دیودها در چیدمان PCB تجهیزات انرژی باید به چه مسائلی توجه کنند؟

一، مدیریت حرارتی: از مسیر اتلاف حرارت تا کنترل مقاومت حرارتی
1. بهینه سازی مسیر اتلاف حرارت
ممکن است از مقدار نامی تجاوز کند (مانند 125 درجه برای دیودهای مبتنی بر سیلیکون-و 175 درجه برای دیودهای SiC)، که منجر به شکست حرارتی یا جابجایی پارامتر می‌شود.
محاسبه مساحت پوست: 8 تا 10 میلی متر مربع اتلاف گرمای پوست مس برای هر مصرف برق 1 وات مورد نیاز است. به عنوان مثال، یک دیود یکسو کننده 10 آمپری به حداقل 400 میلی‌متر مربع پوسته مسی با توان مصرفی 50 وات نیاز دارد، اما در طراحی واقعی، تنها 2 میلی‌متر مربع از پوسته مسی باقی می‌ماند که در نتیجه دمای اتصال 150 درجه ایجاد می‌شود و باعث خرابی دسته می‌شود.
یک اینورتر فتوولتائیک خاص، دمای اتصال دیودهای SiC را از 120 درجه به 95 درجه با افزایش دانسیته کاهش داد.
Heat dissipation fins and thermal conductive materials: High power scenarios (such as>50 وات) نیاز به استفاده از پره های اتلاف گرما دارد و سیلیکون رسانای حرارتی (مقاومت حرارتی 0.1-0.5 درجه / وات) برای کاهش مقاومت حرارتی تماس استفاده می شود. یک ایستگاه شارژ خودروی الکتریکی خاص از طرح گریس سیلیکون رسانای حرارتی + صفحه خنک کننده با آب استفاده می کند که چگالی توان را به 5 کیلووات بر لیتر افزایش می دهد.
2 اصل چیدمان داغ
طراحی مجرای هوا: عناصر گرمایشی (مانند دیودها و ماسفت ها) باید به صورت پلکانی در امتداد جهت جریان هوا چیده شوند تا از مسدود شدن مجرای هوا توسط اجزای بلند (مانند سلف ها) جلوگیری شود. منبع تغذیه صنعتی خاصی به دلیل مسدود شدن مجرای هوا توسط ترانسفورماتور، افزایش دمای محلی 20 درجه را تجربه کرد.
چیدمان پارتیشن: دستگاه ها با توجه به تولید حرارت آنها پارتیشن بندی می شوند. قطعات با مقاومت حرارتی ضعیف (مانند خازن های الکترولیتی) در بالادست جریان هوای خنک کننده قرار می گیرند، در حالی که اجزای تولید کننده گرما بالا (مانند دیودهای برق) در پایین دست قرار می گیرند. منبع تغذیه یک سرور خاص با پارتیشن بندی طراحی شده است تا افزایش دمای کلی را تا 15 درجه کاهش دهد.
حفاظت از دستگاه حساس به حرارت: نوسانگرهای کریستالی با مشخصات دمای پایین تر باید در ورودی هوا یا پایین تجهیزات قرار داده شوند و از قرار گرفتن مستقیم بالای دستگاه گرمایش خودداری شود.
2، سازگاری الکترومغناطیسی (EMC): کنترل پارامترهای انگلی و جداسازی سیگنال
تشکیل نوسان LC و تولید پیک ولتاژ. به عنوان مثال، در یک پروژه آداپتور خاص، فاصله بین دیود و خازن فیلتر 50 میلی متر بود، و ولتاژ پیک معکوس اندازه گیری شده به 600 ولت (ولتاژ تحمل دیود 400 ولت بود)، که منجر به خرابی دسته ای شد.
طرح فشرده: دیود باید در مجاورت پل یکسو کننده یا ترمینال بار باشد و طول سرب باید در 5 میلی متر کنترل شود. خازن های فیلتر در نزدیکی مرتب شده اند تا یک مدار فشرده "خازن دیودی" را تشکیل دهند. یک منبع تغذیه ارتباطی خاص با کوتاه کردن مسیر، پیک ولتاژ معکوس را از 600 ولت به 380 ولت کاهش داد.
طرح خازن جداسازی: خازن های فیلتر کننده نویز فرکانس بالا (مانند 0.1 μF X7R MLCC) باید در نزدیکی پین VIN دیود با فاصله سیم کشی کمتر یا مساوی 1 میلی متر قرار گیرند تا از نویز جلوگیری شود. یک مبدل DC خاص، طرح خازن جداسازی را بهینه کرد تا ریپل خروجی را از 200 میلی ولت به 50 میلی ولت کاهش دهد.
جداسازی سیگنال و اتصال به زمین
اتصال زمین تک نقطه ای: مدار قدرت و مدار کنترل از هم جدا شده و از یک روش اتصال به زمین تک نقطه ای استفاده می کنند. برای مثال، اجزای اطراف آی سی کنترل اولیه PWM به زمین آی سی متصل می شوند و سپس به زمین خازن بزرگ متصل می شوند. اجزای اطراف TL431 ثانویه به پایه سوم آن متصل شده و سپس به زمین خازن خروجی متصل می شوند. منبع تغذیه صنعتی خاصی میزان عبور تست EMI خود را از 60% به 95% از طریق اتصال زمین تک نقطه ای افزایش داده است.
جداسازی سیم‌کشی سیگنال کوچک: خطوط سیگنال کلیدی (مانند خطوط نمونه‌گیری جریان، خطوط بازخورد اپتوکوپلر) باید از سیم‌کشی با جریان بالا (فاصله بیشتر یا مساوی 2 میلی‌متر) دور نگه داشته شوند تا از سیم‌کشی موازی جلوگیری شود. به دلیل موازی بودن خط سیگنال با خط برق، نرخ تحریک کاذب کنترلی یک راننده موتور خاص 30 درصد افزایش یافت.
3، بهینه سازی فرآیند: طراحی پد و کنترل جوش
1. مشخصات طراحی برای لحیم کاری
تطبیق اندازه: پدهای لحیم کاری را دقیقاً مطابق دستورالعمل بسته بندی طراحی کنید. به عنوان مثال، طول پد لحیم کاری بسته DO-214AC باید 0.5 ± 6.5 میلی متر باشد. اگر 5 میلی متر طراحی شود، لحیم کاری مجازی را به همراه خواهد داشت. به دلیل اندازه نامناسب پد، میزان لحیم کاری مجازی دیودها در یک خط تولید لوازم الکترونیکی مصرفی خاص به 15٪ رسید.
شناسایی قطبیت: دیودهای پلاریزه (مانند دیودهای شاتکی) باید با آند (A) و کاتد (K) روی PCB برچسب زده شوند تا از اتصال معکوس جلوگیری شود. یک اینورتر فتوولتائیک خاص به دلیل اتصال معکوس دیودها سوخت و منجر به ضرر بیش از 500000 یوان شد.
2 کنترل فرآیند جوشکاری
Reflow soldering temperature curve: peak temperature controlled at 240 ± 5 ℃, holding time 30-60 seconds. Excessive temperature (>260 درجه ) می تواند باعث اکسیداسیون تراشه های دیود شود، در حالی که دمای ناکافی (<220 ℃) can trigger cold soldering. Due to uncontrolled reflow soldering temperature in a certain automotive electronics production line, the yield of diode soldering decreased from 99% to 85%.
عمق غوطه وری لحیم کاری موجی: عمق غوطه وری پین ها در لحیم کاری 1/2-2/3 طول است. به دلیل غوطه وری ناکافی قلع، پین های یک ماژول قدرت خاص از PCB جدا شد و در نتیجه نرخ تعمیر 20 درصد افزایش یافت.
4، مقررات ایمنی: ترخیص الکتریکی و طراحی حفاظت
1. ترخیص الکتریکی و فاصله خزش
الزامات استاندارد: وقتی ولتاژ ورودی 50 ولت-250 ولت است، فاصله خزش L-N در جلوی فیوز باید بزرگ‌تر یا مساوی 2.5 میلی‌متر باشد، و فاصله الکتریکی باید بزرگ‌تر یا مساوی 1.7 میلی‌متر باشد. فاصله بین ضلع اولیه و ضلع ثانویه باید بزرگتر یا مساوی 6.4 میلی متر باشد. به دلیل فاصله ناکافی، منبع تغذیه پزشکی باعث شد- سمت ولتاژ بالا و سمت ولتاژ پایین با هم برخورد کنند و منجر به تصادف ایمنی شود.
جداسازی شکاف: اگر فاصله بین پایه‌های قطعه کمتر یا مساوی 6.4 میلی‌متر باشد، برای تقویت عایق به شکاف (عرض بزرگتر یا مساوی 1 میلی‌متر) نیاز است. یک کنترل‌کننده صنعتی خاص، نرخ عبور تست مقاومت ولتاژ را از 70% به 100% از طریق طراحی شکاف افزایش داده است.
2 طراحی حفاظتی

حفاظت ESD: یک حلقه حفاظت زمینی (عرض بزرگتر یا مساوی 0.5 میلی متر) را در نزدیکی پین دیود اضافه کنید و از یک مچ بند و میز کار ضد استاتیک-در هنگام مونتاژ استفاده کنید. به دلیل فقدان اقدامات ضد{3}}استاتیکی در یک خط تولید لوازم الکترونیکی مصرفی خاص، میزان خرابی کاربران دیود از 2% به 15% افزایش یافته است.
حفاظت از نوسانات: مقدار ولتاژ مقاومت معکوس باید 1.5-2 برابر حداکثر ولتاژ معکوس واقعی باشد و یک مدار جذب RC (مقاومت 100 Ω -1k Ω، ظرفیت 0.1-0.47 μF) باید اضافه شود. یک مدار یکسو کننده 220 ولت AC از دیودهای مقاوم در برابر ولتاژ 300 ولت استفاده می کند و زمانی که ولتاژ شبکه به 240 ولت نوسان می کند، ولتاژ معکوس به 340 ولت می رسد و در نتیجه خرابی دسته ای ایجاد می شود.