沖截止時,存儲電荷的消散時間也越長,因而在驅動脈沖截止后,將Ic由90%降低為10%的時間稱為存儲時間ts。從三極管結構來說,基區和集電區越薄,存儲電荷量就越小,tr也就越小。經過ts之后,三極管隨存儲時間基區正偏逐漸消失,Ic隨之下降,形成下降時間tf。
存儲時間ta+tf,即構成開關管關斷時間。導通時間與關斷時間首先取決于三極管的結構和工藝,其次才是設計合理的開關驅動電路。
普通工頻整流二極管正向壓降范圍為1~2V,隨耐壓升高有不同程度的增大。目前其最高反壓可作到5kV以上,最大整流電流達到kA以上。所謂工頻,不單指頻率,還指其波形是正弦波,其反向恢復時間比較慢,因此,此類二極管不適直用在方波逆變器中作整流和阻尼。在開關電源中,也只能用于交流電源整流。
快恢復二極管,指反向恢復時間在50~200ns范圍內,可用于100kHz。以下的開關脈沖的整流、箝位及開關管的阻尼電路等。快恢復二極管的參數與生產工藝有關,反向恢復時間最快的屬外延法生產的二極管.一般手冊中所列最高反壓為其擊穿電壓的80%,選用時需注意留有適當的余量。
肖特基二極管SBD為多數載流子單向導電器件,其開關時間極短,一般為50~100ns。其最大特點是:正向壓降理論上為0.3~0.5V,額定電流不超出0.6~0.8V,比PN結二極管的最大正向壓降1~1.2V低近一倍,因此作低壓大電流脈沖整流十分有利。但肖特基二極管反向電壓較低,大多為40V以下,只有極少數產品能達到100V。一股用于低壓輸出開關電源中和大電流低電壓的脈沖整流電路中。
