中心議題：

• 二級保護器件協助功率係統防止熱失控引起的損壞

解決方案：

• powerFET的二次保護
• RTP器件防止熱失控

高功率、高(gao)溫(wen)的(de)應(ying)用(yong)帶(dai)來(lai)了(le)對(dui)電(dian)力(li)電(dian)子(zi)係(xi)統(tong)更(geng)大(da)的(de)需(xu)求(qiu)
，從(cong)而(er)導(dao)致(zhi)了(le)器(qi)件(jian)因(yin)長(chang)期(qi)暴(bao)露(lu)在(zai)各(ge)種(zhong)惡(e)劣(lie)環(huan)境(jing)中(zhong)出(chu)現(xian)故(gu)障(zhang)而(er)引(yin)起(qi)潛(qian)在(zai)的(de)多(duo)種(zhong)嚴(yan)重(zhong)熱(re)問(wen)題(ti)的(de)可(ke)能(neng)各(ge)種(zhong)。因(yin)此(ci)
，現(xian)在(zai)大(da)多(duo)數(shu)工(gong)業(ye)電(dian)子(zi)和(he)消(xiao)費(fei)電(dian)子(zi)設(she)備(bei)中(zhong)采(cai)用(yong)了(le)熱(re)保(bao)護(hu)器(qi)件(jian)，以(yi)提(ti)高(gao)可(ke)靠(kao)性(xing)和(he)安(an)全(quan)性(xing)。本(ben)文(wen)介(jie)紹(shao)采(cai)用(yong)二(er)級(ji)保(bao)護(hu)器(qi)件(jian)協(xie)助(zhu)功(gong)率(lv)係(xi)統(tong)防(fang)止(zhi)熱(re)失(shi)控(kong)引(yin)起(qi)的(de)損(sun)壞(huai)。

在進行熱管理設計時
，由電阻和電容負荷、電力電容器、電流驅動器
、開關
、繼電器和MOSFET所產生的熱量給工程師帶來了重大的挑戰。這些發熱元件常常可以在諸如機車牽引電動機和混合動力車輛的開關電源(SMPS)、、高壓電源和開關應用中發現。

提高功率器件性能
、使用更均勻散熱的設計技術、采(cai)用(yong)新(xin)的(de)散(san)熱(re)器(qi)材(cai)料(liao)是(shi)目(mu)前(qian)已(yi)經(jing)用(yong)於(yu)增(zeng)強(qiang)熱(re)管(guan)理(li)性(xing)能(neng)的(de)一(yi)些(xie)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)。不(bu)過(guo)，很(hen)多(duo)設(she)計(ji)工(gong)程(cheng)師(shi)目(mu)前(qian)依(yi)賴(lai)二(er)級(ji)保(bao)護(hu)來(lai)防(fang)止(zhi)因(yin)功(gong)率(lv)器(qi)件(jian)故(gu)障(zhang)或(huo)腐(fu)蝕(shi)導(dao)致(zhi)發(fa)熱(re)而(er)產(chan)生(sheng)的(de)熱(re)失(shi)控(kong)。

有you一yi些xie專zhuan門men設she計ji用yong來lai在zai災zai難nan性xing熱re事shi件jian中zhong保bao護hu應ying用yong和he最zui終zhong用yong戶hu的de創chuang新xin技ji術shu，可ke在zai一yi個ge功gong率lv器qi件jian被bei加jia熱re到dao其qi特te殊shu的de額e定ding跳tiao閘zha溫wen度du時shi通tong過guo中zhong斷duan電dian流liu。最zui常chang見jian的de方fang法fa是shi使shi用yong一yi個ge熱re熔rong保bao險xian絲si、熱切斷（TCO）或者熱開關；這些器件給設計工程師在直流和交流應用中都提供了寬泛和特定的溫度激活特性。它們的外觀和安裝包括螺栓型、夾子安裝座、把(ba)引(yin)接(jie)線(xian)和(he)引(yin)線(xian)型(xing)等(deng)格(ge)式(shi)，這(zhe)些(xie)形(xing)狀(zhuang)在(zai)設(she)計(ji)和(he)製(zhi)造(zao)工(gong)藝(yi)引(yin)起(qi)複(fu)雜(za)的(de)情(qing)況(kuang)


，並(bing)需(xu)要(yao)小(xiao)心(xin)處(chu)理(li)程(cheng)序(xu)，以(yi)保(bao)證(zheng)保(bao)護(hu)器(qi)件(jian)在(zai)組(zu)裝(zhuang)過(guo)程(cheng)中(zhong)不(bu)被(bei)損(sun)壞(huai)。
因為越來越多的印刷電路板(PCB)隻使用表麵貼裝元器件 (SMD)
，而使用一款通孔器件則意味著專門的安裝工序和更高的成本。此外，標準器件可能無法提供工業應用所需的堅固性和可靠性；而額定能夠用於汽車和工業環境的器件經過了完整的測試，以滿足嚴格的衝擊和振動規範要求
，並提供合適的直流額定值。

一款新的表麵貼裝元件，即可回流焊的熱保護(RTP)器件可有助於防止故障功率電子元件引起的熱損壞。該器件有助於防止可由I2Rfarechanshengyiliaozhiwaigaowendezuxingduanlusuozaochengdesunhuai，yijiyingduanluguoliuqingkuang。gaiqijiankeyishiyongbiaozhundewuqianhuiliuhangongyianzhuang，bingyongyudaitizaiqichehegongyedianzishejizhongpubianshiyongderongyugezhongpowerFET
、繼電器及大規格熱沉。

powerFET的二次保護

盡管各種powerFET現在越來越耐用

，但是在超出其額定值後它們很容易非常快就出現故障。如果超過一款的powerFET的最大工作電壓，那麼它就會被雪崩擊穿。如果瞬態電壓所包含的能量高於額定雪崩擊穿能量水平
，那麼該器件將損壞；並形成破壞性熱事件，最終可能導致器件冒煙、起火或者脫焊。

與那些安裝在相對溫和應用中的器件相比
，汽車和工業powerFET更容易出現疲損和故障。通過對比一段時間內的powerFET故障率數據
，我們發現用於苛刻環境中的器件的ppm故障率更高。在實地使用五年後


，這種差距可達10倍以上。

盡管一個powerFET 可能通過了最初測試，但是實踐證明在某些條件下，該器件中的隨機薄弱環節可能導致其在現場出現故障。即使powerFET在規定的工作條件中運行情況下

，也報告過因電阻值變化而出現隨機、不可預測的阻性短路。
阻性模式故障尤其值得關注，這不僅僅是對於 powerFET 而言
，印製電路板也一樣。僅 僅10W 的功率就可能產生溫度在 180攝氏度以上的局部熱點，遠遠高於135°C印製電路板的典型玻璃化轉變溫度，它可造成電路板的環氧結構損壞，並產生一次熱事件。
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圖1 說明了一個出現故障的powerFET可能並不會產生一個完全硬短路的過流情況
，而是產生阻性短路
，因此通過I2R發熱造成不安全的溫度。在這種情況下
，所形成的電流可能並沒有高到使一個標準保險絲熔斷並阻止印製電路板上的熱失控。

圖1. 阻性模式下的PowerFET故障可能形成不安全的溫度情況

RTP器件防止熱失控

當dang某mou個ge功gong率lv器qi件jian故gu障zhang或huo電dian路lu板ban缺que陷xian形xing成cheng不bu安an全quan的de過guo溫wen情qing況kuang時shi，一yi款kuan二er次ci保bao護hu器qi件jian將jiang可ke用yong於yu中zhong斷duan電dian流liu，並bing防fang止zhi一yi次ci熱re失shi控kong情qing況kuang的de發fa生sheng。如ru圖tu2所示

，當RTP器件在FET附近的電源線上串聯時，它會跟蹤FET溫度，並在緩慢的熱失控情況在電路板上形成非期待的熱情況之前斷開電路。

圖2. 在一次慢性熱失控情況下，RTP器件會跟蹤powerFET溫度，直到它在200°C時斷開電路。

為了使其在實際應用中於 200 °C時斷開電路，RTP器件使用了一種一次性電子激活程序以使其具有熱敏特征。在激活前，RTP 器件能進行三次無鉛焊料回流焊而不會斷開電路。進行電子激活的時機由用戶決定，可在係統上電或係統測試時自動進行。

RTP器件的 200°C開路溫度
，可有助於防止假激活，並提高係統可靠性，因為200°C是一個高於大部分電子器件正常工作溫度範圍的值，同時卻又低於常見無鉛焊料的熔點。

總結

RTP器(qi)件(jian)可(ke)以(yi)幫(bang)助(zhu)設(she)計(ji)工(gong)程(cheng)師(shi)減(jian)少(shao)元(yuan)器(qi)件(jian)的(de)數(shu)量(liang)
，提(ti)供(gong)一(yi)種(zhong)安(an)全(quan)和(he)可(ke)靠(kao)的(de)產(chan)品(pin)
，符(fu)合(he)監(jian)管(guan)機(ji)構(gou)的(de)要(yao)求(qiu)
，並(bing)降(jiang)低(di)保(bao)修(xiu)和(he)維(wei)修(xiu)的(de)成(cheng)本(ben)。該(gai)器(qi)件(jian)采(cai)用(yong)的(de)SMD封裝可以使其能快速容易地進行安裝，適用於業界標準的“拾-放”和無鉛回流焊設備。正如任何一種電路保護解決方案一樣，一種解決方案的有效性還將依靠於其獨有的布局、板型、具體元器件和獨特的設計考量。