¿A qué cuestiones deben prestar atención los diodos en el diseño de PCB de los equipos de energía?

一, Gestión térmica: desde la ruta de disipación de calor hasta el control de la resistencia térmica.
1. Optimización de la ruta de disipación de calor.
Puede exceder el valor nominal (como 125 grados para diodos basados ​​en silicio-y 175 grados para diodos de SiC), lo que resulta en una falla térmica o una desviación de parámetros.
Cálculo del área de la piel de cobre: ​​se requiere una disipación de calor de la piel de cobre de 8-10 mm² por cada 1 W de consumo de energía. Por ejemplo, un determinado diodo rectificador de 10 A requiere al menos 400 mm² de revestimiento de cobre con un consumo de energía de 50 W, pero en el diseño real, solo se conservan 2 mm² de revestimiento de cobre, lo que da como resultado una temperatura de unión de 150 grados y provoca fallas en el lote.
Cierto inversor fotovoltaico redujo la temperatura de unión de los diodos de SiC de 120 grados a 95 grados aumentando la densidad de la vía.
Heat dissipation fins and thermal conductive materials: High power scenarios (such as>50 W) requieren el uso de aletas de disipación de calor y se utiliza silicona termoconductora (resistencia térmica 0,1-0,5 grados/W) para reducir la resistencia térmica de contacto. Una determinada estación de carga de vehículos eléctricos adopta un esquema de placa refrigerada por agua + grasa de silicona termoconductora, lo que aumenta la densidad de potencia a 5 kW/L.
2 principios de diseño populares
Diseño del conducto de aire: los elementos calefactores (como diodos y MOSFET) deben disponerse de manera escalonada a lo largo de la dirección del flujo de aire para evitar que componentes altos (como inductores) bloqueen el conducto de aire. Cierta fuente de energía industrial experimentó un aumento de temperatura local de 20 grados debido a que un transformador bloqueó el conducto de aire.
Disposición de las particiones: Los aparatos se dividen según su generación de calor. Los componentes con poca resistencia al calor (como los condensadores electrolíticos) se colocan aguas arriba del flujo de aire de refrigeración, mientras que los componentes que generan mucho calor (como los diodos de potencia) se colocan aguas abajo. La fuente de alimentación de un determinado servidor se ha diseñado con particiones para reducir el aumento general de temperatura en 15 grados.
Protección de dispositivos sensibles al calor: Los osciladores de cristal con especificaciones de temperatura más bajas deben colocarse en la entrada de aire o en la parte inferior del equipo, evitando colocarlos directamente encima del dispositivo de calentamiento.
2, Compatibilidad electromagnética (EMC): control de parámetros parásitos y aislamiento de señal
Formando oscilación LC y generando voltaje máximo. Por ejemplo, en un determinado proyecto de adaptador, la distancia entre el diodo y el condensador de filtrado era de 50 mm, y el voltaje máximo inverso medido alcanzó los 600 V (el voltaje soportado del diodo era de 400 V), lo que provocó una ruptura del lote.
Diseño compacto: el diodo debe estar adyacente al puente rectificador o al terminal de carga, y la longitud del cable debe controlarse dentro de 5 mm; Los condensadores de filtro están dispuestos cerca para formar un circuito compacto de "condensador de diodo". Cierta fuente de alimentación de comunicación redujo el voltaje máximo inverso de 600 V a 380 V acortando el camino.
Diseño del condensador de desacoplamiento: los condensadores de filtrado de ruido de alta frecuencia (como 0,1 μ F X7R MLCC) deben colocarse cerca del pin VIN del diodo, con una distancia de cableado inferior o igual a 1 mm, para evitar el ruido. Cierto convertidor CC-CC optimizó el diseño del condensador de desacoplamiento para reducir la ondulación de salida de 200 mV a 50 mV.
Aislamiento de señal y puesta a tierra.
Conexión a tierra de un solo punto: el circuito de alimentación y el circuito de control están separados y adoptan un método de conexión a tierra de un solo punto. Por ejemplo, los componentes circundantes del CI de control PWM primario están conectados a tierra del CI y luego se conectan a la tierra del capacitor grande; Los componentes alrededor del TL431 secundario están conectados a tierra a su tercer pin y luego se conectan a la tierra del capacitor de salida. Cierta fuente de alimentación industrial ha aumentado su tasa de aprobación de la prueba EMI del 60 % al 95 % mediante una conexión a tierra de un solo punto.
Aislamiento del cableado de señal pequeña: las líneas de señal clave (como líneas de muestreo de corriente, líneas de retroalimentación del optoacoplador) deben mantenerse alejadas del cableado de alta corriente (espaciado mayor o igual a 2 mm) para evitar el cableado paralelo. La tasa de activación falsa del control de un determinado controlador de motor aumentó en un 30% debido a que la línea de señal era paralela a la línea de alimentación.
3. Optimización de procesos: diseño de almohadillas y control de soldadura
1. Especificaciones de diseño para terminales de soldadura
Coincidencia de tamaños: Diseñe las almohadillas de soldadura estrictamente de acuerdo con el manual de embalaje. Por ejemplo, la longitud de la almohadilla de soldadura del paquete DO-214AC debe ser de 6,5 ± 0,5 mm. Si se diseña para que sea de 5 mm, se producirá una soldadura virtual. Debido al tamaño inadecuado de la almohadilla, la tasa de soldadura virtual de diodos en una determinada línea de producción de productos electrónicos de consumo alcanzó el 15%.
Identificación de polaridad: los diodos polarizados (como los diodos Schottky) deben etiquetarse con ánodo (A) y cátodo (K) en la PCB para evitar conexiones inversas. Cierto inversor fotovoltaico se quemó debido a la conexión inversa de diodos, lo que provocó una pérdida de más de 500.000 yuanes.
2 Control del proceso de soldadura
Reflow soldering temperature curve: peak temperature controlled at 240 ± 5 ℃, holding time 30-60 seconds. Excessive temperature (>260 grados) puede causar oxidación de los chips de diodo, mientras que la temperatura es 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%.
Profundidad de inmersión de soldadura por ola: la profundidad de inmersión de los pines en la soldadura es de 1/2 a 2/3 de la longitud. Debido a una inmersión insuficiente en estaño, las clavijas de cierto módulo de potencia se despegaron de la PCB, lo que resultó en un aumento del 20% en la tasa de reparación.
4, Normas de seguridad: autorización eléctrica y diseño de protección.
1. Espacio libre eléctrico y distancia de fuga
Requisitos estándar: cuando el voltaje de entrada es de 50 V-250 V, la distancia de fuga L-N frente al fusible debe ser mayor o igual a 2,5 mm y el espacio libre eléctrico debe ser mayor o igual a 1,7 mm; la distancia entre el lado primario y el lado secundario debe ser mayor o igual a 6,4 mm. Debido a un espacio libre insuficiente, una fuente de alimentación médica provocó que el lado de alto-voltaje y el lado de bajo voltaje chocaran, lo que provocó un accidente de seguridad.
Aislamiento de ranuras: si la distancia entre las patas del componente es menor o igual a 6,4 mm, se requiere ranurar (ancho mayor o igual a 1 mm) para mejorar el aislamiento. Cierto controlador industrial ha aumentado la tasa de aprobación de las pruebas de tensión soportada del 70 % al 100 % mediante el diseño de ranura.
2 Diseño de protección

Protección ESD: agregue un anillo de protección de conexión a tierra (ancho mayor o igual a 0,5 mm) cerca del pin del diodo y use una pulsera anti-estática y un banco de trabajo durante el ensamblaje. Debido a la falta de medidas anti-estáticas en una determinada línea de producción de productos electrónicos de consumo, la tasa de falla de los usuarios de diodos ha aumentado del 2% al 15%.
Protección contra sobretensiones: el valor del voltaje soportado inverso debe ser de 1,5 a 2 veces el voltaje inverso máximo real y se debe agregar un circuito de absorción RC (resistencia de 100 Ω -1k Ω, capacitancia de 0,1-0,47 μ F). Cierto circuito rectificador de CA de 220 V utiliza diodos resistentes a un voltaje de 300 V, y cuando el voltaje de la red fluctúa a 240 V, el voltaje inverso alcanza los 340 V, lo que provoca una ruptura del lote.