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阻容降压电源电路稳压二极管可靠性分析编制:曾招前 审核: 赖建君 审批: 刘晓峰 品质管理部产品评价与测试二0一二年十月三十一日发:品质管理部送:风扇公司品质部油汀吊扇公司品质部研发中心1、目的:品质管理部产品评价与测试在日常电路板初品评价中,稳压二极管被击穿(浪涌测试)不良占比17%。为此,产品评价与测试对稳压二级管在电路中的位置和电压、电流波形进行分析和研究,来发现电路存在的缺陷和质量隐患,以达到改善和提升电路板质量的目的。风扇电路板电源电路大部分采用阻容降压,如图1所示。阻容降压电路在待机状态电路所有电流流过稳压二极管;降压电容在上电、断电和电压波动瞬间会产生尖峰脉冲电流冲击稳压二极管;由于电路与市电隔离性差和电容感性特性,电路对电网中的谐波、脉冲、浪涌等干扰信号抑制能力差甚至起放大的作用,会对电源电路本身、后级电路产生冲击和伤害,尤其是稳压二级管。从以上分析可以看出,整个电源电路中对稳压二极管质量要求较高,产生故障概率也较高。图1 阻容降压电路图2、稳压二极管电压、电流测试:以典型风扇FS40-6DR电路板为样板,分别在正常工作、电磁炉干扰、浪涌干扰三种工况下对稳压二极管电压、电流波形进行测试。2.1稳压二极管正常工作电压、电流波形:图2 电压波形图3 电流波形小结:稳压管接在交流电源端(如图1所示),从图2波形可以看出,稳压管正向反向轮流导通。电流波形(图3)毛刺较多,意味着电流突变较大。2.2稳压二极管电磁炉干扰下工作电压、电流波形:图4电压波形图5电流波形小结:电路板在电磁炉干扰下,稳压二极管电压、电流波形受较大,峰值功率约达1.3W,超出其额定功率1W。2.3稳压二极管浪涌干扰下工作电流波形:图6电流波形小结:电路板在浪涌(1.2/50μs-8/20μs)1000V干扰下,稳压二极管电流瞬间峰值约达到5.88A左右,大大超出最大允许浪涌电流:0.81A。2.4结论:电路板在正常工作状态下,稳压二极管参数在正常范围内,但在正反向轮流导通工作状态下工作,电流突变较大,稳压二极管工作强度较高。在受到电磁炉干扰和浪涌干扰后波形变形严重,且瞬间峰值电压和功率超出额定值,稳压管存在被击穿的质量风险。3、改善建议:将稳压二极管移到整流二极管后面,并增加一个整流二极管旁路正半周电流,使得稳压二极管在直流电的环境下工作,并与市电之间增加了一道屏障,在有干扰信号时可消减峰值脉冲电压,降低稳压二极管被击穿的风险。改善后电路如图7所示。图7改善后电路3.1改善后电路正常工作状态下稳压二极管电压、电流测试波形:图8改善后电压波形图9 改善前电压波形图10改善后电流波形图11 改善前电流波形小结:从图8可以看出,改善后稳压二极管始终处于反向导通,而现行电路方案稳压二极管处于正反向轮流导通(图9),改善后的稳压二极管电流(图10)与现行电路(图11)相比毛刺明显减小。因此,改善后稳压二极管工作状态更加稳定,可靠性增强。3.2改善后电路在电磁炉干扰下稳压二极管电压、电流测试波形:图12改善后电磁炉干扰电压波形图13 改善前电磁炉干扰电压波形图14改善后电磁炉干扰电流波形图15电磁炉干扰电流波形小结:改善后电路稳压二极管两端电压为直流,且增加了整流二极管阻挡作用,电压、电流受电磁炉干扰较小(如图12、图14所示);而现行电路由于电磁炉干扰电压、电流波形变形严重,对稳压二极管冲击较大(如图13、15所示)。3.3改善后电路在浪涌(1.2/50μs-8/20μs)1000V干扰下稳压二极管电压、电流测试波形:图16改善后浪涌干扰电流最大值图17改善前浪涌干扰电流最大值小结:改善后的电路中的稳压二极管在浪涌干扰的情况下,产生的最大峰值电流约为0.44A(如图16所示),改善前因干扰产生的脉冲最大峰值电流约为5.88A(如图17所示),两者相比相差10倍多。稳压二极管最大允许浪涌电流为0.81A。4、总结:改善后稳压二极管工作强度降低,在干扰的情况下受到的冲击明显减小,且冲击电流、电压在额定参数范围内,可靠性和长期寿命可得到明显改善。改善后电路仅增加1个整流二极管,增加成本为0.02~0.04元之间。
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