開關電源設計：何時使用BJT而非MOSFET？

MOSFET已經是是開關電源領域的絕對主力器件。但在一些實例中，與MOSFET相比，雙極性結式晶體管 (BJT) 可能仍然會有一定的優(yōu)勢。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。大批量購買時，一個 13003 NPN 晶體管價格可低至 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動幾百毫安的電流。使用 BJT，增益和功率耗散可能會將實際使用限制在低功耗應用中。在這些低功耗標準下，MOSFET 與 BJT 之間的效率差異非常細微。下圖 1 對比了兩個相似 5V/1W 設計的效率。第一個設計是“230VAC 輸入、5.5V/250mA 非隔離式反激轉換器”使用 MOSFET，而另一個設計則是“120VAC 輸入、5V/200mA 反激轉換器”使用 BJT。這并不是完全公平的對比，因為這兩個電源在設計上采用不同的輸入電壓運行，但它說明了它們的效率有多相似。

圖 1：反激轉換器MOSFET設計與BJT設計的效率對比

有些新控制器實際是設計用于驅動 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 控制器進行設計時，必須注意確保 BJT 的基極驅動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下，F(xiàn)ET 與 BJT 的效率差異就會變得較為明顯，原因在于 BJT 較差的開關特性與壓降。但是，對于輸入電壓高于 100-240VAC 典型家用及商用電壓范圍的應用來說，BJT 可能仍有優(yōu)勢。工業(yè)應用與功率計就是這種情況的兩個實例，它們可能需要更高的輸入電壓。價格合理的 MOSFET 只能用于 1kV 以下。在有些功率計應用中，線路電壓可能會超過 480VACrms。在整流器后會達到 680Vdc 以上的電壓。對于三相位輸入，這一數(shù)字可能還會更高。電源開關需要能夠承受這種電壓以及反射輸出電壓與漏電峰值。在這些應用中，MOSFET 可能根本就無法作為選項，因此 BJT 就成了最簡單、最低成本的解決方案。

我們之前討論過，當功率級提高到 3W 以上時，BJT 中的開關損失可能就會成為大問題。使用級聯(lián)連接來驅動 BJT 可以緩解這一問題。下圖 2(摘自 PMP7040)是級聯(lián)連接的工作情況。BJT (Q1) 的基極連接至 VCC 電軌，同時發(fā)射極被拉低用以打開開關。在 UCC28610 內部，一個低電壓 MOSFET 將 DRV 引腳拉低，并由一個內部電流感應來安排峰值開關電流。由內部 MOSFET 實現(xiàn)快速關斷，因為它與外部高電壓 BJT 串聯(lián)。

圖 2：PMP7040 原理圖展示級聯(lián)連接的工作情況

總之，BJT 可能會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 的應用中，它們可能會在不怎么影響性能的情況下，具有低成本優(yōu)勢。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。