雙極型開關(guān)管的合理置換

1、CRHJ雙極型開關(guān)管的合理置換雙極型開關(guān)管的合理置換無(wú)錫華潤(rùn)華晶微電子有限公司無(wú)錫華潤(rùn)華晶微電子有限公司 2008年年5月月CRHJ一、直接置換常見現(xiàn)象一、直接置換常見現(xiàn)象二、如何實(shí)現(xiàn)安全置換二、如何實(shí)現(xiàn)安全置換三、應(yīng)用舉例三、應(yīng)用舉例四、總結(jié)四、總結(jié)CRHJ一、直接置換常見現(xiàn)象一、直接置換常見現(xiàn)象在線路應(yīng)用中，由于種種原因設(shè)計(jì)師經(jīng)常需要：在線路應(yīng)用中，由于種種原因設(shè)計(jì)師經(jīng)常需要：國(guó)產(chǎn)開關(guān)管置換進(jìn)口管國(guó)產(chǎn)開關(guān)管置換進(jìn)口管國(guó)內(nèi)不同生產(chǎn)廠家的開關(guān)管置換國(guó)內(nèi)不同生產(chǎn)廠家的開關(guān)管置換同一生產(chǎn)廠家的不同型號(hào)產(chǎn)品置換同一生產(chǎn)廠家的不同型號(hào)產(chǎn)品置換 從設(shè)計(jì)、采購(gòu)和生產(chǎn)安排等方面考慮，線路設(shè)計(jì)師總從設(shè)計(jì)、采購(gòu)

2、和生產(chǎn)安排等方面考慮，線路設(shè)計(jì)師總是希望選擇的功率開關(guān)管能夠直接置換、相互兼容。但有是希望選擇的功率開關(guān)管能夠直接置換、相互兼容。但有時(shí)直接置換的結(jié)果并不理想。時(shí)直接置換的結(jié)果并不理想。CRHJ直接置換的常見現(xiàn)象：直接置換的常見現(xiàn)象：1、完全滿足使用要求。、完全滿足使用要求。2、不能完全適用、不能完全適用生產(chǎn)線上考核正常，但加嚴(yán)考核易失效（高壓、高溫）。生產(chǎn)線上考核正常，但加嚴(yán)考核易失效（高壓、高溫）。部分性能不能滿足設(shè)計(jì)要求：部分性能不能滿足設(shè)計(jì)要求： 低壓?jiǎn)?dòng)低壓?jiǎn)?dòng) 負(fù)載功率負(fù)載功率 EMI生產(chǎn)線上出現(xiàn)大批量異常：生產(chǎn)線上出現(xiàn)大批量異常： 批量失效批量失效 不能啟動(dòng)不能啟動(dòng)CRHJ1、開

3、關(guān)管內(nèi)在差異、開關(guān)管內(nèi)在差異 設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)工藝等的不同，造成不同生產(chǎn)廠家同規(guī)格的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)工藝等的不同，造成不同生產(chǎn)廠家同規(guī)格的開關(guān)管，在參數(shù)指標(biāo)相同的情況下產(chǎn)品的特性存在差異：開關(guān)管，在參數(shù)指標(biāo)相同的情況下產(chǎn)品的特性存在差異： 溫度特性的差異溫度特性的差異 電流特性的差異電流特性的差異 特征頻率特性的差異特征頻率特性的差異 在不同工作電壓下，高速開關(guān)轉(zhuǎn)換中造成其匹配狀態(tài)的變化在不同工作電壓下，高速開關(guān)轉(zhuǎn)換中造成其匹配狀態(tài)的變化不一致，引起開關(guān)管的功率損耗增大或其它異常情況。不一致，引起開關(guān)管的功率損耗增大或其它異常情況。 置換異常的原因分析置換異常的原因分析CRHJ受產(chǎn)品價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)的影響

4、，外圍相關(guān)保護(hù)元件縮減或質(zhì)次，受產(chǎn)品價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)的影響，外圍相關(guān)保護(hù)元件縮減或質(zhì)次，壓力轉(zhuǎn)嫁到開關(guān)管上。壓力轉(zhuǎn)嫁到開關(guān)管上。追求產(chǎn)品外形的美觀小巧，內(nèi)部工作空間的壓縮。追求產(chǎn)品外形的美觀小巧，內(nèi)部工作空間的壓縮。不加或減小散熱片面積，工作溫度偏高。不加或減小散熱片面積，工作溫度偏高。為降低成本，選用的開關(guān)管自身安全余量不充足。為降低成本，選用的開關(guān)管自身安全余量不充足。 芯片面積越用越小芯片面積越用越小 封裝小型化封裝小型化 2 2、線路成本壓力導(dǎo)致對(duì)開關(guān)管的要求提高、線路成本壓力導(dǎo)致對(duì)開關(guān)管的要求提高CRHJ二、如何實(shí)現(xiàn)安全置換二、如何實(shí)現(xiàn)安全置換 要實(shí)現(xiàn)安全置換，需要關(guān)注以下方面：要實(shí)現(xiàn)安全置

5、換，需要關(guān)注以下方面： 1、選取合適參數(shù)的樣管：、選取合適參數(shù)的樣管： VCBO VCEO 不能一味求高不能一味求高IC VCES 結(jié)合成本，留有一定余量結(jié)合成本，留有一定余量hFE ts 盡量選擇同原用范圍一致盡量選擇同原用范圍一致tf fT 對(duì)開關(guān)損耗有影響對(duì)開關(guān)損耗有影響 實(shí)際應(yīng)用中偶爾會(huì)出現(xiàn)超過(guò)晶體管擊穿電壓值的脈沖實(shí)際應(yīng)用中偶爾會(huì)出現(xiàn)超過(guò)晶體管擊穿電壓值的脈沖電壓，但晶體管未損壞，應(yīng)用的是晶體管電壓，但晶體管未損壞，應(yīng)用的是晶體管VCER 。 CRHJ2、合理的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)，減低開關(guān)管的功耗、合理的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)，減低開關(guān)管的功耗1 1） 開關(guān)管的功耗構(gòu)成開關(guān)管的功耗構(gòu)成 當(dāng)晶體管作為開關(guān)應(yīng)用

6、時(shí)，在每一個(gè)周期內(nèi)，晶當(dāng)晶體管作為開關(guān)應(yīng)用時(shí)，在每一個(gè)周期內(nèi)，晶體管都工作于三個(gè)不同的狀態(tài)：截止、放大、飽體管都工作于三個(gè)不同的狀態(tài)：截止、放大、飽和。因此，晶體管的功率損耗由三部分組成：和。因此，晶體管的功率損耗由三部分組成： 通態(tài)損耗：通態(tài)損耗： 飽和導(dǎo)通時(shí)的損耗飽和導(dǎo)通時(shí)的損耗 ICESVCESCRHJ斷態(tài)損耗：斷態(tài)損耗： 晶體管截止時(shí)的損耗晶體管截止時(shí)的損耗 VCEICEO 這部分功耗是微不足道的這部分功耗是微不足道的開關(guān)損耗：開關(guān)損耗： 晶體管由飽和轉(zhuǎn)換為截止或由截止轉(zhuǎn)換為飽和時(shí)的損耗。晶體管由飽和轉(zhuǎn)換為截止或由截止轉(zhuǎn)換為飽和時(shí)的損耗。 在開啟和關(guān)閉時(shí)間段內(nèi)，晶體管壓降和電流都比較大

7、，占整個(gè)管在開啟和關(guān)閉時(shí)間段內(nèi)，晶體管壓降和電流都比較大，占整個(gè)管耗的比重也比較大。耗的比重也比較大。 開關(guān)損耗與電路參數(shù)的選擇即匹配狀態(tài)有很大關(guān)系。開關(guān)損耗與電路參數(shù)的選擇即匹配狀態(tài)有很大關(guān)系。CRHJ2）追求最佳匹配狀態(tài)）追求最佳匹配狀態(tài)基極注入電流基極注入電流IB1： IB1增大，有助于減小延遲時(shí)間和上升時(shí)間。增大，有助于減小延遲時(shí)間和上升時(shí)間。 IB1過(guò)大會(huì)出現(xiàn)過(guò)飽和，使收集區(qū)儲(chǔ)存電荷增多，對(duì)減小存過(guò)大會(huì)出現(xiàn)過(guò)飽和，使收集區(qū)儲(chǔ)存電荷增多，對(duì)減小存儲(chǔ)時(shí)間不利。儲(chǔ)時(shí)間不利?；鶚O抽取電流基極抽取電流IB2： IB2增加可減小存儲(chǔ)時(shí)間和下降時(shí)間。增加可減小存儲(chǔ)時(shí)間和下降時(shí)間。 增大增大IB2對(duì)

8、開通時(shí)間對(duì)開通時(shí)間ton不利。不利。CRHJIB1等于等于2倍的集電極峰值電流除于該集電極電流下的倍的集電極峰值電流除于該集電極電流下的，與此，與此同時(shí)同時(shí)IB2等于集電極峰值電流的一半時(shí)，集電極峰值電流的下等于集電極峰值電流的一半時(shí)，集電極峰值電流的下降時(shí)間最?。航禃r(shí)間最小： IB1=2Ic/ IB2=Ic/2在這樣的偏置條件下，由于集電極電流的下降時(shí)間最小，所在這樣的偏置條件下，由于集電極電流的下降時(shí)間最小，所以集電極電流和電壓的交叉時(shí)間也最小，開關(guān)功耗最小。以集電極電流和電壓的交叉時(shí)間也最小，開關(guān)功耗最小。實(shí)際的參數(shù)會(huì)有差別，要根據(jù)各種管子的特點(diǎn)和線路仔細(xì)調(diào)實(shí)際的參數(shù)會(huì)有差別，要根據(jù)各種

9、管子的特點(diǎn)和線路仔細(xì)調(diào)整，才能獲得最佳匹配效果整，才能獲得最佳匹配效果。CRHJ 對(duì)雙極型開關(guān)管的應(yīng)用，線路匹配的關(guān)鍵就在于驅(qū)動(dòng)電路對(duì)雙極型開關(guān)管的應(yīng)用，線路匹配的關(guān)鍵就在于驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)上。的設(shè)計(jì)上。有時(shí)在用有時(shí)在用3DD13003的線路中直接置換的線路中直接置換3DD13005或或3DD13007可能會(huì)更容易失效，可能會(huì)更容易失效， 不是因?yàn)槟蛪夯螂娏鞑粔颍皇且驗(yàn)槟蛪夯螂娏鞑粔?，而是匹配狀態(tài)不合適，引起開關(guān)損耗大增，開關(guān)管因溫度而是匹配狀態(tài)不合適，引起開關(guān)損耗大增，開關(guān)管因溫度過(guò)高而損壞。過(guò)高而損壞。CRHJ3、關(guān)于開關(guān)參數(shù)的影響關(guān)于開關(guān)參數(shù)的影響 正常生產(chǎn)中正常生產(chǎn)中ts值高的晶體管代

10、表著其整個(gè)生產(chǎn)線的工藝控制水值高的晶體管代表著其整個(gè)生產(chǎn)線的工藝控制水平高、產(chǎn)生的工藝缺陷少。平高、產(chǎn)生的工藝缺陷少。 ts值偏小：易出現(xiàn)低溫低壓?jiǎn)?dòng)性能差、功率低。值偏?。阂壮霈F(xiàn)低溫低壓?jiǎn)?dòng)性能差、功率低。在線路應(yīng)用中在線路應(yīng)用中ts值適用范圍是很寬的，選取怎樣參數(shù)的樣管進(jìn)行值適用范圍是很寬的，選取怎樣參數(shù)的樣管進(jìn)行最佳匹配狀態(tài)調(diào)試決定了該線路中最佳匹配狀態(tài)調(diào)試決定了該線路中ts值的最佳范圍。值的最佳范圍。 通過(guò)專門的控制工藝，我們可以提供滿足用戶需要的不同通過(guò)專門的控制工藝，我們可以提供滿足用戶需要的不同ts值值范圍的產(chǎn)品。范圍的產(chǎn)品。CRHJ三、應(yīng)用舉例三、應(yīng)用舉例1、在節(jié)能燈中的置換應(yīng)

11、用、在節(jié)能燈中的置換應(yīng)用應(yīng)用實(shí)例：應(yīng)用實(shí)例：120/23W螺旋燈螺旋燈1234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeA4Date:13-May-2008Sheet of File:D:Program FilesDesign Explorer 99 SEExamples文件夾低壓節(jié)能燈線路圖.DdbDrawn By:R2680KLD3IN4007D1IN4007D5IN4007C2152J/1200D2IN4007D4IN4007Q1128FC1104J/250Q2128FL1a7TFUL1b2TL1c2T22uF/200VC3223J/100VR36.8C468

12、3J/250VC6222J/1200VC2681J/1200L1PTCBD MZ6DB3R56.8S1S2R1680KC5472J/1000FUCRHJ使用使用3DD128F （ts：2.23.55.2 s ，分檔范圍寬、通用性強(qiáng)），分檔范圍寬、通用性強(qiáng)）多年，一直質(zhì)量穩(wěn)定可靠多年，一直質(zhì)量穩(wěn)定可靠由于成本方面的原因，改用國(guó)內(nèi)其它廠家的稍小芯片晶體管由于成本方面的原因，改用國(guó)內(nèi)其它廠家的稍小芯片晶體管（ts：2.02.53.0s ，分檔范圍窄），分檔范圍窄）由于芯片面積減小，同時(shí)由于芯片面積減小，同時(shí)ts值也減小較多，要保持燈功率、值也減小較多，要保持燈功率、低壓?jiǎn)?dòng)等技術(shù)指標(biāo)，其驅(qū)動(dòng)回路的元

13、件值進(jìn)行了適當(dāng)調(diào)整，低壓?jiǎn)?dòng)等技術(shù)指標(biāo)，其驅(qū)動(dòng)回路的元件值進(jìn)行了適當(dāng)調(diào)整，也能大批量正常使用。也能大批量正常使用。CRHJ 根據(jù)市場(chǎng)形勢(shì)的需要，我們選擇送樣了芯片面積接近的根據(jù)市場(chǎng)形勢(shì)的需要，我們選擇送樣了芯片面積接近的3DD128FH5D（ts值仍參照原使用范圍提供了值仍參照原使用范圍提供了3.5s以上的樣品）進(jìn)以上的樣品）進(jìn)行置換，反饋高溫考核易失效。行置換，反饋高溫考核易失效。 通過(guò)對(duì)樣燈進(jìn)行測(cè)試比較，發(fā)現(xiàn)主要是由于樣管的通過(guò)對(duì)樣燈進(jìn)行測(cè)試比較，發(fā)現(xiàn)主要是由于樣管的ts值偏大直接值偏大直接置換引起線路匹配不良、開關(guān)損耗增大（因?yàn)榫€路已按照置換引起線路匹配不良、開關(guān)損耗增大（因?yàn)榫€路已按照

14、ts值值23s 進(jìn)行了重新匹配調(diào)整）進(jìn)行了重新匹配調(diào)整） 。 通過(guò)加大啟動(dòng)電容通過(guò)加大啟動(dòng)電容C6可改善匹配狀態(tài)?？筛纳破ヅ錉顟B(tài)。 采用采用ts小的樣管可滿足使用要求。小的樣管可滿足使用要求。 按照按照2.02.53.0s進(jìn)行分檔供貨，已大批量正常使用多時(shí)。進(jìn)行分檔供貨，已大批量正常使用多時(shí)。CRHJ2、在在PC電源中的置換應(yīng)用電源中的置換應(yīng)用 某客戶采用某客戶采用3DD13007在在200W的的PC開關(guān)電源中應(yīng)用時(shí)，進(jìn)行直開關(guān)電源中應(yīng)用時(shí)，進(jìn)行直接置換后試用效果好，晶體管的溫升比進(jìn)口管的低，滿足各項(xiàng)接置換后試用效果好，晶體管的溫升比進(jìn)口管的低，滿足各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，批量使用正常，失效率低、可靠性

15、高。技術(shù)指標(biāo)，批量使用正常，失效率低、可靠性高。后突然反饋生產(chǎn)線上有大比例高壓或重負(fù)載不啟動(dòng)現(xiàn)象，換用后突然反饋生產(chǎn)線上有大比例高壓或重負(fù)載不啟動(dòng)現(xiàn)象，換用進(jìn)口產(chǎn)品則能正常工作。進(jìn)口產(chǎn)品則能正常工作。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)了解和測(cè)試比較，發(fā)現(xiàn)此現(xiàn)象與其采用不同廠家的驅(qū)動(dòng)經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)了解和測(cè)試比較，發(fā)現(xiàn)此現(xiàn)象與其采用不同廠家的驅(qū)動(dòng)開關(guān)變壓器有關(guān)。開關(guān)變壓器有關(guān)。CRHJ由于開關(guān)管頻率特性的差異引起開關(guān)瞬態(tài)響應(yīng)不同，造成開關(guān)由于開關(guān)管頻率特性的差異引起開關(guān)瞬態(tài)響應(yīng)不同，造成開關(guān)變壓器輸出的電壓脈沖峰值偏高，加上不同廠家的驅(qū)動(dòng)開關(guān)變變壓器輸出的電壓脈沖峰值偏高，加上不同廠家的驅(qū)動(dòng)開關(guān)變壓器特性方面的差異，使該電壓脈沖峰值

16、偏高到一定的程度后壓器特性方面的差異，使該電壓脈沖峰值偏高到一定的程度后引起保護(hù)電路的誤動(dòng)作而出現(xiàn)異常。引起保護(hù)電路的誤動(dòng)作而出現(xiàn)異常。通過(guò)對(duì)線路中有關(guān)元件值進(jìn)行調(diào)整，降低電壓脈沖峰值，使對(duì)通過(guò)對(duì)線路中有關(guān)元件值進(jìn)行調(diào)整，降低電壓脈沖峰值，使對(duì)應(yīng)比較器正常產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)信號(hào)而不是提前動(dòng)作產(chǎn)生異常保護(hù)。應(yīng)比較器正常產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)信號(hào)而不是提前動(dòng)作產(chǎn)生異常保護(hù)。建議加大相關(guān)限流電阻值后實(shí)現(xiàn)了通用，效果良好。建議加大相關(guān)限流電阻值后實(shí)現(xiàn)了通用，效果良好。CRHJ 四、總結(jié)四、總結(jié) 在應(yīng)用狀況千差萬(wàn)別的工業(yè)大生產(chǎn)中要實(shí)現(xiàn)開關(guān)管的安在應(yīng)用狀況千差萬(wàn)別的工業(yè)大生產(chǎn)中要實(shí)現(xiàn)開關(guān)管的安全置換實(shí)非易事，除了開關(guān)管制造企業(yè)對(duì)

17、其產(chǎn)品質(zhì)量提供可全置換實(shí)非易事，除了開關(guān)管制造企業(yè)對(duì)其產(chǎn)品質(zhì)量提供可靠保證以外，線路設(shè)計(jì)師還必須做到：靠保證以外，線路設(shè)計(jì)師還必須做到： 合理選擇合適開關(guān)管合理選擇合適開關(guān)管 線路的合理匹配線路的合理匹配 各元件均需保留適當(dāng)?shù)陌踩嗔扛髟璞Ａ暨m當(dāng)?shù)陌踩嗔?在成本、質(zhì)量之間選擇合理的平衡點(diǎn)在成本、質(zhì)量之間選擇合理的平衡點(diǎn)CRHJ開關(guān)管置換建議流程開關(guān)管置換建議流程選擇各項(xiàng)參數(shù)接近的待置換的開關(guān)管樣品。選擇各項(xiàng)參數(shù)接近的待置換的開關(guān)管樣品。按照正常工作電壓進(jìn)行線路調(diào)試，監(jiān)測(cè)波形，重點(diǎn)檢測(cè)開關(guān)按照正常工作電壓進(jìn)行線路調(diào)試，監(jiān)測(cè)波形，重點(diǎn)檢測(cè)開關(guān)管表面溫度。管表面溫度。結(jié)合具體產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)和考核要求，如有需要對(duì)驅(qū)動(dòng)線路、結(jié)合具體產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)和考核要求，如有需要對(duì)驅(qū)動(dòng)線路、負(fù)反饋深度進(jìn)行合理調(diào)整。負(fù)反饋深度進(jìn)行合理調(diào)整。兼顧各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)工作，逐步確定各元件標(biāo)準(zhǔn)：兼顧各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)工作，逐步確定各元件標(biāo)準(zhǔn)： 電壓范圍（高壓、低壓）電壓范圍（高壓、低壓） 工作環(huán)境（高溫考核、低溫啟動(dòng)）工作環(huán)境（高溫考核、低溫啟動(dòng)） 輸出功率輸出功率/ /負(fù)載負(fù)載 CRHJ 在樣品管滿足線路所有設(shè)計(jì)指標(biāo)后，選擇不同參數(shù)的開關(guān)管檢驗(yàn)在樣品管滿足線路所有設(shè)計(jì)指標(biāo)后，選擇不同參數(shù)的開關(guān)管檢