《電子技術(shù)應(yīng)用》
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電力電子課程:第 6 部分 - BJT

2022-09-12
來(lái)源:laocuo1142
關(guān)鍵詞: 電力電子 BJT

  BJT是所有電子元件之王,它改變了電子技術(shù)的進(jìn)程,。晶體管_也可以是一個(gè)功率元件,,并允許重要的電流值通過(guò),。功率 BJT 雖然采用與信號(hào)晶體管不同的技術(shù)制造,,但具有非常相似的工作特性。主要區(qū)別在于較高的耐受電壓和電流值以及較低的電流增益,。為此,,需要以相當(dāng)高的基極電流驅(qū)動(dòng)功率晶體管。

  功率晶體管的開(kāi)關(guān)速度不是很高,,因此,,在最新一代的設(shè)計(jì)中,不再使用這些組件,。功率 BJT 由三個(gè)端子組成:集電極 (C),、發(fā)射極 (E) 和基極 (B)。發(fā)射極-基極結(jié)遠(yuǎn)小于集電極-基極結(jié),?;鶚O很薄,電子可以很容易地穿過(guò)它,,到達(dá)集電極區(qū),,它攜帶更多的電荷。功率晶體管用于放大器,、電源和開(kāi)關(guān)電路。

  當(dāng)一個(gè)小信號(hào)被饋送到基極時(shí),,BJT 會(huì)傳導(dǎo)大量電流,。只要在底座上有控制信號(hào),該組件就保持在 ON 狀態(tài),。功率晶體管可以用作放大器,、線性區(qū)域或開(kāi)關(guān)。如果它用作放大器,,那么小的輸入電流會(huì)產(chǎn)生大的輸出電流,。相反,作為開(kāi)關(guān),,它工作在遮斷 (OFF) 或飽和 (ON) 狀態(tài),,耗散更少的功率。圖 5 顯示了晶體管的一般操作,。該方案包括輝煌的 2N3055 晶體管,,具有以下特性的示例:

  集電極-基極電壓 (VCBO):100 V;

  集電極-發(fā)射極電壓 (VCEO):60 V;

  發(fā)射極-基極電壓 (VEBO):7 V;

  集電極電流 (Ic):15 A;

  基極電流 (Ib):7 A;

  總功耗(Pd,TC=25°C):115 W;

  直流電流增益 (hfe):70,。

  示例電路的特點(diǎn)是直流電源電壓為 48 V,,燈為 3 A,基極電阻為 220 Ohm,。在飽和條件下,,約 200 mA 的基極電流足以使約 3 A 的電流通過(guò)集電極和負(fù)載,,晶體管的總功耗約為 1.5 W。為確保良好的飽和度,,它足以讓比理論電流高 4-5 倍的電流通過(guò)基極,,顯然是考慮到組件的增益。圖“a”顯示了集電極電流隨基極電流變化的趨勢(shì),。在電路采用的配置中,,比例集電極電流對(duì)應(yīng)于 0 mA 和 200 mA 之間的基極電流。一旦超過(guò)這個(gè)門(mén)檻,,晶體管處于飽和狀態(tài),,基極電流的進(jìn)一步增加不再影響集電極電流。下一個(gè)模擬涉及通過(guò)兩種不同的技術(shù)以一半功率打開(kāi)燈泡:

  · 提供基極電流以使集電極達(dá)到 VCC / 2;

  · PWM信號(hào)的使用

  在第一種情況下,,使用了一個(gè) 850 歐姆的電阻,,以使僅 56 mA 的電流通過(guò)基極,使晶體管進(jìn)入線性區(qū)域,,并在集電極上流過(guò) 1.5 A 的電流,。這種技術(shù)有效并且允許燈泡以一半的光亮起,但晶體管耗散(以及隨之而來(lái)的功率損耗)太高(參見(jiàn)圖表“b”的結(jié)果),。事實(shí)上,,測(cè)量產(chǎn)生了以下結(jié)果:

  IB:56毫安;

  Ic:1.58 安,;

  Pd(電池):75.8 W;

  Pd(燈):37.4 W;

  Pd(BJT):38.4 瓦,;

  Pd(R_base):2.6W;

  效率:只有49.3%。

  超過(guò) 50% 的功率因晶體管不必要地因熱量而損失,,為了使其無(wú)危險(xiǎn)地工作,,必須使用良好的散熱器對(duì)其進(jìn)行充分冷卻。然而,,使用 PWM 技術(shù),,在獲得與燈相同的照明時(shí),耗散和功率損耗要低得多,。該技術(shù)包括使晶體管的基極經(jīng)受一系列適當(dāng)寬度的開(kāi)-關(guān)脈沖,。負(fù)載由所有可用能量供電,并且半導(dǎo)體組件耗散非常低的功率,。對(duì) PWM 解決方案進(jìn)行的測(cè)量返回以下結(jié)果:

  信號(hào):矩形 50 Hz,,占空比 25 %;

  Ib:53毫安(平均);

  Ic:0.8 A(平均),;

  Pd(電池):38.1 W;

  Pd(燈):37.7 W;

  Pd(BJT):385.6 毫瓦,;

  Pd(R_base):2.54 W;

  效率:99%。

  您會(huì)立即注意到兩種解決方案在效率和功耗方面的差異。圖“c”顯示了晶體管導(dǎo)通開(kāi)始時(shí)的功率損耗,。在這種僅持續(xù)幾微秒的情況下,,電流和電壓不再彼此同相,并產(chǎn)生耗散功率的高峰值,。在元件導(dǎo)通結(jié)束期間也會(huì)重復(fù)相同的峰值,。所有電源設(shè)備都存在同樣的問(wèn)題。

  電力電子課程:第 6 部分 -  BJT圖 5:晶體管可以使用多種技術(shù)驅(qū)動(dòng)大負(fù)載

  結(jié)論

  在本文中,,我們研究了一些更常用的功率元件,。

  在一些解決方案中,它們?nèi)匀槐皇褂谩?/p>

  其他功率元件類(lèi)型將在下一篇文章中進(jìn)行探討,;其中一些是近年來(lái)電子技術(shù)開(kāi)發(fā)的設(shè)備,,代表了該行業(yè)的未來(lái)。



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