單片機開(kāi)發(fā)中整流器的作用

2020-05-28

整流器是任何單片機開(kāi)發(fā)電源管理系統制造商的關(guān)鍵組件。盡管在現場(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。

絕對最大額定值

單片機開(kāi)發(fā)整流器數據表中只有2個(gè)絕對最大額定值：浪涌電流Ifsm和擊穿電壓Vrrm。超過(guò)它們可能導致災難性的故障。

擊穿電壓已在生產(chǎn)中經(jīng)過(guò)完全測試。大多數標準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(gè)晶片源意味著(zhù)在所有電壓下，正向的電氣特性都相同。如果供應鏈出現問(wèn)題，此信息可能會(huì )有所幫助。

Ifsm浪涌電流未經(jīng)量產(chǎn)測試，但通過(guò)單片機開(kāi)發(fā)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(guò)程可能會(huì )產(chǎn)生不同數量的焊料空洞，這也會(huì )影響浪涌電流。因此，如果您的設計在瞬息萬(wàn)變的邊緣，您可能需要在進(jìn)行交叉引用（對故障的激增）時(shí)進(jìn)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(huì )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(jìn)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(cháng)期可靠性（Tj為149C時(shí)的FIT數據優(yōu)于151C時(shí)，但都不好）

圖1：整流二極管1N4007的降額曲線(xiàn)

營(yíng)銷(xiāo)會(huì )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(jìn)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(dòng)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(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)人員可以影響設備的當前等級。

市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)確定該曲線(xiàn)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在數據表中為固定值。熱阻由兩部分組成：連接到外殼/引線(xiàn)的熱阻和連接外殼/引線(xiàn)的熱阻。除非產(chǎn)品進(jìn)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(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可能會(huì )導致意外。整流器為3A或5A的說(shuō)法可能會(huì )產(chǎn)生誤導。最好比較Vf規格和測試條件。但是，兩個(gè)不同的供應商可能具有2個(gè)不同的Cpk目標。最好分析典型的Vf曲線(xiàn)。此曲線(xiàn)無(wú)法操作，如果正確測量，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(xiàn)

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1uA至5uA。這些數據表可以使用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）制造標準整流器。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(xiàn)，可以最好地驗證有關(guān)Tj等級為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(tài)分布（而不是數據表值）一致。在正態(tài)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(zhì)量問(wèn)題。降級–重新測試不滿(mǎn)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-是造成現場(chǎng)故障的良方。

PAT使用統計技術(shù)來(lái)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(xiàn)（其參數與典型零件在統計上不同的零件），并且對通過(guò)良好控制的過(guò)程正確加工的零件的成品率影響應最小。

 

圖3：PAT測試消除了現場(chǎng)故障

恢復時(shí)間（Trr）：Trr的定義基于40年前建造的批量生產(chǎn)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(kāi)關(guān)的電路中，Trr參數不是最重要的參數，供應商之間的技術(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2個(gè)數據表進(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。數據表可能會(huì )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(guò)幾種不同的方式生產(chǎn)?？梢允褂?/span>外延晶片或非EPI晶片生產(chǎn)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(huì )增加Vf。因此，在第二次采購或設計FER二極管時(shí)，您需要考慮這一折衷。每個(gè)供應商都有獨特的配方。

圖4：通過(guò)改進(jìn)的引線(xiàn)框架設計避免熱點(diǎn)

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