A quais questões os diodos devem prestar atenção no layout de PCB de equipamentos de energia?

一, Gerenciamento térmico: do caminho de dissipação de calor ao controle de resistência térmica
1. Otimização do caminho de dissipação de calor
Pode exceder o valor nominal (como 125 graus para diodos baseados em silício-e 175 graus para diodos de SiC), resultando em ruptura térmica ou desvio de parâmetro.
Cálculo da área de revestimento de cobre: ​​é necessária uma dissipação de calor de revestimento de cobre de 8-10 mm² para cada consumo de energia de 1 W. Por exemplo, um determinado diodo retificador de 10A requer pelo menos 400 mm² de revestimento de cobre com um consumo de energia de 50 W, mas no projeto real, apenas 2 mm² de revestimento de cobre são retidos, resultando em uma temperatura de junção de 150 graus e causando falha no lote.
Um certo inversor fotovoltaico reduziu a temperatura de junção dos diodos SiC de 120 graus para 95 graus, aumentando a densidade da via.
Heat dissipation fins and thermal conductive materials: High power scenarios (such as>50W) exigem o uso de aletas de dissipação de calor, e silicone condutor térmico (resistência térmica 0,1-0,5 graus /W) é usado para reduzir a resistência térmica de contato. Uma determinada estação de carregamento de veículos elétricos adota um esquema de placa resfriada a água + graxa de silicone condutora térmica, que aumenta a densidade de potência para 5kW/L.
2 princípios de layout quente
Projeto do duto de ar: Os elementos de aquecimento (como diodos e MOSFETs) devem ser dispostos de maneira escalonada ao longo da direção do fluxo de ar para evitar que componentes altos (como indutores) bloqueiem o duto de ar. Uma certa fonte de alimentação industrial sofreu um aumento de temperatura local de 20 graus devido a um transformador bloqueando o duto de ar.
Disposição da partição: Os dispositivos são particionados de acordo com a geração de calor. Componentes com baixa resistência ao calor (como capacitores eletrolíticos) são colocados a montante do fluxo de ar de resfriamento, enquanto componentes com alta geração de calor (como diodos de potência) são colocados a jusante. A fonte de alimentação de um determinado servidor foi projetada com particionamento para reduzir o aumento geral da temperatura em 15 graus.
Proteção de dispositivos termossensíveis: Os osciladores de cristal com especificações de temperatura mais baixas devem ser colocados na entrada de ar ou na parte inferior do equipamento, evitando serem colocados diretamente acima do dispositivo de aquecimento.
2, Compatibilidade Eletromagnética (EMC): Controle de Parâmetros Parasitas e Isolamento de Sinal
Formando oscilação LC e gerando tensão de pico. Por exemplo, em um determinado projeto de adaptador, a distância entre o diodo e o capacitor de filtragem era de 50 mm, e a tensão de pico reversa medida atingiu 600 V (a tensão suportável do diodo era de 400 V), resultando na quebra do lote.
Layout compacto: O diodo deve estar adjacente à ponte retificadora ou terminal de carga e o comprimento do cabo deve ser controlado dentro de 5 mm; Os capacitores de filtro são dispostos próximos para formar um circuito compacto de "capacitor de diodo". Uma determinada fonte de alimentação de comunicação reduziu a tensão de pico reversa de 600V para 380V, encurtando o caminho.
Layout do capacitor de desacoplamento: Capacitores de filtragem de ruído de alta frequência (como 0,1 μ F X7R MLCC) devem ser colocados próximos ao pino VIN do diodo, com uma distância de fiação menor ou igual a 1 mm, para evitar ruído. Um determinado conversor CC-CC otimizou o layout do capacitor de desacoplamento para reduzir a ondulação de saída de 200mV para 50mV.
Isolamento de sinal e aterramento
Aterramento de ponto único: O circuito de potência e o circuito de controle são separados e adotam um método de aterramento de ponto único. Por exemplo, os componentes circundantes do IC de controle PWM primário são aterrados ao aterramento do IC e, em seguida, conectados ao aterramento do capacitor grande; Os componentes ao redor do TL431 secundário são aterrados em seu terceiro pino e então conectados ao aterramento do capacitor de saída. Uma determinada fonte de alimentação industrial aumentou sua taxa de aprovação em testes de EMI de 60% para 95% por meio de aterramento de ponto único.
Isolamento da fiação de sinal pequeno: As principais linhas de sinal (como linhas de amostragem de corrente, linhas de feedback do optoacoplador) devem ser mantidas longe da fiação de alta corrente (espaçamento maior ou igual a 2 mm) para evitar fiação paralela. A taxa de falso disparo de controle de um determinado driver de motor aumentou em 30% devido à linha de sinal estar paralela à linha de energia.
3, Otimização de Processos: Projeto de Almofada e Controle de Soldagem
1. Especificação de projeto para almofadas de solda
Correspondência de tamanho: Projete as almofadas de solda estritamente de acordo com o manual da embalagem. Por exemplo, o comprimento da almofada de solda do pacote DO-214AC deve ser de 6,5 ± 0,5 mm. Se projetado para 5 mm, resultará em soldagem virtual. Devido ao tamanho inadequado da almofada, a taxa virtual de soldagem de diodos em uma determinada linha de produção de eletrônicos de consumo atingiu 15%.
Identificação de polaridade: Diodos polarizados (como diodos Schottky) precisam ser rotulados com ânodo (A) e cátodo (K) na PCB para evitar conexão reversa. Um certo inversor fotovoltaico queimou devido à conexão reversa dos diodos, resultando em uma perda de mais de 500.000 yuans.
2 Controle do processo de soldagem
Reflow soldering temperature curve: peak temperature controlled at 240 ± 5 ℃, holding time 30-60 seconds. Excessive temperature (>260 graus) pode causar oxidação de chips de diodo, enquanto temperatura insuficiente (<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%.
Profundidade de imersão da soldagem ondulada: A profundidade de imersão dos pinos na solda é 1/2-2/3 do comprimento. Devido à imersão insuficiente de estanho, os pinos de um determinado módulo de potência se soltaram da PCB, resultando em um aumento de 20% na taxa de reparo.
4, Regulamentos de segurança: Liberação elétrica e projeto de proteção
1. Folga elétrica e distância de fuga
Requisitos padrão: Quando a tensão de entrada é 50V-250V, a distância de fuga L-N na frente do fusível deve ser maior ou igual a 2,5 mm e a folga elétrica deve ser maior ou igual a 1,7 mm; a distância entre o lado primário e o lado secundário deve ser maior ou igual a 6,4 mm. Devido à folga insuficiente, uma fonte de alimentação médica causou a colisão do lado de alta-tensão e do lado de baixa tensão, resultando em um acidente de segurança.
Isolamento de ranhuras: Se a distância entre as pernas do componente for menor ou igual a 6,4 mm, será necessária uma ranhura (largura maior ou igual a 1 mm) para melhorar o isolamento. Um determinado controlador industrial aumentou a taxa de aprovação nos testes de resistência de tensão de 70% para 100% por meio do design do slot.
2 Projeto de Proteção

Proteção ESD: Adicione um anel de proteção de aterramento (largura maior ou igual a 0,5 mm) próximo ao pino do diodo e use uma pulseira anti{1}}estática e uma bancada de trabalho durante a montagem. Devido à falta de medidas anti{3}}estáticas em uma determinada linha de produção de eletrônicos de consumo, a taxa de falhas dos usuários de diodos aumentou de 2% para 15%.
Proteção contra surtos: O valor da tensão suportável reversa deve ser 1,5-2 vezes a tensão reversa máxima real e um circuito de absorção RC (resistência de 100 Ω -1k Ω, capacitância de 0,1-0,47 μ F) deve ser adicionado. Um certo circuito retificador de 220 V CA usa diodos resistentes à tensão de 300 V e, quando a tensão da rede flutua para 240 V, a tensão reversa atinge 340 V, resultando na quebra do lote.