开关管的选择
NPN与PNP的区别及工作原理
NPN和PNP作为开关管的设计技巧以及全系列三极管参数1.1 NPN与PNP的区别NPN和PNP主要是电流方向和电压正负不同。
NPN是用B—E的电流（IB）控制C—E的电流（IC），E极电位最低，且正常放大时通常C极电位最高，即VC>VB>VE。
PNP是用E—B的电流（IB）控制E—C的电流（IC），E极电位最高，且正常放大时通常C极电位最低，即VC<VB<VE。
1.2 NPN和PNP作为开关的使用三极管做开关时，工作在截至和饱和两个状态。
一般是通过控制三极管的基极电压Ub来控制三极管的导通与断开。
NPN型 PNP型图1 NPN与PNP如上图1所示，对于NPN来说，使Ube<Uon，三极管断开，Ube>Uon，三极管导通，其中一般Ue接地，则只需控制Ub,使Ub>Uon即可使之导通。
对于PNP来说，使Ueb<Uon，三极管断开，Ueb>Uon，三极管导通，其中一般Uc 接地，所以要使三极管导通既要控制Ue又要控制Ub使Ueb>Uon才行。
所以一般是Ue为某个固定电压值，只通过控制Ub来就可以控制三极管的导通与断开。
对比NPN与PNP可知：NPN做开关时，适合放在电路的接地端使用，如图2里面Q6； PNP做开关时，适合放在电路的电源端使用，如图3。
我们一般使用芯片I/O口来控制LED灯，I/O口的逻辑电平一般为高电平3 V左右，低电平为0.3V左右。
因此可以直接控制NPN管开关，如图2里面的Q6；一般不直接控制PNP管，如图3。
我们前控板设计LED的控制电路采用如下图2的NPN三极管对地较为合适，并且双色灯最好是使用共阳双色灯。
以双色灯的控制为例，如下图2所示图2 双色灯的控制图2中Q6,Q4是放在发光二极管的接地端只需要Ub>0.7V即可导通。
图3 电源的控制图3中Q35就放在电源端，E为固定12V,只需控制B极来导通三极管。
以下是普遍用法：NPN基极高电压，集电极与发射极短路.低电压，集电极与发射极开路.也就是不工作。
常用的npn管型号
常用的npn管型号介绍NP(Negative Positive)极性型晶体管是一种常用的三极管，广泛应用于电子电路中。
在电子技术中，npn管被用于放大、开关和稳流等功能。
不同的npn管型号具有不同的特性参数，可根据具体需求选择合适的型号。
本文将介绍几种常用的npn 管型号及其特点。
常用的npn管型号1. 2N2222•极限参数:–集电极-基极击穿电压：60 V–集电极-发射极击穿电压：30 V–集电极电流：800 mA–功率：500 mW•特性:–噪声系数低：适用于音频放大电路–高频性能好：适用于射频放大电路–可靠性高–常用于大量通用用途2. BC546•极限参数:–集电极-基极击穿电压：80 V–集电极-发射极击穿电压：40 V–集电极电流：100 mA–功率：500 mW•特性:–高电压能力–输入输出频带宽–适用于音频放大器和开关电路3. BC547•极限参数:–集电极-基极击穿电压：50 V–集电极-发射极击穿电压：45 V–集电极电流：100 mA–功率：500 mW•特性:–高电压能力–动态范围广–噪声系数低–适用于音频放大器和开关电路4. 2N3904•极限参数:–集电极-基极击穿电压：60 V–集电极-发射极击穿电压：30 V–集电极电流：200 mA–功率：625 mW•特性:–高电流放大倍数–高频性能佳，可用于射频放大电路–原理图上常用的型号5. 2N3906•极限参数:–集电极-基极击穿电压：40 V–集电极-发射极击穿电压：40 V–集电极电流：200 mA–功率：625 mW•特性:–作为pnp型三极管的补充使用，常与npn型三极管配对–高电流放大倍数总结本文介绍了几种常用的npn管型号，包括2N2222、BC546、BC547、2N3904和2N3906。
这些管子在电子电路中应用广泛，每个型号都有其独特的特性和适用范围。
选择合适的型号需根据具体的应用需求和电路要求，在功率、电流、噪声系数、频率响应等方面进行综合考虑。
开关电源的开关管为什么选MOSFET，而非三极管
开关电源的开关管为什么选MOSFET，而非三极管场效应晶体管（FET，Field Effect Transistor），很大程度上会与双极性结型晶体管（BJT，Bipolor Junction Transistor）简称三极管，很多应用场景相似。
有些控制开关的应用场景下，两个似乎可以相互替代。
但是两者的不同导致了，应用场景的不同，和使用时的特性不同（频率、功耗等）。
1、两者的基本物理模型不相同三极管的理想模型是流控电流源，场效应管的理想物理模型是压控电流源。
2、输入阻抗不同三极管是电流控制器件，通过控制基极电流到达控制输出电流的目的。
因此，基极总有一定的电流，故三极管的输入电阻较低；场效应管是电压控制器件，其输出电流决定于栅源极之间的电压，栅极基本上不取电流，因此，它的输入电阻很高，可高达1MΩ～100000MΩ。
高输入电阻是场效应管的突出优点。
3、完全导通（饱和状态）的等效电阻值不同三极管导通时等效电阻值大，场效应管导通电阻小，只有几十毫欧姆，几毫欧，在现在的用电器件上，一般都用场效应管做开关来用，他的效率是比较高的。
在实际工作中，常用Ib*β=V/R作为判断临界饱和的条件。
根据Ib*β=V/R算出的Ib值，只是使晶体管进入了初始饱和状态，实际上应该取该值的数倍以上，才能达到真正的饱和；倍数越大，饱和程度就越深。
BJT的CE之间可以实现的最小电压差，是一个定值，所以随着电流的增大，功耗就是Ice*Vce。
对于9013、9012而言，饱和时Vce小于0.6V，Vbe小于1.2V。
下面是9013的特性表：BCP56比较常用于开关控制功能的三极管的一个特性参数表，其Vce（sat）也是最大值0.5V饱和区的现象就是：两个PN结均正偏。
那么Vce（sat）的最大值，也就是两个二极管正向导通电压的压差，这个压差可能很小，而半导体厂家保证这颗BJT的最大值是0.6V。
这个值有可能非常接近于0，但是一般来说和IC和温度相关。
NPN和PNP作为开关管的设计技巧以及全系列三极管参数
NPN和PNP作为开关管的设计技巧以及全系列三极管参数1.NPN和PNP开关管的设计技巧：a.驱动电流：在选择NPN和PNP开关管时，需要根据电路的负载要求选择适当的驱动电流。
驱动电流过小可能无法使开关管完全导通，驱动电流过大则可能损坏开关管。
b.饱和电流：饱和电流是指开关管完全导通时的电流值。
在设计开关电路时，应选择具有足够大的饱和电流的NPN和PNP开关管，以确保能够满足负载的需求。
c.饱和电压：饱和电压是指开关管完全导通时的电压值。
在选择NPN 和PNP开关管时，应选择具有较低的饱和电压的器件，以降低功耗和热损耗。
d.上升和下降时间：上升时间是指开关管从关断到导通的时间，下降时间是指开关管从导通到关断的时间。
在设计开关电路时，应选择具有短上升和下降时间的NPN和PNP开关管，以提高开关速度。
e.功耗：功耗是开关管在导通状态下消耗的功率。
在选择NPN和PNP 开关管时，应选择具有较低功耗的器件，以降低能量损耗和热损耗。
f.热稳定性：在高温环境下，开关管可能会出现温升现象，导致性能下降或损坏。
因此，在选择NPN和PNP开关管时，应选择具有良好热稳定性的器件。
2.全系列三极管参数：a.最大电流：最大电流是指三极管在导通状态下可以承受的最大电流。
选择三极管时，应根据负载要求选择具有足够大最大电流的器件。
b.最大电压：最大电压是指三极管可以承受的最大电压。
选择三极管时，应根据电路的工作电压范围选择具有较大最大电压的器件。
c.最大功率：最大功率是指三极管可以承受的最大功率。
选择三极管时，应根据负载的功率需求选择具有足够大最大功率的器件。
d.饱和电流和饱和电压：饱和电流是指三极管在完全导通时的电流值，饱和电压是指三极管在完全导通时的电压值。
这两个参数可以影响开关管的导通特性和能耗。
e.上升和下降时间：上升时间是指三极管从关断到导通的时间，下降时间是指三极管从导通到关断的时间。
这两个参数可以影响开关速度和性能。
开关电源设计计算公式包括电容开关管的选取
1、因输出电压12V输出电流1A故输出功率：
Pour=Vo*Io=12.0V*1A=12W
2、设变压器的转换效率为80%，则输出功率为12W的电源其输入功率：
Pin=Pout/效率=
3、因输入最小电压为90VAC，则直流输出电压为：
Vin=90* =127Vdc
故负载直流电流为：I= =
13、计算辅助绕组匝数：
CDQZ-5107 SEHOTTKY计算方法
1、由于前面计算变压器可知：
Np=82T ；Ns=13 T
2、在输入电压为264Vac时，反射到次级电压为：
Vmax=264Vac* =373 V
V = * Vmax = *373=59.5 V
3、设次级感量引起的电压为：（VR：初级漏感引起的电压）
V = * V = *90=14.5 V
二、输出电解电容计算方法
1、设定工作频率为f=60KHZ则
2、因为最小输入电压，90Vac,取反射电压为90Vac，根据磁平衡原理，计算出最大占实比
（90* -20）*D=90（1-D）
D-0．457
3、计.算出TOFF. TON
TOFF=（1-D）*T=13us TON=16.7-13=3.7us
1
输入电压电流
1
1
1
CDQZ-5107 MOSFET计算方法
1、由于前面计算变压器可知：
Np=Ns=13 T
2、输入电压最大值为264Vac，故经过桥式整流后，得到：
Vmax=264Vac* =373 V
3、次级反射到初级的电压为：
V = * V = *12=76V
4、由前面计算变压器可知，取初级漏感引起的电压，V =90 V ，故MOFET要求耐压值为：
电路中的开关管有哪些特点和应用
电路中的开关管有哪些特点和应用电路中的开关管是一种常见的电子元件，它具有许多独特的特点和广泛的应用。
本文将介绍开关管的特点以及在不同领域中的应用。
一、开关管的特点1. 快速开关速度：开关管具有快速的开关速度，能够在纳秒级别实现开关操作。
这使得开关管在高频电路和脉冲电路中得到广泛应用。
2. 低驱动功率：相对于传统的机械开关，开关管的驱动功率较低。
它可以通过微弱的控制电流实现开关操作，从而提高电路效率。
3. 低电压操作：开关管通常能够在低电压下正常工作，这使得它们适用于低电压系统和便携设备。
4. 可控性强：开关管可以通过调节控制电流或控制电压来实现灵活的开关操作。
这种可控性使得开关管在电路设计中具有较好的适应性。
5. 低功耗：相比传统机械开关，开关管的功耗更低，这有助于提高电路的能效。
二、开关管的应用1. 电子开关：开关管在电子开关电路中得到广泛应用。
例如，它们可用于电源开关、电机控制、LED驱动等。
开关管的快速响应速度和低驱动功率使得它们能够迅速响应电子设备的控制信号，实现高效的开关操作。
2. 逆变器：开关管在逆变器中被广泛使用，将直流电转换为交流电。
逆变器通常用于太阳能发电系统、电动车辆和无线电通信等领域，而开关管作为关键元件，能够实现高效的电能转换。
3. 交流调压：开关管在交流调压电路中起着重要作用。
通过控制开关管的导通和截止时间，可以实现对电流大小的调节，从而实现交流电压的调节和稳定输出。
4. 电源管理：开关管被广泛应用于电源管理领域，用于变换和控制电源的工作状态。
例如，开关电源中的开关管能够实现高效的能量转换和电源调节，提高电源的可靠性和效率。
5. 能量存储和开关：开关管在能量存储和开关电路中有重要应用。
例如，开关管可以用于控制电容器的充放电过程，实现能量的存储和释放。
它们还可用于实现电路的开关操作，如触发器、计数器等。
总结：开关管作为一种常见的电子元件，在电路设计中具有许多特点和广泛的应用。
npn管开关电路设计及泄放电阻选型
npn管开关电路设计及泄放电阻选型
要设计一个 npn 管开关电路，可以按照以下步骤进行：
1. 确定输入和输出电压：确定输入电压和输出电压的范围，这将有助于选择适当的 npn 管。
2. 确定负载类型：确定负载是电阻性还是感性负载（如电机或线圈），这将有助于选择合适的保护电路。
3. 选择 npn 管：根据输入和输出电压以及负载类型，选择适当的 npn 管。
选择一个具有适当的最大电流和功率能力的器件。
4. 确定驱动电路：设计适当的驱动电路来控制 npn 管。
这可以包括电压放大器，电流放大器，比较器等。
5. 选择泄放电阻：为了确保 npn 管在关断状态下能够泄放残余电荷，需要选择一个适当的泄放电阻。
泄放电阻的大小应根据npn 管的特性和工作条件来确定。
在选取泄放电阻时，可以考虑以下因素：
- 电流容许值：泄放电阻应能够容纳电路中的泄放电流。
选择一个具有足够大的额定电流的泄放电阻。
- 功率容许值：泄放电阻应具有足够的功率容许值，以便在长时间使用过程中不被过载。
- 阻值：为了有效泄放电路中的残余电荷，选择一个适当的阻值。
阻值的大小将取决于电路的特性和要求。
- 温度系数：选择一个温度系数较低的泄放电阻，以确保在温度变化时电阻值变化不大。
- 尺寸和成本：根据电路的要求，选择一个合适的尺寸和成本的泄放电阻。
以上是设计 npn 管开关电路及选择泄放电阻的一般步骤和考虑因素，具体的设计需要根据实际情况和具体要求来进行。
反激变压器设计过程
反激变压器设计过程反激变压器设计是电力电子领域中重要的设计工作之一，其主要应用于电源供电系统中的低功率电子设备。
反激变压器通过将输入电能进行储能，然后经过开关管的开关转换，输出所需电能，以达到升、降压的目的，同时实现电能的传输和转换。
第一步：确定设计参数：在设计反激变压器之前，首先需要明确设计要求和参数。
包括输入电压、输出电压、输出功率、工作频率等。
这些参数决定了反激变压器的尺寸、绕组参数和开关器件的选择。
第二步：计算变压器参数：根据设计要求和参数，计算出所需的变压器参数。
包括输入输出电压比、绕组匝数、绕组电流、铁芯面积等。
这些参数可以通过经验公式和设计手册进行计算，也可以通过电磁场仿真软件进行计算。
第三步：选择合适的铁芯材料：根据计算得到的铁芯面积和设计要求，选择合适的铁芯材料。
铁芯材料的选择需要考虑材料的磁导率、饱和磁感应强度、损耗等参数。
常用的铁芯材料有软磁合金、铁氧体等。
第四步：设计绕组参数：根据计算得到的绕组匝数和绕组电流，设计绕组的结构和参数。
包括导线截面积、绕组层数、绕组间隔、绕组材料等。
绕组的设计需要考虑到绝缘和散热等问题，确保绕组的安全和性能。
第五步：选择合适的开关管：根据设计要求，选择合适的开关管。
开关管的选择需要考虑到工作电压和电流、开关速度、导通压降、损耗等参数。
常用的开关管有IGBT、MOSFET等。
第六步：设计反激变压器的控制电路：设计反激变压器的控制电路，包括开关管的驱动电路和保护电路。
开关管的驱动电路需要保证开关管能够正确地切换和控制，保护电路需要保证开关管和变压器的安全和稳定工作。
第七步：进行电磁兼容性设计：在设计反激变压器时，需要考虑电磁兼容性问题。
包括电磁辐射和电磁干扰等问题。
通过合理的布局、绕组屏蔽和滤波设计，可以降低电磁辐射和电磁干扰。
第八步：进行样机制作和测试：根据设计结果制作样机，并进行测试。
通过测试得到的结果，可以对设计进行修正和优化，以进一步提高反激变压器的性能和可靠性。
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随着制造技术的发展和进步，系统设计人员必须跟上技术的发展步伐，才能为其设计挑选最合适的电子器件。
场效应管是电气系统中的基本部件，工程师需要深入了解它的关键特性及指标才能做出正确选择。
本文将讨论如何根据RDS(ON)、热性能、雪崩击穿电压及开关性能指标来选择正确的场效应管。
场效应管的选择
场效应管有两大类型：N沟道和P沟道。
在功率系统中，场效应管可被看成电气开关。
当在N沟道场效应管的栅极和源极间加上正电压时，其开关导通。
导通时，电流可经开关从漏极流向源极。
漏极和源极之间存在一个内阻，称为导通电阻RDS(ON)。
必须清楚场效应管的栅极是个高阻抗端，因此，总是要在栅极加上一个电压。
如果栅极为悬空，器件将不能按设计意图工作，并可能在不恰当的时刻导通或关闭，导致系统产生潜在的功率损耗。
当源极和栅极间的电压为零时，开关关闭，而电流停止通过器件。
虽然这时器件已经关闭，但仍然有微小电流存在，这称之为漏电流，即IDSS。
第一步：选用N沟道还是P沟道
为设计选择正确器件的第一步是决定采用N沟道还是P沟道场效应管。
在典型的功率应用中，当一个场效应管接地，而负载连接到干线电压上时，该场效应管就构成了低压侧开关。
在低压侧开关中，应采用N沟道场效应管，这是出于对关闭或导通器件所需电压的考虑。
当场效应管连接到总线及负载接地时，就要用高压侧开关。
通常会在这个拓扑中采用P 沟道场效应管，这也是出于对电压驱动的考虑。
要选择适合应用的器件，必须确定驱动器件所需的电压，以及在设计中最简易执行的方法。
下一步是确定所需的额定电压，或者器件所能承受的最大电压。
额定电压越大，器件的成本就越高。
根据实践经验，额定电压应当大于干线电压或总线电压。
这样才能提供足够的保护，使场效应管不会失效。
就选择场效应管而言，必须确定漏极至源极间可能承受的最大电压，即最大VDS。
知道场效应管能承受的最大电压会随温度而变化这点十分重要。
设计人员必须在整个工作温度范围内测试电压的变化范围。
额定电压必须有足够的余量覆盖这个变化范围，确保电路不会失效。
设计工程师需要考虑的其他安全因素包括由开关电子设备(如电机或变压器)诱发的电压瞬变。
不同应用的额定电压也有所不同；通常，便携式设备为20V、FPGA电源为20～30V、85～220VAC应用为450～600V。
第二步：确定额定电流
第二步是选择场效应管的额定电流。
视电路结构而定，该额定电流应是负载在所有情况下能够承受的最大电流。
与电压的情况相似，设计人员必须确保所选的场效应管能承受这个额定电流，即使在系统产生尖峰电流时。
两个考虑的电流情况是连续模式和脉冲尖峰。
在连续导通模式下，场效应管处于稳态，此时电流连续通过器件。
脉冲尖峰是指有大量电涌(或尖峰电流)流过器件。
一旦确定了这些条件下的最大电流，只需直接选择能承受这个最大电流的器件便可。
选好额定电流后，还必须计算导通损耗。
在实际情况下，场效应管并不是理想的器件，因为在导电过程中会有电能损耗，这称之为导通损耗。
场效应管在“导通”时就像一个可变电阻，由器件的RDS(ON)所确定，并随温度而显著变化。
器件的功率耗损可由Iload2×RDS(ON)计算，由于导通电阻随温度变化，因此功率耗损也会随之按比例变化。
对场效应管施加的电压VGS越高，RDS(ON)就会越小；反之RDS(ON)就会越高。
对系统设计人员来说，这就是取决于系统电压而需要折中权衡的地方。
对便携式设计来说，采用较低的电压比较容易(较为普遍)，而对于工业设计，可采用较高的电压。
注意RDS(ON)电阻会随着电流轻微上升。
关于RDS(ON)电阻的各种电气参数变化可在制造商提供的技术资料表中查到。
技术对器件的特性有着重大影响，因为有些技术在提高最大VDS时往往会使RDS(ON)增大。
对于这样的技术，如果打算降低VDS和RDS(ON)，那么就得增加晶片尺寸，从而增加与之配套的封装尺寸及相关的开发成本。
业界现有好几种试图控制晶片尺寸增加的技术，其中最主要的是沟道和电荷平衡技术。
在沟道技术中，晶片中嵌入了一个深沟，通常是为低电压预留的，用于降低导通电阻RDS(ON)。
为了减少最大VDS对RDS(ON)的影响，开发过程中采用了外延生长柱/蚀刻柱工艺。
例如，飞兆半导体开发了称为SuperFET的技术，针对RDS(ON)的降低而增加了额外的制造步骤。
这种对RDS(ON)的关注十分重要，因为当标准MOSFET的击穿电压升高时，RDS(ON)会随之呈指数级增加，并且导致晶片尺寸增大。
SuperFET工艺将RDS(ON)与晶片尺寸间的指数关系变成了线性关系。
这样，SuperFET器件便可在小晶片尺寸，甚至在击穿电压达到600V的情况下，实现理想的低RDS(ON)。
结果是晶片尺寸可减小达35%。
而对于最终用户来说，这意味着封装尺寸的大幅减小。
第三步：确定热要求
选择场效应管的下一步是计算系统的散热要求。
设计人员必须考虑两种不同的情况，即最坏情况和真实情况。
建议采用针对最坏情况的计算结果，因为这个结果提供更大的安全余量，能确保系统不会失效。
在场效应管的资料表上还有一些需要注意的测量数据；比如封装器件的半导体结与环境之间的热阻，以及最大的结温。
器件的结温等于最大环境温度加上热阻与功率耗散的乘积(结温=最大环境温度+[热阻×功率耗散])。
根据这个方程可解出系统的最大功率耗散，即按定义相等于I2×RDS(ON)。
由于设计人员已确定将要通过器件的最大电流，因此可以计算出不同温度下的RDS(ON)。
值得注意的是，在处理简单热模型时，设计人员还必须考虑半导体结/器件外壳及外壳/环境的热容量；即要求印刷电路板和封装不会立即升温。
雪崩击穿是指半导体器件上的反向电压超过最大值，并形成强电场使器件内电流增加。
该电流将耗散功率，使器件的温度升高，而且有可能损坏器件。
半导体公司都会对器件进行雪崩测试，计算其雪崩电压，或对器件的稳健性进行测试。
计算额定雪崩电压有两种方法；一是统计法，另一是热计算。
而热计算因为较为实用而得到广泛采用。
不少公司都有提供其器件测试的详情。
除计算外，技术对雪崩效应也有很大影响。
例如，晶片尺寸的增加会提高
抗雪崩能力，最终提高器件的稳健性。
对最终用户而言，这意味着要在系统中采用更大的封装件。
第四步：决定开关性能
选择场效应管的最后一步是决定场效应管的开关性能。
影响开关性能的参数有很多，但最重要的是栅极/漏极、栅极/源极及漏极/源极电容。
这些电容会在器件中产生开关损耗，因为在每次开关时都要对它们充电。
场效应管的开关速度因此被降低，器件效率也下降。
为计算开关过程中器件的总损耗，设计人员必须计算开通过程中的损耗(Eon)和关闭过程中的损耗(Eoff)。
场效应管开关的总功率可用如下方程表达：Psw=(Eon+Eoff)×开关频率。
而栅极电荷(Qgd)对开关性能的影响最大。
基于开关性能的重要性，新的技术正在不断开发以解决这个开关问题。
芯片尺寸的增加会加大栅极电荷；而这会使器件尺寸增大。
为了减少开关损耗，新的技术如沟道厚底氧化已经应运而生，旨在减少栅极电荷。
举例说，SuperFET这种新技术就可通过降低RDS(ON)和栅极电荷(Qg)，最大限度地减少传导损耗和提高开关性能。
这样，场效应管就能应对开关过程中的高速电压瞬变(dv/dt)和电流瞬变(di/dt)，甚至可在更高的开关频率下可靠地工作。
结论
通过了解场效应管的类型及了解和决定它们的重要性能特点，设计人员就能针对特定设计选择正确的场效应管。
由于场效应管是电气系统中最基本的部件之一，选择正确的场效应管对整个设计是否成功起着关键的作用。