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節能燈和電子整流器三極管參數的選擇指南

發(fā)布時(shí)間:2016-05-20 責任編輯:wenwei

【導讀】功率容限(SOA)是一個(gè)曲線(xiàn)包圍的區域(圖1),當加在三極管上的電壓、電流坐標值超過(guò)曲線(xiàn)范圍時(shí),三極管將發(fā)生功率擊穿而損壞。在實(shí)際應用中,某些開(kāi)關(guān)電源線(xiàn)路負載為感性,三極管關(guān)斷后,電感負載產(chǎn)生的自感電勢反峰電壓加在三極管的CE極之間,三極管必須有足夠的SOA、BVceo和BVcbo值才能承受這樣的反壓。
節能燈和電子整流器三極管參數的選擇指南

必須注意:目前一般三極管使用廠(chǎng)家不具備測試SOA的條件,即使是有條件的半導體三極管生產(chǎn)廠(chǎng)家,具備測試該指標的能力,但是儀器測試出的往往只是安全工作區邊界點(diǎn)上的數值,而不是SOA曲線(xiàn)的全部。這樣就有可能出現:在一點(diǎn)上SOA值完全一樣的兩對三極管,實(shí)際線(xiàn)路上使用過(guò)程中,一對三極管損壞了,而另外一對卻沒(méi)有損壞。

因此,在選擇燈用三極管的過(guò)程中,一定要找到器件生產(chǎn)廠(chǎng)家提供的完整SOA曲線(xiàn)。

降低三極管的發(fā)熱損耗

目前,節能燈、電子鎮流器普遍采用上下管輪流導通工作的線(xiàn)路,電感負載產(chǎn)生的自感電勢反峰電壓經(jīng)由導通管泄放,所以普遍感到三極管常溫下SOA值在節能燈、電子鎮流器線(xiàn)路中不十分敏感。而降低三極管的發(fā)熱損耗卻引起了業(yè)界的普遍關(guān)注,這是因為三極管的二次擊穿容限是隨著(zhù)溫度的升高而降低的(圖2)。

三極管在電路中工作一段時(shí)間以后,線(xiàn)路元器件會(huì )發(fā)熱(包括管子本身的發(fā)熱),溫度不斷上升導致三極管hFE增大,開(kāi)關(guān)性能變差,二次擊穿特性下降。反過(guò)來(lái),進(jìn)一步促使管子發(fā)熱量增大,這樣的惡性循環(huán)最終導致三極管擊穿燒毀。因此,降低三極管本身的發(fā)熱損耗是提高三極管使用可靠性的重要措施。

實(shí)驗表明:晶體管截止狀態(tài)的功耗很??;導通狀態(tài)的耗散占一定比例,但變化余地不大。晶體管耗散主要發(fā)生在由飽和向截止和由截止向飽和的過(guò)渡時(shí)期,而且與線(xiàn)路參數的選擇及三極管的上升時(shí)間tr、下降時(shí)間tf有很大關(guān)系。

最近幾年,業(yè)界推出的節能燈和電子鎮流器專(zhuān)用三極管都充分注意到降低產(chǎn)品的開(kāi)關(guān)損耗,例如,國產(chǎn)BUL6800系列產(chǎn)品在優(yōu)化MJE13000系列產(chǎn)品的基礎上,大幅提高了產(chǎn)品的開(kāi)關(guān)損耗性能。

此外,控制磁環(huán)參數也有利于控制損耗。因為磁環(huán)參數的變化會(huì )引起三極管Ib的變化,影響三極管上升和下降時(shí)間。三極管過(guò)驅動(dòng)可以造成三極管?chē)乐匕l(fā)熱燒毀,而三極管驅動(dòng)不足,則可能造成三極管冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)瞬時(shí)擊穿損壞。

放大倍數hFE和貯存時(shí)間ts

三極管的hFE參數與貯存時(shí)間ts相關(guān),一般hFE大的三極管ts也較大,過(guò)去人們對ts的認識以及ts的測量?jì)x器均較為欠缺,人們更依賴(lài)hFE參數來(lái)選擇三極管。

在開(kāi)關(guān)狀態(tài)下,hFE的選擇通常有以下認識:第一、hFE應盡可能高,以便用最少的基極電流得到最大的工作電流,同時(shí)給出盡可能低的飽和電壓,這樣就可以同時(shí)在輸出和驅動(dòng)電路中降低損耗。

但是,如果考慮到開(kāi)關(guān)速度和電流容限,則hFE的最大值就受到限制;第二、中國的廠(chǎng)家曾經(jīng)傾向于選用hFE較小的器件,例如hFE為10到15,甚至8到10的三極管就一度很受歡迎(后來(lái),由于基極回路流行采用電容觸發(fā)線(xiàn)路,hFE的數值有所上升),hFE的數值小則飽和深度小,從而有利于降低晶體管的發(fā)熱。
節能燈和電子整流器三極管參數的選擇指南

實(shí)際上,晶體管的飽和深度受到Ib、hFE兩個(gè)因素的影響,因而通過(guò)磁環(huán)及繞組參數、基極電阻Rb的調整,也可以降低飽和深度。

目前,業(yè)界推出的節能燈和電子鎮流器專(zhuān)用三極管都十分注重對貯存時(shí)間的控制。因為貯存時(shí)間ts過(guò)長(cháng),電路的振蕩頻率將下降,整機的工作電流增大易導致三極管的損壞。雖然可以調整扼流圈電感及其他元器件參數來(lái)控制整機功率,但ts的離散性,將使產(chǎn)品的一致性差,可靠性下降。例如,在石英燈電子變壓器線(xiàn)路中,貯存時(shí)間太大的晶體管可能引起電路在低于輸出變壓器工作極限的頻率振蕩,從而造成每個(gè)周期的末端磁芯飽和,這使得晶體管Ic在每個(gè)周期出現尖峰,最后導致器件過(guò)熱損壞(圖3)。

如果同一線(xiàn)路上的兩個(gè)三極管貯存時(shí)間相差太大,整機工作電流的上下半波將嚴重不對稱(chēng),負擔重的那只三極管將容易損壞,線(xiàn)路也將產(chǎn)生更多的諧波和電磁干擾。

實(shí)際使用表明,嚴格控制貯存時(shí)間ts并恰當調整整機電路,就可以降低對hFE參數的依賴(lài)程度。還值得一提的是,在芯片面積一定的情況下,三極管特性、電流特性與耐壓參數是矛盾的,中國市場(chǎng)曾經(jīng)用BUT11A來(lái)做220V40W電子鎮流器,其出發(fā)點(diǎn)是BVceo、BVcbo數值高,但是目前絕大部分電子鎮流器線(xiàn)路中,已經(jīng)沒(méi)有必要過(guò)高選擇三極管的電壓參數。


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