一個(gè)實(shí)用的三極管開(kāi)關(guān)電路分析
三極管開(kāi)關(guān)電路作為功率管的控制應用廣泛。這里對一個(gè)實(shí)用開(kāi)關(guān)電路中的各元器件作用作具體分析。
三極管開(kāi)關(guān)控制電路：
上圖是一個(gè)小功率三極管控制大功率三極管（達林頓管）開(kāi)關(guān)電路。
控制信號通過(guò)控制小功率三極管的開(kāi)關(guān)來(lái)控制大功率管Q1的開(kāi)關(guān)。
原理分析
三極管開(kāi)關(guān)電路的基本原理就是控制三極管工作在截止區和飽和區工作。電路設計原則等不作贅述，一般的三極管電路參考書(shū)籍有介紹。在這里也只討論圖中這些阻容元器件的作用，不討論其取值計算（因為取值計算需要選定三極管，而且頗為簡(jiǎn)單）。
圖中R1作用是Q2的基極限流；R3作用是泄放掉關(guān)斷狀態(tài)時(shí)基極電荷，讓Q2在低電平時(shí)保持截止狀態(tài)；R4作用是Q2的集電極限流以及Q1的基極限流；電容C2是加速電容，加速Q2的開(kāi)關(guān)速度，降低Q2管耗，從而延長(cháng)Q2壽命；R5和C1是作為輸出反饋給Q2的基極，作用同樣為加速Q2的開(kāi)關(guān)速度，延長(cháng)Q2的壽命以及電路整體的性能，此為正反饋。
下面主要解釋下C2的作用，其余的元器件作用，相信有一定三極管電路基礎的都能理解。
讓我們來(lái)看看C2是如何“加速”的——
先來(lái)看看電路在沒(méi)有C2的情況下是如何工作的：控制端由低電平拉升到高電平的過(guò)程中，集電極電流增長(cháng)使得三極管從截止區—》放大區—》飽和區變化，從而使三極管從關(guān)斷狀態(tài)（截止）變?yōu)殚_(kāi)通狀態(tài)（飽和），注意，開(kāi)通過(guò)程中，集電極電流增長(cháng)全部靠Vcc提供；反過(guò)來(lái)，控制端從高電平變?yōu)榈碗娖竭^(guò)程中，通過(guò)R3對基極電荷的泄放，加速控制三極管從飽和區—》放大區—》截止區變化，并最終變?yōu)殛P(guān)斷狀態(tài)。
再來(lái)看看加上C2后的電路工作情況。來(lái)看由Vcc、R4、C2、R3、GND構成的回路：當電路沒(méi)有控制激勵的情況下（Control端低電平），Vcc給電容C2充電，C2和R4連接端的電位為Vcc；當控制激勵從低電平向高電平轉換的過(guò)程中，由于基極端電位上升，導致C2向三極管集電極放電，這樣，集電極電流增長(cháng)中，一小部分靠C2提供，其余靠Vcc提供，加速了三極管從截止到飽和變化的過(guò)程，此時(shí)C2兩端的電壓反轉，大小約為0.7（VBE）-0.3（VCEsat）V；反過(guò)來(lái)，控制端從高電平變?yōu)榈碗娖竭^(guò)程中，由于基極電壓的下降以及集電極電壓的上升，集電極對C2充電，從而導致三極管集電極與發(fā)射級間的電流更快速的下降，配合R3的作用，更快速的使三極管進(jìn)入截止狀態(tài)。所以，C2在這里確實(shí)起到了加速開(kāi)關(guān)的作用。
但問(wèn)題又出來(lái)了，這個(gè)電路實(shí)際應用到我產(chǎn)品上所需要的頻率僅僅是幾百赫茲，對于毫秒級的應用，出來(lái)的開(kāi)關(guān)波形根本不會(huì )有延時(shí)，按道理無(wú)需另加加速電容，這是怎么回事？這里要感謝IR公司的白師兄給我的釋疑：這里加速電容的作用并不是改善頻率特性而加的，而是為了改善三極管的功耗；眾所周知，三極管在截止區和飽和區功耗最小，而在放大區功耗最大，原因是截止區VCE大、ICE極小，飽和區ICE大、VCE很�。ǖ扔陲柡蛯妷篤CEsat），而放大區是大電壓大電流；加速開(kāi)通和關(guān)斷時(shí)間就是為了讓開(kāi)關(guān)三極管快速穿越大功耗區（線(xiàn)性放大區）而進(jìn)入到小功耗區（截止區和飽和區），從而降低功耗來(lái)降低三極管的溫度，延長(cháng)三極管的壽命。而本電路恰恰應用在開(kāi)關(guān)電路持續開(kāi)關(guān)工作的情況，也印證了師兄的解釋。
類(lèi)似地，R5/C1正反饋的作用同樣也是加速Q2的開(kāi)關(guān)，來(lái)降低管耗，延長(cháng)壽命。 |
