高強度放電（HID）燈最初設計用於戶外和工業應用，因其顯色特性已得到改進且小尺寸已上市
，目前已延伸至室內應用
，如辦公室照明和零售燈飾。HID燈需要一個鎮流器來激發放電，並在燈啟動後限製住電流。混合頻率全橋逆變器是HID燈鎮流器中一個較為常用的拓撲結構，因為它可以通過方形波產生替代低頻電壓，隻需單一逆變器級即可同樣控製輸出電壓的振幅。

然而，當該逆變器在連續電流模式（CCM）下運行時須考慮MOSFET故障。因此，逆變器應在臨界電流模式下(CRM)運行以避免MOSEFT故障。HID燈點火後抗阻變得極低。這種情況下，逆變器不可避免地要在連續電流模式(CCM)下運行


，並出現擊穿電流。因此，必須使用附加快速恢複二極管(FRD)來防止故障出現。新型UniFETII MOSFET具有可靠的體二極管特性
，其峰值反向恢複電流足夠低，能夠防止器件故障。本文將介紹HID燈鎮流器混合頻率全橋逆變器的效能。為了驗證其有效性

，使用150W室內HID燈鎮流器進行實驗並提供實驗結果。

混合頻率逆變器和故障機理

HID燈鎮流器的工作模式簡單分為2種狀態：瞬(shun)態(tai)和(he)穩(wen)態(tai)。瞬(shun)態(tai)下(xia)，燈(deng)抗(kang)阻(zu)變(bian)得(de)極(ji)低(di)，因(yin)此(ci)燈(deng)電(dian)壓(ya)降(jiang)低(di)以(yi)限(xian)製(zhi)燈(deng)電(dian)流(liu)。隨(sui)著(zhe)燈(deng)抗(kang)阻(zu)的(de)穩(wen)定(ding)上(shang)升(sheng)
，燈(deng)電(dian)壓(ya)也(ye)逐(zhu)漸(jian)增(zeng)高(gao)，工(gong)作(zuo)模(mo)式(shi)從(cong)瞬(shun)態(tai)轉(zhuan)變(bian)為(wei)穩(wen)態(tai)。峰(feng)值(zhi)燈(deng)電(dian)流(liu)低(di)於(yu)Ilimit之後，燈由恒定功率控製模式驅動。鎮流器的運行必須遵循上述流程
，圖1顯示HID燈鎮流器中的混合頻率全橋逆變器。在圖1中
，Q5為點火開關

，產生一個脈衝高壓將HID燈點亮。混合頻率逆變器由高頻臂（包括MOSFETQ1和Q2以及附加二極管D1~D4）和低頻臂（包括IGBTQ3和Q4）組成。由於燈隻在點火後才會放電，因此需要一個點火電路。Q5和變壓器T組成點火電路。電源開啟後
，Q5開始開關過程，一個超過3kV的高電壓即通過變壓器T應用到燈上。燈一旦通過高電壓點亮後，Q5的開關過程即停止，燈通過交流電壓方波發光。變壓器T、電感器L以及電容器C的漏電感組成低通濾波器。逆變器的運行分為4種模式
，但其中2種模式反複交替。半個周期內，在低頻臂中，一個IGBT保持導通狀態，另一個IGBT保持關斷狀態，而在高頻臂中的一個MOSFET處於高頻開關狀態。因此，平均燈電壓可通過控製高頻引腳中MOSFET的占空比得以控製。
如果逆變器的高頻臂在連續電流模式（CCM）下工作，由於MOSFETtierjiguanfanxianghuifutexingjiaocha
，zaigaoduanhediduankaiguanzhongbirandouhuichuxiangaodianliufengzhi。zhezhonggaodianpingdianliushijishangbucunzaijichuantiaojian，zhishikanqilaixiang，yinweigaoduankaiguanhediduankaiguanzhongdedianliufangxiangshixiangtongde。gaodianliufengzhikechufaMOSFET結構中的寄生雙極結型晶體管。寄生雙極結型晶體管(BJT)導dao通tong後hou，由you於yu負fu溫wen度du係xi數shu
，會hui形xing成cheng一yi個ge熱re點dian且qie更geng多duo電dian流liu彙hui集ji其qi中zhong，這zhe最zui終zhong將jiang導dao致zhi器qi件jian故gu障zhang。一yi個ge常chang見jian的de解jie決jue方fang案an是shi應ying用yong阻zu斷duan二er極ji管guan來lai阻zu止zhi體ti二er極ji管guan導dao通tong，在zaiMOSFET兩端並聯額外的續流二極管，以減少峰值電流水平。在圖1中
，D1和D3是阻流二極管，需要較低的正向壓降；D2和D4是續流二極管，需要快速恢複特性。這些二極管必然會阻止故障出現
，但是增加了電路複雜性和係統成本。

最新MOSFET技術

MOSFET體二極管的反向恢複特性遠次於分立式快速恢複二極管。功率MOSFET的體二極管反向恢複時間非常長
，且反向恢複電荷非常大。盡管其性能比較差
，功率MOSFET的體二極管還是經常在橋式電路中用作續流二極管。正因為越來越多的應用將MOSFET體二極管用作係統關鍵元件，才促使MOSFET體ti二er極ji管guan特te性xing有you了le很hen大da的de改gai進jin。通tong常chang來lai說shuo，可ke以yi通tong過guo使shi用yong壽shou命ming控kong製zhi過guo程cheng來lai實shi現xian這zhe個ge目mu的de，這zhe類lei似si於yu分fen立li式shi快kuai速su恢hui複fu二er極ji管guan。這zhe一yi額e外wai過guo程cheng控kong製zhi載zai流liu子zi的de壽shou命ming，從cong而er減jian少shao反fan向xiang恢hui複fu電dian荷he和he反fan向xiang恢hui複fu時shi間jian。然ran而er，該gai過guo程cheng也ye帶dai來lai某mou些xie缺que陷xian。更geng多duo的de壽shou命ming控kong製zhi導dao致zhiMOSFET導dao通tong電dian阻zu增zeng大da。這zhe與yu導dao致zhi正zheng向xiang壓ya降jiang增zeng大da的de分fen立li式shi快kuai速su恢hui複fu二er極ji管guan的de副fu作zuo用yong類lei似si。另ling外wai一yi個ge負fu效xiao應ying是shi漏lou源yuan極ji間jian的de漏lou電dian流liu增zeng大da，但dan漏lou電dian流liu水shui平ping仍reng在zai可ke接jie受shou範fan圍wei內nei，並bing且qie在zai大da多duo數shu情qing況kuang下xia無wu關guan緊jin要yao。因yin此ci
，電dian氣qi特te性xing的de主zhu要yao權quan衡heng點dian在zai於yu反fan向xiang恢hui複fu性xing能neng和he導dao通tong損sun耗hao。在zaiHID燈鎮流器混合頻率逆變器應用中，較小的反向恢複電荷對於係統可靠性是非常重要的。去除肖特基二極管(D1和D2)能夠減少導通損耗，以補償略有增加的MOSFET（Q1和Q2）導通電阻。
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現在，重要的是Q1和Q2有了可以與分立式快速恢複二極管D2和D4不相上下的強壯體二極管性能。為了實現更好的體二極管性能，開發了經高度優化的UniFETIIMOSFET係(xi)列(lie)。該(gai)係(xi)列(lie)改(gai)善(shan)了(le)體(ti)二(er)極(ji)管(guan)的(de)耐(nai)受(shou)性(xing)並(bing)減(jian)少(shao)了(le)輸(shu)出(chu)電(dian)容(rong)中(zhong)的(de)儲(chu)能(neng)，同(tong)時(shi)最(zui)大(da)限(xian)度(du)地(di)減(jian)小(xiao)如(ru)增(zeng)加(jia)導(dao)通(tong)電(dian)阻(zu)等(deng)負(fu)麵(mian)效(xiao)應(ying)。特(te)別(bie)是(shi)，極(ji)大(da)改(gai)善(shan)了(le)其(qi)峰(feng)值(zhi)反(fan)向(xiang)恢(hui)複(fu)電(dian)流(liu)Irr，不再會引起器件故障。此外，其dv/dt抗幹擾性能是普通MOSFET的兩倍多。因此，在擊穿dv/dt模式下可承受兩倍以上的電流壓力。圖2展示了UniFETIIMOSFET係列、傳統MOSFT(FQPF9N50C)和分立式快速恢複二極管（BYV28X-500）的反向恢複性能。顯然，UniFETIIMOSFET係列的反向恢複特性優於傳統MOSFET，甚至優於快速恢複二極管(FRD)的反向恢複特性。 鎮流器的性能測試結果

為了驗證UniFETTMIIMOSFET係列的有效性，使用包括混合頻率逆變器的150W室內HID燈鎮流器進行實驗。鎮流器的逆變器電路與圖1相同。低頻臂由2個IGBT組成，其工作頻率範圍為60Hz~120Hz。另一個臂的工作頻率範圍為30kHz~110kHz。采用普通MOSFET和FRD的傳統解決方案與UniFETIIMOSFET係列之間的擊穿電流對比結果如圖3所示。在傳統解決方案中
，反向恢複電流的峰值是11.44A。而UniFETIIMOSFET係列反向恢複電流的峰值是10.48A。
結論

UniFETIIMOSFET係列具有更佳反向恢複特性
，如快速恢複時間和低反向恢複電荷。因此，可去除混合頻率逆變器係統中防止故障所需的4個額外二極管。實驗證明UniFETIIMOSFET係列可提高混合頻率逆變器的係統可靠性，由於去除了額外的二極管，因此可節省電路板空間和製造成本。

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