1、CRHJ雙極型開關管的合理置換雙極型開關管的合理置換無錫華潤華晶微電子有限公司無錫華潤華晶微電子有限公司 2008年年5月月CRHJ一、直接置換常見現象一、直接置換常見現象二、如何實現安全置換二、如何實現安全置換三、應用舉例三、應用舉例四、總結四、總結CRHJ一、直接置換常見現象一、直接置換常見現象在線路應用中，由于種種原因設計師經常需要：在線路應用中，由于種種原因設計師經常需要：國產開關管置換進口管國產開關管置換進口管國內不同生產廠家的開關管置換國內不同生產廠家的開關管置換同一生產廠家的不同型號產品置換同一生產廠家的不同型號產品置換 從設計、采購和生產安排等方面考慮，線路設計師總從設計、采購

2、和生產安排等方面考慮，線路設計師總是希望選擇的功率開關管能夠直接置換、相互兼容。但有是希望選擇的功率開關管能夠直接置換、相互兼容。但有時直接置換的結果并不理想。時直接置換的結果并不理想。CRHJ直接置換的常見現象：直接置換的常見現象：1、完全滿足使用要求。、完全滿足使用要求。2、不能完全適用、不能完全適用生產線上考核正常，但加嚴考核易失效（高壓、高溫）。生產線上考核正常，但加嚴考核易失效（高壓、高溫）。部分性能不能滿足設計要求：部分性能不能滿足設計要求： 低壓啟動低壓啟動 負載功率負載功率 EMI生產線上出現大批量異常：生產線上出現大批量異常： 批量失效批量失效 不能啟動不能啟動CRHJ1、開

3、關管內在差異、開關管內在差異 設計結構、生產工藝等的不同，造成不同生產廠家同規格的設計結構、生產工藝等的不同，造成不同生產廠家同規格的開關管，在參數指標相同的情況下產品的特性存在差異：開關管，在參數指標相同的情況下產品的特性存在差異： 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，高速開關轉換中造成其匹配狀態的變化在不同工作電壓下，高速開關轉換中造成其匹配狀態的變化不一致，引起開關管的功率損耗增大或其它異常情況。不一致，引起開關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受產品價格競爭的影響

4、，外圍相關保護元件縮減或質次，受產品價格競爭的影響，外圍相關保護元件縮減或質次，壓力轉嫁到開關管上。壓力轉嫁到開關管上。追求產品外形的美觀小巧，內部工作空間的壓縮。追求產品外形的美觀小巧，內部工作空間的壓縮。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，選用的開關管自身安全余量不充足。為降低成本，選用的開關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、線路成本壓力導致對開關管的要求提高、線路成本壓力導致對開關管的要求提高CRHJ二、如何實現安全置換二、如何實現安全置換 要實現安全置換，需要關注以下方面：要實現安全置

5、換，需要關注以下方面： 1、選取合適參數的樣管：、選取合適參數的樣管： VCBO VCEO 不能一味求高不能一味求高IC VCES 結合成本，留有一定余量結合成本，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 對開關損耗有影響對開關損耗有影響 實際應用中偶爾會出現超過晶體管擊穿電壓值的脈沖實際應用中偶爾會出現超過晶體管擊穿電壓值的脈沖電壓，但晶體管未損壞，應用的是晶體管電壓，但晶體管未損壞，應用的是晶體管VCER 。 CRHJ2、合理的驅動設計，減低開關管的功耗、合理的驅動設計，減低開關管的功耗1 1） 開關管的功耗構成開關管的功耗構成 當晶體管作為開關應用

6、時，在每一個周期內，晶當晶體管作為開關應用時，在每一個周期內，晶體管都工作于三個不同的狀態：截止、放大、飽體管都工作于三個不同的狀態：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： 通態損耗：通態損耗： 飽和導通時的損耗飽和導通時的損耗 ICESVCESCRHJ斷態損耗：斷態損耗： 晶體管截止時的損耗晶體管截止時的損耗 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損耗：開關損耗： 晶體管由飽和轉換為截止或由截止轉換為飽和時的損耗。晶體管由飽和轉換為截止或由截止轉換為飽和時的損耗。 在開啟和關閉時間段內，晶體管壓降和電流都比較大

7、，占整個管在開啟和關閉時間段內，晶體管壓降和電流都比較大，占整個管耗的比重也比較大。耗的比重也比較大。 開關損耗與電路參數的選擇即匹配狀態有很大關系。開關損耗與電路參數的選擇即匹配狀態有很大關系。CRHJ2）追求最佳匹配狀態）追求最佳匹配狀態基極注入電流基極注入電流IB1： IB1增大，有助于減小延遲時間和上升時間。增大，有助于減小延遲時間和上升時間。 IB1過大會出現過飽和，使收集區儲存電荷增多，對減小存過大會出現過飽和，使收集區儲存電荷增多，對減小存儲時間不利。儲時間不利。基極抽取電流基極抽取電流IB2： IB2增加可減小存儲時間和下降時間。增加可減小存儲時間和下降時間。 增大增大IB2對

8、開通時間對開通時間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，與此同時同時IB2等于集電極峰值電流的一半時，集電極峰值電流的下等于集電極峰值電流的一半時，集電極峰值電流的下降時間最小：降時間最小： 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間最小，所在這樣的偏置條件下，由于集電極電流的下降時間最小，所以集電極電流和電壓的交叉時間也最小，開關功耗最小。以集電極電流和電壓的交叉時間也最小，開關功耗最小。實際的參數會有差別，要根據各種管子的特點和線路仔細調實際的參數會有差別，要根據各種

9、管子的特點和線路仔細調整，才能獲得最佳匹配效果整，才能獲得最佳匹配效果。CRHJ 對雙極型開關管的應用，線路匹配的關鍵就在于驅動電路對雙極型開關管的應用，線路匹配的關鍵就在于驅動電路的設計上。的設計上。有時在用有時在用3DD13003的線路中直接置換的線路中直接置換3DD13005或或3DD13007可能會更容易失效，可能會更容易失效， 不是因為耐壓或電流不夠，不是因為耐壓或電流不夠，而是匹配狀態不合適，引起開關損耗大增，開關管因溫度而是匹配狀態不合適，引起開關損耗大增，開關管因溫度過高而損壞。過高而損壞。CRHJ3、關于開關參數的影響關于開關參數的影響 正常生產中正常生產中ts值高的晶體管代

10、表著其整個生產線的工藝控制水值高的晶體管代表著其整個生產線的工藝控制水平高、產生的工藝缺陷少。平高、產生的工藝缺陷少。 ts值偏小：易出現低溫低壓啟動性能差、功率低。值偏小：易出現低溫低壓啟動性能差、功率低。在線路應用中在線路應用中ts值適用范圍是很寬的，選取怎樣參數的樣管進行值適用范圍是很寬的，選取怎樣參數的樣管進行最佳匹配狀態調試決定了該線路中最佳匹配狀態調試決定了該線路中ts值的最佳范圍。值的最佳范圍。 通過專門的控制工藝，我們可以提供滿足用戶需要的不同通過專門的控制工藝，我們可以提供滿足用戶需要的不同ts值值范圍的產品。范圍的產品。CRHJ三、應用舉例三、應用舉例1、在節能燈中的置換應

11、用、在節能燈中的置換應用應用實例：應用實例：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），分檔范圍寬、通用性強）多年，一直質量穩定可靠多年，一直質量穩定可靠由于成本方面的原因，改用國內其它廠家的稍小芯片晶體管由于成本方面的原因，改用國內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，同時由于芯片面積減小，同時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、低壓啟動等技術指標，其驅動回路的元

13、件值進行了適當調整，低壓啟動等技術指標，其驅動回路的元件值進行了適當調整，也能大批量正常使用。也能大批量正常使用。CRHJ 根據市場形勢的需要，我們選擇送樣了芯片面積接近的根據市場形勢的需要，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）進以上的樣品）進行置換，反饋高溫考核易失效。行置換，反饋高溫考核易失效。 通過對樣燈進行測試比較，發現主要是由于樣管的通過對樣燈進行測試比較，發現主要是由于樣管的ts值偏大直接值偏大直接置換引起線路匹配不良、開關損耗增大（因為線路已按照置換引起線路匹配不良、開關損耗增大（因為線路已按照

14、ts值值23s 進行了重新匹配調整）進行了重新匹配調整） 。 通過加大啟動電容通過加大啟動電容C6可改善匹配狀態。可改善匹配狀態。 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進行分檔供貨，已大批量正常使用多時。進行分檔供貨，已大批量正常使用多時。CRHJ2、在在PC電源中的置換應用電源中的置換應用 某客戶采用某客戶采用3DD13007在在200W的的PC開關電源中應用時，進行直開關電源中應用時，進行直接置換后試用效果好，晶體管的溫升比進口管的低，滿足各項接置換后試用效果好，晶體管的溫升比進口管的低，滿足各項技術指標，批量使用正常，失效率低、可靠性

15、高。技術指標，批量使用正常，失效率低、可靠性高。后突然反饋生產線上有大比例高壓或重負載不啟動現象，換用后突然反饋生產線上有大比例高壓或重負載不啟動現象，換用進口產品則能正常工作。進口產品則能正常工作。經現場了解和測試比較，發現此現象與其采用不同廠家的驅動經現場了解和測試比較，發現此現象與其采用不同廠家的驅動開關變壓器有關。開關變壓器有關。CRHJ由于開關管頻率特性的差異引起開關瞬態響應不同，造成開關由于開關管頻率特性的差異引起開關瞬態響應不同，造成開關變壓器輸出的電壓脈沖峰值偏高，加上不同廠家的驅動開關變變壓器輸出的電壓脈沖峰值偏高，加上不同廠家的驅動開關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電路的誤動作而出現異常。引起保護電路的誤動作而出現異常。通過對線路中有關元件值進行調整，降低電壓脈沖峰值，使對通過對線路中有關元件值進行調整，降低電壓脈沖峰值，使對應比較器正常產生翻轉信號而不是提前動作產生異常保護。應比較器正常產生翻轉信號而不是提前動作產生異常保護。建議加大相關限流電阻值后實現了通用，效果良好。建議加大相關限流電阻值后實現了通用，效果良好。CRHJ 四、總結四、總結 在應用狀況千差萬別的工業大生產中要實現開關管的安在應用狀況千差萬別的工業大生產中要實現開關管的安全置換實非易事，除了開關管制造企業對

17、其產品質量提供可全置換實非易事，除了開關管制造企業對其產品質量提供可靠保證以外，線路設計師還必須做到：靠保證以外，線路設計師還必須做到： 合理選擇合適開關管合理選擇合適開關管 線路的合理匹配線路的合理匹配 各元件均需保留適當的安全余量各元件均需保留適當的安全余量 在成本、質量之間選擇合理的平衡點在成本、質量之間選擇合理的平衡點CRHJ開關管置換建議流程開關管置換建議流程選擇各項參數接近的待置換的開關管樣品。選擇各項參數接近的待置換的開關管樣品。按照正常工作電壓進行線路調試，監測波形，重點檢測開關按照正常工作電壓進行線路調試，監測波形，重點檢測開關管表面溫度。管表面溫度。結合具體產品的技術指標和考核要求，如有需要對驅動線路、結合具體產品的技術指標和考核要求，如有需要對驅動線路、負反饋深度進行合理調整。負反饋深度進行合理調整。兼顧各項技術指標工作，逐步確定各元件標準：兼顧各項技術指標工作，逐步確定各元件標準： 電壓范圍（高壓、低壓）電壓范圍（高壓、低壓） 工作環境（高溫考核、低溫啟動）工作環境（高溫考核、低溫啟動） 輸出功率輸出功率/ /負載負載 CRHJ 在樣品管滿足線路所有設計指標后，選擇不同參數的開關管檢驗在樣品管滿足線路所有設計指標后，選擇不同參數的開關管檢