单片机开发中整流器的作用

2020-05-28

整流器是任何单片机开发电源管理系统制造商的关键组件。尽管在现场故障分析中它们通常很少，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2个绝对最大额定值：浪涌电流Ifsm和击穿电压Vrrm。超过它们可能导致灾难性的故障。

击穿电压已在生产中经过完全测试。大多数标准整流器具有许多不同的部件名称，通常从100V到1000V，但它们可能只有一个或两个芯片电源。不同的供应商可能具有不同的测试规格，保护带和击穿电压分布。如果设计中存在电压尖峰，则应注意这些差异。仅具有一个晶片源意味着在所有电压下，正向的电气特性都相同。如果供应链出现问题，此信息可能会有所帮助。

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

整流器的最高结温 Tj可以3种不同的方式进行解释和使用：使用Arrhenius方程确定电流额定值，设置可靠性测试并确定长期可靠性（Tj为149C时的FIT数据优于151C时，但都不好）

图1：整流二极管1N4007的降额曲线

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电压下进行可靠性测试。对于非AECQ101设备，供应商拥有更大的自由度（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，人们可以忽略泄漏电流和开关损耗：在这种情况下，Pd = If * Vf。营销人员可以影响设备的当前等级。

市场营销确定该曲线中的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电流为x2。通过在X轴上使用外壳温度Tc可以避免这种情况，并且Rthj-1在数据表中为固定值。热阻由两部分组成：连接到外壳/引线的热阻和连接外壳/引线的热阻。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。因此在交叉引用时使用电流额定值作为主要参数可能会导致意外。整流器为3A或5A的说法可能会产生误导。最好比较Vf规格和测试条件。但是，两个不同的供应商可能具有2个不同的Cpk目标。最好分析典型的Vf曲线。此曲线无法操作，如果正确测量，就可以将苹果与苹果（模具尺寸）进行比较。

 

图2：典型的Vf曲线

其他电气特性

在许多数据表中，标准整流器的泄漏电流规格设置为1uA至5uA。这些数据表可以使用30至50年。漏电流的正态分布在100nA左右停止，具体取决于芯片尺寸。使用所谓的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。有时，通过比较较高温度下的典型Ir曲线，可以最好地验证有关Tj等级为150或175C的讨论。

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

PAT使用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为了删除轮廓线（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。

 

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拓扑的应用中可能就足够了。在具有硬开关的电路中，Trr参数不是最重要的参数，供应商之间的技术差异会变得很明显。反向电流峰值Irrm增加了开关晶体管的应力，Qrr进一步确定了开关损耗，软度（Tb / Ta）可能不同。只有在使用相同的正向电流If和di / dt来关断二极管的情况下，才有可能对2个数据表进行有意义的比较。Qrr，Irrm和Tb / Ta与温度有关，并且具有正温度系数。数据表可能会给出柔软度（EMI）的指示，但此参数还取决于温度。

低压FER整流器可以通过几种不同的方式生产。可以使用外延晶片或非EPI晶片生产200V输出整流器。这可能导致较低的Vf和较好的Trr。但是，存在成本损失。为了降低Trr，供应商将需要添加更多的铂金或其他可杀死生命的材料。这些往往会增加Vf。因此，在第二次采购或设计FER二极管时，您需要考虑这一折衷。每个供应商都有独特的配方。

图4：通过改进的引线框架设计避免热点

不同的桥式整流器供应商可能具有不同的构造模型/引线框架和热阻，因此应使用红外热像仪检查温度曲线。在制造桥式整流器时，可以更加自由地使用裸片尺寸，以降低成本。确保始终比较Ifsm。所用的模塑料对湿度的影响很大，与可靠性测试有关。