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選錯低壓直流轉(zhuǎn)換二極管,燒毀IC的罪魁禍首!

發(fā)布時間:2015-01-22 責任編輯:sherryyu

【導讀】本篇文章借由一個損壞的例子開始,逐一排除損壞的原因,最后鎖定了整流二極管。并展開了一系列的分析。希望大家在閱讀過本篇文章之后能夠?qū)Φ蛪褐绷鬓D(zhuǎn)換整流二極管選擇有所了解。
 
在對板子進行調(diào)試的過程中,大家有可能會遇到StepDown IC燒毀的問題。經(jīng)過廠家的失效分析之后,結(jié)果很有可能是超過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,后面就再沒有失效的情況。
 
對比datasheet,輸入電容、反饋電阻、繼流二極管、濾波電感、輸出電容,都沒有什么問題,最終懷疑是繼流二極管的正向?qū)▎栴}。
 
手冊中推薦的是肖特基管,但是由于對肖特基管的耐壓特性不放心,所以選用了100V的快恢復ES2B。上示波器觀察發(fā)現(xiàn),在BUCK中,開關(guān)管關(guān)閉時,二極管上的電壓有一個很深的負尖峰。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,這個負尖峰+輸入電壓一同施加在開關(guān)管上極容易導致開關(guān)管過壓燒毀。這個倒是同廠家的失效分析能對上。
 
按照手冊上面的推薦,改用肖特基二極管后,波形大大改良,基本上看不到負尖峰的存在。由于負尖峰出現(xiàn)在二極管從反向截止轉(zhuǎn)入正向?qū)ǖ霓D(zhuǎn)換過程中,按說應該屬于“正向恢復”問題。但是除開CREE的SiC二極管中有“零正向恢復電壓”與“零正向恢復電流”的描述,其他二極管對于正向問題均沒有描述。
 
重點來了,這里需要特別說明的是,本篇文章文章主要想提醒大家注意一個現(xiàn)象:PN節(jié)二極管和肖特基勢壘二極管,在由反向阻斷轉(zhuǎn)為正向?qū)ǖ囊恍《螘r間內(nèi),特性是不同的。這個現(xiàn)象可能會影響到開關(guān)管的耐壓定額。
 
因為是批量產(chǎn)品,所以用了兩個手段,一個是降低跟隨器的電壓,從30V降低到15V,另一個是增加了RC吸收回路。二極管倒是維持ES2D沒有更換。另外還有幾百個板子沒有加吸收,更換為SK34,電壓同樣降低到15V。目前兩種更改都沒有失效的案例。
 
接下來我們再來談談PN結(jié)的正向?qū)щ妴栴}。為什么正向會導電,為什么反向不導電?
 
然后要知道載流子復合需要時間。所以,電源突然反向的時候,少數(shù)載流子不會突然消失。這時候可以發(fā)現(xiàn):阻止二極管反向?qū)щ姷膭輭窘Y(jié)不能阻止少數(shù)載流子(n型半導體中的空穴、p型半導體中的電子)越過勢壘——這些越過勢壘導電的少數(shù)載流子就形成了反向恢復電流。
 
反向恢復時間實際上就是消耗掉少數(shù)載流子所需要的時間。
 
反向恢復研究的比較深入。一般認為是少數(shù)載流子復合時間導致,根據(jù)這個說法可以很好的解釋IGBT的拖尾、PN結(jié)二極管的反向恢復,肖特基勢壘二極管的反向恢復時間近似為零,MOS關(guān)斷速度等問題。所以反向恢復目前看來還沒有什么爭議。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計中得到了驗證。
 
肖特基二極管剛出現(xiàn)的時候,的確很多文章都說肖特基二極管的反向恢復時間為零。但現(xiàn)在似乎很少有人這樣說了,相反有報到給出肖特基二極管的反向恢復時間。
 
認為肖特基二極管反向恢復時間為零的理由是:肖特基二極管是多數(shù)載流子導電的,所以不存在反向恢復電流。但現(xiàn)在的研究認為,在過渡層中,會感應出少數(shù)載流子。
圖1
圖1
圖1
圖2
 
上面兩張圖是來自ST的STTH810二極管,標出了兩個參數(shù),圖1是tfr,正向回復時間,這個時間更長,居然達到了300ns之多。圖2就是trr,也就是反向恢復時間, Tfr定義是在If下Vf降低到1.5Vfmax的時間,上面給出的Vfp是5.5V--這個相對600V的Vr來說倒是不算什么。就是不知道這個Vfp是否隨Vr遞減。如果對于20V的管子來說,5.5V的Vfp就已經(jīng)很高了。正向,不會增加二極管本身的電壓應力,但是會增加開關(guān)管的應力。所以需要用吸收電路或者提高開關(guān)管定額。
 
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