用于汽车 HVAC 和冷却风扇系统的回流热保护器件

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PowerFET 在苛刻环境中的故障

在苛刻的汽车工作环境中,功率场效应晶体管(powerFET)常常会暴露于极端温度变化和热机应力之下。间歇短路、冷操作环境、高电弧放电或带噪声电路短路、感应负载及多重短路在经过一段时间后会造成装置疲损,使装置在开路、短路或阻性模式下出现故障。尽管现在的powerFET越来越耐用,但在苛刻的工作环境下仍容易出现故障,尤其是在超出其额定值后,它们会很快出现故障。如果电压超过 powerFET的最大工作电压,那么它很快就会被烧毁。如果瞬时电压所包含的能量高于额定破坏能量水平,那么装置将损坏;形成破坏性热事件,最终可能导致装置冒烟、起火或脱焊。

实践证明,与工作环境相对温和的应用相比,汽车的 powerFET 更容易出现疲损和故障。通过对比一段时间内的powerFET故障情况,我们发现用于苛刻环境条件(比如汽车应用)下的装置的 ppm 故障率要高得多。实地使用五年后,这种差别可达 10 倍以上。

尽管一个powerFET可能通过了最初测试,但是在某些条件下,装置中的随机薄弱环节可能导致装置在现场使用中出现故障。实践证明,即使powerFET在规定的工作条件下运行,也会在不同的电阻水平下出现随机、不可预测的阻性短路。

 

阻性模式故障尤其值得关注,这不仅仅是相对于 powerFET而言,印制电路板也一样。仅 10W 的功率就可能产生温度在 180摄氏度以上的局部热点,远远高于印制电路板的典型玻璃化转变温度(135摄氏度),造成电路板的环氧结构损坏,并产生热事件。

图1 说明一个出现故障的powerFET可能并不会产生一个完全短路过电流条件,而是产生阻性短路,通过I2R受热形成不安全的温度条件。在这种情况下,所形成的电流可能并不是很高,不会使标准保险丝熔断并阻止印制电路板上的热失控。


图1:阻性模式下的powerFET故障可能形成不安全的温度条件

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