关于空调控制器三端稳压管的失效原理的分析与研究

2.4 验证静电对稳压管的影响

　　空调生产过程中较常见的静电释放模式为人体模式(HBM)和机器模式(MM)。设计实验：取某厂家合格三端稳压管若干，分别使用人体模式(HBM)和机器模式(MM)对稳压管击穿，每个稳压管电击5次，记录击穿稳压管的临界电压。如图6、图7。先对电容充电，然后释放电容电量至稳压管输入端和地脚端。

　　实验结果如表2，以稳压管输出电压异常为标准，HBM模式下，击穿电压为10KV，MM模式下，击穿电压为3.5KV。可以判断MM模式下稳压管更容易击穿，空调生产过程中MM模式静电释放常见于注塑件、泡沫等易产生静电材料。

3 对三端稳压管故障件失效情况分析

　　现从故障件基本属性、散热情况、内部晶元失效点及通电情况来判断失效方式。

3.1 稳压管故障品与合格品基本属性对比

　　对故障件各引脚之间的PN结、阻值测量如表3，可知故障件与合格品基本属性无差别，生产过程中较难识别故障稳压管。

3.2 稳压管散热情况

　　故障稳压管与合格稳压管的散热膏涂覆、散热器安装对比如图8，散热状态良好。

　　X光查看故障稳压管与合格稳压管的晶元与稳压管散热块接触良好，如图9。

3.3 故障稳压管内部晶元失效点分析

　　通过电子显微镜扫描分析故障稳压管受损点，根据受损点设计实验、分析数据等判断受损点是否正确。

3.3.1 电子显微镜分析故障稳压管受损点并分析受损方式

　　使用电子显微镜扫描某厂家故障稳压管内部晶元，特写视图显示Q7晶体管熔硅，判断是由于电损伤导致，该厂家稳压管内部原理图如图10。

　　稳压管只有Q7晶体管异常，对图10中Q7晶体管附近电路简化，分析静电或过电由稳压管输入端和地脚窜入时Q7受到的影响，简化电路如图12。

　　由于其输入端低频电容滤波的保护，稳压管装上PCB板后不会再受EOS(Electrical Over Stress，指所有的过度电性应力)类损伤，该稳压管最大输入电压为35V，根据生产工序，35V电压以上的EOS来源全部在稳压管装上PCB板后，稳压管不会受到EOS类损伤，判断为Q7的损伤为ESD(Electrical Static Discharge，指静电放电)类损伤导致。

　　根据Q7损伤类型为ESD类损伤，若静电由Ui输入，地脚输出，Q7的集电极、基极导通，若静电压大于D1稳压值，大量电流流经Q7导致其损伤;

　　若静电由地脚输入，Ui输出，D1导通，静电电压大量消耗Q7基极，导致Q7由基极向集电极击穿。

　　无论是哪一种静电窜入方式，该种稳压管涉及方案均容易导致Q7损伤。

3.3.2 设计实验、分析数据判断受损点是否判断正确

　　根据图10，Q7稳压管位于的启动电路，若其损伤，稳压管将无法启动不工作。对稳压管输入端输入电压，电流流经方式如图13，流向由红色线出发，分流成蓝色、绿色线，汇总到紫色线流出地脚。在D2稳压值饱和后，输出端电压Vout因只涉及阻性分压，因此Vout会随输入电压呈线性增长。

　　设计实验：现对故障稳压管输入端输入电压，并不断增加电压值，记录Vout如表4，制作成线形图如图14，可知Vout会随输入电压呈线性增长，符合Q7损伤的故障现象。

　　分析数据：根据表3中数据，故障稳压管的基本属性PN结、阻值与合格品无差别。根据图10可知基本属性PN结、阻值的测量实际只是测量图10右侧的部分元器件属性，Q7的损伤的确不会影响基本属性，同时也说明图10靠右侧影响Vout的器件未受损伤。

　　设计实验和分析数据的结果可以判断Q7损伤符合故障现象。

4 分析结论及改善方案

4.1 结论

　　故障三端稳压管损伤点为内部Q7晶体管，由于设计原因，三端稳压管的Q7晶体管极易受静电损伤，生产需要做好对于三端稳压管的静电防护。

　　具体解决方案为：

　　1)对比一些厂家稳压管设计图，某厂家增加R18电阻用于减少静电电流，如图15(数据显示该厂家稳压管故障率只有他厂家故障率的50%);

　　2)可针对Q7晶体管本身材质提升抗静电能力，例如采用MOS管替代Q7晶体管;

　　3)稳压管外部电路增加静电保护，例如在稳压管使用方在稳压管输入端和地脚之间增加用于高频静电滤除电容(PF级别)，可用于消除部分静电，减少静电受损的可能性。

　　参考文献：

　　[1]王新.7800系列三端固定集成稳压器应用电路的可靠性设计[J].日用电器,2013,6(6):1-4.

　　[2]张武威.三端固定输出稳压器的原理和应用[J].家电检修技术,1999,5(9):2-4.

　　[3]黄士生,杨柏峰.模拟电路基础[M].北京:中国劳动社会保障出版社,2009:4-20

　　本文来源于《电子产品世界》2017年第10期第49页，欢迎您写论文时引用，并注明出处。