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                  技術專題

                  單片機開發中整流器的作用


                  整流器是任何單片機開發電源管理系統制造商的關鍵組件。盡管在現場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和高壓。

                  絕對最大額定值

                  單片機開發整流器數據表中只有2個絕對最大額定值:浪涌電流Ifsm和擊穿電壓Vrrm。超過它們可能導致災難性的故障。

                  擊穿電壓已在生產中經過完全測試。大多數標準整流器具有許多不同的部件名稱,通常從100V1000V,但它們可能只有一個或兩個芯片電源。不同的供應商可能具有不同的測試規格,保護帶和擊穿電壓分布。如果設計中存在電壓尖峰,則應注意這些差異。僅具有一個晶片源意味著在所有電壓下,正向的電氣特性都相同。如果供應鏈出現問題,此信息可能會有所幫助。

                  Ifsm浪涌電流未經量產測試,但通過單片機開發設計保證。它由芯片尺寸決定,因為AC / DC轉換器中的浪涌電流通常小于1.5ms。為了節省成本,不同的供應商可以減小其模具尺寸。制造過程可能會產生不同數量的焊料空洞,這也會影響浪涌電流。因此,如果您的設計在瞬息萬變的邊緣,您可能需要在進行交叉引用(對故障的激增)時進行一些詳細的測試。不同的供應商也可能對Vf值有不同的測試約定,以消除最壞情況下的焊錫空隙。增量Vf測試在短電流脈沖前后測量Vf,這會加熱芯片。整流器的Vf具有負Tc。Vf的變化表示熱阻。

                  整流器的最高結溫 Tj可以3種不同的方式進行解釋和使用:使用Arrhenius方程確定電流額定值,設置可靠性測試并確定長期可靠性(Tj149C時的FIT數據優于151C時,但都不好)

                  整流二極管1N4007的降額曲線

                  圖1:整流二極管1N4007的降額曲線

                  營銷會影響數據表中的最大Tj。對于符合AECQ要求的設備,應在額定溫度和額定電壓下進行可靠性測試。對于非AECQ101設備,供應商擁有更大的自由度(JEDEC規范公司內部程序)

                  整流器是溫度驅動裝置。整流器最重要的方程是Tj = Ta + Pd * Rthj-a,其中Tj是結溫,Ta是環境溫度,Pd是功耗,Rthj-a是與環境的熱阻。通常,人們可以忽略泄漏電流和開關損耗:在這種情況下,Pd = If * Vf。營銷人員可以影響設備的當前等級。

                  市場營銷確定該曲線中的Rthj-a以及降額開始的點。同一整流器在不同熱環境下的額定電流為x2。通過在X軸上使用外殼溫度Tc可以避免這種情況,并且Rthj-1在數據表中為固定值。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。除非產品進行散熱(或非常好的對流冷卻),否則熱阻的后半部分是主要的貢獻者(超過75%)。然后,Tc降額變得毫無意義。因此在交叉引用時使用電流額定值作為主要參數可能會導致意外。整流器為3A5A的說法可能會產生誤導。最好比較Vf規格和測試條件。但是,兩個不同的供應商可能具有2個不同的Cpk目標。最好分析典型的Vf曲線。此曲線無法操作,如果正確測量,就可以將蘋果與蘋果(模具尺寸)進行比較。

                   

                  圖2:典型的Vf曲線

                  其他電氣特性

                  在許多數據表中,標準整流器的泄漏電流規格設置為1uA5uA。這些數據表可以使用3050年。漏電流的正態分布在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)制造標準整流器。這些過程之間在質量上存在差異。有時,通過比較較高溫度下的典型Ir曲線,可以最好地驗證有關Tj等級為150175C的討論。

                  交叉引用時最重要的驚喜可能來自各個制造商使用的不同測試程序??煽康恼髌餍枰?/span>PAT(零件平均測試),以使Ir上的測試規格與正態分布(而不是數據表值)一致。在正態分布之外但在1 / 5uA數據表限制內的零件可能存在隱藏的質量問題。降級重新測試不滿足1000V的整流器,并以較低的價格以更高的泄漏電流將其作為100V出售-是造成現場故障的良方。

                  PAT使用統計技術來確定這些測試結果的限制。設置這些測試極限是為了刪除輪廓線(其參數與典型零件在統計上不同的零件),并且對通過良好控制的過程正確加工的零件的成品率影響應最小。

                   

                  圖3:PAT測試消除了現場故障

                  恢復時間(Trr):Trr的定義基于40年前建造的批量生產測試設備。在以40kHz或更低的頻率切換以及ZCS拓撲的應用中可能就足夠了。在具有硬開關的電路中,Trr參數不是最重要的參數,供應商之間的技術差異會變得很明顯。反向電流峰值Irrm增加了開關晶體管的應力,Qrr進一步確定了開關損耗,軟度(Tb / Ta)可能不同。只有在使用相同的正向電流Ifdi / dt來關斷二極管的情況下,才有可能對2個數據表進行有意義的比較。Qrr,IrrmTb / Ta與溫度有關,并且具有正溫度系數。數據表可能會給出柔軟度(EMI)的指示,但此參數還取決于溫度。

                  低壓FER整流器可以通過幾種不同的方式生產??梢允褂?/span>外延晶片或非EPI晶片生產200V輸出整流器。這可能導致較低的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。這些往往會增加Vf。因此,在第二次采購或設計FER二極管時,您需要考慮這一折衷。每個供應商都有獨特的配方。


                  圖4:通過改進的引線框架設計避免熱點

                  不同的橋式整流器供應商可能具有不同的構造模型/引線框架和熱阻,因此應使用紅外熱像儀檢查溫度曲線。在制造橋式整流器時,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。所用的模塑料對濕度的影響很大,與可靠性測試有關。



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