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用于汽車HVAC和冷卻風(fēng)扇系統(tǒng)的回流熱保護(hù)(RTP)器件

作者: 時間:2014-01-04 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
PowerFET 在苛刻環(huán)境中的故障

在苛刻的汽車工作環(huán)境中,功率場效應(yīng)晶體管(powerFET)常常會暴露于極端溫度變化和熱機(jī)應(yīng)力之下。間歇短路、冷操作環(huán)境、高電弧放電或帶噪聲電路短路、感應(yīng)負(fù)載及多重短路在經(jīng)過一段時間后會造成裝置疲損,使裝置在開路、短路或阻性模式下出現(xiàn)故障。

盡管現(xiàn)在的powerFET越來越耐用,但在苛刻的工作環(huán)境下仍容易出現(xiàn)故障,尤其是在超出其額定值后,它們會很快出現(xiàn)故障。如果電壓超過 powerFET的最大工作電壓,那么它很快就會被燒毀。如果瞬時電壓所包含的能量高于額定破壞能量水平,那么裝置將損壞;形成破壞性熱事件,最終可能導(dǎo)致裝置冒煙、起火或脫焊。

實踐證明,與工作環(huán)境相對溫和的應(yīng)用相比,汽車的 powerFET 更容易出現(xiàn)疲損和故障。通過對比一段時間內(nèi)的powerFET故障情況,我們發(fā)現(xiàn)用于苛刻環(huán)境條件(比如汽車應(yīng)用)下的裝置的 ppm 故障率要高得多。實地使用五年后,這種差別可達(dá) 10 倍以上。

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盡管一個powerFET可能通過了最初測試,但是在某些條件下,裝置中的隨機(jī)薄弱環(huán)節(jié)可能導(dǎo)致裝置在現(xiàn)場使用中出現(xiàn)故障。實踐證明,即使powerFET在規(guī)定的工作條件下運行,也會在不同的電阻水平下出現(xiàn)隨機(jī)、不可預(yù)測的阻性短路。

阻性模式故障尤其值得關(guān)注,這不僅僅是相對于 powerFET而言,印制電路板也一樣。僅 10W 的功率就可能產(chǎn)生溫度在 180攝氏度以上的局部熱點,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于印制電路板的典型玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(135攝氏度),造成電路板的環(huán)氧結(jié)構(gòu)損壞,并產(chǎn)生熱事件。

圖1 說明一個出現(xiàn)故障的powerFET可能并不會產(chǎn)生一個完全短路過電流條件,而是產(chǎn)生阻性短路,通過I2R受熱形成不安全的溫度條件。在這種情況下,所形成的電流可能并不是很高,不會使標(biāo)準(zhǔn)保險絲熔斷并阻止印制電路板上的熱失控。

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圖1:阻性模式下的powerFET故障可能形成不安全的溫度條件

一種新的熱保護(hù)解決方案

泰科電子的(RTP)器件是一種耐用、可靠的表面安裝熱保護(hù)器,它可防止功率電子器件故障產(chǎn)生熱損壞。這種二級熱保護(hù)器件可用于代替汽車設(shè)計中常用的冗余powerFET、繼電器及大規(guī)格熱沉。

當(dāng)某功率器件故障或板缺陷形成不安全的高溫條件時,RTP200 器件(在 200攝氏度打開,該溫度高于正常工作溫度,但低于無PB焊料回流溫度)將會中斷電流,阻止熱失控,避免造成重大損壞。

如圖 2 和圖 3 所示,當(dāng) RTP 裝置在 FET 附近的電源線上串聯(lián)時,它會跟蹤 FET 溫度,在緩慢的熱失控在電路板上形成破壞性熱條件之前斷開電路。
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