双极型晶体管（BJT）导通原理
1. NPN型三极管
导通条件：
电流流向：
2. PNP型三极管
导通条件：
电流流向：
3. 注意点
- 负载全部接在集电极
- 感性负载要加续流二极管，提供泄放路径
- NPN下拉电阻
- PNP上拉电阻
双极型晶体管（BJT）推挽电路
1. 三极管导通原理
NPN型三极管
| 参数 | 导通条件 | 典型值 |
|---|---|---|
| 基射极压降 | ( $V_{BE} \geq 0.7\ \text{V}$ ) | 0.7 V（硅管） |
| 电流放大系数 | ( $\beta = 50 \sim 200$ ) | 100（通用型号） |
| 饱和压降 | ( $V_{CE(sat)}$) | 0.2 V ~ 0.8 V |
导通电流流向：
- 推电流模式：电源 ( $V_{CC}$ ) → 集电极 → 发射极 → 负载 → GND
- 基极驱动电流：( $I_B = I_C / \beta$ )，需确保 ($ I_B$ ) 足够驱动三极管饱和
PNP型三极管
| 参数 | 导通条件 | 特殊约束 |
|---|---|---|
| 基射极压降 | ( $V_{EB} \geq 0.7\ \text{V}$ ) | 发射极电位需最高 |
| 饱和压降 | ( $V_{EC(sat)}$ ) | 0.3 V（典型） |
设计要点：
- 上拉/下拉电阻：防止浮空（NPN需下拉至GND，PNP需上拉至 ( $V_{CC}$ )）
- 感性负载保护：必须并联续流二极管（反向耐压 ≥ ( $2 \times V_{CC}$ )）
2. 推挽电路架构对比
| 类型 | 上N下P型（NPN-PNP） | 上P下N型（PNP-NPN） |
|---|---|---|
| 输出相位 | 同相 | 反相 |
| 电平损失 | ( $V_{OH} = V_{IN} – 0.7\ \text{V} $) | ( $V_{OL} = V_{IN} + 0.7\ \text{V} $) |
| 串通风险 | 低（无需基极电阻） | 高（需基极电阻隔离） |
| 驱动信号要求 | ( $V_{IN} \geq V_{CC} – 0.7\ \text{V}$ ) | ( $V_{IN} \leq 0.7\ \text{V}$ ) |
串通电流公式（上P下N型）： 当输入电压处于死亡区间 ( $0.7\ \text{V} < V_{IN} < V_{CC} – 0.7\ \text{V}$ ) 时，发生串通，导致短路，需要基极电阻
场效应管（MOSFET）导通机制
1. N沟道增强型
导通条件：
电流路径：
双向导通特性：
$V_{DSS}$：GS短接，DS间最大电压
| 参数 | 正向导通 | 反向导通 |
|---|---|---|
| 允许电压范围 | $0 < V_{DS} < V_{DSS}$ | $-V_{DSS} < V_{DS} < 0$ |
| $R_{DS(on)}$典型值 | $5-100mΩ$ | 增加10-15% |
| 最大脉冲电流 | $3×I_{D(cont)}$ | $2×I_{D(cont)}$ |
| 热阻影响因子 | 1.0 | 1.2 |
2. P沟道增强型
导通条件：
双向工作特性：
导通对比表：
| 特性 | N沟道 | P沟道 |
|---|---|---|
| 栅极驱动电压 | +10V ~ +15V | -10V ~ -15V |
| 双向导通对称性 | ±5% $R_{DS(on)}$差异 | ±8% $R_{DS(on)}$差异 |
| 第三象限最大频率 | 1MHz | 500kHz |
| 体二极管恢复时间 | 50-100ns | 80-150ns |
| 雪崩能量承受力 | 5-20mJ | 3-15mJ |
3.驱动电路设计要点
1. 栅极串联电阻计算
阻值确定公式：
$R_{g\_min} = \frac{V_{drive}}{I_{peak\_max}}$
$R_{g} = \frac{t_{rise}}{2.2 \times C_{iss}}$
参数定义：
- $V_{drive}$: 驱动芯片输出电压幅值（典型12-15V）
- $I_{peak\_max}$: 驱动芯片最大允许输出电流
- $t_{rise}$: 目标导通上升时间（开关周期的1-3%）
- $C_{iss}$: MOSFET输入电容
2. 快恢复二极管参数设计
反向恢复时间约束：
$t_{rr} < \frac{Q_{gd}}{I_{drv\_pk}}$
| 参数 | 二极管要求 | MOSFET关联参数 |
|---|---|---|
| 反向恢复时间 | < 50ns | $Q_{g(total)}$ |
| 正向电流 | ≥ 栅极峰值电流200% | $C_{iss}$ |
| 耐压值 | ≥ 驱动电压幅值 | $V_{gs(max)}$ |
3.GS间并联电阻
- 提供栅极电荷泄放路径
- 防止静电积累
- 提供一个确定电平，增强稳定性
- 10K–100K欧姆左右
4. 慢通快断
慢通设计依据：
快断设计对比：
| 参数 | 无二极管方案 | 有二极管方案 |
|---|---|---|
| 关断延迟时间 | 50-200ns | 20-80ns |
| 开关损耗 | $E_{off} = 0.5V_{DS}I_{D}t$ | 降低40-70% |
| 电压尖峰 | $15-30% V_{DC}$ | $<5% V_{DC}$ |
绝缘栅双极晶体管（IGBT）导通原理
1. 基本导通条件
载流子运动：
2. 导通阶段分析
| 阶段 | 时间范围 | 物理过程 |
|---|---|---|
| 延迟阶段 | 100-500ns | 栅极电容充电至$V_{GE(th)}$ |
| 米勒平台 | 200-800ns | 栅极电压维持不变 |
| 电流上升 | 50-200ns | 集电极电流快速增长 |
| 拖尾阶段 | 500ns-2μs | 残余载流子复合 |
3. 特殊导通模式
预防措施：
- 限制最大集电极电流
- 控制结温 <125℃
- 优化驱动负偏压
导通状态对比
1. 控制信号要求
| 器件类型 | 控制端 | 导通信号特征 |
|---|---|---|
| NPN-BJT | 基极电流 | $I_b > I_c/\beta$（饱和条件） |
| PNP-BJT | 基极电流 | $I_b < -I_c/\beta$ |
| N-MOSFET | 栅极电压 | $V_{GS} > V_{th}$（典型10-15V） |
| P-MOSFET | 栅极电压 | $V_{GS} < V_{th}$（负压驱动） |
| IGBT | 栅射电压 | $V_{GE} > 15V$（+15V/-5V） |
