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單片機(jī)開(kāi)發(fā)中整流器的作用

2020-05-28

整流器是任何單片機(jī)開(kāi)發(fā)電源管理系統(tǒng)制造商的關(guān)鍵組件。盡管在現(xiàn)場(chǎng)故障分析中它們通常很少，但它們是PCB上最熱的組件，它們決定了效率和EMI，并承受許多溫度循環(huán)和高壓。

絕對(duì)最大額定值

單片機(jī)開(kāi)發(fā)整流器數(shù)據(jù)表中只有2個(gè)絕對(duì)最大額定值：浪涌電流Ifsm和擊穿電壓Vrrm。超過(guò)它們可能導(dǎo)致災(zāi)難性的故障。

擊穿電壓已在生產(chǎn)中經(jīng)過(guò)完全測(cè)試。大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)整流器具有許多不同的部件名稱(chēng)，通常從100V到1000V，但它們可能只有一個(gè)或兩個(gè)芯片電源。不同的供應(yīng)商可能具有不同的測(cè)試規(guī)格，保護(hù)帶和擊穿電壓分布。如果設(shè)計(jì)中存在電壓尖峰，則應(yīng)注意這些差異。僅具有一個(gè)晶片源意味著在所有電壓下，正向的電氣特性都相同。如果供應(yīng)鏈出現(xiàn)問(wèn)題，此信息可能會(huì)有所幫助。

Ifsm浪涌電流未經(jīng)量產(chǎn)測(cè)試，但通過(guò)單片機(jī)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)保證。它由芯片尺寸決定，因?yàn)?/span>AC / DC轉(zhuǎn)換器中的浪涌電流通常小于1.5ms。為了節(jié)省成本，不同的供應(yīng)商可以減小其模具尺寸。制造過(guò)程可能會(huì)產(chǎn)生不同數(shù)量的焊料空洞，這也會(huì)影響浪涌電流。因此，如果您的設(shè)計(jì)在瞬息萬(wàn)變的邊緣，您可能需要在進(jìn)行交叉引用（對(duì)故障的激增）時(shí)進(jìn)行一些詳細(xì)的測(cè)試。不同的供應(yīng)商也可能對(duì)Vf值有不同的測(cè)試約定，以消除最壞情況下的焊錫空隙。增量Vf測(cè)試在短電流脈沖前后測(cè)量Vf，這會(huì)加熱芯片。整流器的Vf具有負(fù)Tc。Vf的變化表示熱阻。

整流器的最高結(jié)溫 Tj可以3種不同的方式進(jìn)行解釋和使用：使用Arrhenius方程確定電流額定值，設(shè)置可靠性測(cè)試并確定長(zhǎng)期可靠性（Tj為149C時(shí)的FIT數(shù)據(jù)優(yōu)于151C時(shí)，但都不好）

圖1：整流二極管1N4007的降額曲線

營(yíng)銷(xiāo)會(huì)影響數(shù)據(jù)表中的最大Tj。對(duì)于符合AECQ要求的設(shè)備，應(yīng)在額定溫度和額定電壓下進(jìn)行可靠性測(cè)試。對(duì)于非AECQ101設(shè)備，供應(yīng)商擁有更大的自由度（JEDEC規(guī)范–公司內(nèi)部程序）

整流器是溫度驅(qū)動(dòng)裝置。整流器最重要的方程是Tj = Ta + Pd * Rthj-a，其中Tj是結(jié)溫，Ta是環(huán)境溫度，Pd是功耗，Rthj-a是與環(huán)境的熱阻。通常，人們可以忽略泄漏電流和開(kāi)關(guān)損耗：在這種情況下，Pd = If * Vf。營(yíng)銷(xiāo)人員可以影響設(shè)備的當(dāng)前等級(jí)。

市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)確定該曲線中的Rthj-a以及降額開(kāi)始的點(diǎn)。同一整流器在不同熱環(huán)境下的額定電流為x2。通過(guò)在X軸上使用外殼溫度Tc可以避免這種情況，并且Rthj-1在數(shù)據(jù)表中為固定值。熱阻由兩部分組成：連接到外殼/引線的熱阻和連接外殼/引線的熱阻。除非產(chǎn)品進(jìn)行散熱（或非常好的對(duì)流冷卻），否則熱阻的后半部分是主要的貢獻(xiàn)者（超過(guò)75％）。然后，Tc降額變得毫無(wú)意義。因此在交叉引用時(shí)使用電流額定值作為主要參數(shù)可能會(huì)導(dǎo)致意外。整流器為3A或5A的說(shuō)法可能會(huì)產(chǎn)生誤導(dǎo)。最好比較Vf規(guī)格和測(cè)試條件。但是，兩個(gè)不同的供應(yīng)商可能具有2個(gè)不同的Cpk目標(biāo)。最好分析典型的Vf曲線。此曲線無(wú)法操作，如果正確測(cè)量，就可以將蘋(píng)果與蘋(píng)果（模具尺寸）進(jìn)行比較。

 

圖2：典型的Vf曲線

其他電氣特性

在許多數(shù)據(jù)表中，標(biāo)準(zhǔn)整流器的泄漏電流規(guī)格設(shè)置為1uA至5uA。這些數(shù)據(jù)表可以使用30至50年。漏電流的正態(tài)分布在100nA左右停止，具體取決于芯片尺寸。使用所謂的GPP工藝（玻璃鈍化球）制造標(biāo)準(zhǔn)整流器。這些過(guò)程之間在質(zhì)量上存在差異。有時(shí)，通過(guò)比較較高溫度下的典型Ir曲線，可以最好地驗(yàn)證有關(guān)Tj等級(jí)為150或175C的討論。

交叉引用時(shí)最重要的驚喜可能來(lái)自各個(gè)制造商使用的不同測(cè)試程序?？煽康恼髌餍枰?/span>PAT（零件平均測(cè)試），以使Ir上的測(cè)試規(guī)格與正態(tài)分布（而不是數(shù)據(jù)表值）一致。在正態(tài)分布之外但在1 / 5uA數(shù)據(jù)表限制內(nèi)的零件可能存在隱藏的質(zhì)量問(wèn)題。降級(jí)–重新測(cè)試不滿足1000V的整流器，并以較低的價(jià)格以更高的泄漏電流將其作為100V出售-是造成現(xiàn)場(chǎng)故障的良方。

PAT使用統(tǒng)計(jì)技術(shù)來(lái)確定這些測(cè)試結(jié)果的限制。設(shè)置這些測(cè)試極限是為了刪除輪廓線（其參數(shù)與典型零件在統(tǒng)計(jì)上不同的零件），并且對(duì)通過(guò)良好控制的過(guò)程正確加工的零件的成品率影響應(yīng)最小。

 

圖3：PAT測(cè)試消除了現(xiàn)場(chǎng)故障

恢復(fù)時(shí)間（Trr）：Trr的定義基于40年前建造的批量生產(chǎn)測(cè)試設(shè)備。在以40kHz或更低的頻率切換以及ZCS拓?fù)涞膽?yīng)用中可能就足夠了。在具有硬開(kāi)關(guān)的電路中，Trr參數(shù)不是最重要的參數(shù)，供應(yīng)商之間的技術(shù)差異會(huì)變得很明顯。反向電流峰值Irrm增加了開(kāi)關(guān)晶體管的應(yīng)力，Qrr進(jìn)一步確定了開(kāi)關(guān)損耗，軟度（Tb / Ta）可能不同。只有在使用相同的正向電流If和di / dt來(lái)關(guān)斷二極管的情況下，才有可能對(duì)2個(gè)數(shù)據(jù)表進(jìn)行有意義的比較。Qrr，Irrm和Tb / Ta與溫度有關(guān)，并且具有正溫度系數(shù)。數(shù)據(jù)表可能會(huì)給出柔軟度（EMI）的指示，但此參數(shù)還取決于溫度。

低壓FER整流器可以通過(guò)幾種不同的方式生產(chǎn)。可以使用外延晶片或非EPI晶片生產(chǎn)200V輸出整流器。這可能導(dǎo)致較低的Vf和較好的Trr。但是，存在成本損失。為了降低Trr，供應(yīng)商將需要添加更多的鉑金或其他可殺死生命的材料。這些往往會(huì)增加Vf。因此，在第二次采購(gòu)或設(shè)計(jì)FER二極管時(shí)，您需要考慮這一折衷。每個(gè)供應(yīng)商都有獨(dú)特的配方。

圖4：通過(guò)改進(jìn)的引線框架設(shè)計(jì)避免熱點(diǎn)

不同的橋式整流器供應(yīng)商可能具有不同的構(gòu)造模型/引線框架和熱阻，因此應(yīng)使用紅外熱像儀檢查溫度曲線。在制造橋式整流器時(shí)，可以更加自由地使用裸片尺寸，以降低成本。確保始終比較Ifsm。所用的模塑料對(duì)濕度的影響很大，與可靠性測(cè)試有關(guān)。