新闻  |   论坛  |   博客  |   在线研讨会
在高温或高振动环境下,整流二极管的降额曲线应该如何调整?
MDD辰达 | 2025-07-16 10:35:20    阅读:8   发布文章

在高温或高振动环境下,整流二极管的降额曲线需结合热力学和机械应力进行综合调整,以确保长期可靠性。以下是具体调整策略及设计要点:

一、高温环境下的降额曲线调整1. 温度对电流能力的限制

整流二极管的额定电流随环境温度升高而显著下降,需遵循 “温度-电流降额曲线” :

  • 降额原理:结温(Tj)是核心限制参数。硅二极管最高结温通常为125℃~175℃,需满足:
    image.png
    其中:

    • Ta:环境温度(如85℃)

    • RθJA:结到环境热阻(如TO-220封装约40℃/W)

    • Vf:正向压降(如1N5408为0.95V)

  • 降额策略

    • 自然散热:高温时需大幅降额。例如1N4007在75℃时允许1A电流,100℃时需降至0.75A(降幅25%)

    • 强制散热:加装散热片降低RθJA(如TO-220散热片使RθJA从40℃/W降至15℃/W),可减少降额幅度

2. 降额等级划分(参考IEC标准)

根据可靠性要求选择降额等级:

降额等级适用场景降额要求
I级安全关键系统(如车载、医疗)电流降至标称值的50%以下
II级工业设备、通信电源电流降至标称值的60%~70%
III级消费电子、非关键场景电流降至标称值的80%

示例:汽车引擎舱(环境温度125℃)中,1N5408(标称3A)需按I级降额至1.5A以下。3. 热设计强化措施
  • 散热优化

    • 增加散热铜箔面积(≥二极管尺寸的3倍),配合热过孔阵列(6-8个Φ0.5mm镀铜孔)

    • 高温场景(>100℃)选用碳化硅肖特基二极管(Tj(max)=175℃)或陶瓷基板

  • 热监控:利用二极管正向压降的负温度系数(-2mV/℃)实时监测结温

二、高振动环境下的降额策略1. 机械应力导致的额外降额

振动环境易引发引脚断裂、焊点疲劳,需额外降低电气参数:

  • 电流降额:振动加速度>5G时,电流需再降额10%~20%(避免热应力与机械应力叠加)

  • 电压裕量提升:反向耐压(VRRM)需预留2.5倍余量(如220V AC输入需选600V以上二极管),防止瞬态反峰电压击穿。

2. 安装与结构防护
  • 引脚处理:轴向二极管引脚弯折半径>1.5倍线径(如Φ0.8mm引脚需>1.2mm),避免应力集中

  • 固定方式

    • 卧式安装时用硅胶固定(点胶厚度0.5mm);

    • 立式安装时避免PCB拼版V-Cut线3mm内布局

  • 封装选择:优先采用贴片封装(如SMD)或TO-247加固型,减少引线振动

三、高温与振动综合场景的协同设计1. 参数叠加降额
  • 电流双重降额:高温(100℃)+高振动(5G)环境下,总降额幅度需叠加。

    示例:1N5408标称3A → 高温降额至2A → 振动再降额20% → 实际限用1.6A。

  • 热阻优化:采用铝基板(导热系数1-3W/mK)降低RθJA,抵消高温影响。

2. 可靠性验证方法
  • 温度循环测试:执行-40℃~125℃循环(1000次),验证焊点抗疲劳性

  • 振动测试:按ISO 16750标准进行5~2000Hz随机振动测试,监测参数漂移

四、设计检查清单
环境类型必调参数设计要点
高温正向电流(IF)按降额曲线降至Tj≤125℃;碳化硅二极管可选175℃

热阻(RθJA)散热铜箔≥150mm²(1N4007),热过孔阵列直连地平面
高振动安装方式引脚弯折半径>1.5倍线径;硅胶固定胶缓冲

电压裕量(VRRM)实际反向电压的2.5倍;并联TVS管(如P6KE39A)钳位瞬态电压
综合环境降额叠加高温降额+振动额外10%~20%;优先选贴片/TO-247封装
总结:降额调整的核心逻辑

·高温场景:

  1. 核心矛盾:结温管控 → 通过热设计降低RθJA ,按降额曲线限制IF。

  2. 终极方案:换用碳化硅二极管(Tj(max)=175℃)或优化散热路径

· 振动场景:

  1. 核心矛盾:机械应力累积 → 提升安装可靠性,叠加电流降额。

· 综合环境:

  1. 协同设计:热管理与机械防护并重,双重降额+强化验证(温度循环+振动测试)



*博客内容为网友个人发布,仅代表博主个人观点,如有侵权请联系工作人员删除。

参与讨论
登录后参与讨论
深圳辰达半导体有限公司 https://www.microdiode.com(简称MDD辰达半导体)是一家专注于半导体功率器件研发设计、封装测试及销售的国家高新技术企业。 公司深耕半导体领域15载,始终坚持以产品技术为驱动,以客户需求为核心,打造涵盖MOSFET、二极管、三极管、整流桥、SiC等全系列、高可靠、高性能的产品服务矩阵,产品广泛应用于新能源汽车、工业控制、消费电子、通信、家电、医疗、照明、安防、仪器仪表等多个领域,服务于全球40多个国家与地区。 公司秉持与时俱进的发展理念,基于目前
推荐文章
最近访客