* e& \; p! o1 ]3 X" E, t PT≈VceIc即PT≈PCM ! d E; f7 E' P" y! d - h# a7 m$ D) Q- C# E& z 我们知道，三极管的工作电流受温度的影响很大。PN结的正向电流与温度的关系为： . B- D2 @6 |. t- m m 6 `/ b1 I& T/ C- \: G) h I∝e－(Eg－qV)/kT5 s. H& G" Q* z1 k
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当三极管工作时，耗散功率转化为热，使集电结结温升高，集电结结电流进一步加大，会造成恶性循环使管子烧毁。这种情况叫热击穿。使管子不发生热击穿的最高工作温度定义为最高结温。硅材料PN结的最高结温是：4 }* C8 X; {6 y5 z m4 H& [1 U
! x5 B$ A/ F; V ]. R Tjm=6400/(10.45＋lnρ) ( j6 C7 G: x& U4 E! T* H# Q) V8 m" \9 A) l8 V: k, K# r
另一种情况，当管子未达到最高结温时，或者未超过最大耗散功率时，由于材料的缺陷和工艺的不均匀性，以及结构原因造成的发射区电流加紧效应，使得三极管的工作电流分布不均匀。当电流分布集中在某一点时，该点的功耗增加，引起局部温度增高，温度的增高反过来又使得该处的电流进一步增大，从而形成“过热点”，其温度若超过金属电极与半导体的共熔点，造成三极管烧毁。另一方面，局部的温升和大电流密度会引起局部的雪崩（击穿），此时的局部大电流能使管子烧通，使击穿电压急剧降低，电流上升，最后导致管子烧毁。这种情况就是所谓的二次击穿。三极管二次击穿的特性曲线如图2所示[1]。 P4 ]) s1 T0 J( s9 N+ q1 b' `: T0 T+ \& n3 D! M, Q8 T% O' m
二次击穿是功率管失效的重要原因。为保证管子正常工作，提出了安全工作区SOA的概念。SOA示意图如图3所示，它由集电极最大电流Icm线、击穿电压BVceo线、集电极最大耗散功率Pcm线和二次击穿功耗Psb线组成。由于使用时工作电流和最大电压的设计都不会超过管子的额定值，因此，正常情况下，集电极耗散功率和二次击穿特性就是造成管子失效烧毁的主要因素。 7 A& ~8 h K. Z! F ' M0 g: o) b! B$ { 3影响失效的因素4 V( n; G) A* b! m1 T2 |2 c+ R
% w# N2 w9 x2 i 从上面的失效机理分析可知，为减少失效，重要的是要尽量降低管子工作时的功率、改善二次击穿特性，这两者其实是相关的。由二次击穿的发生机理可知，温度上升，导致管子HFE增大，开关性能变差，二次击穿特性变差（更容易发生二次击穿）；温度的升高，也使得管子的实际耗散功率参数变差，管子的安全工作区变小了。反过来，由于管子的耗散功率主要和管子的热阻有关，耗散功率小，实际上也就是其所能承受的电流电压低，散热性能差，同样也影响到了二次击穿特性。因此，防止工作时管子温升过高、提高管子的耗散功率，是提高管子质量的最有效办法。 1)热阻 b A; C/ m# ]# K5 v ^ / d. ]8 ~6 J& W. S+ u/ T9 T9 Z 管子工作中，当PN结温度超过允许最高结温时，管子消耗的功率就是管子的集电极最大耗散功率。由于一定材料的最高结温是一定的，因此，提高管子的散热性能，就是提高管子的耗散功率，同时，散热性能好，管子的温升就低，也降低了二次击穿的可能性，这是提高二次击穿特性的重要因素。 8 D5 D! _# D" }# F/ a, D# J- G+ b# O / E+ N4 N4 Q2 h0 X ~ 热阻作为大功率管的一个重要参数，代表了管子的散热能力。热阻与耗散功率的关系为： # O) O/ p0 J7 e/ z6 A ' D' |, Q4 u3 Q3 c Pcm=(Tjm－Ta)/RT 9 c) o0 k" A- l* l8 e: N8 i4 `. ^/ c# K( j/ c0 v {
其中Tjm为最高结温，Ta为环境温度，RT为热阻。可见，当最高结温和环境温度一定时，耗散功率的大小取决于热阻的大小。/ [; E5 t& s4 g( z, X( t
) @" _' ]' a+ T r 在节能灯产品中，应选用热阻尽可能低的管子。除了芯片本身之外，后工序装配的材料、工艺和质量对热阻的影响非常大。对管子进行热阻的测试筛选，是保证节能灯功率管质量的基本要求。 : ]3 D6 a2 `+ X/ ]/ n& j( P, V4 G7 J8 D& s
2)开关参数$ C) ]8 L+ F" i2 l* D% L. U
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典型的节能灯线路工作时，两只管子轮流工作于饱和和截止状态，因此管子的开关参数对其工作情况有重大的影响。管子的开关参数有4个：延迟时间td、上升时间tr、储存时间ts和下降时间tf。如图4所示的三级管开关波形图，管子由截止到饱和时，过渡时间受延迟时间和上升时间的影响，由饱和到截止时，过渡时间受存储时间和下降时间的影响。管子在不同工作状态时消耗的功率为： . R% I# N; @/ f; x# N6 ^# q2 `5 y4 `; m' I9 R. \1 e2 V) R3 S8 [. p
截止时：P=Vce·Icex/ h. n3 ?% ~' S/ D
* c0 q# @! p9 C9 C4 @5 d3 K" |- n饱和时：P=Vces·Ic ) U2 C1 b( d$ f* U, H $ m6 z. c8 q, H" o. |2 {) M 由于三级管的反向漏电流Icex和饱和压降Vces都很低，因此，饱和和截止时，管子的消耗功率并不大，但在两种状态的转换过程中，管子有一部分时间工作于放大区，此时的电流电压均较大，处于放大区的时间越长，从而消耗功率也越大，温度也就升高越多。 - b# K4 M: x% ?1 k1 q 7 J v/ i+ W' K# _$ ` 由波形图可看出，影响管子处于放大区的开关参数主要是上升时间和下降时间。因此，应选用上升时间和下降时间尽可能短的管子。 & H" ~; F: R5 O0 G8 o& m0 [ |0 v7 T9 D a8 P L' B# N m$ t 另一方面，由于节能灯的两只管子轮流工作于饱和和截止状态，开关参数之间的关系也很重要。除延迟时间外，如果储存时间和下降时间的和比上升时间大太多，则两个管子同时处于导通状态的机会就大，也会导致不良的结果。同样，两个管子的开关参数的一致性也非常重要。 因为三极管的开关时间中，储存时间ts最长，因此其影响也最大。应尽量选用储存时间短的管子，同时要求储存时间一致性尽量好。! k' m0 V- k; w% T* k# D/ w: O
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3)高温漏电流6 A0 T! [& a h. W* W% [6 w# ?- u
1 }# X, X. b5 l, |( b2 F$ N) L 在上面的说明中，我们知道管子工作在截止状态时的功耗主要由反向漏电流Icex决定。常温下，Icex一般很小，因此，管子的截止功率并不大，但当工作后温度升高后，Icex变大，则其消耗功率也变大，直至影响到正常的工作。另一方面，反向漏电流的增大使得PN结击穿特性变软，也使管子变得易于烧毁。因此，高温漏电流也是影响管子质量的重要参数。 0 M% ?/ B. S ?) U4 m7 M: s1 C/ ~. \
硅三极管的ce反向漏电为： % a* m# X1 a# p. K% B) N. n3 X( T3 @! ]+ q' L) t
Iceo=（1＋）Icbo≈（1＋）Ae×Ni×XMG/2τ 0 p* I/ Y; X3 P" r5 z0 L & }1 I7 r3 X q3 x 其随温度的变化主要与材料和工艺有关。在管子的测试中，常以不同温度（高温和常温）下的漏电流变化△Iceo作为指标进行挑选，要求△Iceo尽可能的小。8 k, R3 B3 j& W; P
6 K% |- I% }1 X0 a8 n 4)其它( d% W- g1 }+ J' S8 G7 ?% A