单片机开发中整流器的作用(yòng)

2020-05-28

整流器是任何单片机开发電(diàn)源管理(lǐ)系统制造商(shāng)的关键组件。尽管在现场故障分(fēn)析中它们通常很(hěn)少，但它们是PCB上最热的组件，它们决定了效率和EMI，并承受许多(duō)温度循环和高压。

绝对最大额定值

单片机开发整流器数据表中只有(yǒu)2个绝对最大额定值：浪涌電(diàn)流Ifsm和击穿電(diàn)压Vrrm。超过它们可(kě)能(néng)导致灾难性的故障。

击穿電(diàn)压已在生产中经过完全测试。大多(duō)数标准整流器具有(yǒu)许多(duō)不同的部件名称，通常从100V到1000V，但它们可(kě)能(néng)只有(yǒu)一个或两个芯片電(diàn)源。不同的供应商(shāng)可(kě)能(néng)具有(yǒu)不同的测试规格，保护带和击穿電(diàn)压分(fēn)布。如果设计中存在電(diàn)压尖峰，则应注意这些差异。仅具有(yǒu)一个晶片源意味着在所有(yǒu)電(diàn)压下，正向的電(diàn)气特性都相同。如果供应链出现问题，此信息可(kě)能(néng)会有(yǒu)所帮助。

Ifsm浪涌電(diàn)流未经量产测试，但通过单片机开发设计保证。它由芯片尺寸决定，因為(wèi)AC / DC转换器中的浪涌電(diàn)流通常小(xiǎo)于1.5ms。為(wèi)了节省成本，不同的供应商(shāng)可(kě)以减小(xiǎo)其模具尺寸。制造过程可(kě)能(néng)会产生不同数量的焊料空洞，这也会影响浪涌電(diàn)流。因此，如果您的设计在瞬息万变的边缘，您可(kě)能(néng)需要在进行交叉引用(yòng)（对故障的激增）时进行一些详细的测试。不同的供应商(shāng)也可(kě)能(néng)对Vf值有(yǒu)不同的测试约定，以消除最坏情况下的焊锡空隙。增量Vf测试在短電(diàn)流脉冲前后测量Vf，这会加热芯片。整流器的Vf具有(yǒu)负Tc。Vf的变化表示热阻。

整流器的最高结温 Tj可(kě)以3种不同的方式进行解释和使用(yòng)：使用(yòng)Arrhenius方程确定電(diàn)流额定值，设置可(kě)靠性测试并确定長(cháng)期可(kě)靠性（Tj為(wèi)149C时的FIT数据优于151C时，但都不好）

图1：整流二极管1N4007的降额曲線(xiàn)

营销会影响数据表中的最大Tj。对于符合AECQ要求的设备，应在额定温度和额定電(diàn)压下进行可(kě)靠性测试。对于非AECQ101设备，供应商(shāng)拥有(yǒu)更大的自由度（JEDEC规范–公司内部程序）

整流器是温度驱动装置。整流器最重要的方程是Tj = Ta + Pd * Rthj-a，其中Tj是结温，Ta是环境温度，Pd是功耗，Rthj-a是与环境的热阻。通常，人们可(kě)以忽略泄漏電(diàn)流和开关损耗：在这种情况下，Pd = If * Vf。营销人员可(kě)以影响设备的当前等级。

市场营销确定该曲線(xiàn)中的Rthj-a以及降额开始的点。同一整流器在不同热环境下的额定電(diàn)流為(wèi)x2。通过在X轴上使用(yòng)外壳温度Tc可(kě)以避免这种情况，并且Rthj-1在数据表中為(wèi)固定值。热阻由两部分(fēn)组成：连接到外壳/引線(xiàn)的热阻和连接外壳/引線(xiàn)的热阻。除非产品进行散热（或非常好的对流冷却），否则热阻的后半部分(fēn)是主要的贡献者（超过75％）。然后，Tc降额变得毫无意义。因此在交叉引用(yòng)时使用(yòng)電(diàn)流额定值作為(wèi)主要参数可(kě)能(néng)会导致意外。整流器為(wèi)3A或5A的说法可(kě)能(néng)会产生误导。最好比较Vf规格和测试条件。但是，两个不同的供应商(shāng)可(kě)能(néng)具有(yǒu)2个不同的Cpk目标。最好分(fēn)析典型的Vf曲線(xiàn)。此曲線(xiàn)无法操作，如果正确测量，就可(kě)以将苹果与苹果（模具尺寸）进行比较。

 

图2：典型的Vf曲線(xiàn)

其他(tā)電(diàn)气特性

在许多(duō)数据表中，标准整流器的泄漏電(diàn)流规格设置為(wèi)1uA至5uA。这些数据表可(kě)以使用(yòng)30至50年。漏電(diàn)流的正态分(fēn)布在100nA左右停止，具體(tǐ)取决于芯片尺寸。使用(yòng)所谓的GPP工艺（玻璃钝化球）制造标准整流器。这些过程之间在质量上存在差异。有(yǒu)时，通过比较较高温度下的典型Ir曲線(xiàn)，可(kě)以最好地验证有(yǒu)关Tj等级為(wèi)150或175C的讨论。

交叉引用(yòng)时最重要的惊喜可(kě)能(néng)来自各个制造商(shāng)使用(yòng)的不同测试程序。可(kě)靠的整流器需要PAT（零件平均测试），以使Ir上的测试规格与正态分(fēn)布（而不是数据表值）一致。在正态分(fēn)布之外但在1 / 5uA数据表限制内的零件可(kě)能(néng)存在隐藏的质量问题。降级–重新(xīn)测试不满足1000V的整流器，并以较低的价格以更高的泄漏電(diàn)流将其作為(wèi)100V出售-是造成现场故障的良方。

PAT使用(yòng)统计技术来确定这些测试结果的限制。设置这些测试极限是為(wèi)了删除轮廓線(xiàn)（其参数与典型零件在统计上不同的零件），并且对通过良好控制的过程正确加工的零件的成品率影响应最小(xiǎo)。

 

图3：PAT测试消除了现场故障

恢复时间（Trr）：Trr的定义基于40年前建造的批量生产测试设备。在以40kHz或更低的频率切换以及ZCS拓扑的应用(yòng)中可(kě)能(néng)就足够了。在具有(yǒu)硬开关的電(diàn)路中，Trr参数不是最重要的参数，供应商(shāng)之间的技术差异会变得很(hěn)明显。反向電(diàn)流峰值Irrm增加了开关晶體(tǐ)管的应力，Qrr进一步确定了开关损耗，软度（Tb / Ta）可(kě)能(néng)不同。只有(yǒu)在使用(yòng)相同的正向電(diàn)流If和di / dt来关断二极管的情况下，才有(yǒu)可(kě)能(néng)对2个数据表进行有(yǒu)意义的比较。Qrr，Irrm和Tb / Ta与温度有(yǒu)关，并且具有(yǒu)正温度系数。数据表可(kě)能(néng)会给出柔软度（EMI）的指示，但此参数还取决于温度。

低压FER整流器可(kě)以通过几种不同的方式生产。可(kě)以使用(yòng)外延晶片或非EPI晶片生产200V输出整流器。这可(kě)能(néng)导致较低的Vf和较好的Trr。但是，存在成本损失。為(wèi)了降低Trr，供应商(shāng)将需要添加更多(duō)的铂金或其他(tā)可(kě)杀死生命的材料。这些往往会增加Vf。因此，在第二次采購(gòu)或设计FER二极管时，您需要考虑这一折衷。每个供应商(shāng)都有(yǒu)独特的配方。

图4：通过改进的引線(xiàn)框架设计避免热点

不同的桥式整流器供应商(shāng)可(kě)能(néng)具有(yǒu)不同的构造模型/引線(xiàn)框架和热阻，因此应使用(yòng)红外热像仪检查温度曲線(xiàn)。在制造桥式整流器时，可(kě)以更加自由地使用(yòng)裸片尺寸，以降低成本。确保始终比较Ifsm。所用(yòng)的模塑料对湿度的影响很(hěn)大，与可(kě)靠性测试有(yǒu)关。