A quali problemi dovrebbero prestare attenzione i diodi nel layout PCB delle apparecchiature energetiche?

一, Gestione termica: dal percorso di dissipazione del calore al controllo della resistenza termica
1. Ottimizzazione del percorso di dissipazione del calore
Potrebbe superare il valore nominale (ad esempio 125 gradi per diodi a base di silicio- e 175 gradi per diodi SiC), con conseguente guasto termico o deriva dei parametri.
Calcolo dell'area della pelle in rame: è necessaria una dissipazione del calore della pelle in rame di 8-10 mm² per ogni 1 W di consumo energetico. Ad esempio, un certo diodo raddrizzatore da 10 A richiede almeno 400 mm² di rivestimento in rame con un consumo energetico di 50 W, ma nella progettazione effettiva vengono trattenuti solo 2 mm² di rivestimento in rame, determinando una temperatura di giunzione di 150 gradi e causando guasti del batch.
Un certo inverter fotovoltaico ha ridotto la temperatura di giunzione dei diodi SiC da 120 gradi a 95 gradi aumentando la densità del passaggio.
Heat dissipation fins and thermal conductive materials: High power scenarios (such as>50 W) richiedono l'uso di alette di dissipazione del calore e il silicone termoconduttivo (resistenza termica 0,1-0,5 gradi/W) viene utilizzato per ridurre la resistenza termica del contatto. Una determinata stazione di ricarica per veicoli elettrici adotta uno schema con piastra raffreddata ad acqua e grasso siliconico termoconduttivo, che aumenta la densità di potenza a 5kW/L.
2 Principi di layout caldo
Progettazione del condotto dell'aria: gli elementi riscaldanti (come diodi e MOSFET) devono essere disposti in modo sfalsato lungo la direzione del flusso d'aria per evitare che componenti alti (come gli induttori) blocchino il condotto dell'aria. Un certo alimentatore industriale ha subito un aumento della temperatura locale di 20 gradi a causa di un trasformatore che bloccava il condotto dell'aria.
Disposizione delle partizioni: i dispositivi sono suddivisi in base alla generazione di calore. I componenti con scarsa resistenza al calore (come i condensatori elettrolitici) sono posizionati a monte del flusso d'aria di raffreddamento, mentre i componenti che generano un elevato calore (come i diodi di potenza) sono posizionati a valle. L'alimentazione di un determinato server è stata progettata con partizionamento per ridurre l'aumento della temperatura complessiva di 15 gradi.
Protezione del dispositivo termosensibile: gli oscillatori a cristallo con specifiche di temperatura inferiori devono essere posizionati all'ingresso dell'aria o sul fondo dell'apparecchiatura, evitando di essere posizionati direttamente sopra il dispositivo di riscaldamento.
2, Compatibilità elettromagnetica (EMC): controllo dei parametri parassiti e isolamento del segnale
Formazione di oscillazioni LC e generazione di tensione di picco. Ad esempio, in un determinato progetto di adattatore, la distanza tra il diodo e il condensatore di filtraggio era di 50 mm e la tensione di picco inversa misurata ha raggiunto 600 V (la tensione di resistenza del diodo era di 400 V), con conseguente rottura del batch.
Layout compatto: il diodo deve essere adiacente al ponte raddrizzatore o al terminale di carico e la lunghezza del cavo deve essere controllata entro 5 mm; I condensatori di filtro sono disposti nelle vicinanze per formare un circuito compatto "condensatore a diodi". Un certo alimentatore per comunicazioni ha ridotto la tensione di picco inversa da 600 V a 380 V accorciando il percorso.
Disposizione dei condensatori di disaccoppiamento: i condensatori di filtraggio del rumore ad alta frequenza (come 0,1 μ F X7R MLCC) devono essere posizionati vicino al pin VIN del diodo, con una distanza di cablaggio inferiore o uguale a 1 mm, per evitare il rumore. Un certo convertitore DC-DC ha ottimizzato il layout del condensatore di disaccoppiamento per ridurre l'ondulazione di uscita da 200 mV a 50 mV.
Isolamento e messa a terra del segnale
Messa a terra a punto singolo: il circuito di alimentazione e il circuito di controllo sono separati e adottano un metodo di messa a terra a punto singolo. Ad esempio, i componenti circostanti del CI di controllo PWM primario sono messi a terra alla terra del CI e quindi collegati alla terra del condensatore grande; I componenti attorno al TL431 secondario sono messi a terra al terzo pin e quindi collegati alla terra del condensatore di uscita. Un determinato alimentatore industriale ha aumentato la percentuale di superamento del test EMI dal 60% al 95% attraverso la messa a terra a punto singolo.
Isolamento del cablaggio di piccoli segnali: le linee di segnale chiave (come linee di campionamento di corrente, linee di feedback di fotoaccoppiatori) devono essere tenute lontane da cavi ad alta corrente (spaziatura maggiore o uguale a 2 mm) per evitare il cablaggio parallelo. Il tasso di falsi allarmi di controllo di un determinato driver del motore è aumentato del 30% poiché la linea del segnale è parallela alla linea di alimentazione.
3, Ottimizzazione del processo: progettazione delle pastiglie e controllo della saldatura
1. Specifiche di progettazione per piazzole di saldatura
Corrispondenza delle dimensioni: progettare i cuscinetti di saldatura rigorosamente secondo il manuale di imballaggio. Ad esempio, la lunghezza del pad di saldatura del pacchetto DO-214AC dovrebbe essere 6,5 ± 0,5 mm. Se progettato per essere 5 mm, risulterà in una saldatura virtuale. A causa delle dimensioni inadeguate del pad, il tasso di saldatura virtuale dei diodi in una determinata linea di produzione di elettronica di consumo ha raggiunto il 15%.
Identificazione della polarità: i diodi polarizzati (come i diodi Schottky) devono essere etichettati con anodo (A) e catodo (K) sul PCB per evitare la connessione inversa. Un certo inverter fotovoltaico si è bruciato a causa del collegamento inverso dei diodi, provocando una perdita di oltre 500.000 yuan.
2 Controllo del processo di saldatura
Reflow soldering temperature curve: peak temperature controlled at 240 ± 5 ℃, holding time 30-60 seconds. Excessive temperature (>260 gradi) può causare l'ossidazione dei chip del diodo, mentre una temperatura insufficiente (<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%.
Profondità di immersione della saldatura ad onda: La profondità di immersione dei pin nella saldatura è 1/2-2/3 della lunghezza. A causa di un'immersione insufficiente nello stagno, i pin di un determinato modulo di potenza si sono staccati dal PCB, con un conseguente aumento del 20% del tasso di riparazione.
4, norme di sicurezza: progettazione dell'autorizzazione elettrica e della protezione
1. Distanza elettrica e distanza superficiale
Requisiti standard: quando la tensione in ingresso è 50 V-250 V, la distanza superficiale L-N davanti al fusibile deve essere maggiore o uguale a 2,5 mm e la distanza elettrica deve essere maggiore o uguale a 1,7 mm; la distanza tra il lato primario e quello secondario deve essere maggiore o uguale a 6,4 mm. A causa della distanza insufficiente, un alimentatore medicale ha causato la collisione tra il lato ad alta-tensione e quello a bassa tensione, provocando un incidente di sicurezza.
Isolamento tramite scanalatura: se la distanza tra le gambe del componente è inferiore o uguale a 6,4 mm, è necessaria una scanalatura (larghezza maggiore o uguale a 1 mm) per migliorare l'isolamento. Un determinato controller industriale ha aumentato la velocità di superamento dei test di resistenza alla tensione dal 70% al 100% attraverso la progettazione degli slot.
2 Progettazione della protezione

Protezione ESD: aggiungi un anello di protezione di messa a terra (larghezza maggiore o uguale a 0,5 mm) vicino al pin del diodo e utilizza un braccialetto anti-statico e un banco da lavoro durante il montaggio. A causa della mancanza di misure anti-statiche in una determinata linea di produzione di elettronica di consumo, il tasso di guasto degli utenti di diodi è aumentato dal 2% al 15%.
Protezione da sovratensione: il valore della tensione di resistenza inversa dovrebbe essere 1,5-2 volte la tensione inversa massima effettiva e dovrebbe essere aggiunto un circuito di assorbimento RC (resistenza di 100 Ω -1 k Ω, capacità di 0,1-0,47 μ F). Un certo circuito raddrizzatore da 220 V CA utilizza diodi resistenti alla tensione di 300 V e quando la tensione di rete oscilla a 240 V, la tensione inversa raggiunge 340 V, con conseguente rottura del batch.