第五章-电子节能灯及镇流器中所用开关器件优秀PPT.ppt

第五章第五章 电子节能灯及镇流器的开关器件电子节能灯及镇流器的开关器件1.半导体二极管半导体二极管2.双极型功率晶体管双极型功率晶体管3.场效应功率场效应功率MOS管管4.绝缘栅双极型晶体管绝缘栅双极型晶体管（IGBT）1.半导体二极管半导体二极管功率二极管的结构和图形符号功率二极管的伏安特性曲线二极管的引线随其平均电流的加大而加粗二极管的引线随其平均电流的加大而加粗,它本身具有确定的散热作用。它本身具有确定的散热作用。在大电流的工作条件下在大电流的工作条件下,安装在电路板上时安装在电路板上时,引出线要适当留长一些引出线要适当留长一些,或或将二极管紧贴到散热器上，以利于散热。当反向电压增加到确定值后，将二极管紧贴到散热器上，以利于散热。当反向电压增加到确定值后，反向电流急剧增大，出现反向击穿现象反向电流急剧增大，出现反向击穿现象,这个电压叫做反向击穿电压这个电压叫做反向击穿电压VBR.管子被击穿后，便失去单向导电性管子被击穿后，便失去单向导电性,呈永久性损坏。选用二极管时，呈永久性损坏。选用二极管时，必需充分留意这个极限值，防止二极管工作时反向电压过高而损坏。必需充分留意这个极限值，防止二极管工作时反向电压过高而损坏。1.半导体二极管半导体二极管整流二极管的主要参数整流二极管的主要参数v正向平均电流正向平均电流I F(AV)功率二极管的正向平均电流I F(AV)是指在规定的管壳温度和散热条件下允许通过的最大工频半波电流的平均值,元件标称的额定电流就是这个电流。实际应用中，功率二极管所流过的最大有效电流为I，则其额定电流一般选择为 v正向压降正向压降UF 正向压降UF是指在规定温度下，流过某一稳定正向电流时所对应的正向压降。v反向重复峰值电压反向重复峰值电压URRM 反向重复峰值电压是功率二极管能重复施加的反向最高电压，通常是其雪崩击穿电压UB的2/3。一般在选用功率二极管时，以其在电路中可能承受的反向峰值电压的两倍来选择反向重复峰值电压。1.半导体二极管半导体二极管（一）（一）一般整流二极管一般整流二极管 电子镇流器全部接受桥式整流电路来实现电子镇流器全部接受桥式整流电路来实现AC-DC转换。转换。桥式整流器中的桥式整流器中的4个二极管是一般半导体功率二极管。一个二极管是一般半导体功率二极管。一般整流二极管是含有一个半导体般整流二极管是含有一个半导体PN结的两端器件结的两端器件,其主要其主要特点是具有单向导电性，即正向偏置时导通，反向偏置时特点是具有单向导电性，即正向偏置时导通，反向偏置时截止。电子镇流器中桥式整流二极管的选用主要考虑正向截止。电子镇流器中桥式整流二极管的选用主要考虑正向电流和最高反向工作电压两个参数。一般整流二极管的主电流和最高反向工作电压两个参数。一般整流二极管的主要参数及封装形式如下表所示。要参数及封装形式如下表所示。1.半导体二极管半导体二极管1.半导体二极管半导体二极管（二）快速复原二极管（二）快速复原二极管 当由正向偏置跃变为反向偏置时，二极管并不是当由正向偏置跃变为反向偏置时，二极管并不是马上截止，而是由正向电流变为很大的反向电流马上截止，而是由正向电流变为很大的反向电流IR，如图所示。，如图所示。IR从从t1维持到维持到t2后才渐渐减小，后才渐渐减小，到到t3时刻，降至反向饱和电流时刻，降至反向饱和电流IRS，二极管才真，二极管才真正进入反向截止状态，正进入反向截止状态，ts为存储时间，为存储时间，tf 为下降为下降时间，时间，trr(即即ts+tf)称为反向复原时间。称为反向复原时间。1.半导体二极管半导体二极管1.半导体二极管半导体二极管v一般整流二极管的反向复原时间太长一般整流二极管的反向复原时间太长(达达0.5us以上以上)，不，不能作为开关运用。为了缩短二极管的反向复原时间，接受能作为开关运用。为了缩短二极管的反向复原时间，接受特地的工艺在芯片上形成一些复合中心，使特地的工艺在芯片上形成一些复合中心，使PN结两边的结两边的存储电荷很快复合而消逝。这种反向复原时间较短的二极存储电荷很快复合而消逝。这种反向复原时间较短的二极管称为快速复原二极管。快速复原二极管的反向复原时间管称为快速复原二极管。快速复原二极管的反向复原时间最大值为最大值为500ns。反向复原时间特别短。反向复原时间特别短(如小于如小于100ns)的二极管被称为超快速复原二极管。的二极管被称为超快速复原二极管。v在电子镇流器中，在电子镇流器中，PFC电路中升压二极管和功率双极型晶电路中升压二极管和功率双极型晶体管及功率体管及功率MOSFET的续流二极管必需运用快速复原二的续流二极管必需运用快速复原二极管。在极管。在PFC电路中，限制电路中，限制IC的协助电源电路的高频整的协助电源电路的高频整流二极管，除选用小信号高速开关二极管流二极管，除选用小信号高速开关二极管(如如1N4148)外，有时也选用快速复原二极管外，有时也选用快速复原二极管(如如1N4935、MUR115和和BYS11-90等等)。在半桥驱动器电路中，连。在半桥驱动器电路中，连接于驱动器接于驱动器IC的引脚的引脚VCC与引脚与引脚VS(高端浮动电源回复高端浮动电源回复之间的自举二极管也应当选用快速复原二极管。之间的自举二极管也应当选用快速复原二极管。1.半导体二极管半导体二极管IR公司部分超快速复原二极管的主要参数及封装形式1.半导体二极管半导体二极管部分快速和超快速复原二极管的外形封装。部分快速和超快速复原二极管的外形封装。电子镇流器用快速和超快速复原二极管的电流容量大多不超过电子镇流器用快速和超快速复原二极管的电流容量大多不超过8A。在。在100W以下的电子镇流器中，比较常见的快速和超快复原二极管有以下的电子镇流器中，比较常见的快速和超快复原二极管有1N4937（1A/600V，150ns）、）、BYV26C（1A/600V，25ns）、）、UF4005（1A/600V，75ns）、）、EGP20J（2A/600V，75ns）、）、EGP30J（3A/600V，75ns）、）、MUR856（3A/600V）、）、MUR860（8A/600V）及及MUR160/MUR460等。等。1.半导体二极管半导体二极管（三）小信号高速开关二极管（三）小信号高速开关二极管 在电子镇流器中，最常用的小信号高速开关二极管是在电子镇流器中，最常用的小信号高速开关二极管是1N4148(100mA/75V)。这种高速开关二极管在电。这种高速开关二极管在电子镇流器中主要应用于子镇流器中主要应用于3个方面：一是在个方面：一是在PFC限制限制IC的协的协助电源中用于高速助电源中用于高速 整流；二是在功率开关晶体管和整流；二是在功率开关晶体管和MOSFET的驱动电路中作为加速元件运用，以改善功率的驱动电路中作为加速元件运用，以改善功率器件的开关特性；三是在半桥驱动与限制器件的开关特性；三是在半桥驱动与限制IC的的VCC电荷电荷泵或协助电源电路中应用。泵或协助电源电路中应用。在在MOSFET的栅极，负极连接驱动电路的输出端。在双的栅极，负极连接驱动电路的输出端。在双极型功率晶体管的基极驱动电路中，极型功率晶体管的基极驱动电路中，1N4148的正极通的正极通常连接晶体管的放射极常连接晶体管的放射极,负极通过一个电阻（如负极通过一个电阻（如47欧欧）连）连接晶体管的基极。在高性能电子镇流器中，接晶体管的基极。在高性能电子镇流器中，1N4148的的用量较大。在灯故障检测电路中，也常接受用量较大。在灯故障检测电路中，也常接受1N4148作作为高频采样信号的整流器件，为高频采样信号的整流器件，1N4148通常接受通常接受DO-35玻璃封装，价格较低。玻璃封装，价格较低。1.半导体二极管半导体二极管（四）双向触发二极管（四）双向触发二极管 由分立元器件组成的电子镇流器中，双向触发二极管通常应用于自振荡由分立元器件组成的电子镇流器中，双向触发二极管通常应用于自振荡启动电路中。双向触发二极管也称作双向开关二极管或两端沟通开关启动电路中。双向触发二极管也称作双向开关二极管或两端沟通开关(Diac)。为了降低成本，目前双向触发二极管大多接受。为了降低成本，目前双向触发二极管大多接受NPN型晶体型晶体管，如图管，如图4-4（b）所示，图）所示，图4-4(a)所示为双向触发二极管的图形符所示为双向触发二极管的图形符号，双向触发二极管大多接受号，双向触发二极管大多接受DO-35玻璃封装玻璃封装(管壳呈蓝色管壳呈蓝色)或或TO-92塑料封装塑料封装,外形如图外形如图4-5所示。双向触发二极管具有正向和反向对所示。双向触发二极管具有正向和反向对称的伏安称的伏安(V-I)特性，如图特性，如图4-6所示。所示。当外加电压低于击穿电压当外加电压低于击穿电压(VBO)时，器件呈截止状态，在此状态下器件时，器件呈截止状态，在此状态下器件中有很小的漏电电流通过。一旦外加电压超过中有很小的漏电电流通过。一旦外加电压超过VBO值，器件则进入值，器件则进入负阻区，然后进入导通状态。双向触发二极管导通后，其导通电压降负阻区，然后进入导通状态。双向触发二极管导通后，其导通电压降随电流增大而略有增加，双向触发二极管导通态电压降随电流增大而略有增加，双向触发二极管导通态电压降VT，都是在，都是在规定电流规定电流IT下的测试值。假如通过器件的电流低于维持电流下的测试值。假如通过器件的电流低于维持电流IH，器，器件将由导通跃变到阻断态。件将由导通跃变到阻断态。1.半导体二极管半导体二极管电子镇流器中双向触发二极管的损坏率是比较高的。在没有晶体管特性曲线示仪电子镇流器中双向触发二极管的损坏率是比较高的。在没有晶体管特性曲线示仪等特地测试仪的状况下，可利用万用表检测其好坏。将万用表置于等特地测试仪的状况下，可利用万用表检测其好坏。将万用表置于R1k或或R10k档测量其正向和反向电阻，器件完好时的正、反向电阻值趋于档测量其正向和反向电阻，器件完好时的正、反向电阻值趋于“无穷大无穷大”，表针不摇摆。表针不摇摆。1.半导体二极管半导体二极管v用于电子镇流器的双向触发二极管中有代表性的产品是用于电子镇流器的双向触发二极管中有代表性的产品是DB3，该器件，该器件的击穿（转折）电压为的击穿（转折）电压为28-36V(典型值为典型值为32V).接受三层结构和平接受三层结构和平面工艺制作的器件（大多为面工艺制作的器件（大多为TO-92封装，）其导通态电压降封装，）其导通态电压降VT均比均比较大（较大（20-25V）。这种器件允许通过的峰值脉冲电流为）。这种器件允许通过的峰值脉冲电流为5mA，在，在应用中应附加一个足够大的限流电阻。应用中应附加一个足够大的限流电阻。v图图4-7所示的荧光电子镇流器电路运用了两个双向触发二极管（所示的荧光电子镇流器电路运用了两个双向触发二极管（VD6和和VD8）。）。VD6（DB3）被用于由）被用于由R1、C2、VD5和和VD6组成的组成的启动电路中。在接通电源后，整流滤波后的电压通过启动电路中。在接通电源后，整流滤波后的电压通过R1对电容对电容C2充充电。当电。当C2上的电压超过上的电压超过VD6的击穿电压值后，的击穿电压值后，VD6导通，从而触发导通，从而触发半桥低侧开关半桥低侧开关VT2首先导通。借助于磁环变压器首先导通。借助于磁环变压器T1各绕组的耦合建各绕组的耦合建立起振荡。在立起振荡。在 VT2导通时，导通时，C2通过通过VD5和和VT2放电，使放电，使VD6由导由导通转换为截止。通转换为截止。T2的次级绕阻（的次级绕阻（Ws）、）、VD9、R5、C6、VD8、VT3和和VD7组成故障检测与爱护电路。在常态下组成故障检测与爱护电路。在常态下VD8是截止的。一是截止的。一旦出现异样状态，旦出现异样状态，T2的次级绕阻的次级绕阻Ws会感应到一个突然上升的电压，会感应到一个突然上升的电压，双向触发二极管双向触发二极管VD8击穿导通，至使击穿导通，至使VT3导通，将导通，将VT2的栅极的电的栅极的电压拉低到其栅极开启门限电平以下，压拉低到其栅极开启门限电平以下，VT3截止，半桥停止振荡。只有截止，半桥停止振荡。只有异样状况解除后，振荡电路才能重新起先工作。异样状况解除后，振荡电路才能重新起先工作。1.半导体二极管半导体二极管2.双极型三极管双极型三极管 双极型晶体管（双极型晶体管（BJTBJT）既可以作为开关运用，也可以用于放大。电子镇流器中运用的）既可以作为开关运用，也可以用于放大。电子镇流器中运用的双极型晶体管绝大多数作为开关运用。其中，功率晶体管在半桥电路中被用作开关，双极型晶体管绝大多数作为开关运用。其中，功率晶体管在半桥电路中被用作开关，并且几乎全部为并且几乎全部为NPNNPN型器件，小功率晶体管则在爱护电路中用作开关。型器件，小功率晶体管则在爱护电路中用作开关。双极型功率管的特点双极型功率管的特点:1 1、双极型晶体管是一种电流驱动器件，其基极驱动电路比较困难，而驱动条件的选择相对、双极型晶体管是一种电流驱动器件，其基极驱动电路比较困难，而驱动条件的选择相对于功率于功率MOSFETMOSFET管来说比较困难。管来说比较困难。2 2、双极型晶体管中少数载流子的存储时间、双极型晶体管中少数载流子的存储时间tsts在开关时间（延迟时间在开关时间（延迟时间tdtd、上升时间、上升时间tftf、在存、在存储时间储时间tsts）和下降时间）和下降时间tf)tf)中占主导地位，成为确定晶体管开关速度的主要因素。中占主导地位，成为确定晶体管开关速度的主要因素。电子镇流器用晶体管的工作频率一般不应超过电子镇流器用晶体管的工作频率一般不应超过55kHz55kHz。3 3、双极型晶体管存在二次击穿（即负阻击穿）等固有缺陷，其平安工作区（、双极型晶体管存在二次击穿（即负阻击穿）等固有缺陷，其平安工作区（SOASOA）受到限）受到限制。制。4 4、双极型晶体管的饱和电压降、双极型晶体管的饱和电压降VCEVCE（satsat）低，导通态功率损耗小。）低，导通态功率损耗小。5 5、价格低于同等功率的、价格低于同等功率的MOSFETMOSFET管。管。双极型功率晶体管正是由于具有价格低和饱和电压低的特点，在电子镇流器中并没双极型功率晶体管正是由于具有价格低和饱和电压低的特点，在电子镇流器中并没有被有被MOSFETMOSFET管所替代。我国生产的电子节能灯大多接受双极型功率晶体管。日本生管所替代。我国生产的电子节能灯大多接受双极型功率晶体管。日本生产的电子镇流器选用双极型晶体管作为开关的状况也较普遍，而欧洲生产的电子镇产的电子镇流器选用双极型晶体管作为开关的状况也较普遍，而欧洲生产的电子镇流器则较多的选用功率流器则较多的选用功率MOSFETMOSFET管。管。2.双极型三极管双极型三极管双极型三极管(晶体管)的开关特性 双极型晶体管是电流型限制器件，作为开关元件，不仅具有开关作用,也具有放大作用。晶体管的三个工作区域2.双极型三极管双极型三极管2.双极型三极管双极型三极管2.双极型三极管双极型三极管 晶体管的开关时间 2.双极型三极管双极型三极管1、晶体管的基极驱动电路 2.双极型三极管双极型三极管 晶体管常见的几种加速驱动电路 2.双极型三极管双极型三极管 在图（在图（a）所示的开关驱动电路中，并联于）所示的开关驱动电路中，并联于RB两端的两端的CB称为加速电容，数值一般为称为加速电容，数值一般为1000-3300pF。当。当Nb上端上端产生一个正的驱动电压时，产生一个正的驱动电压时，CB两端电压不能突变，犹如两端电压不能突变，犹如短路一样，可以为短路一样，可以为VT1供应很大的正向基极电流，使供应很大的正向基极电流，使VT1马上导通。之后马上导通。之后CB被充电至激励电压的峰值而进入被充电至激励电压的峰值而进入稳态。当晶体管的驱动电压跃变为稳态。当晶体管的驱动电压跃变为0时，时，CB两端的存储电两端的存储电压马上加到压马上加到VT1的放射结上，可以形成很大的反向基极抽的放射结上，可以形成很大的反向基极抽取电流和反向电流，使取电流和反向电流，使VT1快速关闭并进入稳态。由此可快速关闭并进入稳态。由此可见，见，CB在不影响稳态的状况下，可以瞬间供应很大的基在不影响稳态的状况下，可以瞬间供应很大的基极正向电流和反向电流，既加速导通，又加速关断，促进极正向电流和反向电流，既加速导通，又加速关断，促进了了VT1饱和与截止之间的变更。饱和与截止之间的变更。2.双极型三极管双极型三极管 在图（b）所示的开关管基极驱动电路中，高速开关二极管（IN4148）与电阻R1的作用是当晶体管VT1截止时，为反向基极电流供应一个低阻抗的通路。图（c）所示的电路中，并联于功率开关晶体管VT1基极电阻R8两端的高速开关二极管VD1的作用是当VT1截止时，吸取反向基极电流，通过对基极和放射极间的电容放电，达到削减储存时间的目的。2.双极型三极管双极型三极管2、双极型功率晶体管的爱护电路、双极型功率晶体管的爱护电路用作开关的双极型功率晶体管在高速运行中，受到电应力的冲击。这种电应力，用作开关的双极型功率晶体管在高速运行中，受到电应力的冲击。这种电应力，是由工作于开关状态的晶体管中的电流变更量是由工作于开关状态的晶体管中的电流变更量di/dt和施加在晶体管上的和施加在晶体管上的电压变更率电压变更率dv/dt而产生的瞬态过电流和瞬态过电压所引起。电应力的本而产生的瞬态过电流和瞬态过电压所引起。电应力的本质是瞬时功耗（能量）的集中。电压和电流过冲形成的质是瞬时功耗（能量）的集中。电压和电流过冲形成的“尖峰尖峰”、“毛刺毛刺”，一旦超出器件的平安工作区，尤其是在较高温度下，极易毁坏晶体管。，一旦超出器件的平安工作区，尤其是在较高温度下，极易毁坏晶体管。晶体管在整个开关周期内，最危急的状况是出现在晶体管关断时。尤其是晶体管在整个开关周期内，最危急的状况是出现在晶体管关断时。尤其是晶体管在电感性负载状况下，当晶体管截止时，会产生特别高的尖峰电压。晶体管在电感性负载状况下，当晶体管截止时，会产生特别高的尖峰电压。这种反峰电压的瞬时能量远远高出晶体管的承受实力，而将晶体管摧毁。这种反峰电压的瞬时能量远远高出晶体管的承受实力，而将晶体管摧毁。为防止开关晶体管损坏，可以实行一些爱护措施。最简洁的爱护方案就是为防止开关晶体管损坏，可以实行一些爱护措施。最简洁的爱护方案就是在开关晶体管的反射极与集电极之间连接一个阻尼二极管，并且二极管的在开关晶体管的反射极与集电极之间连接一个阻尼二极管，并且二极管的正极接反射极，负极接集电极，如图（正极接反射极，负极接集电极，如图（a）所示。）所示。阻尼二极管的作用是当开关晶体管的集电极电压突然变负时供应电流通路。使晶阻尼二极管的作用是当开关晶体管的集电极电压突然变负时供应电流通路。使晶体管旁路，直到集电极电压变正时为止。这种阻尼二极管可以防止开关晶体管旁路，直到集电极电压变正时为止。这种阻尼二极管可以防止开关晶体管反向导通而损坏。这种用作爱护的阻尼二极管也称单向传输或单项导体管反向导通而损坏。这种用作爱护的阻尼二极管也称单向传输或单项导通二极管（通二极管（freewheeling diode），也称续流二极管。目前有很多功率），也称续流二极管。目前有很多功率开关器件都集成有阻尼二极管。功率小一些的开关晶体（如开关器件都集成有阻尼二极管。功率小一些的开关晶体（如MJE13005）一般没有内装阻尼二极管。由于开关晶体管一般没有内装阻尼二极管。由于开关晶体管dv/dt相当高，用作爱护的阻相当高，用作爱护的阻尼二极管必需选用快速复原型二极管，以保证有特别快的速度开通，将晶尼二极管必需选用快速复原型二极管，以保证有特别快的速度开通，将晶体管集电极峰值电压箝位到体管集电极峰值电压箝位到VCC。2.双极型三极管双极型三极管2.双极型三极管双极型三极管v用作开关晶体管爱护的阻尼网络如图（用作开关晶体管爱护的阻尼网络如图（b）至（）至（d）所示。图（）所示。图（b）称）称作作RC阻尼电路。在晶体管关断是阻尼电路。在晶体管关断是RC吸取网络能抑制晶体管集电极与吸取网络能抑制晶体管集电极与反射极之间出现的浪涌冲击电压。图（反射极之间出现的浪涌冲击电压。图（c）示出的是充、放电型）示出的是充、放电型RCD阻尼网络，适用于带有较窄反向偏置平安工作区的器件浪涌电压抑制。阻尼网络，适用于带有较窄反向偏置平安工作区的器件浪涌电压抑制。当晶体管关断时，电容当晶体管关断时，电容C通过二极管被充电，充电电压接近通过二极管被充电，充电电压接近Vcc。当。当晶体管导通时，晶体管导通时，C再经电阻再经电阻R放电。事实上，吸取回路消耗了确定的放电。事实上，吸取回路消耗了确定的功率，减轻了开关管的负担。充、放电型功率，减轻了开关管的负担。充、放电型RCD吸取电路损耗较大，不吸取电路损耗较大，不太适应较高频率场合下的应用。图（太适应较高频率场合下的应用。图（d）所示的是放电堵塞型阻尼网）所示的是放电堵塞型阻尼网络。该类型的络。该类型的RCD吸取电路的损耗较小，虽然对浪涌冲击电压的抑制吸取电路的损耗较小，虽然对浪涌冲击电压的抑制作用不是很明显，但在开关管导通时集电极冲击电流的吸取效果比较作用不是很明显，但在开关管导通时集电极冲击电流的吸取效果比较显著。当开关管关断时，二极管对电阻充当短路器，可提高对电压的显著。当开关管关断时，二极管对电阻充当短路器，可提高对电压的吸取效果。电容吸取效果。电容C的容量不能太小，否则会增大开关损耗。假如的容量不能太小，否则会增大开关损耗。假如C的的容量过大。则将增加损耗，缘由是在开关管导通时，容量过大。则将增加损耗，缘由是在开关管导通时，C中的储存不能中的储存不能充分地回复到电源。充分地回复到电源。2.双极型三极管双极型三极管3、双极型功率晶体管参数的选择、双极型功率晶体管参数的选择（1）功率晶体管耐电压参数的选择）功率晶体管耐电压参数的选择 对于双极型功率晶体管的耐电压实力，应重点考虑集电极与放射极之间的冲击对于双极型功率晶体管的耐电压实力，应重点考虑集电极与放射极之间的冲击电压。电压。在未接受有源在未接受有源PFC电路的电子镇流器中，即使沟通线路电压电路的电子镇流器中，即使沟通线路电压VAC达达270V，整，整流和滤波后的电压也不会超过流和滤波后的电压也不会超过VAC=270V 382V。因此，选择。因此，选择BVCEO400V是可以满足耐电压要求的。在晶体管基极驱动电路中，在是可以满足耐电压要求的。在晶体管基极驱动电路中，在基极和放射极之间连接了一个较小的基极电阻和一个小电感线圈。在此状基极和放射极之间连接了一个较小的基极电阻和一个小电感线圈。在此状况下，况下，BVCERBVCES。当。当BVCEO=400V时，时，BVCER和和BVCES通通常达常达700V。当晶体管的基极与放射极之间为低阻抗网络时，。当晶体管的基极与放射极之间为低阻抗网络时，BVCER和和BVCES参数显得比参数显得比BVCEO更加重要。更加重要。BVCEO为为360V的晶体管，其的晶体管，其BVCER值可达值可达400V以上，所以用于电子镇流器中仍旧能够牢靠地工作。以上，所以用于电子镇流器中仍旧能够牢靠地工作。当电子镇流器接受了有源当电子镇流器接受了有源PFC电路时，由于有源电路时，由于有源PFC变换器的直流输出电压通变换器的直流输出电压通常为常为380410V（典型值为（典型值为400V），只要半桥中功率晶体管），只要半桥中功率晶体管BVCEO的的值大于值大于450V，一般则可以满足要求。，一般则可以满足要求。假如电子镇流器的输入端接受了压敏电子作为浪涌或过电压爱护元件，则要求功假如电子镇流器的输入端接受了压敏电子作为浪涌或过电压爱护元件，则要求功率晶体管的率晶体管的BVCEO值大于压敏电子的压敏钳位电压值。值大于压敏电子的压敏钳位电压值。2.双极型三极管双极型三极管（2）功率晶体管集电极电流的选择）功率晶体管集电极电流的选择 功率晶体管的集电极电流参数有两个，一个是直流集电极电功率晶体管的集电极电流参数有两个，一个是直流集电极电流流IC，另一个是脉冲或峰值集电极电流（脉冲宽度，另一个是脉冲或峰值集电极电流（脉冲宽度tp5ms）ICM。在一般状况下，。在一般状况下，ICM=2IC。在实际设计中，所要求的集电极电流及其峰值远远大于计算在实际设计中，所要求的集电极电流及其峰值远远大于计算值。目前普遍流行的功率晶体管选择法则见表所示。值。目前普遍流行的功率晶体管选择法则见表所示。在电子镇流器的半桥逆变器电路中，当选择双极型供应功在电子镇流器的半桥逆变器电路中，当选择双极型供应功率晶体管作为开关时，应将工作频率限制在率晶体管作为开关时，应将工作频率限制在50kHz以下。以下。2.双极型三极管双极型三极管v4、常用双极型功率晶体管及其主要参数、常用双极型功率晶体管及其主要参数2.双极型三极管双极型三极管v 如如图所示为双极型功率晶体管的外形封装及其引图所示为双极型功率晶体管的外形封装及其引脚排列。脚排列。电子镇流器中的全控型功率开关器件电子镇流器中的全控型功率开关器件电子镇流器中的全控型功率开关器件全控型功率开关器件应用电路系统组成全控型功率开关器件应用电路系统组成电子镇流器中的全控型功率开关器件电子镇流器中的全控型功率开关器件P PMOSFETMOSFET的结构与工作原理的结构与工作原理MOSFETMOSFET的类型很多，按导电沟道可分为的类型很多，按导电沟道可分为P P沟道和沟道和N N沟道；沟道；电力场效应晶体管是多元集成结构，即一个器件由多个电力场效应晶体管是多元集成结构，即一个器件由多个MOSFETMOSFET单元组成。单元组成。MOSMOS管是靠多数载流子工作的单极型器件，开关损管是靠多数载流子工作的单极型器件，开关损耗小，平安工作区较大，热稳定性好，工作频率高，是电压型耗小，平安工作区较大，热稳定性好，工作频率高，是电压型器件。器件。MOSFETMOSFET单元结构如图所示，有三个引脚，分别为源极单元结构如图所示，有三个引脚，分别为源极S S、栅极栅极G G和漏极和漏极D D。3.功率场效应晶体管功率场效应晶体管管子符号如图4-18（a）所示，三个引脚，S为源极，G为栅极，D为漏极。源极的金属电极将管子内的N+区和P区连接在一起，相当于在源极（S）与漏极（D）间形成了一个寄生二极管。管子截止时，漏源间的反向电流就在此二极管内流淌。为了明确起见，常又将P-MOSFET的符号用图4-18（b）表示。假如是在变流电路中，P-MOSFET元件自身的寄生二极管流通反向大电流，可能会导致元件损坏。为避开电路中反向大电流流过P-MOSFET元件，在它的外面常并接一个快速二极管VD2，串接一个二极管VD1。因此，P-MOSFET元件在变流电路中的实际形式如图4-18（c）所示。3.功率场效应晶体管功率场效应晶体管MOSFET单元结构3.功率场效应晶体管功率场效应晶体管PM图形符号3.功率场效应晶体管功率场效应晶体管 MOSFET的工作原理的工作原理当栅源极间的电压UGS0或0UGSUV（UV为开启电压，又叫阈值电压，典型值为24V）时，即使加上漏源极电压UDS，也没有漏极电流ID出现，PM处于截止状态。当UGSUV且UDS0时，会产生漏极电流ID，PM处于导通状态，且UDS越大，ID越大。另外，在相同的UDS下，UGS越大，ID越大。综上所述，PM的漏极电流ID受控于栅源电压UGS和漏源电压UDSPM的转移特性。3.功率场效应晶体管功率场效应晶体管 PM的转移特性是指电力场效应晶体管的输入栅源电压UGS与输出漏极电流ID之间的关系，如下图所示。当ID较大时，该特性基本为线性。曲线的斜率gm=iD/UGS称为跨导，表示PM栅源电压对漏极电流的限制实力。仅当UGSUT时，才会出现导电沟道，产生栅极电流ID。转移特性反映了该器件是电压型场控器件。由于栅极的输入电阻很高，可以等效为一个电容，所以栅源电压UGS能够形成电场，但栅极电流基本为零。因此，MOSFET的驱动功率很小。3.功率场效应晶体管功率场效应晶体管PM的转移特性3.功率场效应晶体管功率场效应晶体管PM的输出特性，是以栅源电压为参变量，漏极电流与漏极电压关系之间的曲线族。输出特性曲线分为三个区域：非饱和区，饱和区，雪崩区和截止区。在区内，漏源电阻RDS的阻值是变更的。固定栅极电压UGS，漏源电压UDS从零上升过程中，漏极电流ID首先线性增长，接近饱和区时，ID变更缓慢，达到饱和区后，此后UDS虽然增大，但ID维持恒定。当MOSFET用做线性放大时，工作在饱和区。从该区域中可以看出，在同样的漏源电压下，UDS越高，漏极电流ID也就越大。但当UGS接着增大时，进入雪崩击穿区。在应用中要避开出现这种状况，否则造成器件的损坏。3.功率场效应晶体管功率场效应晶体管PM的输出特性曲线3.功率场效应晶体管功率场效应晶体管P-MOSFET的主要特点的主要特点在在电电子子镇镇流流器器中中作作为为开开关关运运用用的的功功率率MOSFET管管，与与其其他他类类型型和用途的和用途的MOSFET管一样，具有以下几个方面的特点：管一样，具有以下几个方面的特点：MOSFET是是一一种种电电源源限限制制型型器器件件，输输入入阻阻抗抗高高，属属于于纯纯容容性性元元件件，驱驱动动电电路路远远比比电电流流限限制制型型的的双双极极型型晶晶体体管管简简洁洁，并并且且驱动功率较小。驱动功率较小。MOSFET是是一一种种依依靠靠多多数数载载流流子子工工作作的的单单极极型型器器件件，不不存存在在少少数数载载流流子子的的存存储储效效应应，开开关关速速度度快快，工工作作频频率率可可达达1 MHz，使电路可以运用小型化的磁性元件。，使电路可以运用小型化的磁性元件。MOSFET不不存存在在双双极极型型晶晶体体管管固固有有的的二二次次击击穿穿现现象象，具具有有较较大大的的平平安安工工作作区区，热热稳稳定定性性好好，牢牢靠靠性性高高，尤尤其其适适合合在在大大功功率条件下应用。率条件下应用。MOSFET的的栅栅极极与与源源极极之之间间的的击击穿穿电电压压BVCS一一般般不不低低于于20V，栅栅极极与与源源极极之之间间的的开开启启门门限限电电压压VCAS(tb)通通常常为为24V，漏漏极极电电流流ID大大于于3A的的器器件件几几乎乎全全部部嵌嵌入入了了快快速速复复原原型型续续流流二二极管。极管。MOSFET的的导导通通态态（漏漏极极与与源源极极之之间间）电电阻阻RDS(ON)较较大大，而而且且具具有有正正的的温温度度系系数数，导导通通损损耗耗较较大大。从从价价格格上上看看，MOSFET与与性性能能相相同同或或相相近近的的双双极极型型晶晶体体管管比比较较，普普遍遍要要高高出出约约30%。3.功率场效应晶体管功率场效应晶体管P-MOSFET的动态特性的动态特性3.功率场效应晶体管功率场效应晶体管重要参数重要参数（1）漏漏极极电电压压UDS：就就是是PM的的额额定定电电压压，选选用用时时应应小小于于漏漏源击穿电压源击穿电压BUDS，必需留有较大平安余量。，必需留有较大平安余量。（2）漏漏极极连连续续电电流流ID：就就是是PM允允许许通通过过的的最最大大漏漏极极连连续续电电流，其大小主要受管子的温升限制，应小于峰值电流流，其大小主要受管子的温升限制，应小于峰值电流IDM。（3）栅栅源源电电压压UGS：栅栅极极和和源源极极之之间间的的绝绝缘缘层层很很薄薄，承承受受电电压很低，一般不能超过压很低，一般不能超过20V，否则绝缘层可能被击穿而损坏。，否则绝缘层可能被击穿而损坏。（4）通通态态电电阻阻Ron：在在确确定定的的UGS下下，PM由由可可调调电电阻阻区区进进入入饱饱和和区区时时的的直直流流电电阻阻为为通通态态电电阻阻。输输出出功功率率的的大大小小与与该该参参数干脆相关。数干脆相关。3.功率场效应晶体管功率场效应晶体管v场效应场效应MOS管与双极型晶体管的比较如表所示。管与双极型晶体管的比较如表所示。1、场效应MOS管的驱动电路场效应MOS管门极驱动电路的要求：(1)可向门极供应所须要的开通栅压（典型+15V），关断栅压(-15V-5V)以保证MOS管的牢靠导通和关断。(2)为提高器件的开关速度，应减小驱动电路的输入电阻以及提高门极充放电速度。(3)通常要求主电路与限制电路间要实现电气隔离。(4)应具有较强的抗干扰实力，这是因为MOS管的工作频率和输入阻抗都较高，易被干扰。场效应MOS管的驱动有干脆驱动和隔离驱动。干脆驱动电路如图中的(a)和(b)所示。志向的栅极限制电压波形3.功率场效应晶体管功率场效应晶体管P-MOSFET的驱动的驱动 (1)干脆驱动干脆驱动3.功率场效应晶体管功率场效应晶体管 在在图的的(a)图中，中，电阻阻R1的作用是限流和抑制寄生的作用是限流和抑制寄生振振荡，一般，一般为10到到100，R2是是为关断关断时供供应放放电回路的；回路的；稳压二极管二极管D1和和D2是是爱护MOS管的管的门极和源极；二极管极和源极；二极管D3是加速是加速MOS的关断。在的关断。在图(b)图中，当中，当MOS管的功率很大管的功率很大时，而，而PWM限制芯片限制芯片输出的出的PWM信号不足已信号不足已驱动MOS管管时，加互加互补三极管来供三极管来供应较大的大的驱动电流来流来驱动MOS管。管。电阻阻R1和和R3的作用是限流和抑制寄生振的作用是限流和抑制寄生振荡，一般一般为10到到100，R2是是为关断关断时供供应放放电回路回路的；二极管的；二极管D1是加速是加速MOS的关断。的关断。3.功率功率场效效应晶体管晶体管v 隔离隔离驱动可接受脉冲可接受脉冲变压器和光耦隔离，如器和光耦隔离，如图中的中的(a)和和(b)所示。所示。图的的(a)所示的所示的电路在路在电子子镇流器中常常接受，流器中常常接受，信号来自磁信号来自磁环脉冲脉冲变压器，器，电路中的路中的PNP管是管是为了加速了加速MOS场效效应管漏极管漏极电流的下降速率。当流的下降速率。当栅极极驱动电压突突然下降到然下降到门限限电压UV以下以下时，PNP管管Q2导通，通，为输入入电容供容供应放放电回路，使回路，使栅极极电压快速下降，漏极快速下降，漏极电流得以流得以快速关断，从而提高了开关速度。快速关断，从而提高了开关速度。图的的(b)所示的所示的电路接受路接受光耦合隔离并由光耦合隔离并由V1、V2组成的推挽成的推挽输出出驱动栅极。当限极。当限制脉冲使光耦合关断制脉冲使光耦合关断时，光耦合，光耦合输出低出低电平，使平，使V1截止，截止，V2导通，通，MOS管在管在VDW1的反偏作用下关断。当限制的反偏作用下关断。当限制脉冲使光耦合脉冲使光耦合导通通时，光耦合，光耦合输出高出高电平，平，V1导通，通，V2截止，截止，经UCC、V1、RG产生的正向生的正向电压使使MOS管开通，管开通，VDW2用于限制用于限制驱动电压幅度。幅度。3.功率功率场效效应晶体管晶体管(2)隔离驱动隔离驱动3.功率场效应晶体管功率场效应晶体管v场效应场效应MOS管的爱护措施管的爱护措施v（1）过压爱护）过压爱护v 首先避开栅首先避开栅源极间的过电压，在栅源极间的过电压，在栅源极间并接两个背靠背连接的稳压源极间并接两个背靠背连接的稳压二极管（二极管（15V左右），其目的在于限制脉冲电压的幅度，使之小于左右），其目的在于限制脉冲电压的幅度，使之小于20V，避，避开器件损坏。也要避开栅开器件损坏。也要避开栅源极开路，可能会产生较高的源极开路，可能会产生较高的VGS尖峰脉冲，将尖峰脉冲，将栅栅源间的绝缘层击穿而造成器件损坏，或造成源间的绝缘层击穿而造成器件损坏，或造成MOS场效应管误导通。场效应管误导通。v（2）过流爱护）过流爱护v 负载的突然接入或断开有可能会产生很高的冲击电流，超过了漏极电流的负载的突然接入或断开有可能会产生很高的冲击电流，超过了漏极电流的极限值而造成器件损坏。应通过电流传感器或电阻采样负载电流，由爱护电极限值而造成器件损坏。应通过电流传感器或电阻采样负载电流，由爱护电路关断栅极驱动信号，并刚好将电路断开。路关断栅