浅谈电子镇流的知识问题

　　本文就与电子镇流有关的问题谈点粗浅的认识。

　　1、电子镇流荧光灯用三极管开关参数的测试仪器和标准：灯用三极管开关参数对电子镇流荧光灯的重要性已被整个行业所共同接受，但是目前行业内正在大量使用的开关参数测试仪器却是不能经计量部门鉴定的。

　　这首先带来的问题是供需双方使用上的不方便，同一个产品供需双方测试的结果是不一样的，有较大误差，只能作为参考，需要进行修正。另外一个重要问题是，根据《合同法》，供需双方的供货合同、技术协议上有关开关参数的条款是没有法律效率的，因为无法取证鉴定。这首先需要解决的是制订标准的问题，其中还有一个很重要的问题是标准的可操作性问题。比较方便的方法是直接借用国外同类产品的标准，但是具体操作中存在两个问题。首先是经济问题，国外的开关参数测试仪器的价格昂贵，国内绝大多数用户目前还难以承受;另外，还有使用习惯的问题，笔者所在的深圳深爱半导体有限公司作为灯用三极管的专业生产厂家，就有目前国内生产的各种开关参数测试仪器，包括参照国外同类产品标准研制的仪器，还接触过进口仪器，相比之下好象还是目前国内使用比较多的9600型与上机情况符合一些，当然后一点不是主要的。看来这个问题还要随着行业的发展和整个国家经济水平的提高而逐步解决。也许市场本身会最终找出一个好的解决办法，或许还要政府、行业协会适时干预。

　　2、磁环：影响电子镇流荧光灯质量水平的，除了灯管，第二就是被称为电子镇流器“心脏”的磁环，这已是共识。但是，笔者从事电子镇流荧光灯行业十几年，至今仍被因为磁环一致性不好而造成三极管损坏的问题所困扰。笔者前一段对国内节能灯行业使用磁环的情况进行了初步的调查，发现情况五花八门。浙江海宁某厂是专业生产磁性材料的大厂，生产规模大，产品质量较好，目前主要用于出口。令人感到意外的是该厂生产的节能灯用磁环由于价格高而无人订货，基本没有生产。目前节能灯用磁环没有统一的参数标准，各厂用各厂的，温度特性也不一样。用得讲究的企业，所用磁环是按照要求由国外名牌厂家特殊订货的。其他厂家，海宁另一家工厂，目前月产节能灯用磁环几千万只，大量供应广东市场，据该厂市场经理说，有的厂家如顺德某厂派工程师到海宁进行了详细考察，提出了磁环参数的要求;而有的厂家则不提什么要求，什么样的磁环都拿去用了。磁环的价格差别也令人意外，一般大批使用的0.03元/只，好一点的0.05元/只，而进口磁环的价格要高一个数量级。进口磁环的参数一致性非常好，大批量测试参数基本一样。而国产磁环目前参数误差±10%(两头误差20%)就算不错的了。一个有相当生产规模的电子超薄支架生产企业，一组120只支架，上机老化试验，120只线路中有一只三极管炸裂。

　　分析炸裂的一只与正常产品的差异，其它都一样，发现正常磁环绕组的电感量为0.127mH，而损坏线路的磁环绕组的电感量为0.108mH，相差20%。磁环有效导磁率的参数偏差，决定了对三极管基极驱动的激励偏差，如果偏差过大，就会出现不是一部分产品激励不足，就是另一部分产品过驱动，都会造成三极管损坏。我们认为：在大批量生产的工艺控制中，磁环参数误差至少控制在±5%以内才可能确保产品质量，一些用户对磁环和三极管进行选配后使用，在现阶段低成本前提下，这不失为保证产品质量的有效方法;在选用三极管和磁环的质量价格成本指标上，我们认为，适当提高对磁环的成本投入，提高磁环的质量，对确保三极管的可靠工作，对成本核算更有利，因为二个三极管的价格比一个磁环的价格高很多。三极管的Hfe、Ts随着温度升高而变大(这是半导体本身的特性决定的)会导致电路工作频率降低，功率增大，工作点偏移;灯管的特性也是随温度变化的，为了整灯的可靠性，应该用磁环的温度特性来补偿。我们认为在灯正常工作时，这种补偿应在相互抵消的基础上再稍稍过一点，以便兼顾灯的可靠性和光通量。在高温恶劣情况下，应该过补偿——提高电路工作频率，牺牲光通量确保可靠性。此外，有关电容等元件的高频特性也应引起足够注意。这里的道理是一样的。

　　3、瞬态冷爆——三极管的放大倍数Hfe是一个资源：笔者近年来已多次处理用户求助，在大批量生产中，有少量产品开机即爆三极管——三极管并没有发热，一通电就炸了。由于出问题的比例太低，问题又在瞬间发生，这种问题采用稳态分析的方法是很难找到原因的。笔者都用建议用户采用放大倍数大一档的三极管的办法解决了，这主要是靠从对行业发展技术动态的分析得出。近几年来，业内人士已对因过驱动发热引起三极管烧管达成共识，由于一方面要提高可靠性，另一方面还要降低成本，随着线路调整技术的进步，三极管的发热越来越低，三极管越用越小，线路对三极管的驱动也越来越临界。三极管在电子镇流器中工作在开关工作状态，必须保证在任何情况下三极管在该饱和的时候充分饱和，该截止的时候彻底截止。三极管饱和的条件是Hfe*Ib≥Ic，但是，在大批量生产中线路对三极管的驱动越来越临界的情况下，遇到环境温度低，个别灯管启辉特性较差、磁环参数偏小、三极管Ts、Hfe偏小等情况就可能出现个别三极管驱动不足，进入放大区而瞬时爆管。上述120个线路中损坏的一个就是磁环参数偏小造成的。三极管的Hfe-Ic曲线是一个开口朝下的弓形，大电流和小电流时的放大倍数都比正常工作电流时小。把三极管放大倍数适当用大，就可以避免出现以上情况。我们认为，在现阶段三极管放大倍数用在20-30(必要时25-35)，就可以保证在绝大多数情况下三极管在该饱和的时候充分饱和，该截止的时候彻底截止。

　　对解决低电压及低温启辉炸管、因灯管参数偏差启辉炸管等都很有效。实际上，这几年来行业整体选用三极管放大倍数参数在逐步往大的方向发展，从以10-15为主，逐步发展到目前以15-25为主，20-25更偏重一些。这种变化是有其科学道理的，一是基极回路电容触发电路的大量使用，需要三极管Hfe大一些;另一方面是本文提到的因对过驱动发热损坏三极管理论认识的普及，对驱动不足损坏三极管的一种本能补偿。笔者认为，三极管Hfe的选用还会继续往大的方向发展。一是随着市场对灯的质量要求的进一步提高，用户对千分之几的损坏率也开始计较;二是高档灯的价格比较好，有可能用增加基础驱动又增加三极管功率余量的方法，进一步提高其可靠性，笔者认为增加驱动与其在磁环上多增加圈数，不如利用三极管Hfe这个资源更好;三是灯用三极管产品技术的进步，为充分利用三极管Hfe这个资源提供了可能。三极管放大倍数用大后，由于大放大倍数的三极管的下降时间Tf一般比较大，因此三极管容易发热。这里有两点认识，一是在现在对三极管的驱动越来越临界的情况下，让三极管适当发热并不是坏事，三极管适当发热是不会烧掉的。二是采用带抗过驱动电路的三极管，例如深圳深爱半导体有限公司生产的BUL128D三极管(图1)。图1中，NPN是主晶体管，D为续流保护二极管，PNP型晶体管作为有源抗饱和网络。当NPN管饱和导通以后，当基极驱动电压高于VBE(PNP)+Vces(NPN)时，PNP管导通，将基极驱动电流分流，使NPN晶体管不会出现深饱和。这样，NPN管选用大的hFE值，外电路元件的不一致性

　　图1

　　带来的过驱动，导致的过饱和现象得到自动抑止，改善了开关特性，提高了大批量生产时的工艺宽容度。对解决低温时要求驱动很强，以利灯的顺利起辉，高温时因过驱动烧管也很有效。在使用中，三极管两端不应再外接续流保护二极管。在大芯片产品中，如能巧妙设计版图 ，芯片面积可以不增加。其实，当初日立的C2611三极管用来做节能灯，Hfe=80大家也照用不误，其中的道理以后有机会再专题论述。

　　4、灯用三极管的高温特性：早期国产三极管质量很差，常温漏电流都是mA级的，高温漏电流就更差，引起人们对此高度关注，2993这类仪器就是用来对付它的。现在，国产三极管质量有了很大提高，常温漏电流已可以忽略不计，高温漏电流也仅为µA级，所造成的功耗可以忽略不计。国外同类产品的常温Iceo标准为≤100µA，但还有人用2993对此提出脱离实际的过高要求。相反，比正规国产三极管高温漏电流大很多的飞利浦灯用三极管在大批量使用中并没有发生什么问题，这还因为电路中实际使用的是Icev，而Icev比Iceo小很多。可见在此问题上已经有人走进了误区。而且，还因此引出两种因为不正确使用2993使合格三极管损坏的问题。其一是用2993测三极管耐压，该仪器是用逐级提高所加C-E电压的办法，通过检测漏电流大小的反馈信号来停止升高C-E电压，测得耐压值。由于其所加电压可达到1024V，而其最小保护电阻值只有4K，当三极管Bvceo具有负阻特性时，就可能出现瞬时大电流将合格三极管损坏。其二是测Iceo、Icbo、Hfe高温变化率时，所加功率和时间过大，使三极管超过允许结温150℃，将合格三极管损坏。体现在⊿Vbe上，超过仪器推荐的⊿Vbe一般应在100-200之间，不得超过200mV的规定。以理论上三极管结温升高1℃，⊿Vbe下降2mV，200mV相当于100℃。

　　由于该仪器价格成本所限，其测出的⊿Vbe与进口同类产品相比，在200mV时有30-40mV的误差，测出的200mV相当于实际的230-240mV，相当于结温升高115-120℃，当三极管初始温度为35℃时，加温后的三极管结温就超过150℃了，下图 中Pt曲线表明当结温达到150℃时，三极管允许耗散功率接近于零，这时再加功 率，三极管很容易损坏。有的时候三极管当时并没有损坏，只是由于当时所加应力过大，造成了内伤，给三极管留下了隐患，这就更危险。我们认为：三极管的高温Hfe变化率应予以适当关注，但高温漏电流问题已经不是国产正规灯用三极管参数的主要矛盾。使用2993必须注意要“无损检测”。

　　5、关于“双泵”、“单泵”类高频反馈式电路及有关标准的修订：“双泵”、“单泵”类高频反馈式电路被认为是高功率因素低谐波的低成本实现方式，可以看到很多有关线路的介绍以及成功实现的报道，笔者身边就有朋友在批量生产这类产品。但是，通过较长时间的观察研究，发现这类电路难度相当大。首先是难以同时做到线路参数高指标和使用高可靠性;其次，由于线路相互牵扯，电网电压、使用环境温度、灯管老化等高频回路的变化都会引起线路整体参数的变化，偏离正常工作状态，影响电路各部分之间的能量传递与转换，易在三极管等关键元件或部位出现能量集中与冲击，使之损坏，高功率因素低谐波的指标也大打折扣。笔者花40元在正规大超市买了一个这类电路的品牌节能灯，经测试，虽然功率因素有所提高，但三极管温升很高，可靠性明显降低。笔者身边批量生产这类产品的企业，也是花了很大代价才走到今天的。当时，损坏的产品堆积如山，笔者所在企业生产的合格三极管供给他们也被冤里冤枉地烧了不少。虽然现在已经完全证明当时是线路的问题造成的，但给社会造成的物质损失已无法挽回。即使如此，他们目前的生产批量也不是很大。笔者还不想在这里给这类电路的社会综合效应下一个定论，但至少希望有关企业不要轻易批量生产这类产品。此外，在新的标准中，25W以下产品不再对功率因素谐波提出要求，这无疑对产品的可靠性和使用寿命带来好处，但25W以上产品的要求却更高了。对25W以上产品，笔者认为在修改标准的时候，应该适当放松。由于中国目前的经济水平还比较低，完全符合L类标准的有源滤波电路成本比较高，应该允许逐流电路H类产品继续存在，因为这类产品利大于弊，功率因素谐波的指标明显提高，仅存在灯电流波峰系数大于1.7的问题，产品批量生产的工艺性已成熟。