Điốt cần chú ý những vấn đề gì trong cách bố trí PCB của thiết bị năng lượng?

一, Quản lý nhiệt: từ đường tản nhiệt đến kiểm soát điện trở nhiệt
1. Tối ưu hóa đường dẫn tản nhiệt
Có thể vượt quá giá trị định mức (chẳng hạn như 125 độ đối với điốt silicon{1}}và 175 độ đối với điốt SiC), dẫn đến hiện tượng phân hủy nhiệt hoặc lệch thông số.
Tính toán diện tích da đồng: Cần tản nhiệt da đồng 8-10mm 2 cho mỗi mức tiêu thụ điện năng 1W. Ví dụ, một diode chỉnh lưu 10A nhất định cần ít nhất 400mm 2 vỏ đồng với mức tiêu thụ điện là 50W, nhưng trong thiết kế thực tế, chỉ giữ lại 2 mm 2 vỏ đồng, dẫn đến nhiệt độ tiếp giáp 150 độ và gây ra lỗi hàng loạt.
Một bộ biến tần quang điện nhất định đã giảm nhiệt độ tiếp giáp của điốt SiC từ 120 độ xuống 95 độ bằng cách tăng mật độ xuyên qua.
Heat dissipation fins and thermal conductive materials: High power scenarios (such as>50W) yêu cầu sử dụng cánh tản nhiệt và silicon dẫn nhiệt (điện trở nhiệt 0,1-0,5 độ /W) được sử dụng để giảm điện trở nhiệt tiếp xúc. Một trạm sạc xe điện nhất định sử dụng tấm làm mát bằng nước + sơ đồ mỡ silicon dẫn nhiệt, giúp tăng mật độ năng lượng lên 5kW/L.
2 nguyên tắc bố cục hấp dẫn
Thiết kế ống dẫn khí: Các bộ phận làm nóng (như điốt và MOSFET) nên được bố trí so le dọc theo hướng luồng khí để tránh các bộ phận cao (như cuộn cảm) chặn ống dẫn khí. Một nguồn cung cấp điện công nghiệp nào đó đã trải qua nhiệt độ cục bộ tăng 20 độ do một máy biến áp chặn ống dẫn khí.
Sắp xếp phân vùng: Các thiết bị được phân vùng theo khả năng tỏa nhiệt của chúng. Các bộ phận có khả năng chịu nhiệt kém (như tụ điện) được đặt ở thượng nguồn luồng khí làm mát, trong khi các bộ phận sinh nhiệt cao (chẳng hạn như điốt điện) được đặt ở hạ lưu. Nguồn điện của một máy chủ nhất định đã được thiết kế có phân vùng để giảm mức tăng nhiệt độ tổng thể xuống 15 độ.
Bảo vệ thiết bị nhạy cảm với nhiệt: Nên đặt các bộ dao động tinh thể có thông số nhiệt độ thấp hơn ở cửa hút gió hoặc đáy thiết bị, tránh đặt trực tiếp phía trên thiết bị sưởi.
2, Tương thích điện từ (EMC): Kiểm soát tham số ký sinh và cách ly tín hiệu
Hình thành dao động LC và tạo ra điện áp đỉnh. Ví dụ, trong một dự án bộ chuyển đổi nhất định, khoảng cách giữa diode và tụ lọc là 50mm và điện áp cực đại ngược đo được đạt 600V (điện áp chịu được của diode là 400V), dẫn đến sự cố hàng loạt.
Bố trí nhỏ gọn: Điốt phải liền kề với cầu chỉnh lưu hoặc thiết bị đầu cuối tải và chiều dài dây dẫn phải được kiểm soát trong vòng 5 mm; Các tụ lọc được bố trí gần nhau tạo thành mạch “tụ diode” nhỏ gọn. Một nguồn điện liên lạc nhất định đã giảm điện áp đỉnh ngược từ 600V xuống 380V bằng cách rút ngắn đường dẫn.
Bố trí tụ tách: Nên đặt các tụ lọc nhiễu tần số cao (chẳng hạn như 0,1 μF X7R MLCC) gần chân VIN của diode, với khoảng cách nối dây Nhỏ hơn hoặc bằng 1mm, để tránh bị nhiễu. Một bộ chuyển đổi DC-DC nhất định đã tối ưu hóa cách bố trí tụ điện tách rời để giảm gợn sóng đầu ra từ 200mV xuống 50mV.
Cách ly tín hiệu và nối đất
Nối đất một điểm: Mạch nguồn và mạch điều khiển được tách riêng và áp dụng phương pháp nối đất một điểm. Ví dụ, các thành phần xung quanh của IC điều khiển PWM chính được nối đất với mặt đất IC, sau đó được kết nối với mặt đất của tụ điện lớn; Các thành phần xung quanh TL431 thứ cấp được nối đất với chân thứ 3 của nó và sau đó được kết nối với mặt đất của tụ điện đầu ra. Một nguồn cung cấp năng lượng công nghiệp nhất định đã tăng tỷ lệ đạt kết quả kiểm tra EMI từ 60% lên 95% thông qua nối đất một điểm.
Cách ly dây tín hiệu nhỏ: Các đường tín hiệu chính (chẳng hạn như đường lấy mẫu hiện tại, đường phản hồi của bộ ghép quang) phải được giữ cách xa dây dẫn dòng điện cao (khoảng cách Lớn hơn hoặc bằng 2 mm) để tránh nối dây song song. Tỷ lệ kích hoạt sai điều khiển của một trình điều khiển động cơ nhất định đã tăng 30% do đường tín hiệu song song với đường dây điện.
3, Tối ưu hóa quy trình: Thiết kế tấm đệm và kiểm soát mối hàn
1. Đặc điểm kỹ thuật thiết kế cho miếng hàn
Kích thước phù hợp: Thiết kế miếng hàn theo đúng hướng dẫn sử dụng trên bao bì. Ví dụ: chiều dài của miếng hàn gói DO-214AC phải là 6,5 ± 0,5mm. Nếu được thiết kế là 5 mm sẽ dẫn đến hiện tượng hàn ảo. Do kích thước miếng đệm không phù hợp nên tốc độ hàn ảo của điốt trong một dây chuyền sản xuất điện tử tiêu dùng nào đó đạt tới 15%.
Nhận dạng phân cực: Điốt phân cực (chẳng hạn như điốt Schottky) cần được dán nhãn cực dương (A) và cực âm (K) trên PCB để tránh kết nối ngược. Một bộ biến tần quang điện nào đó đã bị cháy do kết nối ngược của điốt, dẫn đến thiệt hại hơn 500.000 nhân dân tệ.
2 Kiểm soát quá trình hàn
Reflow soldering temperature curve: peak temperature controlled at 240 ± 5 ℃, holding time 30-60 seconds. Excessive temperature (>260 độ) có thể gây ra quá trình oxy hóa chip diode, trong khi nhiệt độ không đủ (<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%.
Độ sâu ngâm của hàn sóng: Độ sâu nhúng của chân vào vật hàn là 1/2-2/3 chiều dài. Do ngâm thiếc không đủ, các chân của một mô-đun nguồn nào đó đã bong ra khỏi PCB, dẫn đến tỷ lệ sửa chữa tăng 20%.
4, Quy định an toàn: Thiết kế khe hở điện và bảo vệ
1. Khoảng cách điện và khoảng cách đường dây
Yêu cầu tiêu chuẩn: Khi điện áp đầu vào là 50V-250V, khoảng cách đường rò L-N phía trước cầu chì phải Lớn hơn hoặc bằng 2,5mm và khe hở điện phải Lớn hơn hoặc bằng 1,7mm; khoảng cách giữa mặt sơ cấp và mặt thứ cấp phải lớn hơn hoặc bằng 6,4mm. Do không đủ khoảng cách, nguồn điện y tế đã khiến cho- bên điện áp cao và bên điện áp thấp va chạm, dẫn đến tai nạn an toàn.
Cách ly rãnh: Nếu khoảng cách giữa các chân của bộ phận Nhỏ hơn hoặc bằng 6,4mm thì cần có rãnh (chiều rộng Lớn hơn hoặc bằng 1mm) để tăng cường khả năng cách nhiệt. Một bộ điều khiển công nghiệp nhất định đã tăng tỷ lệ vượt qua thử nghiệm chịu điện áp từ 70% lên 100% thông qua thiết kế khe cắm.
2 Thiết kế bảo vệ

Bảo vệ ESD: Thêm vòng bảo vệ nối đất (có chiều rộng Lớn hơn hoặc bằng 0,5 mm) gần chân điốt và sử dụng-dây đeo tay và bàn làm việc chống tĩnh điện trong quá trình lắp ráp. Do thiếu các biện pháp chống tĩnh điện trong một dây chuyền sản xuất thiết bị điện tử tiêu dùng nhất định, tỷ lệ hỏng hóc của người sử dụng đi-ốt đã tăng từ 2% lên 15%.
Bảo vệ chống sét: Giá trị điện áp chịu được ngược phải bằng 1,5-2 lần điện áp ngược tối đa thực tế và phải thêm mạch hấp thụ RC (điện trở 100 Ω -1k Ω, điện dung 0,1-0,47 μ F). Một mạch chỉnh lưu xoay chiều 220V nào đó sử dụng điốt chịu điện áp 300V, khi điện áp lưới dao động lên 240V, điện áp ngược đạt tới 340V dẫn đến hỏng hàng loạt.