電晶體開關電路(三)

wish

這篇電晶體開關電路的最後一篇，它也是改良電晶體開關的一種，要講解這種電路之2前，我們來複習上一篇的電路︰



上面這種開關電路不管你如何改良都有一種通病，就是如果遇到負載是電容性負載(或並聯包含有大電量電容)的時候，它切換的速度就受到時間常數(τ=RC)的限制。
為什麼呢？因為這種開關電路在Q1截止後，負載電壓勢必經由RC電阻對電容充電建立，因此當上述的電容量或RC電阻值越大的時候，其時間常數(τ=RC)的時間就越長，也就是這時候負載電壓的上升速度就越慢，這在要求高速切換的電路中是不允許的，所以有了推挽電路的產生。





推挽電路是指當一個電晶體Pull-up另一個電晶體Pull-down的意思，所以港都狼仔說它是推推電路，他說的沒有錯，只是中國人命名會遵循信、雅、達三個準則，所以比較沒有人說成推推電路，就像對岸的朋友都說拉起、拉下一樣，大家了解意思就可以了。
這種推挽電路除了由原本的一個電晶體變成兩個電晶體外(Q1、Q2)，它的輸入電路(VIN)也由一個變成兩個(VIN1、VIN2)，也就VIN1負責Q1的導通與截止，VIN2負責Q2的導通與截止，這兩個輸入電壓是不允許同時導通的，否則將使VCC經由Q1、Q2與地短路，這將造成重大災難，輕則其中一個電晶體燒毀，重則兩個電晶體一起燒毀。
為什麼會改良負載並聯大容量電容的缺點呢？因為要讓負載獲得電流(ON)，勢必要使Q1導通，使Q2截止，這樣VCC就可以經由Q1連接到負載上。如果要讓負載OFF，那必須將Q1斷開，切斷從VCC經由Q1淹向負載的線路，並使Q2電晶體導通，這樣負載將經由Q2接地。
我們知道半導體的內阻極低，甚至都接近10mΩ或以下，所以，當VIN2為OFF，VIN1為ON，Q1導通並將VCC電流引入負載時，我們可以視為沒有最上圖的RC存在，也就是負載幾乎朝接連接到VCC上的，此時當然沒有時間常數效應對電容慢速充電的情形存在，你可以想像是把負載挽起、拉上。而當VIN1為OFF，VIN2為ON時，由於VCC流過負載的通路被Q1斷開，另一方面負載被Q2直接短路，當然並聯在負載的大容量電容也沒有放電時間常數的問題，所以Q2在此時就是將負載推下、拉下。

好了！不知大家看完之後有什麼心得與收獲，我們下一次就用ATX電路圖來說明。

cnpan

推挽電路是使用兩個開關來控制負載電流的ON/OFF ,不是單一開關要另用電阻控制OFF時流經電晶体的電流,減少RC時間所以提高動作速度.
OFF時負載接地(ON 電晶体有漏電流要接地).
但是推挽電路要控制電路,且控制失誤時,開關會因大電流通過而燒毀(因為沒有限流電阻).

港都狼仔

通常PUSH-PULL不管是用NPN+NPN或是NPN+PNP，晶體都得經過配對，找出特性基本上相同的，尤其用在PWM電路中，導通與截止時間的同步相當重要，以免因為誤動作使開關晶體損壞。
所以在多開關應用場合上，推挽式較不若半橋式及全橋式來的普及。

s10274chen

請問狼大，什麼是半橋式、全橋式？

港都狼仔

半橋式與全橋式都是屬於推挽的變化型。
下圖為半橋式電路簡圖，半橋式中的負載(電源內就是變壓器一次繞組)其中一端點連接串聯電容中產生的浮點(floating)電壓端點，約為輸入電壓的一半(Vin/2)，另一端點則透過一串聯耦合電容(平衡dv/dt用)連接到兩晶體間射級與集級相接處，在兩晶體交替開關中，負載兩端將產生正Vin/2及負Vin/2的脈波，整體有效Vp-p為Vin。
因為變壓器每週期工作時以Vin/2驅動，所以開關電晶體工作電流會加倍，較適用於中低功率場合。

全橋式則是把產生Vin/2浮點電壓的電容換成開關晶體，工作時對角線方向的晶體同時導通或截止，此時負載(變壓器)兩端的電壓將產生+Vin至-Vin的擺動，其有效Vp-p電壓為2Vin，比起半橋高一倍，晶體電流可以下降，同時也適用於高功率輸出場合，缺點是需使用四顆晶體，且彼此須獨立隔離驅動器。

s10274chen

那這電路給我的感覺，有點像是把直流轉成脈動直流，然後再由變壓器變出想要的電壓，然後再進行濾波的動作，提供電源給負載！
我有發現那兩個電路上，每個電晶體的E、C極都並聯一顆二極體，這是要防止狼大前面講的電晶體開關「誤動作」的問題嗎？這樣便可以不用特意去找出特性曲線互相符合的電晶體了？

港都狼仔

原帖由 s10274chen 於 2009-7-4 08:01 PM 發表 http://bbs.pigoo.com/images/common/back.gif
那這電路給我的感覺，有點像是把直流轉成脈動直流，然後再由變壓器變出想要的電壓，然後再進行濾波的動作，提供電源給負載！
我有發現那兩個電路上，每個電晶體的E、C極都並聯一顆二極體，這是要防止狼大前面講的電晶體開關「誤動 ...

裝在C/E兩端二極體為轉換二極體，主要用途有二：
1.晶體OFF時，該二極體可將變壓器感應能量轉回直流匯流排(DC BUS)上，避免使晶體C、E兩端承受過大能量，產生發熱或導致擊穿。
2.在二次側輸出空載時，可避免在晶體ON時因為變壓器磁通量突然增加，晶體C、E間電壓發生搖擺現象，此時轉換二極體可將負電位搖擺電壓旁路，直到恢復正電位為止，可避免電晶體承受過大逆向電壓損壞。

該二極體須選用快速回復型(FR)，並具備阻隔電壓承受能力。

s10274chen

謝謝狼大的解釋！
小弟受教了！

kingkenny

感謝 wish 大 ; 狼大的教學!

a1268n

謝謝大大提供寶貴知識喔