節能燈和電子整流器用的三極管參數選擇指南

過去，人們對用于節能燈、電子鎮流器三極管參數的要求定位是不清晰的。除了BVceo、BVcbo、Iceo、hFE、Vces、Ic等常規參數要求之外，低頻管只有特征頻率的要求(一般在幾兆數量級)。但是，特征頻率是對正弦波線性放大的要求，與開關工作狀態下三極管開關參數不是一個概念。另外，由于認識水平和國內硬件條件的限制，妨礙了人們對燈用三極管的參數進行有效的控制和鑒別。本文試圖將節能燈和電子鎮流器用三極管的選擇做一些總結，以便充分了解應用過程中三極管的損壞機制。

完整的功率容限曲線

降低三極管的發熱損耗

放大倍數hFE和貯存時間ts

完整的功率容限曲線

功率容限(SOA)是一個曲線包圍的區域(圖1)，當加在三極管上的電壓、電流坐標值超過曲線范圍時，三極管將發生功率擊穿而損壞。在實際應用中，某些開關電源線路負載為感性，三極管關斷后，電感負載產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。

?

必須注意：目前一般三極管使用廠家不具備測試SOA的條件，即使是有條件的半導體三極管生產廠家，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上的數值，而不是SOA曲線的全部。這樣就有可能出現：在一點上SOA值完全一樣的兩對三極管，實際線路上使用過程中，一對三極管損壞了，而另外一對卻沒有損壞。

因此，在選擇燈用三極管的過程中，一定要找到器件生產廠家提供的完整SOA曲線。

降低三極管的發熱損耗

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路，電感負載產生的自感電勢反峰電壓經由導通管泄放，所以普遍感到三極管常溫下SOA值在節能燈、電子鎮流器線路中不十分敏感。而降低三極管的發熱損耗卻引起了業界的普遍關注，這是因為三極管的二次擊穿容限是隨著溫度的升高而降低的(圖2)。

三極管在電路中工作一段時間以后，線路元器件會發熱(包括管子本身的發熱)，溫度不斷上升導致三極管hFE增大，開關性能變差，二次擊穿特性下降。反過來，進一步促使管子發熱量增大，這樣的惡性循環最終導致三極管擊穿燒毀。因此，降低三極管本身的發熱損耗是提高三極管使用可靠性的重要措施。

實驗表明：晶體管截止狀態的功耗很小；導通狀態的耗散占一定比例，但變化余地不大。晶體管耗散主要發生在由飽和向截止和由截止向飽和的過渡時期，而且與線路參數的選擇及三極管的上升時間tr、下降時間tf有很大關系。

最近幾年，業界推出的節能燈和電子鎮流器專用三極管都充分注意到降低產品的開關損耗，例如，國產BUL6800系列產品在優化MJE13000系列產品的基礎上，大幅提高了產品的開關損耗性能。

此外，控制磁環參數也有利于控制損耗。因為磁環參數的變化會引起三極管Ib的變化，影響三極管上升和下降時間。三極管過驅動可以造成三極管嚴重發熱燒毀，而三極管驅動不足，則可能造成三極管冷態啟動時瞬時擊穿損壞。

放大倍數hFE和貯存時間ts

三極管的hFE參數與貯存時間ts相關，一般hFE大的三極管ts也較大，過去人們對ts的認識以及ts的測量儀器均較為欠缺，人們更依賴hFE參數來選擇三極管。

在開關狀態下，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，同時給出盡可能低的飽和電壓，這樣就可以同時在輸出和驅動電路中降低損耗。但是，如果考慮到開關速度和電流容限，則hFE的最大值就受到限制；第二、中國的廠家曾經傾向于選用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，由于基極回路流行采用電容觸發線路，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熱。

實際上，晶體管的飽和深度受到Ib、hFE兩個因素的影響，因而通過磁環及繞組參數、基極電阻 Rb的調整，也可以降低飽和深度。

目前，業界推出的節能燈和電子鎮流器專用三極管都十分注重對貯存時間的控制。因為貯存時間ts過長，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控制整機功率，但ts的離散性，將使產品的一致性差，可靠性下降。例如，在石英燈電子變壓器線路中，貯存時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，從而造成每個周期的末端磁芯飽和，這使得晶體管Ic在每個周期出現尖峰，最后導致器件過熱損壞(圖3)。

如果同一線路上的兩個三極管貯存時間相差太大，整機工作電流的上下半波將嚴重不對稱，負擔重的那只三極管將容易損壞，線路也將產生更多的諧波和電磁干擾。

實際使用表明，嚴格控制貯存時間ts并恰當調整整機電路，就可以降低對hFE參數的依賴程度。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，中國市場曾經用BUT11A來做220V40W電子鎮流器，其出發點是BVceo、BVcbo數值高，但是目前絕大部分電子鎮流器線路中，已經沒有必要過高選擇三極管的電壓參數。

圖3：兩個不同貯存時間的三極管用于同一線路的Ic波形圖。

一，完整的功率容限曲線
　　
　　功率容限(SOA)是一個曲線包圍的區域(圖1)，當加在三極管上的電壓、電流坐標值超過曲線范圍時，三極管將發生功率擊穿而損壞。在實際應用中，某些開關電源線路負載為感性，三極管關斷后，電感負載產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。

　　實際使用表明，嚴格控制貯存時間ts并恰當調整整機電路，就可以降低對hFE參數的依賴程度。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，中國市場曾經用BUT11A來做220V40W電子鎮流器，其出發點是BVceo、BVcbo數值高，但是目前絕大部分電子鎮流器線路中，已經沒有必要過高選擇三極管的電壓參數。