第五章-电子节能灯及镇流器中所用开关器件.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,它本身具有一定的散热作用。它本身具有一定的散热作用。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。当反向电压增加到一定值后，将二极管紧贴到散热器上，以利于散热。当反向电压增加到一定值后，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，必须充分注意这个极限值，防止二极管工作时反向电压过高而损坏。必须充分注意这个极限值，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）普通整流二极管普通整流二极管 电子镇流器全部采用桥式整流电路来实现电子镇流器全部采用桥式整流电路来实现AC-DC转换。桥转换。桥式整流器中的式整流器中的4个二极管是普通半导体功率二极管。普通个二极管是普通半导体功率二极管。普通整流二极管是含有一个半导体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,其主要特其主要特点是具有单向导电性，即正向偏置时导通，反向偏置时截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电止。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。流和最高反向工作电压两个参数。普通整流二极管的普通整流二极管的主要参数及封装形式如下表所示。主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）快速恢复二极管（二）快速恢复二极管 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，二极管并不是立刻截止，而是由正向电流变为很大的反向电流立刻截止，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后才慢慢减小，后才慢慢减小，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)称为反向恢复时间。称为反向恢复时间。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普通整流二极管的反向恢复时间太长普通整流二极管的反向恢复时间太长(达达0.5us以上以上)，不，不能作为开关使用。为了缩短二极管的反向恢复时间，采用能作为开关使用。为了缩短二极管的反向恢复时间，采用专门的工艺在芯片上形成一些复合中心，使专门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失。这种反向恢复时间较短的二极存储电荷很快复合而消失。这种反向恢复时间较短的二极管称为快速恢复二极管。快速恢复二极管的反向恢复时间管称为快速恢复二极管。快速恢复二极管的反向恢复时间最大值为最大值为500ns。反向恢复时间非常短。反向恢复时间非常短(如小于如小于100ns)的的二极管被称为超快速恢复二极管。二极管被称为超快速恢复二极管。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的续流二极管必须使用快速恢复二极的续流二极管必须使用快速恢复二极管。在管。在PFC电路中，控制电路中，控制IC的辅助电源电路的高频整流二的辅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极管，除选用小信号高速开关二极管(如如1N4148)外，有外，有时也选用快速恢复二极管时也选用快速恢复二极管(如如1N4935、MUR115和和BYS11-90等等)。在半桥驱动器电路中，连接于驱动器。在半桥驱动器电路中，连接于驱动器IC的引脚的引脚VCC与引脚与引脚VS(高端浮动电源回复之间的自举二极高端浮动电源回复之间的自举二极管也应当选用快速恢复二极管。管也应当选用快速恢复二极管。1.半导体二极管半导体二极管IR公司部分超快速恢复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恢复二极管的外形封装。部分快速和超快速恢复二极管的外形封装。电子镇流器用快速和超快速恢复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恢复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恢复二极管有以下的电子镇流器中，比较常见的快速和超快恢复二极管有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子镇。这种高速开关二极管在电子镇流器中主要应用于流器中主要应用于3个方面：一是在个方面：一是在PFC控制控制IC的辅助电的辅助电源中用于高速源中用于高速 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使用，以改善功率器件的开关的驱动电路中作为加速元件使用，以改善功率器件的开关特性；三是在半桥驱动与控制特性；三是在半桥驱动与控制IC的的VCC电荷泵或辅助电源电荷泵或辅助电源电路中应用。电路中应用。在在MOSFET的栅极，负极连接驱动电路的输出端。在双极的栅极，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，型功率晶体管的基极驱动电路中，1N4148的正极通常连的正极通常连接晶体管的发射极接晶体管的发射极,负极通过一个电阻（如负极通过一个电阻（如47欧欧）连接晶）连接晶体管的基极。在高性能电子镇流器中，体管的基极。在高性能电子镇流器中，1N4148的用量较的用量较大。在灯故障检测电路中，也常采用大。在灯故障检测电路中，也常采用1N4148作为高频采作为高频采样信号的整流器件，样信号的整流器件，1N4148通常采用通常采用DO-35玻璃封装，玻璃封装，价格较低。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交流开关启动电路中。双向触发二极管也称作双向开关二极管或两端交流开关(Diac)。为了降低成本，目前双向触发二极管大多采用。为了降低成本，目前双向触发二极管大多采用NPN型晶体管，型晶体管，如图如图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号，所示为双向触发二极管的图形符号，双向触发二极管大多采用双向触发二极管大多采用DO-35玻璃封装玻璃封装(管壳呈蓝色管壳呈蓝色)或或TO-92塑塑料封装料封装,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称的伏所示。双向触发二极管具有正向和反向对称的伏安安(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。一旦外加电压超过过VBO值，器件则进入负阻区，然后进入导通状态。双向值，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，其导通电压降随电流增大而略有增加，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双向触发二极管导通态电压降VT，都是在规定电流，都是在规定电流IT下下的测试值。如果通过器件的电流低于维持电流的测试值。如果通过器件的电流低于维持电流IH，器件将，器件将由导通跃变到阻断态。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专门测试仪的情况下，可利用万用表检测其好坏。将万用表置于等专门测试仪的情况下，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”，表针不摆动。表针不摆动。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).采用三层结构和平面采用三层结构和平面工艺制作的器件（大多为工艺制作的器件（大多为TO-92封装，）其导通态电压降封装，）其导通态电压降VT均比较均比较大（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，在应用，在应用中应附加一个足够大的限流电阻。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使用了两个双向触发二极管（所示的荧光电子镇流器电路使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组成的启动组成的启动电路中。在接通电源后，整流滤波后的电压通过电路中。在接通电源后，整流滤波后的电压通过R1对电容对电容C2充电。充电。当当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，从而触发半桥导通，从而触发半桥低侧开关低侧开关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各绕组的耦合建立起振各绕组的耦合建立起振荡。在荡。在 VT2导通时，导通时，C2通过通过VD5和和VT2放电，使放电，使VD6由导通转换为由导通转换为截止。截止。T2的次级绕阻（的次级绕阻（Ws）、）、VD9、R5、C6、VD8、VT3和和VD7组成故障检测与保护电路。在常态下组成故障检测与保护电路。在常态下VD8是截止的。一旦出现异常状是截止的。一旦出现异常状态，态，T2的次级绕阻的次级绕阻Ws会感应到一个突然升高的电压，双向触发二极会感应到一个突然升高的电压，双向触发二极管管VD8击穿导通，至使击穿导通，至使VT3导通，将导通，将VT2的栅极的电压拉低到其栅极的栅极的电压拉低到其栅极开启门限电平以下，开启门限电平以下，VT3截止，半桥停止振荡。只有异常情况解除后，截止，半桥停止振荡。只有异常情况解除后，振荡电路才能重新开始工作。振荡电路才能重新开始工作。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）既可以作为开关使用，也可以用于放大。电子镇流器）既可以作为开关使用，也可以用于放大。电子镇流器中使用的双极型晶体管绝大多数作为开关使用。其中，功率晶体管在半桥中使用的双极型晶体管绝大多数作为开关使用。其中，功率晶体管在半桥电路中被用作开关，并且几乎全部为电路中被用作开关，并且几乎全部为NPNNPN型器件，小功率晶体管则在保护型器件，小功率晶体管则在保护电路中用作开关。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复杂，而驱动条件、双极型晶体管是一种电流驱动器件，其基极驱动电路比较复杂，而驱动条件的选择相对于功率的选择相对于功率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、上升时间间tftf、在存储时间、在存储时间tsts）和下降时间）和下降时间tftf)中占主导地位，成为决定晶体管开中占主导地位，成为决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，其安全工作区、双极型晶体管存在二次击穿（即负阻击穿）等固有缺陷，其安全工作区（SOASOA）受到限制。）受到限制。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器中并没有被MOSFETMOSFET管所替代。我国生产的电子节能灯大多采用双极型功管所替代。我国生产的电子节能灯大多采用双极型功率晶体管。日本生产的电子镇流器选用双极型晶体管作为开关的情况也较率晶体管。日本生产的电子镇流器选用双极型晶体管作为开关的情况也较普遍，而欧洲生产的电子镇流器则较多的选用功率普遍，而欧洲生产的电子镇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控制器件，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称称为加速电容，数值一般为为加速电容，数值一般为1000-3300pF。当。当Nb上端产生上端产生一个正的驱动电压时，一个正的驱动电压时，CB两端电压不能突变，如同短路两端电压不能突变，如同短路一样，可以为一样，可以为VT1提供很大的正向基极电流，使提供很大的正向基极电流，使VT1立即立即导通。之后导通。之后CB被充电至激励电压的峰值而进入稳态。当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晶体管的驱动电压跃变为0时，时，CB两端的存储电压立即加两端的存储电压立即加到到VT1的发射结上，可以形成很大的反向基极抽取电流和的发射结上，可以形成很大的反向基极抽取电流和反向电流，使反向电流，使VT1迅速关闭并进入稳态。由此可见，迅速关闭并进入稳态。由此可见，CB在不影响稳态的情况下，可以瞬间提供很大的基极正向电在不影响稳态的情况下，可以瞬间提供很大的基极正向电流和反向电流，既加速导通，又加速关断，促进了流和反向电流，既加速导通，又加速关断，促进了VT1饱饱和与截止之间的变化。和与截止之间的变化。2.双极型三极管双极型三极管 在图（在图（b）所示的开关管基极驱动电路中，高速开关二极）所示的开关管基极驱动电路中，高速开关二极管（管（IN4148）与电阻）与电阻R1的作用是当晶体管的作用是当晶体管VT1截止时，截止时，为反向基极电流提供一个低阻抗的通路。图（为反向基极电流提供一个低阻抗的通路。图（c）所示的）所示的电路中，并联于功率开关晶体管电路中，并联于功率开关晶体管VT1基极电阻基极电阻R8两端的高两端的高速开关二极管速开关二极管VD1的作用是当的作用是当VT1截止时，吸收反向基极截止时，吸收反向基极电流，通过对基极和发射极间的电容放电，达到减少储存电流，通过对基极和发射极间的电容放电，达到减少储存时间的目的。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保护电路、双极型功率晶体管的保护电路v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化量应力，是由工作于开关状态的晶体管中的电流变化量di/dt和施加在晶体和施加在晶体管上的电压变化率管上的电压变化率dv/dt而产生的瞬态过电流和瞬态过电压所引起。电应力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的本质是瞬时功耗（能量）的集中。电压和电流过冲形成的“尖峰尖峰”、“毛刺毛刺”，一旦超出器件的安全工作区，尤其是在较高温度下，极易毁坏晶，一旦超出器件的安全工作区，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，最危险的情况是出现在晶体管关断时。体管。晶体管在整个开关周期内，最危险的情况是出现在晶体管关断时。尤其是晶体管在电感性负载情况下，当晶体管截止时，会产生非常高的尖尤其是晶体管在电感性负载情况下，当晶体管截止时，会产生非常高的尖峰电压。这种反峰电压的瞬时能量远远高出晶体管的承受能力，而将晶体峰电压。这种反峰电压的瞬时能量远远高出晶体管的承受能力，而将晶体管摧毁。为防止开关晶体管损坏，可以采取一些保护措施。最简单的保护管摧毁。为防止开关晶体管损坏，可以采取一些保护措施。最简单的保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，并且二极管的正极接反射极，负极接集电极，如图（二极管的正极接反射极，负极接集电极，如图（a）所示。）所示。v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提供电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提供电流通路。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反向导通而损坏。这种用作保护的阻尼二极管可以防止开关晶体管反向导通而损坏。这种用作保护的阻尼二极管也称单向传输或单项导通二极管（极管也称单向传输或单项导通二极管（freewheeling diode），），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。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（如功率小一些的开关晶体（如MJE13005）一般没有内装阻尼二极）一般没有内装阻尼二极管。由于开关晶体管管。由于开关晶体管dv/dt相当高，用作保护的阻尼二极管必须选相当高，用作保护的阻尼二极管必须选用快速恢复型二极管，以保证有非常快的速度开通，将晶体管集电用快速恢复型二极管，以保证有非常快的速度开通，将晶体管集电极峰值电压箝位到极峰值电压箝位到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用作开关晶体管保护的阻尼网络如图（用作开关晶体管保护的阻尼网络如图（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吸收网络能抑制晶体管集电极与吸收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安全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安全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。实际上，吸收回路消耗了一定的放电。实际上，吸收回路消耗了一定的功率，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吸收电路损耗较大，不吸收电路损耗较大，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）所示的是放电阻塞型阻尼网）所示的是放电阻塞型阻尼网络。该类型的络。该类型的RCD吸收电路的损耗较小，虽然对浪涌冲击电压的抑制吸收电路的损耗较小，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收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收效果比较显著。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，可提高对电压的吸收效果。电容吸收效果。电容C的容量不能太小，否则会增大开关损耗。如果的容量不能太小，否则会增大开关损耗。如果C的的容量过大。则将增加损耗，原因是在开关管导通时，容量过大。则将增加损耗，原因是在开关管导通时，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能力，应重点考虑集电极与发射极之间的冲击电压。对于双极型功率晶体管的耐电压能力，应重点考虑集电极与发射极之间的冲击电压。v在未采用有源在未采用有源PFC电路的电子镇流器中，即使交流线路电压电路的电子镇流器中，即使交流线路电压VAC达达270V，整流和滤波后的电压也不会超过，整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，在基极和发射极之间连接了一个较小的基极电阻和极驱动电路中，在基极和发射极之间连接了一个较小的基极电阻和一个小电感线圈。在此情况下，一个小电感线圈。在此情况下，BVCERBVCES。当。当BVCEO=400V时，时，BVCER和和BVCES通常达通常达700V。当晶体管的基。当晶体管的基极与发射极之间为低阻抗网络时，极与发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然能够可靠地工作。以上，所以用于电子镇流器中仍然能够可靠地工作。v当电子镇流器采用了有源当电子镇流器采用了有源PFC电路时，由于有源电路时，由于有源PFC变换器的直流变换器的直流输出电压通常为输出电压通常为380410V（典型值为（典型值为400V），只要半桥中功率），只要半桥中功率晶体管晶体管BVCEO的值大于的值大于450V，一般则可以满足要求。，一般则可以满足要求。v如果电子镇流器的输入端采用了压敏电子作为浪涌或过电压保护元如果电子镇流器的输入端采用了压敏电子作为浪涌或过电压保护元件，则要求功率晶体管的件，则要求功率晶体管的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。在一般情况下，。在一般情况下，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，当选择双极型供给功在电子镇流器的半桥逆变器电路中，当选择双极型供给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MOSFET的类型很多，按导电沟道可分为P沟道和N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MOSFET单元组成。MOS管是靠多数载流子工作的单极型器件，开关损耗小，安全工作区较大，热稳定性好，工作频率高，是电压型器件。MOSFET单元结构如图所示，有三个引脚，分别为源极S、栅极G和漏极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动。为了明确起见，常又将P-MOSFET的符号用图4-18（b）表示。如果是在变流电路中，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。为避免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控制能力。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的阻值是变化的。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变化缓慢，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继续增大时，进入雪崩击穿区。在应用中要避免出现这种情况，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电子镇流器中作为开关使用的功率在电子镇流器中作为开关使用的功率MOSFET管，与其他类型和用途的管，与其他类型和用途的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是一种电源控制型器件，输入阻抗高，属于纯容性元件，驱是一种电源控制型器件，输入阻抗高，属于纯容性元件，驱动电路远比电流控制型的双极型晶体管简单，并且驱动功率较小。动电路远比电流控制型的双极型晶体管简单，并且驱动功率较小。MOSFET是一种依靠多数载流子工作的单极型器件，不存在少数载流是一种依靠多数载流子工作的单极型器件，不存在少数载流子的存储效应，开关速度快，工作频率可达子的存储效应，开关速度快，工作频率可达1 MHz，使电路可以使用小型化，使电路可以使用小型化的磁性元件。的磁性元件。MOSFET不存在双极型晶体管固有的二次击穿现象，具有较大的安全不存在双极型晶体管固有的二次击穿现象，具有较大的安全工作区，热稳定性好，可靠性高，尤其适合在大功率条件下应用。工作区，热稳定性好，可靠性高，尤其适合在大功率条件下应用。MOSFET的栅极与源极之间的击穿电压的栅极与源极之间的击穿电压BVCS一般不低于一般不低于20V，栅极，栅极与源极之间的开启门限电压与源极之间的开启门限电压VCAS(tb)通常为通常为24V，漏极电流，漏极电流ID大于大于3A的的器件几乎全部嵌入了快速恢复型续流二极管。器件几乎全部嵌入了快速恢复型续流二极管。MOSFET的导通态（漏极与源极之间）电阻的导通态（漏极与源极之间）电阻RDS(ON)较大，而且具有较大，而且具有正的温度系数，导通损耗较大。从价格上看，正的温度系数，导通损耗较大。从价格上看，MOSFET与性能相同或相近的与性能相同或相近的双极型晶体管比较，普遍要高出约双极型晶体管比较，普遍要高出约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（1）漏极电压UDS：就是PM的额定电压，选用时应小于漏源击穿电压BUDS，必需留有较大安全余量。（2）漏极连续电流ID：就是PM允许通过的最大漏极连续电流，其大小主要受管子的温升限制，应小于峰值电流IDM。（3）栅源电压UGS：栅极和源极之间的绝缘层很薄，承受电压很低，一般不能超过20V，否则绝缘层可能被击穿而损坏。（4）通态电阻Ron：在确定的UGS下，PM由可调电阻区进入饱和区时的直流电阻为通态电阻。输出功率的大小与该参数直接相关。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、场效效应MOS管的管的驱动电路路场效应场效应MOS管门极驱动电路的要求：管门极驱动电路的要求：(1)可向可向门极提供所需要的开通极提供所需要的开通栅压（典型（典型+15V），关断），关断栅压(-15V-5V)以保以保证MOS管的可靠管的可靠导通和关断。通和关断。(2)为提高器件的开关速度，提高器件的开关速度，应减小减小驱动电路的路的输入入电阻以及阻以及提高提高门极充放极充放电速度。速度。(3)通常要求主通常要求主电路与控制路与控制电路路间要要实现电气隔离。气隔离。(4)应具有具有较强的抗干的抗干扰能力，能力，这是因是因为MOS管的工作管的工作频率率和和输入阻抗都入阻抗都较高，易被干高，易被干扰。场效效应MOS管的管的驱动有直接有直接驱动和隔离和隔离驱动。直接。直接驱动电路路如如图中的中的(a)和和(b)所示。所示。理想的栅极控制电压波形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)直接驱动直接驱动3.功率场效应晶体管功率场效应晶体管 在图的在图的(a)图中，电阻图中，电阻R1的作用是限流和抑制寄生的作用是限流和抑制寄生振荡，一般为振荡，一般为10到到100，R2是为关断时提供放电是为关断时提供放电回路的；稳压二极管回路的；稳压二极管D1和和D2是保护是保护MOS管的门管的门极和源极；二极管极和源极；二极管D3是加速是加速MOS的关断。在图的关断。在图(b)图中，当图中，当MOS管的功率很大时，而管的功率很大时，而PWM控制控制芯片输出的芯片输出的PWM信号不足已驱动信号不足已驱动MOS管时，加管时，加互补三极管来提供较大的驱动电流来驱动互补三极管来提供较大的驱动电流来驱动MOS管。管。电阻电阻R1和和R3的作用是限流和抑制寄生振荡，一般的作用是限流和抑制寄生振荡，一般为为10到到100，R2是为关断时提供放电回路的；二是为关断时提供放电回路的；二极管极管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 隔离驱动可采用脉冲变压器和光耦隔离，如图中的隔离驱动可采用脉冲变压器和光耦隔离，如图中的(a)和和(b)所示。图的所示。图的(a)所示的电路在电子镇流器中经常采用，所示的电路在电子镇流器中经常采用，信号来自磁环脉冲变压器，电路中的信号来自磁环脉冲变压器，电路中的PNP管是为了加速管是为了加速MOS场效应管漏极电流的下降速率。当栅极驱动电压突场效应管漏极电流的下降速率。当栅极驱动电压突然下降到门限电压然下降到门限电压UV以下时，以下时，PNP管管Q2导通，为输入电导通，为输入电容提供放电回路，使栅极电压快速下降，漏极电流得以快容提供放电回路，使栅极电压快速下降，漏极电流得以快速关断，从而提高了开关速度。图的速关断，从而提高了开关速度。图的(b)所示的电路采用所示的电路采用光耦合隔离并由光耦合隔离并由V1、V2组成的推挽输出驱动栅极。当控组成的推挽输出驱动栅极。当控制脉冲使光耦合关断时，光耦合输出低电平，使制脉冲使光耦合关断时，光耦合输出低电平，使V1截止，截止，V2导通，导通，MOS管在管在VDW1的反偏作用下关断。当控制脉的反偏作用下关断。当控制脉冲使光耦合导通时，光耦合输出高电平，冲使光耦合导通时，光耦合输出高电平，V1导通，导通，V2截截止，经止，经UCC、V1、RG产生的正向电压使产生的正向电压使MOS管开通，管开通，VDW2用于限制驱动电压幅度。用于限制驱动电压幅度。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管的保护措施管的保护措施（1）过压保护过压保护 首先避免栅首先避免栅源极间的过电压，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二源极间并接两个背靠背连接的稳压二极管（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，避免，避免器件损坏。也要避免栅器件损坏。也要避免栅源极开路，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，将栅尖峰脉冲，将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。（2）过流保护过流保护 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，由保护电路关值而造成器件损