原创 三极管参数的选择指南

 三极管在电路中工作一段时间以后，线路元器件会发热(包括管子本身的发热)，温度不断上升导致三极管hFE增大，开关性能变差，二次击穿特性下降。反过来，进一步促使管子发热量增大，这样的恶性循环最终导致三极管击穿烧毁。因此，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。 


实验表明：晶体管截止状态的功耗很小；导通状态的耗散占一定比例，但变化余地不大。晶体管耗散主要发生在由饱和向截止和由截止向饱和的过渡时期，而且与线路参数的选择及三极管的上升时间tr、下降时间tf有很大关系。 


最近几年，业界推出的节能灯和电子镇流器专用三极管都充分注意到降低产品的开关损耗，例如，国产BUL6800系列产品在优化MJE13000系列产品的基础上，大幅提高了产品的开关损耗性能。 


此外，控制磁环参数也有利于控制损耗。因为磁环参数的变化会引起三极管Ib的变化，影响三极管上升和下降时间。三极管过驱动可以造成三极管严重发热烧毁，而三极管驱动不足，则可能造成三极管冷态启动时瞬时击穿损坏。 


放大倍数hFE和贮存时间ts 


三极管的hFE参数与贮存时间ts相关，一般hFE大的三极管ts也较大，过去们对ts的认识以及ts的测量仪器均较为欠缺，人们更依赖hFE参数来选择三极管。 


在开关状态下，hFE的选择通常有以下认识：第一、hFE应尽可能高，以便用最少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，如果考虑到开关速度和电流容限，则hFE的最大值就受到限制；第二、中国的厂家曾经倾向于选用hFE较小的器件，例如hFE为10到15，甚至8到10的三极管就一度很受欢迎(后来，由于基极回路流行采用电容触发线路，hFE的数值有所上升)，hFE的数值小则饱和深度小，从而有利于降低晶体管的发热。 


实际上，晶体管的饱和深度受到Ib、hFE两个因素的影响，因而通过磁环及绕组参数、基极电阻Rb的调整，也可以降低饱和深度。 


目前，业界推出的节能灯和电子镇流器专用三极管都十分注重对贮存时间的控制。因为贮存时间ts过长，电路的振荡频率将下降，整机的工作电流增大易导致三极管的损坏。虽然可以调整扼流圈电感及其他元器件参数来控制整机功率，但ts的离散性，将使产品的一致性差，可靠性下降。例如，在石英灯电子变压器线路中，贮存时间太大的晶体管可能引起电路在低于输出变压器工作极限的频率振荡，从而造成每个周期的末端磁芯饱和，这使得晶体管Ic在每个周期出现尖峰，最后导致器件过热损坏(图3)。 


如果同一线路上的两个三极管贮存时间相差太大，整机工作电流的上下半波将严重不对称，负担重的那只三极管将容易损坏，线路也将产生更多的谐波和电磁干扰。 


实际使用表明，严格控制贮存时间ts并恰当调整整机电路，就可以降低对hFE参数的依赖程度。还值得一提的是，在芯片面积一定的情况下，三极管特性、电流特性与耐压参数是矛盾的，中国市场曾经用BUT11A来做220V40W电子镇流器，其出发点是BVceo、BVcbo数值高，但是目前绝大部分电子镇流器线路中，已经没有必要过高选择三极管的电压参数。