节能灯功率管无效原理剖析

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1前言

led节能灯做为一种节能型的开关电源，在全球获得了普遍的运用，中国led节能灯的制造也是一枝独秀。做为led节能灯（包含电子镇流器）的主要构件，功率大的开关三极管的品质对led节能灯的产品质量和使用寿命起着重要的功效。现阶段市場上除开仙童、ST等好多个進口知名品牌外，中国的节能灯功率管品质都不太平稳。文中就功率大的开关三极管在led节能灯运用中的无效原理做出剖析，并对危害无效的要素开展讨论。

2失效模式

led节能灯毁坏、周期短的首要因素是功率大的开关三极管的无效。根据对无效整流管的解剖学剖析，绝大部分无效管属发射结损坏短路故障。用显微镜观察解剖学的无效管道时，能够看到在发射区焊位附近有显著的损坏变黑色斑（参照图1）。这也是常见的损坏状况。

三极管工作中时，因为电流热效应，会耗费一定的输出功率，这就是损耗输出功率。损耗输出功率关键由集电结损耗输出功率构成：

PT≈VceIc即PT≈PCM

我们知道，三极管的工作中电流量受气温的危害非常大。PN结的正面电流量与溫度的影响为：

I∝e－(Eg－qV)/kT

当三极管工作中时，损耗输出功率转换为热，使集电结结温高，集电结结电流量进一步增加，会导致恶循环使管道损坏。这类状况叫击穿。使管道不产生击穿的最大工作中温度定义为最大结温。光伏材料PN结的最大结温是：

Tjm=6400/(10.45＋lnρ)

另一种状况，当管道未做到最大结温时，或是未超出较大损耗输出功率时，因为原材料的缺点和技术的不均衡性，及其构造因素导致的发射区电流量抓紧效用，促使三极管的工作中电流量遍布不匀称。当电流量遍布集中化在某一点时，该点的功率提升，造成部分溫度提高，溫度的提高相反又促使该点的电流量进一步扩大，进而产生“过网络热点”，其溫度若超出金属电极与半导体材料的共溶点，导致三极管损坏。另一方面，部分的升温和大电流强度会导致部分的山崩（穿透），这时的部分大电流量能使管道烧通，使击穿电压大幅度减少，电流量升高，最终造成 管道损坏。这类状况便是正所谓的二次穿透。三极管二次穿透的性能曲线图如图2所显示[1]。

二次穿透是整流管无效的关键缘故。为确保管道一切正常工作中，明确提出了安全工作区SOA的定义。SOA平面图如图所示3所显示，它由集电结较大电流量Icm线、击穿电压BVceo线、集电结较大损耗输出功率Pcm线和二次穿透功能损耗Psb线构成。因为采用时工作中电流量和较大电流的制定都不可能超出管道的额定电流，因而，一切正常状况下，集电结损耗输出功率和二次穿透特点便是导致管道无效损坏的首要要素。

3危害无效的要素

从里面的无效原理剖析得知，为降低无效，关键的是要尽可能减少管道工作中时的输出功率、改进二次穿透特点，这两者之间实际上是相应的。由二次穿透的产生原理得知，溫度升高，造成 管道HFE扩大，电源开关特性下降，二次穿透特点下降（更易于产生二次穿透）；溫度的上升，也促使管道的具体损耗输出功率主要参数下降，管道的安全工作区缩小了。相反，因为管道的损耗输出功率关键和管道的传热系数相关，损耗输出功率小，事实上也就是其所能承担的电流强度低，排热功能差，一样也干扰到二次穿透特点。因而，避免 工作中时管道升温过高、提升管道的损耗输出功率，是提升管道品质的最有效方法。 1)传热系数

管道工作上，当PN结溫度超出容许最大结温时，管道耗费的输出功率便是管道的集电结较大损耗输出功率。因为一定原材料的最大结温是一定的，因而，提升管道的导热特性，便是提升管道的损耗输出功率，与此同时，排热功能好，管道的升温就低，也减少了二次穿透的概率，这也是提升二次穿透特点的主要要素。

传热系数做为功率大的管的一个关键主要参数，意味着了管道的排热工作能力。传热系数与损耗效率的影响为：

Pcm=(Tjm－Ta)/RT

在其中Tjm为最大结温，Ta为工作温度，RT为传热系数。由此可见，当最大结柔和工作温度一定时，损耗效率的高低在于传热系数的尺寸。

在led节能灯商品中，应取用传热系数尽量低的管道。除开集成ic自身以外，后工艺流程安装的原材料、加工工艺和品质对传热系数的危害特别大。对管道开展传热系数的检测挑选，是确保节能灯功率管品质的主要规定。

2)电源开关主要参数

典型性的led节能灯路线工作中时，二只管道轮着工作中于饱和状态和截至情况，因而管道的电源开关主要参数对其工作情况有重要的危害。管道的电源开关主要参数有4个：时间延迟td、增益值tr、存储時间ts和上升幅度tf。如图4所显示的三级管电源开关波形，管道由截止到饱和状态时，衔接時间受时间延迟和增益值的危害，由饱和状态到截至时，衔接時间受储存時间和上升幅度的危害。管道在不一样运行状态时耗费的输出功率为：

截至时：P=Vce·Icex

饱和状态时：P=Vces·Ic

因为三级管的反方向泄露电流Icex和饱和状态损耗Vces都很低，因而，饱和状态和截至时，管道的损耗输出功率并不算太大，但在这两种情况的转化流程中，管道有一部分時间工作中于变大区，这时的电流强度均很大，处在变大区的时间段越长，进而耗费电功率也越大，溫度也就上升越多。

由波形可看得出，危害管道处在变大区的电源开关主要参数主要是增益值和上升幅度。因而，应取用增益值和上升幅度尽量短的管道。

另一方面，因为led节能灯的二只管道轮着工作中于饱和状态和截至情况，电源开关主要参数中间的影响也很重要。除时间延迟外，假如存放時间和上升幅度的和比增益值大过多，则2个管道与此同时处在通断情况的机遇就大，也会造成 不好的結果。一样，2个管道的电源开关主要参数的一致性也十分关键。 由于三极管的定时开关中，存储時间ts最多，因而其危害也较大。应尽可能采用存储时间较短的管道，与此同时规定存储時间一致性尽可能好。

3)高溫泄露电流

在上面的详细说明中，我们知道管道工作中在截至模式时的功率关键由反方向泄露电流Icex决策。常温状态，Icex一般不大，因而，管道的截至输出功率并不算太大，但当工作中后气温上升后，Icex增大，则其损耗电功率也增大，直到危害到常规的工作中。另一方面，反方向泄露电流的扩大促使PN结穿透特点变松，也使管道越来越便于损坏。因而，高溫泄露电流也是危害管道品质的主要主要参数。

硅三极管的ce反方向走电为：

Iceo=（1＋?）Icbo≈（1＋?）Ae×Ni×XMG/2τ

其随环境温度的变动主要是与材质和加工工艺相关。在管道的检测中，常以不一样溫度（高溫和常温下）下的泄露电流转变 △Iceo做为标准开展选择，规定△Iceo尽量的小。

4)其他

输出功率开关三极管的其它主要参数，也与其说应用相关。hFE也是常常考虑到的要素之一。其对管道品质的危害，也表现在对定时开关的危害，其必要性相对性沒有电源开关主要参数危害那么大。此外，Icm和BVceo也是经常考量的要素。

上应对led节能灯功率大的开关管的无效原理剖析，及其从而得到的主要参数采用规定，历经大家的很多排序实验，证实与真实情况相符合。华汕电子元器件有限责任公司在相关产品的制造领域也由此采取有效的对策，并在具体运用上得到了较好的实际效果，达到了中国用户的规定，快速为销售市场所接纳。

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