如何消除BJT的关断延时

SCD----加速BJT开关

引言：BJT从导通到关闭存在一定的延时，在特定的场景中比如BJT电平转换，高频信号调理，这种延时存在很大的隐患，本节简述如何消除BJT的关断延时。

1.延时的产生机理

类似于 图15-1，晶体管从截止状态切换到导通状态，输出out会立即响应，但晶体管处于导通状态时有基极电流流过，所以在基区内积累有电子，此时晶体管从导通切换到关闭状态，基区内的电子并不能立即消失（电荷储存），而且在基极限流电阻的作用下，也不会马上从基区取出全部电子，这就造成导通到关闭存在时间滞后。在开关调节器之类的负载高速开关的应用中，这种时间滞后是很不利的。

图15-1：NPN的常见使用电路

这里其实有两个时间需要注意，一个是延时，一个是缓时。如图15-2是输出Vout相对于输入Vin的响应延时，Vin从低到高，Vout会及时响应，速度快，但Vin从高到低，Vout会隔一段延时才能响应，图15-3则演示了输出Vout本身的上升时间差异，即缓时。

图15-2：输入输出之间的响应延时

上升波形不陡峭的原因一般是由于R1与晶体管密勒效应构成低通滤波器的缘故，增大了晶体管输入电容，与电荷存储效应没有关系。

图15-3：上升速度的差异

2.提高开关速度

1.加速电容

如图15-4所示，R1并联一个小容量电容，当Q1从截止状态切换到导通状态，即输入信号从低电平切换到高电平时，电容可以使R1瞬间被旁路并提供基极电流。当Q1从导通状态切换到截止状态，即输入信号从高电平切换到低电平时，晶体管由导通到截止时能够迅速从基区取出电子，消除开关滞后。这个电容的作用就是提高开关速度，称之为加速电容。但是使用加速电容也会给输出波形带来下过冲，对一般的晶体管来说，加速电容的容量取值为几十pF到几百pF。

图15-4：添加加速电容

实际上晶体管由截止状态到导通状态的时间缩短了，由于使用所使用的晶体管以及基极电流、集电极电流的不同，加速电容的最佳值是各不相同的，因此加速电容的值需要通过观测实际开关电路的开关波形决定。

肖特基钳位：

如图15-5通过肖特基钳位，接入肖特基二极管的效果与接入加速电容的效果相同，晶体管从导通状态变化到截止状态没有时间滞后。

肖特基二极管的正向压降VF比晶体管的Vbe小，大约0.3V，所以本来应该流过晶体管的大部分基极电流I1现在都通过D1被旁路掉了。这时流过晶体管的基极电流非常小，所以可以认为这时晶体管的导通状态很接近截止状态。从导通状态变化到截止状态时的时间滞后非常小（基极电流小，所以电荷存储效应影响小）

图15-5：肖特基钳位加速

3.小结

1：当R1减小时，由于低通滤波器的截止频率升高，所以输出波形上升速度会加快。即减小R1的值可以使响应波形的上升速度加快。

2：加速电容是一种与减小R1值等效的提高开关速度的方法，肖特基箍位可以看作是改变晶体管的工作点，减小电荷存储效应，提高开关速度的方法。

3：由于肖特基箍位电路不像接入加速电容那样会降低电路的输入阻抗，所以当驱动开关电路的前级电路的驱动能力较低时，采用这种方法很有效。在设计这类电路时需要注意肖特基二极管的反向电压VR的最大额定值，有的肖特基二极管的VR最大额定值非常低。