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开关电源相关规定的详细说明

特性的详细说明

在开关电源中，通过晶体管导通和截止的时间之比（即占空比）来稳定输出电压。在这里，晶体管被用作开关，利用晶体管的放大通过特别小的基极电流来操纵集电极电流。当集电极电流饱和时，该开关被认为是导通的，而当集电极电流截止时，该开关被认为是导通的。

然而，晶体管的开/关不是理想的。 导通模式的饱和压降为VCES，关断时IC≠0，但具有肯定的ICEO。和理想开关相比，作为开关的晶体管不能和基本操纵电流同时导通/截止，这需要肯定的过程。

为了研究晶体管导通/关断的瞬时过程，首先规定了开/关的相对值，则，当集电极电流达到其大饱和电流的90％时，它被认为是导通，并且集电极电流回我断开时视为10％。根据该标准进行测量，并且将晶体管开/关过程所需的时间用作比较标准以测量晶体管的开关特性。

对于晶体管在开关状态和线性放大状态下的操作有完全不同的要求。放大状态要求晶体管的Ic应该完全由IB操纵，并且两者具有稳定的线性关系，包含放大后的模拟波形和输入波形具有完全相同的包络线。开关状态要求晶体管的基极电流达到Icm / hfe，并且其集电极电流马上上升到Icm，并且不应执行过渡过程。但是实际上，这是不可能的，因为晶体管使用其放大特性在开关状态下工作。

任何晶体管的IC-IB特性都是和x轴成肯定角度的对角线。 斜线的斜率（即夹角）将永远不垂直于X轴（即hfe不会是无限的）。 然后，还必须根据斜线定律将Ir从零操纵到Icm，因此打开/关闭它需要肯定的时间。

其它，双极晶体管的基本放大原理还需要肯定的时间来切换。晶体管处于放大状态。 公共基极放大状态下的高截止频率（fT）和高频率（fa）表示晶体管可以工作的频率范围。但是，fT和fa不能精确地表示晶体管的开关特性。 完管fT和fa越高，晶体管的开关特性越好，但是一些具有相同fr和fa的晶体管具有不同的开关特性。因此，晶体管的开关特性通常用开关的导通时间ton和截止时间toff表示。

导通时间是指在添加基本驱动脉冲后，集电极电流达到饱和值的90％所需的时间。为了排解驱动电流的影响，假定施加在基极和发射极之间的操纵电流是理想的矩形波，如下图所示。当基极电流以垂直于X轴的特性上升时，集电极电流Ic不会相应增加，而是具有延迟时间t。此时，lc缓慢上升至Icm的10％。延迟时间的原因是，当晶体管处于截止状态时，基极区基本没有电子。 当操纵电压突然增加时，发射极结应为VB≥+ 0。在6V的电压下，输入电流必须连续对发射极结电容充电，以减小PN结的内部电场，然后将电子发射到基极区，因此要花费一段时间（ta）。ta和发射极结的电容成正比，和发射极结的面积成反比。开关管的功率越大，相应的发射结面积将相应增加，因此有必要减小t。更加困难。

发射极结的充电速度不仅和输入驱动脉冲的内部电阻有关，而且和晶体管的截止有关。如果晶体管处于深度截止状态（即，反向偏置太大），迟补也会变慢。当滨肠达到10％滨肠尘时，滨肠和滨叠在驱动脉冲的作用下线性增加。

它的生长速率，即滨肠曲线从10％到90％的斜率，等于管的丑蹿别。

如前所述，曲线的该段不能是垂直线，因此形成上升时间tr。显然，晶体管的hfe越大，Tr越短。在延迟时间和上升时间之后，晶体管Ic = Icm的90％认为它已经导通并且开关闭合，因此导通时间为ta + tr。当驱动脉冲回落到零时，将需要一些时间来关闭电源。

当开关饱和时，基极区域必须积存更多的电荷，并且集电极结将形成空穴积存。 在饱和过程中，必须发生IB> IC / hFE，这是晶体管进入饱和区域的可靠保证。但是，如果IB比IC / hFE大得多，也就是说，在过饱和状态（或深饱和状态）下，存储在基极区中的电荷越多，集电极结中空穴的积存越严峻。 当驱动脉冲被切断时，所存储的电荷耗散时间越长，因此，在驱动脉冲被切断之后，将Ic从90％减小到10％的时间被称为存储时间ts。从三极管结构的角度来看，基极区和集电极区越薄，存储的电荷量越小，tr越小。在ts之后，晶体管随着存储时基的正偏压逐渐消逝，并且Ic相应地减小，从而形成下降时间tf。

存储时间ta + tf构成关闭时间。开启时间和关闭时间首先取决于晶体管的结构和工艺，然后取决于设计合理的开关驱动电路。

导通时间和截止时间构成了开关管的导通损耗和截止损耗。因为在此期间，晶体管处于放大区域，其管电压降将不可幸免地增加，并且功耗将相应增加。根据和此相同的原理，二极管也具有开/关时间。 但是，在开关电源中，重要的是二极管的反向恢复时间。当二极管导通时，施加的脉冲降至零，并且二极管不会马上关闭。 返回截止点需要一些时间（由于和上述相同的原因）。当工作频率增加时，二极管无法在正向脉冲后及时恢复，并且其单向导电性会导致电路处于短路状态。除了PN结和N电容外，二极管的恢复时间还和工艺结构有关。 因此，存在一般的工频整流二极管，快速恢复二极管和肖特基二极管。

一般工频整流二极管的正向压降在1V至2V的范围内，其增加程度随耐压的增加而增加。目前，其大背压可以达到5kV以上，大整流电流可以达到kA以上。所谓工频不仅指频率，还指波形是正弦波，其反向恢复时间相对较慢。 因此，该二极管不适用于方波逆变器中的整流和阻尼。在开关电源中，它只能用于交流电源整流。

快速恢复二极管意味着反向恢复时间为50？在200ns的范围内，它可以用于100kHz。以下开关管的开关脉冲整流，钳位和阻尼电路的参数和生产过程有关。 快的反向恢复时间属于通过外延方法生产的二极管。一般手册中列出的大背压是其击穿电压的80％，选择时应注意留有适当的余量。

肖特基二极管SBD是多数载流子单向导电器件，其开关时间特别短，通常为50到100 ns。其大特点是：

理论上，前向压降为零。3？0。5V，额定电流不超过0。6吗0。8V，比PN结二极管的大正向压降低1V 2V？1次，因此进行低压大电流脉冲整流是特别有益的。但是，肖特基二极管的反向电压特别低，大多低于40V，只有少数产物可以达到100V。一种用于低压输出开关电源和大电流低压脉冲整流电路

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