關于空調控制器三端穩壓管的失效原理的分析與研究

2.4 驗證靜電對穩壓管的影響

　　空調生產過程中較常見的靜電釋放模式為人體模式(HBM)和機器模式(MM)。設計實驗：取某廠家合格三端穩壓管若干，分別使用人體模式(HBM)和機器模式(MM)對穩壓管擊穿，每個穩壓管電擊5次，記錄擊穿穩壓管的臨界電壓。如圖6、圖7。先對電容充電，然后釋放電容電量至穩壓管輸入端和地腳端。

　　實驗結果如表2，以穩壓管輸出電壓異常為標準，HBM模式下，擊穿電壓為10KV，MM模式下，擊穿電壓為3.5KV。可以判斷MM模式下穩壓管更容易擊穿，空調生產過程中MM模式靜電釋放常見于注塑件、泡沫等易產生靜電材料。

3 對三端穩壓管故障件失效情況分析

　　現從故障件基本屬性、散熱情況、內部晶元失效點及通電情況來判斷失效方式。

3.1 穩壓管故障品與合格品基本屬性對比

　　對故障件各引腳之間的PN結、阻值測量如表3，可知故障件與合格品基本屬性無差別，生產過程中較難識別故障穩壓管。

3.2 穩壓管散熱情況

　　故障穩壓管與合格穩壓管的散熱膏涂覆、散熱器安裝對比如圖8，散熱狀態良好。

　　X光查看故障穩壓管與合格穩壓管的晶元與穩壓管散熱塊接觸良好，如圖9。

3.3 故障穩壓管內部晶元失效點分析

　　通過電子顯微鏡掃描分析故障穩壓管受損點，根據受損點設計實驗、分析數據等判斷受損點是否正確。

3.3.1 電子顯微鏡分析故障穩壓管受損點并分析受損方式

　　使用電子顯微鏡掃描某廠家故障穩壓管內部晶元，特寫視圖顯示Q7晶體管熔硅，判斷是由于電損傷導致，該廠家穩壓管內部原理圖如圖10。

　　穩壓管只有Q7晶體管異常，對圖10中Q7晶體管附近電路簡化，分析靜電或過電由穩壓管輸入端和地腳竄入時Q7受到的影響，簡化電路如圖12。

　　由于其輸入端低頻電容濾波的保護，穩壓管裝上PCB板后不會再受EOS(Electrical Over Stress，指所有的過度電性應力)類損傷，該穩壓管最大輸入電壓為35V，根據生產工序，35V電壓以上的EOS來源全部在穩壓管裝上PCB板后，穩壓管不會受到EOS類損傷，判斷為Q7的損傷為ESD(Electrical Static Discharge，指靜電放電)類損傷導致。

　　根據Q7損傷類型為ESD類損傷，若靜電由Ui輸入，地腳輸出，Q7的集電極、基極導通，若靜電壓大于D1穩壓值，大量電流流經Q7導致其損傷;

　　若靜電由地腳輸入，Ui輸出，D1導通，靜電電壓大量消耗Q7基極，導致Q7由基極向集電極擊穿。

　　無論是哪一種靜電竄入方式，該種穩壓管涉及方案均容易導致Q7損傷。

3.3.2 設計實驗、分析數據判斷受損點是否判斷正確

　　根據圖10，Q7穩壓管位于的啟動電路，若其損傷，穩壓管將無法啟動不工作。對穩壓管輸入端輸入電壓，電流流經方式如圖13，流向由紅色線出發，分流成藍色、綠色線，匯總到紫色線流出地腳。在D2穩壓值飽和后，輸出端電壓Vout因只涉及阻性分壓，因此Vout會隨輸入電壓呈線性增長。

　　設計實驗：現對故障穩壓管輸入端輸入電壓，并不斷增加電壓值，記錄Vout如表4，制作成線形圖如圖14，可知Vout會隨輸入電壓呈線性增長，符合Q7損傷的故障現象。

　　分析數據：根據表3中數據，故障穩壓管的基本屬性PN結、阻值與合格品無差別。根據圖10可知基本屬性PN結、阻值的測量實際只是測量圖10右側的部分元器件屬性，Q7的損傷的確不會影響基本屬性，同時也說明圖10靠右側影響Vout的器件未受損傷。

　　設計實驗和分析數據的結果可以判斷Q7損傷符合故障現象。

4 分析結論及改善方案

4.1 結論

　　故障三端穩壓管損傷點為內部Q7晶體管，由于設計原因，三端穩壓管的Q7晶體管極易受靜電損傷，生產需要做好對于三端穩壓管的靜電防護。

　　具體解決方案為：

　　1)對比一些廠家穩壓管設計圖，某廠家增加R18電阻用于減少靜電電流，如圖15(數據顯示該廠家穩壓管故障率只有他廠家故障率的50%);

　　2)可針對Q7晶體管本身材質提升抗靜電能力，例如采用MOS管替代Q7晶體管;

　　3)穩壓管外部電路增加靜電保護，例如在穩壓管使用方在穩壓管輸入端和地腳之間增加用于高頻靜電濾除電容(PF級別)，可用于消除部分靜電，減少靜電受損的可能性。

　　參考文獻：

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　　[3]黃士生,楊柏峰.模擬電路基礎[M].北京:中國勞動社會保障出版社,2009:4-20

　　本文來源于《電子產品世界》2017年第10期第49頁，歡迎您寫論文時引用，并注明出處。