HID灯镇流器中UniFET II MOSFET的性能和效率

  作者:Jae-EulYeon Won-HwaLee Kyu-MinCho Hee-JunKim 时间:2013-03-05来源:电子产品世界
  灯电压的电压纹波小得足以被忽略。 因此,灯的平均电压可由下式获得:  
       
  因此,灯的平均电压可通过调节高频引线中MOSFET的占空比进行控制。由于MOSFET体二极管的反向恢复特性较差,因此如果逆变器的高频引线(如图7所示)在连续导通模式(CCM)下工作,则必然会出现直通电流。 由于这些极差的反向恢复特性,混频全桥逆变器的高频引线(如图7所示)中需要附加FRD。当逆变器在连续导通模式(CCM)下工作且出现直通电流时,最终会对MOSFET造成损坏。 然而,在灯发光后,逆变器必然要在连续导通模式(CCM)下工作几分钟。 因此,需要4个附加FRD,以防在传统解决方案中出现MOSFET故障。

  实验结果

  为了验证UniFET II MOSFET的有效性,用带混频全桥逆变器的150 W室内HID灯镇流器进行了实验。 镇流器的逆变器电路与图7所示相同,而且与表2中所应用的一样。 低频引线由2个IGBT组成,而且其工作频率范围为60至120 Hz。 同时,高频引线由2个MOSFET和4个FRD(2个阻断FRD和2个续流FRD)组成,而且其工作频率范围为30至110 kHz。 在传统解决方案中,正向电流流经MOSFET和阻断FRD,而反向电流仅流经续流FRD。

  但是,如果仅使用MOSFET,正向和续流电流都会流经MOSFET的沟道或体二极管。 如果体二极管的反向恢复特性差,而且逆变器在连续导通模式(CCM)下工作,则MOSFET最终必然会被过高的反向恢复电流损坏。

  如表1所示,UniFET II Ultra FRFET MOSFET (FDPF8N50NZU)的RDS(on)为1.2Ω,而传统MOSFET(FQPF9N50C)的RDS(on)为0.85Ω。但是,UniFET II MOSFET的Trr和Irr特性更优于传统MOSFET,而且比FRD也要好。因此,UniFET II Ultra FRFET MOSFET允许去除混频全桥逆变器中的4个附加FRD,即使是在连续导通模式(CCM) 下工作。

  图9显示的是瞬态和稳态下的灯电压和电流,将HID灯描述为具有负电阻系数 – 随着灯电压的增大,灯电流会减小。点火后,灯阻抗极低, 因此电压为最小值。 随着镇流器的运行进入稳态,灯电流会减小,而灯电压会增大。

  图10显示的是低频引线的开关(IGBT)电流。 在瞬态期间,开关电流在连续导通模式(CCM)下流动;而在稳态期间,开关电流在临界导通模式(CRM)下流动。  

 

  高频引线的开关电流如图11所示。 由于开关电流在高频引线中断断续续地流动,因此在瞬态期间导通瞬间观测到直通大电流。 当工作模式从瞬态转变为稳态时,直通电流会变小但仍然存在,即使在完全饱和的稳态下。  

 
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关键词: MOSFET 镇流器 FRFET 201302

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