电子镇流器原理及三极管应用指南

电子镇流器原理及三极管应用指南 SI 灯用三极管应用指南 本应用指南的适用范围是目前国内大量使用的半桥电路。 鉴于用户使用的线路及产品档次、使用习惯有很大的不同，本应用指南以通用性技 术问题为主要 内容 财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容 ，推荐使用的产品灯功率范围也仅供参考。一、深爱灯用三极管 的四个系列及适用功率范围:1、改进型的灯用 MJE13000 系列(表 1) 产品名称 封装形式 适用功率范围W MJE13001 TO-92 5-9 MJE13003BR(H) TO-126 11-15 MJE13003BR TO-126 13-18 MJE13003 TO-126、TO-220 20-23 MJE13005 TO-220 26-45 MJE13007 TO-220 45-85 MJE13009 TO-220 55-105 MJE13000 系列是 Motorola 早期的产品型号，shy来不是为节能灯、电子镇流器设计生产的(当时世 界上还没有专门的灯用三极管)，深爱半 导体有限公司在推出专门为节能灯、电子 镇流器设计生产的 BUL6800 灯用三极管系列产品的同时，对 MJE13000 系列进行 了专门的改进，性能和 BUL6800 灯用三极管系列产品完全一样，但为了照顾到市 场对产品型号的使用习惯，仍然沿用了 MJE13000 的标志。2、BUL6800 系列(表 2) 部分产品名称 封装形式 适用功率范围W BUL6820A TO-92 3-5 BUL6821 TO-92 7-11 BUL6822 TO-92 9-13 BUL6822A TO-92 11-15 BUL6823 TO-92 13-18 BUL6823A TO-92 15-18 BUL6833 TO-92 18-21 BUL6802 TO-126 15-18 BUL1688 SOT-82 20-25 这是深爱半导体有限公司专门为节能灯、电子镇流器设计生产的灯用 三极管系列产品，是国内最早推出的该类产品，BUL 中的“L”是“LAMP”-灯的第一 个 字母。具有优良的开关特性，在保证电压指标够用的同时，对用户最有使用价值 的电流特性，给于了充分的保证。 大电流特性小封装产品系列:三极管的芯片面积、 功率大小和封装大小之间是有一定的科学关系的，但是，在节能灯这个特定的应用 场合，三极管的芯片面积、功率 大小和封装大小之间的科学关系是可以突破的;大 电流特性小封装产品在不影响使用的前提下，可以较多地降低成本;还有利于缩小 节能灯的体积。深爱半导体有限 公司于国内率先推出大电流特性小封装产品系列， 目前，TO-92 封装的灯用三极管已shy大量用于国产节能灯，为国产节能灯进一步 提高竞争能力做出了 贡献。3、110V 出口灯用 L 系列(表 3) 部分产品名称 封 装形式 适用功率范围W MJE13001L TO-92 5-9 BUL6822L TO-92 9-13 BUL6822AL TO-92 11-15 BUL6823L TO-92 13-18 MJE13003BRL TO-126 13-18 BUL6823AL TO-92 15-18 BUL6802L TO-126 15-18 MJE13003L TO-126 18-21 BUL6803L TO-220 20-23 BUL1688L SOT-82 20-25 MJE13005HL TO-220 23-28 MJE13005L TO-220 shy来的灯用三极管的 BVCEO 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 都是 400V，同样功率的灯，当不采26-45 国内 用倍压整流时，三极管的电流规格必须加倍，这就要提高成本;而采用倍压 整流时， 要用两个电解电容，因为电解电容的可靠性低，越来越多的 110V 出口灯产品不再 采用倍压整流。深爱半导体有限公司于国内率先推出的 110V 出口灯 用 L 系列， 可以用shy来 220V 灯同样的三极管成本，提供加倍的电流。 例如:一般 220V 50W 的卤钨灯(射灯)应该用 MJE13005 作为开关管，电压降为 110V，不采取倍压整 流，所用的三极管 IC 应加倍。一家台湾企业shy来用 C4242 生产 110V 50W射灯， IC 有 8A 以上，早在 1998 年深爱半导体有限公司就提供 13005L，即用电压达不 到400V 的 13005(BVCEO300V400V)成功地替代了 C4242。在非常恶劣的老化 环境中，电压升高 15， 仍 (见 环境温度为 70?的房间里老化冲击， 然可靠工 作。 《中国照明电器》 2000年第 1 期《节能灯、电子镇流器用功率管主要参数定 位的市场适应性》) 目前，深爱半导体有限公司已shy将 110V 出口灯用 L 系列 的电压参数进一步降低，在保证电压指标够用的同时，对用户最有使用价值的电流 特性，进一步给于了充分的保证。4、抗过驱动带 D 系列(表 4) 产品名称 封装形式 适用功率范围W BLD133D TO-126 TO-220 20-23 BLD128DA SOT-82 TO-220 22-40 BLD128D SOT-82 TO-220 26-45 BLD137D TO-220 45-85 BLD139D TO-220 55-105 BLD123DL TO-92 TO-126 13-18110V BLD133DL TO-126 TO-220 20-23110V BLD128DAL SOT-82 TO-220 22-40110V BLD128DL SOT-82 TO-220 26-45110V BLD137DL TO-220 45-85110V 三极管在电子镇流器中工作在开关工作状态，必须保证在任何情况下三极管在该饱和的时候充分饱和，该截止的时候彻底截止。三极管饱和的条件是 Hfe×Ib?Ic，但是，最近这几年，为了降低发热，在大批量生产中线路对三极管的驱动越来越临界的情况下，遇到环境温度低，个别灯管启辉特性较差、磁 环参数偏小、三极管 Ts、Hfe 偏小等情况就可能出现个别三极管 Ic、Vce 严重交叉而瞬时爆管。 深爱半导体有限公司的抗过驱动带 D 系列产品带有有源抗饱和网络。当 NPN 管饱和导通以后，能将过多的基极驱动电流分流，使 NPN 晶体管不会出现深饱和。这 样，NPN 管选用大的 hFE 值，外电路元件的不一致性 带来的过驱动，导致的过饱和现象得到自动抑止，改善了开关特性，提高了大批量生产时的工艺宽容度。采用抗过驱动带 D 系列产品，可以把线路的基极驱动加强， 兼顾电子镇流荧光灯在各种复杂工作状态下的可靠性;但是又不会高温时因过驱动烧管。对解决低温时要求驱动很强，以利灯的顺利起辉，高温时不因过驱动烧管也 很有效。 特别推荐在采用高频反馈的高功率因数双泵电路、火箭炮(大功率节能灯)等场合采用抗过驱动带 D 系列产品。5、三极管适用功率范围的选择shy则和用户的具体情况有很大的关系: 可靠性(失效率)是要求 0.1,以下还是允许 1,左右;灯的有效寿命 12000 小时还是3000 小时;出口欧美还是出口要求相对低一点的地区;灯管是粗管 还是细管，是 T8 还是T5;灯管回路是否采用 PTC 元件延时启动;是否采用逐流电路或双泵电路提高功率因素;是否有低温工作要求(-10?以下);工艺思 路:用灯管、磁环讲究，三极管宽松还是三极管余量用得大，灯管、磁环用得粗放等等。都会对三极管规格的选择产生很大影响。二、 深爱灯用三极管的特点及应用中的优点(产品设计依据)及使用注意事项:1、电压够用就行了，电流特性、开关参数是主要指标: 对于目前广泛使用的半桥电路，电源电压 VCC220V× 310V，当电网电压到 280V 时VCC396V，对于目前节能灯、电子镇流器普遍采用的上、下管轮流导通的线路，电感负载产生的自感电动势是加在导通管上泄放的。 晶体管承受电压的能力有 BVceoBVcbo 两个指标。值得注意的是，在采用触发管 DB3的线路中，晶体管 BE 之间有基极电阻、 磁环次级绕组连通，它们的直流电阻很小，在这种情况下，BVceo 这个指标是没有实际意义的，真正有意义的是 BVcer，此时应接近 BVcbo，只要加在 CE 两端的实际电压不超过它， 而 晶体管就是安全的， BVcbo 值一般都大于 BVceo。一个 BVceo 为 380V 的三极管，用在电子镇流器上，当电网电压 上升到 300 伏时，镇流器仍在可靠地工作，就是一个例子。 根据实际试验， BE 对于那种不用触发管、 间接有一电解电容的线路， 因其 BVceV 的shy因，其 BVceo 仍然有很大余量;即使其 BVceo 达不到 400V，在 220V 线路中仍然能可靠工作。我们将一个 BVceo270V 的三极管，连接在不用触发管、BE 间接有一电解电容的线路中实际使用，在线路 状态下连接晶体管图示仪测试其耐压，可达到 380V 以上。 电压的选择，BVCEO400V 已广泛被人接受，BVCBO500V 的国产 MJE13001 也已被广泛接受。也就是说，在目前绝大部分电子镇流器线路 中， 没有必要过高选择三极管电压参数这一理念已被广泛接受。我们还建议用户使用 BVCEO380-400V 的产品，同样规格的产品电流特性特别好。三极管损坏shy因分析之一: 最终损坏是功率击穿，即加在三极管上的电压、电流超过了三极管的功率容限，即安全工作区(SOA)(图 1)。由于三极管的功率容限是随着温度上升而 下降的(图 2)，为此，为防止三极管的损坏，必须控制三极管的发热(即自身功耗)。 三极管因耐压不够而击穿损坏的说法已被业内人士抛弃， 比较认同的说法是功率击穿，而且是因为三极管发热造成三极管功率耐量降低后的功率击穿是灯用三极管损坏的主要shy因。降低三极管本身的发热损耗是提高三极管使用可靠性的重要措施。 初期曾shy听到有人说“40W 的镇流器应选 40W 的功率管quot，这显然有误，晶体管在镇流器中的作用是quot阀门quot而不是quot蓄水池quot。 在开关工作状态下，在晶体三极管上消耗的发热损耗功率由以下三部分组成: WOFFVCE×I WONVCES×IC W 过渡?Vt×It×?t/t?0t Vt It dt/t晶体管截止时，显然 VCE 很大(等于直流电源电压)，但是由于晶体管的漏电流非常小，所以这部分功耗是极小的; 晶体管导通时，IC 由负载所需电流 决定，VCES 是晶体管在负载电流条件下的饱和压降，这部分耗散功率占有一定比例，但变化余地不大;晶体管由饱和转为截止的过渡时期。这部分的耗散功率所 占的比重较大，而且与线路参数的选择及三极管的下降时间 tf 有很大的关系。 图 3 三极管开关损耗波形图 图 4 两个不同 ts 的三极管用于 同一线路的 IC 波形图图 3 为三极管的开关损耗波形图，比较直观地显示了以上三部分功率损耗数量的关系。 深爱半导体有限公司充分注意到了这一点，对节能灯、电子镇流器用三极管作了针对性的改进，开发出节能灯、电子镇流器专用三极管 BUL6800 系列，同时对 13000 系列产品进行了优化，大幅度提高了产品性能。1、三极管放大倍数 hfe 的选取及 ts 对使用的影响 有资料介绍:“理论上，hFE 应尽可能高，以便用最小的基极电流得到最大的工作电流，同时给出尽可能低的饱和电压， 这样就可以同时在输出和驱动电路中降低 损耗。 但是，其它方面的折衷考虑，例如开关速度和电流容限，则限制 hFE 的最大值(荧光灯电子控制 AN1049 JNAPPE T SPANGLEX MOTOROLA 美国)。 国内厂家早期曾经倾向于选用 hFE 较小的，一度 hFE10-15，甚至 hFE8-10 的三极管很受欢迎(后期由于基极回路采用电容触发线路的流 行，hFE 值的选用又有所上浮)，因为 hFE 大的三极管一般其下降时间 tf 也长，三极管容易发热，采用较小的 hFE 其目的是为了降低晶体管的发热，进一步 从理论上分析是为了降低晶体管的饱和深度。实际上，晶体管的饱和深度受 Ib、hFE 两个因素的制约，因此不一定要过分靠选择 hFE 参数，通过磁环及绕组参 数、基极电阻 Rb 的调整，也可以解决这一问题。 这里说的 hFE 指的是工作电流下的 hFE，小电流下的 hFE 一般会小于工作电流下的 hFE。小电流 hFE 如果太小会在某些场合影响节能灯的启辉， 但可以用调整电路参数的 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 解决。 由于三极管的 hFE 参数与贮存时间 ts 有一定的相关性，一般 hFE 大的三极管 ts 也较大。当时人们对 ts 的认识以及 ts 的测试仪器 均较欠缺，人们更依赖于对 hFE 参数选择作为控制节能灯、电子镇流器参数的手段。在三极管的贮存时间得到控制以后，人们对 hFE参数的依赖将进一步淡化。 三极管的 Hfe-Ic 曲线是一个开口朝下的弓形， 大电流和小电流时的放大倍数都比正常工作电流时小。把三极管放大倍数适当用大，可以提高小电流 Hfe，有 利于灯的启辉。我们认为，在现阶段三极管放大倍数用在 20-30(必要时 25-35)，就可以保证在绝大多数情 况下三极管在该饱和的时候充分饱和，该截止 的时候彻底截止。对解决低电压及低温启辉炸管、因灯管参数偏差启辉炸管等都很有效。实际上，这几年来行业整体选用三极管放大倍数参数在逐步往大的方向发 展， 从以 10-15 为主，逐步发展到目前以 15-25 为主，20-25更偏重一些。 这种变化是有其科学道理的， 一是基极回路电容触发电路的大量使用， 需要 三极管 Hfe 大一些;另一方面是因为对过驱动发热损坏三极管理论认识的普及，对驱动不足损坏三极管的一种本能补偿。我们认为，三极管 Hfe 的选用还可能继 续往大的方向发展。初期日立的 C2611、Hfe80 在节能灯中被大量使用;三星的灯用三极管 Hfe25-35，也是这方面的实际例证。 三极管在电路工作状态下的贮存时间，是电路工作周期的一部分，它影响电路的振荡频率。三极管贮存时间过长，电路的振荡频率将下降，整机工作电流增大易导致 其损坏。虽然，可以调整扼流圈电感及其他元器件参数控制整机功率(工作电流)，但三极管 ts 的离散性，将使该产品的整机参数严重偏离、可靠性下降。在石英 灯电子变压器线路中，存贮时间太大的晶体管 可能引起电路在低于输出变压器的工作极限的频率振荡， 引起每个周期的末端磁芯饱和，这使得晶体管 IC 在每个周期引出尖峰，最后导致器件过热损坏。如果同一 线路上的两个三极管的贮存时间相差太大，整机工作电流的上下半波将严重不对称(图 4)，负担重的那个三极管将容易损坏，线路也将产生更多的谐波，产生更多 的电磁干扰。 磁环有效导磁率、磁环绕组圈数和三极管存储时间 Ts 参数的配合，已经成了三极管能否可靠工作的重要因素。除了灯管，磁环有效导磁率和三极管存储时间 Ts 参 数的离散性是目前使用中的主要矛盾。世界各国磁环有效导磁率的出厂标准都是?25,(两头相差 50,)，TDK(厦门)的技术人员说要做到有效导磁 率?5,(两头相差 10,)，生产合格率就会下降;三极管存储时间 ts 参数的一致性，进口的三极管比国产的好一些，但也有一定的离散性(ST 认为双极型三 极管的 ts 是不可能做得很一致的)。可以将国产三极管 Ts参数的离散性和磁环有效导磁率的离散性相互配合， 用三极管 Ts 大的配磁环有效导磁率小的，用三极 管 Ts 小的配磁环有效导磁率大的，照样可以使节能灯电子镇流器可靠工作。 ts 到底是大好还是小好,在现阶段，在某一个范围内，不能说 ts 到底是大好还是小好，例如 13005 的 ts，2.5、 3.5、4.5，都有与之适应的灯电路，可以使用，不能说一定哪个好。但是，对于已经确定了相应元件参数的某一线路，则一定有一个与其相适应的参数范围， 例如 2.5-3.5。从整个行业来说，在某一时期，三极管生产厂家与用户会形成一个通行的参数范围。 注意三极管供货渠道 Ts 参数的连续性和可预约性; 不能在不调整线路参数的情况下更换三极管供货渠道(多个实例证明会提高损坏率);注意没有芯片生产能力的供货商更换三极管芯片而不预先通知。2、过驱动、 随着“为防止三极管的损坏，必须控制三极管的发热”这一思想逐步深入人心，三极管的发热越来越低，三极管越用越小，线路对三极管的驱动也越来越临界。但随 之而来的三极管“瞬态冷爆”的问题也开始越来越突出。在大批量生产中，有少量产品开机即爆三极管——三极管并没有发热， 一通电就炸了。 由于出问题的比例太 低， 问题又在瞬间发生，这种问题采用稳态分析的方法是很难找到原因的，三极管“瞬态冷爆”的时候，能量很大，有的时候 TO-220 封装的三极管都炸裂了。 很多业内技术人员为此而感到困惑。 三极管在电子镇流器中工作在开关工作状态，必须保证在任何情况下三极管在该饱和的时候充分饱和，该截止的时候彻底截止。三极管饱和的条件是 Hfe×Ib?Ic，但是， 在大批量生产中线路对三极管的驱动越来越临界的情况下，遇 到环境温度低，个别灯管启辉特性较差、磁环参数偏小、三极管 Ts、Hfe 偏小等情况就可能出现个别三极管驱动不足，进入放大区而瞬时爆管。国外应用研究成果: “在负载很大的情况下，例如短路保护、灯冷态启动，三极管的 Ic 很大，无法满足饱和导通的条件，Vce,Vceset，三极管的导通损耗增大，一般持续数百微秒。——MOTOROLA” 图 5 短路保护瞬间三极管三极管 VCE、IC 波形图 图 5 是开关电源短路保护瞬间三极管的瞬态工作状况: 上面部分是三极管集电极-发射极之间的电压 Vce，下面部分是三极管集电极电流 Ic。工作原理和灯启辉时类似。 开始正常工作时，Ic 为工作电流，约 3-4A，Vce 为正常饱和电压，约 1V;电路进入短路工作状态以后， Ic 急剧上升，达到 3.75×622.5A，Vce 已达到超过 50×1V。三极管驱动不足脱离饱和区进入放大区。 三极管脱离饱和功率损耗惊人， 20Ax50V1000W (13007)但是，在荧光灯电子镇流器中，我们尚未看到过这种波形，而只看到在灯启辉过程中 Ic很大的时候，三极管 Ic、Vce 严重交叉。 图 6 灯启辉过程三极管波形图 图 7 三 Vce 严重交叉波形图 图 6 左图为灯启辉时的波形，上面兰色 1 是三极极管 Ic、 管 CE 两端电压 Vce 的波形，下面红色2 是三极管集电极电流 Ic 的波形，右图 7 为展开后的波形，可以清楚地看 到三个 Ic 电流尖峰最大值已达 5A，其下对应时刻的 Vce 电压波形有一个向上跷的圆弧，其最大值超过100V，第三个 Ic 电流尖峰最大值下面的 Vce 电压 最大值达到 120V 以上，三极管瞬时功率120V×5A600W，对于 40W 电子镇流器所用的 MJE13005 来说，也已经是一个惊人的数值。为了兼顾电子镇流荧光灯在各种复杂工作状态下的可靠性，适当增强三极管的基极驱动，并采用深圳深爱半导体有限公司生产的抗过驱动三极管(图 7)就是比较好的方法。 图 8 深圳深爱半导体有限公司生产的抗过驱动三极管 图 8 中，NPN 是主晶体管，D 为续流保护二极管，PNP 型晶体管作为有源抗饱和网络。当 NPN 管饱和导通以后，当基极驱动电压满足 Vbe(npn),VBEPNPVcesNPN时，PNP管导通， 使 将基极驱动电流分流， NPN 晶体管不会出现深饱和， 当外电路驱动电流减弱 时，仅减小分流电流，不影响 NPN 管饱和导通。这样，NPN 管选用大的 hFE 值，外电路元件的不一致性 带来的过驱动，导致的过饱和现象得到自动抑止，改善了开关特性，提高了大批量生产时的工艺宽容度。采用抗过驱动带 D 系列产品，可以把线路的基极驱动加强， 避免三极管 Ic、Vce 严重交叉而瞬时爆管;但是又不会高温时因过驱动烧管。对解决低温时要求驱动很强，以利灯的顺利起辉，高温时不因过驱动烧管也很有 效。 对于采用高频反馈的高功率因数双泵电路，由于三极管工作条件变化比较大，采用深爱半导体有限公司推出的带抗过驱动电路的抗饱和三极管，具有很好的效果。 在火箭炮(大功率节能灯)中，由于火箭炮灯的头部空间有限，放不下体积太大的电感，必须把灯的工作频率做在 40KHZ 左右或以上。而大功率节能灯用的三极 管 ts 一般比较大，限制了基极驱动磁环绕组饱和感应电压过峰值的时间，使线路的合理调整比较困难。采用深爱半导体有限公司推出的带抗过驱动电路的抗饱和三 极管，一方面在同规格情况下，ts 比较短;另一方面基极驱动的自动调节作用对线路的合理调整也有帮助。在使用中，三极管两端不应.