開關(guān)電源設(shè)計(jì)：何時(shí)選擇BJT優(yōu)于MOSFET？

MOSFET已經(jīng)是是開關(guān)電源領(lǐng)域的絕對(duì)主力器件。但在一些實(shí)例中，與MOSFET相比，雙極性結(jié)式晶體管 (BJT) 可能仍然會(huì)有一定的優(yōu)勢(shì)。特別是在離線電源中，成本和高電壓(大于 1kV)是使用BJT而非MOSFET的兩大理由。

在低功耗(3W 及以下)反激式電源中，很難在成本上擊敗 BJT。大批量購(gòu)買時(shí)，一個(gè) 13003 NPN 晶體管價(jià)格可低至 0.03 美元。該器件不僅可處理 700V VCE，而且無需過大的基流便可驅(qū)動(dòng)幾百毫安的電流。使用 BJT，增益和功率耗散可能會(huì)將實(shí)際使用限制在低功耗應(yīng)用中。在這些低功耗標(biāo)準(zhǔn)下，MOSFET 與 BJT 之間的效率差異非常細(xì)微。下圖 1 對(duì)比了兩個(gè)相似 5V/1W 設(shè)計(jì)的效率。第一個(gè)設(shè)計(jì)是“230VAC 輸入、5.5V/250mA 非隔離式反激轉(zhuǎn)換器”使用 MOSFET，而另一個(gè)設(shè)計(jì)則是“120VAC 輸入、5V/200mA 反激轉(zhuǎn)換器”使用 BJT。這并不是完全公平的對(duì)比，因?yàn)檫@兩個(gè)電源在設(shè)計(jì)上采用不同的輸入電壓運(yùn)行，但它說明了它們的效率有多相似。

圖 1：反激轉(zhuǎn)換器MOSFET設(shè)計(jì)與BJT設(shè)計(jì)的效率對(duì)比

有些新控制器實(shí)際是設(shè)計(jì)用于驅(qū)動(dòng) BJT 的，目的是提供最低成本的解決方案。在大多數(shù)情況下，具有外部 BJT 的控制器比包含集成型 MOSFET 的控制器便宜。在使用 BJT 控制器進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，必須注意確保 BJT 的基極驅(qū)動(dòng)與增益足以在變壓器中提供必要的峰值電流。

在稍微偏高的功率級(jí)下，F(xiàn)ET 與 BJT 的效率差異就會(huì)變得較為明顯，原因在于 BJT 較差的開關(guān)特性與壓降。但是，對(duì)于輸入電壓高于 100-240VAC 典型家用及商用電壓范圍的應(yīng)用來說，BJT 可能仍有優(yōu)勢(shì)。工業(yè)應(yīng)用與功率計(jì)就是這種情況的兩個(gè)實(shí)例，它們可能需要更高的輸入電壓。價(jià)格合理的 MOSFET 只能用于 1kV 以下。在有些功率計(jì)應(yīng)用中，線路電壓可能會(huì)超過 480VACrms。在整流器后會(huì)達(dá)到 680Vdc 以上的電壓。對(duì)于三相位輸入，這一數(shù)字可能還會(huì)更高。電源開關(guān)需要能夠承受這種電壓以及反射輸出電壓與漏電峰值。在這些應(yīng)用中，MOSFET 可能根本就無法作為選項(xiàng)，因此 BJT 就成了最簡(jiǎn)單、最低成本的解決方案。

我們之前討論過，當(dāng)功率級(jí)提高到 3W 以上時(shí)，BJT 中的開關(guān)損失可能就會(huì)成為大問題。使用級(jí)聯(lián)連接來驅(qū)動(dòng) BJT 可以緩解這一問題。下圖 2(摘自 PMP7040)是級(jí)聯(lián)連接的工作情況。BJT (Q1) 的基極連接至 VCC 電軌，同時(shí)發(fā)射極被拉低用以打開開關(guān)。在 UCC28610 內(nèi)部，一個(gè)低電壓 MOSFET 將 DRV 引腳拉低，并由一個(gè)內(nèi)部電流感應(yīng)來安排峰值開關(guān)電流。由內(nèi)部 MOSFET 實(shí)現(xiàn)快速關(guān)斷，因?yàn)樗c外部高電壓 BJT 串聯(lián)。

圖 2：PMP7040 原理圖展示級(jí)聯(lián)連接的工作情況

總之，BJT 可能會(huì)在您的電源中具有重要意義，仍然是有一些原因的。在低于 3W 的應(yīng)用中，它們可能會(huì)在不怎么影響性能的情況下，具有低成本優(yōu)勢(shì)。在更高電壓下，它們可在 MOSFET 選擇可能具有局限性的情況下提供更多選擇。