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1、中国南科集团股份有限公司中国南科集团股份有限公司 CHINA NANKER GROUP CO.,LTD. TEL:0756-8128017 8128054（直直线线） FAX: 0756-8128077 V2.0 共 8 页 第 1 页电子节能灯、电子镇流器和电子变压器专用NK50000 系列 POWER MOSFET 的特性及其基本应用 The characteristic and application of NK 50000 series POWER MOSFET used specially in Electronic energy saving lighting, electroni
2、c rectifier and electronic transformer中国南科集团股份有限公司 China Nanker Group摘要摘要:文章叙述了电子节能灯在用户使用中关注的主要问题，和南科 NK50000 系列与普通 POWER MOSFET、 双极型三极管比较，其在电子节能灯应用上的性能对比情况。 关关键词键词：双极型三极管；POWER MOSFET 功率场效应三极管；南科 NK50000 系列；电子节能灯。Abstract：The paper describes the major problem that customers focus on as using electr
3、onic energy saving lighting, and the characteristic comparison between Nankers NK50000 series and general POWER MOSFET and bipolar transistor, and their application comparison in electronic energy saving lighting field. Keywords：Bipolar transistor; POWER MOSFET; NK50000 series of Nanker; electronic
4、energy saving lighting1 1 引言引言中国珠海南科集团根据电子节能灯、电子镇流器以及电子变压器的工作特点，在我国首次开发出了具有自主知识产权的 NK50000 系列电子节能灯、电子镇流器以及电子变压器专用POWER MOSFET。它的问世，将对电子节能灯、电子镇流器以及电子变压器产品的品质，提高到一个新的台阶。2 2 电子节能灯、电子镇流器在实际使用中关注的主要问题电子节能灯、电子镇流器在实际使用中关注的主要问题 工作在高电压中，一般是交流电压 100VAC270VAC 之间； 工作频率高，一般在 30KHz100KHz 之间； 工作温度在 5080之间，有时在某些条件下
5、工作温度会更高； 节能灯在工作时不能坏，可靠性、寿命非常重要。对以上几个主要问题影响的关健元器件，功率型开关三极管就是其中之一。现在人们在小功率电子镇流器及电子节能灯方面还是采用的由 Bipolar 工艺做成的双极型开关三极管，如13000 系列。但该系列在使用中还感到有些不足。如采用电流驱动，设计较复杂，驱动条件选择中国南科集团股份有限公司中国南科集团股份有限公司 CHINA NANKER GROUP CO.,LTD. TEL:0756-8128017 8128054（直直线线） FAX: 0756-8128077 V2.0 共 8 页 第 2 页也困难，直接影响到开关速度。同时，少数载流子
6、的存储时间也限制了开关速度。工作频率一般不超过 40KHz；而且还有严重的二次击穿，限制了安全工作区等。对产品的可靠性和寿命都有很大的影响。另外,双极型开关三极管的电流具有正温度系数,也就是温度升高时,电流会变大,甚至可能烧毁开关三极管。而 POWER MOSFET 器件之电流具有负温度效应，故在高温下电流不会上升以至烧毁器件。虽然这些问题被人们所认识，但由于小功率的 POWER MOSFET 还有许多制造上的技术难题不被人们所掌握。所以，目前还没有厂家生产小功率节能灯的 POWER MOSFET。而且就上市的大功率 POWER MOSFET 而言，大部分是进口产品或是进口芯片在国内封装，因而
7、价格昂贵，只有少数出口产品以及某些知名的高档产品中，才使用大功率的POWER MOSFET。如 730、830 等。但在这里还值的一提的是，因 730、830 在上市的初衷还不是针对电子镇流器、电子节能灯而开发的。所以，对节能灯使用而言，在某些指标上有富余而影响了成本，有欠缺则影响了品质。例如 730 的 ID指标 5.5A，而 80W 的电子镇流器工作时的总电流还不到 1A；再如 730 的 BVDSS指标是 400V，但电子镇流器在市网电压很高时，如 270VAC，其直流工作电压往往接近或超出 400V，这就给产品带来不安全因数。所以，南科集团根据电子镇流器和电子节能灯工作时的特点，经过多
8、年不懈努力，郑重推出了具有自主知识产权、全系列、平价的电子节能灯、电子镇流器以及电子变压器专用 POWER MOSFET。并根据用户的需要有直插和贴片封装。3 3 南科南科 NK50000NK50000 系列的主要特点系列的主要特点3.1 南科 NK50000 系列与双极型功率开关三极管相比3.1.1 启动和稳态工作时，峰值电流很低这是因为 MOSFET 是一种依靠多数载流子工作的典型场控型器件，是由电压驱动的。在启动和稳态工作时，峰值电流都很低。而双极型开关三极管则是由电流驱动的，所以回路中的感性元件会在电路中产生较强的峰值电流，对产品的安全性产生威胁。中国南科集团股份有限公司中国南科集团股
9、份有限公司 CHINA NANKER GROUP CO.,LTD. TEL:0756-8128017 8128054（直直线线） FAX: 0756-8128077 V2.0 共 8 页 第 3 页3.1.2 工作频率高，一般工作频率大于 40KHz，提高了节能灯的光效这是因为节能灯的发光效率随工作频率的增加而增加，研究表明，当工作频率从 50Hz 增加到 20KHz 以上时，光效就可提高 10%左右。美国能源之星要求节能灯工作频率在 40KHz 以上，其目的之一就是为了提高光效。而双极型开关三极管一般工作在 20KHz40KHz 之间，所以节能灯的光效还没有充分发挥出来。3.1.3 工作频率
10、的提高有利于减小灯电流的波峰系数这是因为灯电流的波峰系数减小，灯电流就比较平滑，灯的亮度就不会出现闪烁现象，也就可以避免人的视觉疲劳。一般由双极型开关三极管组成的节能灯，其电流的波峰系数在 1.55 左右，而由 MOSFET 组成的节能灯，其电流的波峰系数一般在 1.4 左右。3.1.4 MOSFET 的输入阻抗很高输入阻抗高，前极的电压变化对后极的影响就较小，即具有比双极型三极管较强的恒流特性，有利于灯管不至于因市电波动引起灯管电流过大而损坏。3.1.5 不存在少数载流子的电荷存储效应POWER MOSFET 是压控器件，不存在少数载流子的电荷存储效应，导通、截止的开关速度快。如 13000
11、 系列的开关时间参数在 0.52.0S 之间；而 NK50000 系列的开关时间参数在0.40.8 S 之间。3.1.6 POWER MOSFET 的温度特性好POWER MOSFET 具有负的电流温度系数，耐温特性好，没有由热引起的二次击穿，安全工作区大。而双极型三极管具有正的电流温度系数，电流越大温度越高。经试验，NK50600 系列可长期工作在 6080、240VAC 的环境中，而传统的 13000 系列主要工作在 50以下才安全。3.1.7 驱动电路设计简单，驱动功率小在驱动电路设计时，因不需考虑电流的负反馈，而省掉了发射极电阻；又因不需考虑基极电中国南科集团股份有限公司中国南科集团股
12、份有限公司 CHINA NANKER GROUP CO.,LTD. TEL:0756-8128017 8128054（直直线线） FAX: 0756-8128077 V2.0 共 8 页 第 4 页流的影响，而省掉了基极电阻。因 NK5000 系列为保证电路的续流性能，已在芯片中集成了续流二极管，所以又省掉了节能灯生产厂家外接续流二极管的麻烦。3.1.8 使用 MOSFET 在半桥逆变电路中配对容易这是因为双极型开关三极管的载流子存储时间长，其参数一般在 1.52.5S 之间，所以三极管配对困难。这样就会造成二个三极管的开关时间有差异，波形不对称，使其中一只三极管更快发热而造成损坏。同时，电路
13、中的谐波干扰也会增大。而 NK50000 系列无载流子存储时间的影响，开关时间非常快，配对容易；二只 MOSFET 在半桥逆变电路中工作时有非常好的热平衡，造成某只 MOSFET 先行损坏的几率很小。3.2 南科 NK50000 系列与普通 POWER MOSFET 功率管相比南科 NK50000 系列产品完全是采用南科集团自主开发的技术设计和生产的，拥有自主知识产权。NK50000 系列产品是专门为电子镇流器、电子节能灯以及电子变压器设计的 POWER MOSFET，有着鲜明的特色。3.2.1给栅极的驱动电压小在设计时，我们对栅极开启电压 VGS（th）进行了特别的工艺保证，将 VGS（th
14、）的指标控制在2.00V2.50 之间，确保了栅极驱动电压小，电路起振容易。所以，NK50000 系列所用脉冲变压器的匝数与双极型三极管所用脉冲变压器的匝数基本一样，比普通 POWER MOSFET 所用脉冲变压器的匝数要少。例如， NK50600 在 80W 的节能灯中所使用的匝比是 4：2：4；而给普通POWER MOSFET 830 在 80W 的节能灯中所使用的匝比是 8：2：8。3.2.2 漏源导通电阻指标 RDS（ON）在节能灯中工作时，随温度变化很小POWER MOSFET 在节能灯中的应用很看重导通电阻指标 RDS（ON）。所以，我们对 NK50000系列的导通电阻指标 RDS
15、（ON），在工艺和电路上做了特别设计。使导通电阻随温度的增加而上升中国南科集团股份有限公司中国南科集团股份有限公司 CHINA NANKER GROUP CO.,LTD. TEL:0756-8128017 8128054（直直线线） FAX: 0756-8128077 V2.0 共 8 页 第 5 页较小，所以导通损耗不大，克服了一般 MOSFET 导通损耗随温度增大而增大的问题。就是将节能灯长期放置在 6080的环境中工作也对产品的性能没有影响。3.2.3 价格比同功率的普通 POWER MOSFET 低得多，与双极型开关三极管比较接近在完全满足不同功率节能灯工作的实际情况下，我们采用了特有的设计和制造工艺，对有些指标做了调整。如 730 要求 BVDSS=400Vmin，但当电网电压波动到 280V 时，工作的直流电压就会突破 400V，而功率管的负载性质是一个具有电阻、电感、电容变化的综合性负载；所以，POWER MOSFET 的 BVDSS设计，就必须要有一定的富余量，才能保证产品万无一失。我们NK50000 系列设计的 BVDSSS=480Vmin。4 4 南科南科 NK50000NK50000 系列的基本参数（见表一）系列的基本参数（见表一） （表一） 南科 NK50000 系列的基本参数编号型号主要参数封装适用功率可替代型号1NK5
