有一天，我的老板讓我和他一起在會議室會見一些來自公共交通汽車制造商的人。他說他們的其中一個供應(yīng)商的產(chǎn)品有問題，并請求我們提供幫助。
我們會見了地鐵車廂制造商的項目經(jīng)理和他們的供應(yīng)商之一的工程師。該產(chǎn)品是一種安裝在地鐵車廂上的新型紅色尾燈。與它的名字相反，尾燈安裝在車廂的兩端，因為大多數(shù)地鐵車廂都是雙向交替運行的。問題是燈工作正常幾次然后失敗。
燈組件包含 LED 和為其供電的電子電源。他們向我們展示了示意圖，其中的一部分在這里：
輸入電源為 74 伏直流電，由電池供電。該裝置是一個非隔離式 DC 到 DC 降壓反激式轉(zhuǎn)換器，可為內(nèi)置 LED 供電。它使用一個控制器 IC U1，帶有一個單獨的功率 MOSFET，我的原理圖中沒有顯示 MOSFET。MOSFET 切換變壓器電感 T1 的初級。變壓器上有兩個次級繞組。主繞組連接到整流器、D2 和濾波器(未顯示)，然后連接到 LED(未顯示)。輔助繞組經(jīng)D2整流，C1濾波。然后它為控制器 IC 供電。主要負(fù)載是串聯(lián)并聯(lián)排列的紅色 LED，功耗約為 15 瓦。
控制器不能直接由電池供電，因為電壓高于 IC 最大供電值。此外，由于它向 MOSFET 發(fā)送柵極信號，它的供電電壓不能超過 20 V，否則會損壞 MOSFET。
尾燈設(shè)計人員認(rèn)為，如果他們通過串聯(lián)電阻分流齊納電路將 U1 的 Vcc 引腳連接到電源，則為 IC 供電的功率損失將超過 2 瓦，這將使總效率降低約 15%。
所以他們決定使用一個啟動電路來為 IC 供電，一旦轉(zhuǎn)換器運行，IC 將由轉(zhuǎn)換器的輸出供電。他們還需要關(guān)閉該啟動電路。他們使用串聯(lián)電阻 R2 連接到小信號高壓 BJT Q1 的集電極，具有足夠的電壓和電流額定值。晶體管 Q1 的發(fā)射極連接到 IC 電源引腳網(wǎng)絡(luò)，與第二個次級繞組供電相同。Q1 的基極連接到齊納二極管 D1，由輸入電源的高阻值電阻 R1 偏置。一旦轉(zhuǎn)換器啟動并運行，輔助繞組電壓由 D2 整流并由 C1 濾波。Vcc 增加至高于 D1 電壓并使 Q1 的基極-發(fā)射極結(jié)偏置關(guān)閉。這會切斷電流并使啟動電路損耗幾乎為零。
問題是 Q1 反復(fù)失敗。轉(zhuǎn)換器快速啟動，設(shè)計師向我保證沒有任何部件過熱。
我立即看到了問題的根源，但我閉上了嘴。如果我現(xiàn)在告訴他們解決方案，他們會收拾東西，不為我們的專業(yè)知識付錢，認(rèn)為我們花的時間不值得紙上的工作來付錢給我們。我的老板說我們會盡快處理。他們給我們留下了一個工作單元和示意圖。
他們一離開大樓，我就和我的老板談話。設(shè)計啟動電路是一系列折衷方案：選擇高于 IC 最小工作電壓的齊納值，計算變壓器的匝數(shù)以產(chǎn)生高于齊納的電壓但不要太高，否則會損壞MOSFET。更糟糕的是，轉(zhuǎn)換器正在調(diào)節(jié)主輸出電流而不是輔助輸出電壓，并且必須在從最小電池電壓到最大電池電壓的整個范圍內(nèi)運行。
如果輔助繞組的工作電壓遠(yuǎn)高于齊納電壓，Q1 的反向偏置基極-發(fā)射極結(jié)會擊穿并破壞晶體管。MPSA42 的最大 Vebo 通常為 6.0 V，這是一種類似于 Q1 的晶體管，并且是許多 BJT 的典型特征 [1]。如果發(fā)射極-基極結(jié)反向電流水平較低，則該結(jié)表現(xiàn)為齊納二極管。電流越大，持續(xù)時間越長，當(dāng)恢復(fù)正常運行時，β 值就會下降，噪聲會增加。如果反向電流過大，則晶體管會失效 [2] [3]，這就是該產(chǎn)品中 Q1 失效的原因。
我告訴老板解決方法很簡單，在 Q1 的發(fā)射極和控制器 Vcc 引腳之間添加一個串聯(lián)二極管 D3，參見修改后的原理圖：
他同意我的看法。我修改單位。在整個電池電壓范圍內(nèi)，我通過開關(guān)循環(huán)對其進(jìn)行了多次測試，并且該裝置運行良好。
第二天晚些時候，我的老板打電話給我們的客戶說我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了問題并為他提供了一個簡單且低成本的解決方案。一周后，我們的客戶通知我們，制造商已經(jīng)確認(rèn)了我們對問題的解決方案，他們都對我們的工作非常滿意。
吸取的教訓(xùn)是：
1- 謹(jǐn)防 BJT 的基極-發(fā)射極結(jié)反向偏置，2- 執(zhí)行嚴(yán)格的設(shè)計審查并使用項目列表進(jìn)行檢查，這里的列表是一個好的開始 [4]，3- 在給客戶答案之前三思而后行，總要牽扯到錢，你的老板用客戶的錢付你的薪水，千萬不要把錢送出去，最重要的是 4-永遠(yuǎn)不要讓客戶看起來像個傻瓜。
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