如何正确的启动晶体管工作

有一天，我的老板让我和他一起在会议室会见一些来自公共交通汽车制造商的人。他说他们的其中一个供应商的产品有问题，并请求我们提供帮助。

我们会见了地铁车厢制造商的项目经理和他们的供应商之一的工程师。该产品是一种安装在地铁车厢上的新型红色尾灯。与它的名字相反，尾灯安装在车厢的两端，因为大多数地铁车厢都是双向交替运行的。问题是灯工作正常几次然后失败。

灯组件包含 LED 和为其供电的电子电源。他们向我们展示了示意图，其中的一部分在这里：

输入电源为 74 伏直流电，由电池供电。该装置是一个非隔离式 DC 到 DC 降压反激式转换器，可为内置 LED 供电。它使用一个控制器 IC U1，带有一个单独的功率 MOSFET，我的原理图中没有显示 MOSFET。MOSFET 切换变压器电感 T1 的初级。变压器上有两个次级绕组。主绕组连接到整流器、D2 和滤波器(未显示)，然后连接到 LED(未显示)。辅助绕组经D2整流，C1滤波。然后它为控制器 IC 供电。主要负载是串联并联排列的红色 LED，功耗约为 15 瓦。

控制器不能直接由电池供电，因为电压高于 IC 最大供电值。此外，由于它向 MOSFET 发送栅极信号，它的供电电压不能超过 20 V，否则会损坏 MOSFET。

尾灯设计人员认为，如果他们通过串联电阻分流齐纳电路将 U1 的 Vcc 引脚连接到电源，则为 IC 供电的功率损失将超过 2 瓦，这将使总效率降低约 15%。

所以他们决定使用一个启动电路来为 IC 供电，一旦转换器运行，IC 将由转换器的输出供电。他们还需要关闭该启动电路。他们使用串联电阻 R2 连接到小信号高压 BJT Q1 的集电极，具有足够的电压和电流额定值。晶体管 Q1 的发射极连接到 IC 电源引脚网络，与第二个次级绕组供电相同。Q1 的基极连接到齐纳二极管 D1，由输入电源的高阻值电阻 R1 偏置。一旦转换器启动并运行，辅助绕组电压由 D2 整流并由 C1 滤波。Vcc 增加至高于 D1 电压并使 Q1 的基极-发射极结偏置关闭。这会切断电流并使启动电路损耗几乎为零。

问题是 Q1 反复失败。转换器快速启动，设计师向我保证没有任何部件过热。

我立即看到了问题的根源，但我闭上了嘴。如果我现在告诉他们解决方案，他们会收拾东西，不为我们的专业知识付钱，认为我们花的时间不值得纸上的工作来付钱给我们。我的老板说我们会尽快处理。他们给我们留下了一个工作单元和示意图。

他们一离开大楼，我就和我的老板谈话。设计启动电路是一系列折衷方案：选择高于 IC 最小工作电压的齐纳值，计算变压器的匝数以产生高于齐纳的电压但不要太高，否则会损坏MOSFET。更糟糕的是，转换器正在调节主输出电流而不是辅助输出电压，并且必须在从最小电池电压到最大电池电压的整个范围内运行。

如果辅助绕组的工作电压远高于齐纳电压，Q1 的反向偏置基极-发射极结会击穿并破坏晶体管。MPSA42 的最大 Vebo 通常为 6.0 V，这是一种类似于 Q1 的晶体管，并且是许多 BJT 的典型特征 [1]。如果发射极-基极结反向电流水平较低，则该结表现为齐纳二极管。电流越大，持续时间越长，当恢复正常运行时，β 值就会下降，噪声会增加。如果反向电流过大，则晶体管会失效 [2] [3]，这就是该产品中 Q1 失效的原因。

我告诉老板解决方法很简单，在 Q1 的发射极和控制器 Vcc 引脚之间添加一个串联二极管 D3，参见修改后的原理图：

他同意我的看法。我修改单位。在整个电池电压范围内，我通过开关循环对其进行了多次测试，并且该装置运行良好。

第二天晚些时候，我的老板打电话给我们的客户说我们已经发现了问题并为他提供了一个简单且低成本的解决方案。一周后，我们的客户通知我们，制造商已经确认了我们对问题的解决方案，他们都对我们的工作非常满意。

吸取的教训是：

1- 谨防 BJT 的基极-发射极结反向偏置，2- 执行严格的设计审查并使用项目列表进行检查，这里的列表是一个好的开始 [4]，3- 在给客户答案之前三思而后行，总要牵扯到钱，你的老板用客户的钱付你的薪水，千万不要把钱送出去，最重要的是 4-永远不要让客户看起来像个傻瓜。