7.BJT，MOSFET還是IGBT?
拓?fù)溥x擇與所能用的功率器件有關(guān)。就目前可以買到的功率器件有雙極型（BJT）功率管，MOSFET和IGBT。雙極型管的電壓定額可超過1.5kV，常用1kV以下，電流從幾mA到數(shù)百A；MOSFET在1kV以下，常用500V以下,電流數(shù)A到數(shù)百A；IGBT電壓定額在500V以上，可達(dá)數(shù)kV，電流數(shù)十A到數(shù)kA。
不同的器件具有不同的驅(qū)動(dòng)要求：雙極型晶體管是電流驅(qū)動(dòng)，大功率高壓管的電流增益低，常用于單開關(guān)拓?fù)洹Ｔ诘凸β实街械裙β史秶颂貏e的理由以外，90%選擇MOSFET。
理由之一是成本。如果產(chǎn)品產(chǎn)量大，雙極性管仍然比MOSFET便宜。但是使用雙極型功率管就意味著開關(guān)頻率比MOSFET低，因此磁元件體積比較大。這樣是否還合算？你得仔細(xì)研究研究成本。
高輸入電壓（380V）時(shí)，或推挽拓?fù)浼由纤矐B(tài)電壓要求雙倍以上電壓，選擇功率管你可能感到為難，如果采用雙極型管，你可以買到1500V雙極型管，而目前能買到MOSFET電壓為1000V，導(dǎo)通電阻比BJT大。當(dāng)然，你可能考慮用IGBT，遺憾的是IGBT驅(qū)動(dòng)雖然像MOSFET，而它的開關(guān)速度與雙極型管相似，有嚴(yán)重的拖尾問題。
可見，低壓（500V）以下，基本上是MOSFET天下，小功率（數(shù)百瓦）開關(guān)頻率數(shù)百kHz。IGBT定額一般在500V以上，電流數(shù)十A以上，主要應(yīng)用于調(diào)速，基本上代替高壓達(dá)林頓雙極型管。工作頻率可達(dá)30kHz，通常在20kHz左右。因?yàn)閷?dǎo)通壓降大，不用于100V以下。
（a）IGBT與MOSFET并聯(lián)（b）BJT與MOSFET串聯(lián)
為了提高IGBT或BJT的開關(guān)速度，也可將MOSFET與BJT或IGBT組合成復(fù)合管。圖3(b)中U(BR)CBO/70A的BJT與50V/60A的MOSFET串聯(lián)，用于三相380V整流電感濾波輸入（510V）雙端正激3kW通信電源中。
導(dǎo)通時(shí)首動(dòng)功率MOSFET，這時(shí)BJT工作在共基極組態(tài)，發(fā)射極輸入電流，或因MOSFET導(dǎo)通漏極電壓下降，BJT發(fā)射結(jié)正偏，產(chǎn)生基極電流，導(dǎo)致集電極電流，通過比例驅(qū)動(dòng)電路形成正反饋，使得BJT飽和導(dǎo)通。當(dāng)關(guān)斷時(shí)，首先關(guān)斷MOSFET，發(fā)射結(jié)反偏，使得BJT迅速關(guān)斷。共基極頻率特性是共射極的β倍。提高了關(guān)斷速度。低壓MOSFET導(dǎo)通電阻只有mΩ數(shù)量級(jí)，導(dǎo)通損耗很小。實(shí)際電路工作頻率為50kHz。
MOSFET與IGBT并聯(lián)也是利用MOSFET的開關(guān)特性。要達(dá)到這一目的，應(yīng)當(dāng)這樣設(shè)計(jì)MOSFET和IGBT的驅(qū)動(dòng)：開通時(shí)，PWM信號(hào)可同時(shí)或首動(dòng)MOSFET導(dǎo)通，后導(dǎo)通IGBT。IGBT零電壓導(dǎo)通。關(guān)斷時(shí)，先關(guān)斷IGBT，IGBT是零電壓關(guān)斷；在經(jīng)過一定延遲關(guān)斷MOSFET。MOSFET承擔(dān)開關(guān)損耗；在導(dǎo)通期間，高壓MOSFET導(dǎo)通壓降大于IGBT，大部分電流流過IGBT，讓IGBT承擔(dān)導(dǎo)通損耗。這種組合實(shí)際例子工作頻率50kHz，3kW半橋拓?fù)洹?br />
8.連續(xù)還是斷續(xù)
電感(包括反激變壓器)電流（安匝）連續(xù)還是斷續(xù)：在斷續(xù)模式的變換器中，電感電流在周期的某些時(shí)刻電流為零。電流（安匝）連續(xù)是要有足夠的電感量維持最小負(fù)載電流ILmin（包括假負(fù)載），在周期的任何時(shí)刻電感都應(yīng)當(dāng)有電流流通。即
其中T－開關(guān)周期；D＝Ton/T－占空比；Ton－晶體管導(dǎo)通時(shí)間。我們假定整流器的正向壓降與輸出電壓相比很小。要是最小負(fù)載電流為零，你必須進(jìn)入斷續(xù)模式。
在實(shí)際電源設(shè)計(jì)時(shí)，一般電源有空載要求，又不允許電感體積太大，在輕載時(shí)肯定斷續(xù)，在這種情況下，有時(shí)設(shè)置假負(fù)載，并當(dāng)負(fù)載電流超過使假負(fù)載斷開，否則可能引起閉環(huán)控制的穩(wěn)定性問題，應(yīng)當(dāng)仔細(xì)設(shè)計(jì)反饋補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。
同步整流是一個(gè)例外。變換器應(yīng)用同步整流總是連續(xù)模式，沒有最小電感要求。
9.同步整流
在現(xiàn)今許多低輸出電壓應(yīng)用場合，變換器效率比成本更（幾乎）重要。從用戶觀點(diǎn)來說，比較貴的但高效率的變換器實(shí)際上是便宜的。如果一臺(tái)計(jì)算機(jī)電源效率低，真正計(jì)算時(shí)間常常很少，而待機(jī)時(shí)間很長，將花費(fèi)更多的電費(fèi)。
如果效率很重要，就要考慮采用同步整流技術(shù)。即輸出整流采用MOSFET。當(dāng)今可買到許多IC驅(qū)動(dòng)芯片既能驅(qū)動(dòng)場效應(yīng)管，也能很好驅(qū)動(dòng)同步整流器。
采用同步整流的另一個(gè)理由是它將電流斷續(xù)模式工作的變換器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏鬟B續(xù)工作模式。這是因?yàn)榧词箾]有負(fù)載，電流可以在兩個(gè)方向流通（因?yàn)镸OSFET可以在兩個(gè)方向?qū)ǎ＿\(yùn)用同步整流，解除了你對(duì)模式改變的擔(dān)心（模式改變可能引起變換器的不穩(wěn)定）和保證連續(xù)的最小電感要求。
同步整流一個(gè)問題這里值得提一下。主開關(guān)管在同步整流導(dǎo)通前關(guān)斷，反之亦然。如果忽略了這樣處理，將產(chǎn)生穿通現(xiàn)象，即輸入（或輸出）電壓將直接對(duì)地短路，而造成很高的損耗和可能導(dǎo)致失效。在兩個(gè)MOSFET關(guān)斷時(shí)間，電感電流還在流。
通常，MOSFET體二極管不應(yīng)當(dāng)流過電流，因?yàn)檫@個(gè)二極管恢復(fù)時(shí)間很長。如假定MOSFET截止時(shí)體二極管流過電流，當(dāng)體二極管恢復(fù)時(shí)，它在反向恢復(fù)起短路作用，所以一旦輸入（或輸出）到地通路，發(fā)生穿通，就可能導(dǎo)致變換器失效，如圖4（b）所示。
解決這個(gè)問題可用一個(gè)肖特基二極管與MOSFET的體二極管并聯(lián)，讓它在場效應(yīng)管截止時(shí)流過電流。（因?yàn)樾ぬ鼗恼驂航当润w二極管低，肖特基幾乎流過全部電流，體二極管的反向恢復(fù)時(shí)間與關(guān)斷前正向電流有關(guān)，所以這時(shí)可以忽略）
10.電壓型與電流型控制
開關(guān)電源設(shè)計(jì)要預(yù)先考慮是采用電壓型還是電流型控制，這是一個(gè)控制問題。幾乎每個(gè)拓?fù)涠伎梢圆捎脙烧咧弧ｋ娏餍涂刂瓶梢灾饌€(gè)周期限制電流，過流保護(hù)也變得容易實(shí)現(xiàn)。同時(shí)對(duì)推挽或全橋變換器可以克服輸出變壓器的磁偏。但如果電流很大，電流型需要檢測電阻（損耗很大功率）或互感器（花費(fèi)很多錢）檢測電流，就可能影響你的選擇。不過這樣過流保護(hù)檢測倒是順?biāo)浦哿恕５牵绻惆央娏骺刂菩陀糜诎霕蜃儞Q器，有可能造成分壓電容電壓不平衡。所以對(duì)于大功率輸出，應(yīng)當(dāng)考慮選擇那一種更好。
11.結(jié)論
你在設(shè)計(jì)一個(gè)電源之前，應(yīng)當(dāng)預(yù)先知道你的電源工作的系統(tǒng)。詳細(xì)了解此系統(tǒng)對(duì)電源的要求和限制。對(duì)系統(tǒng)透徹地了解，可大大降低成本和減少設(shè)計(jì)時(shí)間。
實(shí)際操作時(shí)，你可以從變換器要求的規(guī)范列一個(gè)表，并逐條考慮。你將發(fā)現(xiàn)根據(jù)這些規(guī)范限制你可以選擇的拓?fù)鋬H是一個(gè)到兩個(gè)，而且根據(jù)成本和尺寸拓?fù)溥x擇很容易。一般情況下，可根據(jù)以上各種考慮選擇拓?fù)洌?br />
1.升壓還是降壓：輸出電壓總是高于還是低于輸入電壓？如果不是，你就不能采用Buck或Buck/Boost。
2.占空度：輸出電壓與輸入電壓比大于5嗎？如果是，你可能需要一個(gè)變壓器。計(jì)算占空度保證它不要太大和太小。
3.需要多少組輸出電壓？如果大于1,除非增加后續(xù)調(diào)節(jié)器，一般需要一個(gè)變壓器。如果輸出組別太多，建議采用幾個(gè)變換器。
4.是否需要隔離？多少電壓？隔離需要變壓器。
5.EMI要求是什么？如果要求嚴(yán)格，建議不要采用像Buck一類輸入電流斷續(xù)的拓?fù)洌x擇電流連續(xù)工作模式。
6.成本是極其重要嗎？小功率高壓可以選擇BJT。如果輸入電壓高于500V，可考慮選擇IGBT。反之，采用MOSFET。
7.是否要求電源空載？如果要求，選擇斷續(xù)模式，除非采用問題8。也可加假負(fù)載。
8.能采用同步整流？這可使得變換器電流連續(xù)，而與負(fù)載無關(guān)。
9.輸出電流是否很大？如果是，應(yīng)采用電壓型，而不是電流型。
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