PNP三极管饱和导通的讨论-综合电源技术-世纪电源网社区

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2019-5-16 10:45:04

50问答币

如图下，输入Vin经过肖特基二极管VT1后，后续电路起到过压保护的作用（过压断开PMOS管）

稳压管VT2的稳压值为25V，讨论如果在输入为过压（48V输入）的保护情况

现有问题分析如下

【1】首先如果电路的过压保护启动了，为什么此时PNP（图中V1）一定是饱和导通？个人理解是，饱和导通时，A点与B点的电压差仅仅为0.7V，这样才使得PMOS关断，而在非饱和导通时，PNP的EC极之间的电阻没有足够小，以致A和B点之间的压差大于PMOS的GS之间的导通电压Vth值（2V），使得PMOS继续导通。

【2】PNP未饱和导通时，Vin经过VT1在A点，（此处先暂时不考虑R3），通路是：从A→V1（eb极）→R2→VT2→GND，此时PNP基极电流为（Vin-0.7-VT1）/R2，而在PNP饱和导通时，通路变为：A→V1→R4→GND，此时R4流经的电流即为PNP的集电极电流为（Vin-0.7）/R4。假设PNP的放大倍数为h，如果PNP是饱和导通，那么基极电流乘以h，是要大于还是要小于集电极电流呢？

【3】因为PMOS的VGS有幅值限制（10V），所以加上稳压二极管VT3来稳压，这样直接接在PMOS的GS极，需不需要加上限流电阻（类似R1与VT2的关系）？是不是R4就是VT3的限流电阻？另外当输入为48V时

，因为VT3稳压为10V，所以B点的电压为38V，这样PMOS的栅极可以承受吗？手册只说Vgs的电压不大于10V，但是未说各个极的电压最大值。

【4】R3的作用是增加稳压和保护的可靠性，这个R3如何选值呢？

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Ast200902

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2. PNP在未饱和导通时, 和PNP在饱和导通时, 基极电流为 Ib =（Vin-0.7-VT1）/R2. 在电路中PNP的集电极电流最大值是(（V +）- (- Vcesat))/R4 PNP未饱和导通时R4流经的电流即为PNP的集电极电流Ib * Hfe 並小于(（V +）- (- Vcesat))/R4 此时-Vce =（V +） - Ib * Hfe * R4 当（ib * hfe * R4）不续增加时，-Vce电压降低并达到-Vcesat 为了实现PNP饱和, Ib * Hfe > (（V +）- (- Vcesat))/R4 ...

收藏4

		2 st.you st.you 在线 LV10 总工程师积分：16772 \| 主题：8 \| 帖子：3793 访问空间发消息积分:16772 LV10 总工程师 2019-5-16 11:29:25
		先把能实现你描述功能的元件参数都标上再来谈原理。回复 \| 举报 \|

			3 世纪电源网-小王世纪电源网-小王离线 LV9 管理员积分：8333 \| 主题：160 \| 帖子：1379 访问空间发消息积分:8333 管理员 2019-5-16 13:09:58
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		4 Ast200902 Ast200902 离线 LV8 副总工程师积分：2625 \| 主题：0 \| 帖子：516 访问空间发消息积分:2625 LV8 副总工程师 2019-5-16 15:03:49
		1. PNP晶体管不一定需要进入饱和状态.只要PNP晶体管的Vce小于MOSFET的导通电压Vgs (2V)，MOSFET就会关断。 PNP晶体管不一定需要进入饱和状态. 但是在饱和模式下PNP晶体管的低Vce确保MOSFET会关闭。回复 \| 举报 \|

			5 Ast200902 Ast200902 离线 LV8 副总工程师积分：2625 \| 主题：0 \| 帖子：516 访问空间发消息积分:2625 LV8 副总工程师 2019-5-16 16:36:50
			2. PNP在未饱和导通时, 和PNP在饱和导通时, 基极电流为 Ib =（Vin-0.7-VT1）/R2. 在电路中PNP的集电极电流最大值是(（V +）- (- Vcesat))/R4 PNP未饱和导通时R4流经的电流即为PNP的集电极电流Ib * Hfe 並小于(（V +）- (- Vcesat))/R4 此时-Vce =（V +） - Ib * Hfe * R4 当（ib * hfe * R4）不续增加时，-Vce电压降低并达到-Vcesat 为了实现PNP饱和, Ib * Hfe > (（V +）- (- Vcesat))/R4 回复 \| 举报 \|

				6 Ast200902 Ast200902 离线 LV8 副总工程师积分：2625 \| 主题：0 \| 帖子：516 访问空间发消息积分:2625 LV8 副总工程师 2019-5-16 16:55:36
				3. R4就是VT3的限流电阻. 手册只说Vgs的电压不大于10V, 这是端子之间允许的最大电压应力. 只要端子之间的电压应力低于最大允许电压应力，施加在一个端子上的绝对电压应该对零件没有任何损害回复 \| 举报 \|

					7 Ast200902 Ast200902 离线 LV8 副总工程师积分：2625 \| 主题：0 \| 帖子：516 访问空间发消息积分:2625 LV8 副总工程师 2019-5-16 17:38:41
					4. 我的个人经验，当OVP被触发时，IR3可以是50uA到几百uA。但要确保R3上的电压大于PNP的Vbe。回复 \| 举报 \|

						8 shaorc shaorc 离线 LV8 副总工程师积分：2754 \| 主题：192 \| 帖子：485 访问空间发消息积分:2754 LV8 副总工程师 2019-5-19 17:17:24
						多解多解你的回答这里的一点我想再问问 R3的作用到底是什么，如何体现的呢？是为了让PNP发射极的电位稳定不受到干扰吗？回复 \| 举报 \|

						9 shaorc shaorc 离线 LV8 副总工程师积分：2754 \| 主题：192 \| 帖子：485 访问空间发消息积分:2754 LV8 副总工程师 2019-5-19 17:22:31
						当OVP（过压保护）触发时，R3上还会有电流吗？当过压保护时，PNP基本是饱和导通，那通路为：A→V1→R4→GND 为什么还要流过R3呢？而且你说IR3可以是50uA到几百uA。这个经验值是对于哪一类的过压保护来说的吧但要确保R3上的电压大于PNP的Vbe。这又是为什么？回复 \| 举报 \|

							11 Ast200902 Ast200902 离线 LV8 副总工程师积分：2625 \| 主题：0 \| 帖子：516 访问空间发消息积分:2625 LV8 副总工程师 2019-5-20 11:47:53
							R3与PNP的Vbe并联连接, 当OVP（过压保护）触发时, Vbe约为0.7V, IR3=0.7/R3 假设R3被取出, 假设Hfe为100，任何噪声在VT2和Vin上的电压变化,将导致IR4的变化，例如50uA，将在Ic放大到5mA. 安装R3将使电路以更可预测的方式运行。稳压管VT2的稳压值为25V，讨论如果在输入为过压（48V输入）的保护情况更正 VR3 = (R3/(R2+R3))*(48-25-Vd) >=Vbe 回复 \| 举报 \|

								12 shaorc shaorc 离线 LV8 副总工程师积分：2754 \| 主题：192 \| 帖子：485 访问空间发消息积分:2754 LV8 副总工程师 2019-5-20 13:54:09
								谢谢回复，追问两个不明白的地方【1】“安装R3将使电路以更可预测的方式运行。"这个更可预测的方式是指什么？因为无论R3是否存在, 假设Hfe为100，任何噪声在VT2和Vin上的电压变化都将导致IR4的变化，例如50uA，将在Ic放大到5mA. 【2】“稳压管VT2的稳压值为25V，讨论如果在输入为过压（48V输入）的保护情况 ” VR3 = (R3/(R4+R3))*(48-25-Vd) >=Vbe (48-25-Vd)是什么电压？你列出这样的表达式，说明R3和R4对(48-25-Vd)进行分压我还是那个问题没懂当OVP（过压保护）触发时，R3上还会有电流吗？当过压保护时，PNP基本是饱和导通，那通路为：A→V1→R4→GND 为什么还要流过R3呢？回复 \| 举报 \|

									13 Ast200902 Ast200902 离线 LV8 副总工程师积分：2625 \| 主题：0 \| 帖子：516 访问空间发消息积分:2625 LV8 副总工程师 2019-5-20 16:28:45
									更正 VR3 = (R3/(R2+R3))*(48-25-Vd) >=Vbe 如果没有R3，当VA大于VT2 + Vbe时，Ib将开始流动。 R3和R2可以设置PNP开始导通时Vi的电压。回复 \| 举报 \|

										14 Ast200902 Ast200902 离线 LV8 副总工程师积分：2625 \| 主题：0 \| 帖子：516 访问空间发消息积分:2625 LV8 副总工程师 2019-5-20 17:52:38
										当OVP（过压保护）触发时，Ic流经R4; Ic通路为A→V1→R4→GND不管PNP是否饱和，此时都有Ib流动. 每当Ib流动时，Vbe必须被适当地偏置，即BE结上必须有适当的电压降.R3与PNP的Vbe并联连接, 当OVP（过压保护）触发时, Vbe约为0.7V, IR3=0.7/R3Ib通路为A→D→C→VT2→GND 回复 \| 举报 \|

											15 shaorc shaorc 离线 LV8 副总工程师积分：2754 \| 主题：192 \| 帖子：485 访问空间发消息积分:2754 LV8 副总工程师 2019-5-21 10:15:38 倒数10
											还是有几个点追问【1】最本质的问题：过压保护启动时，三极管PNP一定要是饱和导通吗？【2】“不管PNP是否饱和，此时都有Ib流动. 每当Ib流动时，Vbe必须被适当地偏置，即BE结上必须有适当的电压降.R3与PNP的Vbe并联连接” 以上是你的说法，确实，无论PNP是否饱和导通，基极电流 Ib 都存在。但是，为什么在Ib流动时，Vbe必须被偏置呢？此时已经存在电阻R2,它就是基极电阻，R2不就可以提供基极电流吗？【3】“VR3 = (R3/(R2+R3))*(48-25-Vd) >=Vbe，如果没有R3，当VA大于VT2 + Vbe时，Ib将开始流动。R3和R2可以设置PNP开始导通时Vi的电压。” 以上也是你的说法，首先Vd是什么的电压？其次，没有R3的话，A点的电压大于（VT2+Vbe）时，PNP开始导通，就有Ib开始流动，对于本例来说，如果没有R3，VT2=25V，Vbe=0.7V，即A点大于25.7V时，PNP开始导通。但是加上R3的话，如何改变了改变是PNP导通的A点电压？【4】“当OVP（过压保护）触发时, Vbe约为0.7V, IR3=0.7/R3，Ib通路为A→D→C→VT2→GND” 以上也是你的说法。但是当OVP（过压保护）触发时，Ic流经R4; Ic通路为A→V1→R4→GND，是不是说过压保护启动时，电流从A点到GND有两条通路？一条是Ib的，一条是Ic的？因为自己也在前几楼提问过，PNP饱和导通后，Ic通路的阻抗小于Ib通路的阻抗。回复 \| 举报 \|

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2019-5-21 12:07:10
倒数9

1. 过压保护启动.只要PNP晶体管的Vce小于MOSFET的导通电压Vgs (2V)，MOSFET就会关断。
PNP晶体管不一定需要进入饱和状态. 但是在饱和模式下PNP晶体管的低Vce确保MOSFET会关闭。

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2019-5-21 14:26:22
倒数8

2. 对, R2可以提供基极电流. 但如果没有R3，当VA大于VT2 + Vbe时，Ib将开始流动。
Ic=Ib*hfe, VA的小量增加，导致Ib增加，然后是IC, 造成PNP晶体管Vce下降也许进入饱和状态。
这可能会触发OVP. OVP的触发电压难以达到48V. 3. (48-Vd)=VA.

3. 假设 R3 =5k, R2=10K, 和PNP Vbe导电电压为0.7V

电路理论
VA-VT2 = 0.5V时, VR3=0.167V       PNP关闭

VA-VT2 = 1.0V时, VR3=0.333V       PNP关闭

VA-VT2 = 1.5V时, VR3=0.5V       PNP关闭

VA-VT2 = 2.1V时, VR3=0.7V       PNP开始导通, Ib=0

VA-VT2 = 3V时, VR3=0.7V          PNP导通, Ib>0

4.  对, 过压保护启动时, 电流从A点到GND有两条通路. 一条是Ib的，一条是Ic的.
没有Ib，怎么来Ic?

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2019-5-21 15:18:41
倒数7

好的非常感谢不厌其烦的讲解
你看这儿是不是你写错了

电路理论
VA-VT1 = 0.5V时, VR3=0.167V       PNP关闭

VA-VT1 = 1.0V时, VR3=0.333V       PNP关闭

VA-VT1 = 1.5V时, VR3=0.5V       PNP关闭

VA-VT1 = 2.1V时, VR3=0.7V       PNP开始导通.

上述这一段，VT1应该是VT2才对。

而且你说(48-Vd)=VA.，对应首贴的图来说，Vd指的是肖特基二极管VT1的压降了

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2019-5-21 15:31:50
倒数6

对。
VA-VT1
已经纠正為
VA-VT2

对,Vd指的是肖特基二极管VT1的压降.

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2019-5-21 16:21:04
倒数5

嗯，而且无论过压保护是否启动只要PNP管导通，电流从A点到GND就有两条通路. 一条是Ib的，一条是Ic的.

						10 shaorc shaorc 离线 LV8 副总工程师积分：2754 \| 主题：192 \| 帖子：485 访问空间发消息积分:2754 LV8 副总工程师 2019-5-20 11:43:13
						https://bbs.21dianyuan.com/thread-310145-1-1.html 这个问题也帮忙看看，谢谢回复 \| 举报 \|

						21 shaorc shaorc 离线 LV8 副总工程师积分：2754 \| 主题：192 \| 帖子：485 访问空间发消息积分:2754 LV8 副总工程师 2019-5-22 10:21:33 倒数4
						这里对于R3的取值选择，只能依靠经验吗？有没有理论设计计算的方法？回复 \| 举报 \|

				23 edward151 edward151 离线 LV2 本网技师积分：107 \| 主题：0 \| 帖子：1 访问空间发消息积分:107 LV2 本网技师 2019-9-12 10:25:30 倒数2
				弱弱地问一句，这个Ib电流是不是（Vin-0.7-VT1-VT2）/R2,你的公式中少了VT2？回复 \| 举报 \|

					24 Ast200902 Ast200902 离线 LV8 副总工程师积分：2625 \| 主题：0 \| 帖子：516 访问空间发消息积分:2625 LV8 副总工程师最新回复 2019-10-21 22:49:51 倒数1
					謝謝指導。 Ib=(Vin-Vd-Vbe-VT2)/R2 回复 \| 举报 \|

		22 whyeah whyeah 离线 LV2 本网技师积分：159 \| 主题：0 \| 帖子：17 访问空间发消息积分:159 LV2 本网技师 2019-5-22 22:24:18 倒数3
		谢谢分享回复 \| 举报 \|