選錯(cuò)低壓直流轉(zhuǎn)換二極管,燒毀IC的罪魁禍?zhǔn)祝?/h2>
發(fā)布時(shí)間:2015-01-22 責(zé)任編輯:sherryyu
【導(dǎo)讀】本篇文章借由一個(gè)損壞的例子開(kāi)始,逐一排除損壞的原因,最后鎖定了整流二極管。并展開(kāi)了一系列的分析。希望大家在閱讀過(guò)本篇文章之后能夠?qū)Φ蛪褐绷鬓D(zhuǎn)換整流二極管選擇有所了解。
在對(duì)板子進(jìn)行調(diào)試的過(guò)程中,大家有可能會(huì)遇到StepDown IC燒毀的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)廠家的失效分析之后,結(jié)果很有可能是超過(guò)電壓或者電流的定額而損壞。那么是什么原因?qū)е铝穗娐返膿p壞呢?
在燒毀的板子中,IC的定額是40V,而電路是18-30V輸入,在IC前面有一級(jí)射極跟隨器,將輸入電壓鉗位在30V,這里就和廠家的解釋原因有些出入了。只好將跟隨器的電壓降低至15V,后面就再?zèng)]有失效的情況。
對(duì)比datasheet,輸入電容、反饋電阻、繼流二極管、濾波電感、輸出電容,都沒(méi)有什么問(wèn)題,最終懷疑是繼流二極管的正向?qū)▎?wèn)題。
手冊(cè)中推薦的是肖特基管,但是由于對(duì)肖特基管的耐壓特性不放心,所以選用了100V的快恢復(fù)ES2B。上示波器觀察發(fā)現(xiàn),在BUCK中,開(kāi)關(guān)管關(guān)閉時(shí),二極管上的電壓有一個(gè)很深的負(fù)尖峰。大概有幾伏特的樣子,受限于示波器的采樣速率,不能完全觀察此波形。但是從原理上講,這個(gè)負(fù)尖峰+輸入電壓一同施加在開(kāi)關(guān)管上極容易導(dǎo)致開(kāi)關(guān)管過(guò)壓燒毀。這個(gè)倒是同廠家的失效分析能對(duì)上。
按照手冊(cè)上面的推薦,改用肖特基二極管后,波形大大改良,基本上看不到負(fù)尖峰的存在。由于負(fù)尖峰出現(xiàn)在二極管從反向截止轉(zhuǎn)入正向?qū)ǖ霓D(zhuǎn)換過(guò)程中,按說(shuō)應(yīng)該屬于“正向恢復(fù)”問(wèn)題。但是除開(kāi)CREE的SiC二極管中有“零正向恢復(fù)電壓”與“零正向恢復(fù)電流”的描述,其他二極管對(duì)于正向問(wèn)題均沒(méi)有描述。
重點(diǎn)來(lái)了,這里需要特別說(shuō)明的是,本篇文章文章主要想提醒大家注意一個(gè)現(xiàn)象:PN節(jié)二極管和肖特基勢(shì)壘二極管,在由反向阻斷轉(zhuǎn)為正向?qū)ǖ囊恍《螘r(shí)間內(nèi),特性是不同的。這個(gè)現(xiàn)象可能會(huì)影響到開(kāi)關(guān)管的耐壓定額。
因?yàn)槭桥慨a(chǎn)品,所以用了兩個(gè)手段,一個(gè)是降低跟隨器的電壓,從30V降低到15V,另一個(gè)是增加了RC吸收回路。二極管倒是維持ES2D沒(méi)有更換。另外還有幾百個(gè)板子沒(méi)有加吸收,更換為SK34,電壓同樣降低到15V。目前兩種更改都沒(méi)有失效的案例。
接下來(lái)我們?cè)賮?lái)談?wù)凱N結(jié)的正向?qū)щ妴?wèn)題。為什么正向會(huì)導(dǎo)電,為什么反向不導(dǎo)電?
然后要知道載流子復(fù)合需要時(shí)間。所以,電源突然反向的時(shí)候,少數(shù)載流子不會(huì)突然消失。這時(shí)候可以發(fā)現(xiàn):阻止二極管反向?qū)щ姷膭?shì)壘結(jié)不能阻止少數(shù)載流子(n型半導(dǎo)體中的空穴、p型半導(dǎo)體中的電子)越過(guò)勢(shì)壘——這些越過(guò)勢(shì)壘導(dǎo)電的少數(shù)載流子就形成了反向恢復(fù)電流。
反向恢復(fù)時(shí)間實(shí)際上就是消耗掉少數(shù)載流子所需要的時(shí)間。
反向恢復(fù)研究的比較深入。一般認(rèn)為是少數(shù)載流子復(fù)合時(shí)間導(dǎo)致,根據(jù)這個(gè)說(shuō)法可以很好的解釋IGBT的拖尾、PN結(jié)二極管的反向恢復(fù),肖特基勢(shì)壘二極管的反向恢復(fù)時(shí)間近似為零,MOS關(guān)斷速度等問(wèn)題。所以反向恢復(fù)目前看來(lái)還沒(méi)有什么爭(zhēng)議。理論已經(jīng)可以很好的解釋客觀現(xiàn)象了。并且依據(jù)理論的一些推論也在一些新式設(shè)計(jì)中得到了驗(yàn)證。
肖特基二極管剛出現(xiàn)的時(shí)候,的確很多文章都說(shuō)肖特基二極管的反向恢復(fù)時(shí)間為零。但現(xiàn)在似乎很少有人這樣說(shuō)了,相反有報(bào)到給出肖特基二極管的反向恢復(fù)時(shí)間。
認(rèn)為肖特基二極管反向恢復(fù)時(shí)間為零的理由是:肖特基二極管是多數(shù)載流子導(dǎo)電的,所以不存在反向恢復(fù)電流。但現(xiàn)在的研究認(rèn)為,在過(guò)渡層中,會(huì)感應(yīng)出少數(shù)載流子。
圖1
圖2
上面兩張圖是來(lái)自ST的STTH810二極管,標(biāo)出了兩個(gè)參數(shù),圖1是tfr,正向回復(fù)時(shí)間,這個(gè)時(shí)間更長(zhǎng),居然達(dá)到了300ns之多。圖2就是trr,也就是反向恢復(fù)時(shí)間, Tfr定義是在If下Vf降低到1.5Vfmax的時(shí)間,上面給出的Vfp是5.5V--這個(gè)相對(duì)600V的Vr來(lái)說(shuō)倒是不算什么。就是不知道這個(gè)Vfp是否隨Vr遞減。如果對(duì)于20V的管子來(lái)說(shuō),5.5V的Vfp就已經(jīng)很高了。正向,不會(huì)增加二極管本身的電壓應(yīng)力,但是會(huì)增加開(kāi)關(guān)管的應(yīng)力。所以需要用吸收電路或者提高開(kāi)關(guān)管定額。
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