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關(guān)于空調(diào)控制器三端穩(wěn)壓管的失效原理的分析與研究

作者:張成成 時(shí)間:2017-09-27 來(lái)源:電子產(chǎn)品世界 收藏
編者按:三端穩(wěn)壓管是空調(diào)控制器常用元器件,主要作用是直流電壓的轉(zhuǎn)換、穩(wěn)定。三端穩(wěn)壓管內(nèi)部晶元為半導(dǎo)體材料,實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中常出現(xiàn)靜電類的損傷,并且會(huì)影響整個(gè)空調(diào)控制器正常工作。因此,對(duì)于三端穩(wěn)壓管的失效原理的分析研究尤為重要,它可以幫助我們從根源上解決失效問(wèn)題。本文針對(duì)失效的三端穩(wěn)壓管做詳細(xì)分析,根據(jù)失效原理,總結(jié)三個(gè)優(yōu)化方向:1、提升穩(wěn)壓管內(nèi)部受損器件的抗靜電能力;2、穩(wěn)壓管內(nèi)部增加一個(gè)電阻,用于防止靜電損傷的;3、在穩(wěn)壓管輸入端增加一個(gè)電容,用于消除靜電。

作者/ 張成成 格力電器(合肥)有限公司(安徽 合肥 230088)

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/201709/364876.htm

張成成(1983-),男,中級(jí)工程師,研究方向:空調(diào)及其零部件質(zhì)量管控。

摘要是空調(diào)控制器常用元器件,主要作用是直流電壓的轉(zhuǎn)換、穩(wěn)定。內(nèi)部晶元為半導(dǎo)體材料,實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中常出現(xiàn)靜電類的損傷,并且會(huì)影響整個(gè)空調(diào)控制器正常工作。因此,對(duì)于的失效原理的分析研究尤為重要,它可以幫助我們從根源上解決失效問(wèn)題。本文針對(duì)失效的三端穩(wěn)壓管做詳細(xì)分析,根據(jù)失效原理,總結(jié)三個(gè)優(yōu)化方向:1、提升穩(wěn)壓管內(nèi)部受損器件的抗靜電能力;2、穩(wěn)壓管內(nèi)部增加一個(gè)電阻,用于防止靜電損傷的;3、在穩(wěn)壓管輸入端增加一個(gè)電容,用于消除靜電。

前言

  目前,各企業(yè)空調(diào)的為實(shí)現(xiàn)智能控制均需要使用電控器,而電控器中常用的弱電穩(wěn)壓器件是三端穩(wěn)壓管,常用的有7815、7812、7805系列。由于廠家制造工藝不一致,同系列穩(wěn)壓管設(shè)計(jì)方案不一致,穩(wěn)壓管使用環(huán)境、工作環(huán)境等因素,導(dǎo)致穩(wěn)壓管的使用壽命不一致,使用過(guò)程中出現(xiàn)大量的三端穩(wěn)壓管失效案例,而三端穩(wěn)壓管的失效直接導(dǎo)致空調(diào)無(wú)法運(yùn)轉(zhuǎn)。因此對(duì)于三端穩(wěn)壓管使用過(guò)程中的失效原理做出分析,找出根本原因并優(yōu)化,可以減少生產(chǎn)過(guò)程及售后使用過(guò)程中穩(wěn)壓管下線,同時(shí)有助于生產(chǎn)制造成本及售后維修成本。本文是針對(duì)售后失效的三端穩(wěn)壓管,通過(guò)檢驗(yàn)穩(wěn)壓管的使用環(huán)境、器件自身抗靜電能力,分析穩(wěn)壓管的失效模式,模擬同類失效故障件,統(tǒng)計(jì)分析失效數(shù)據(jù)的方式來(lái)給出合理的優(yōu)化方案。

1 三端穩(wěn)壓管的工作原理及部分名詞概念解釋

1.1 三端穩(wěn)壓管的工作原理

  目前各廠家設(shè)計(jì)的三端穩(wěn)壓管基本工作原理大同小異,只不過(guò)根據(jù)三端穩(wěn)壓管在售后出現(xiàn)的異常做出部分電路的優(yōu)化,通過(guò)更改部分元器件參數(shù)來(lái)達(dá)到不同的穩(wěn)壓效果,抵抗各種使用環(huán)境的考驗(yàn)。三端穩(wěn)壓管的工作原理如圖1所示,各廠家根據(jù)實(shí)際需要修改電路參數(shù)、元器件。

  根據(jù)原理圖各模塊功能分為、基準(zhǔn)電壓電路、采樣比較放大和調(diào)整電路、保護(hù)電路。具體結(jié)構(gòu)劃分如圖2所示。下面針對(duì)穩(wěn)壓管內(nèi)部各結(jié)構(gòu)區(qū)域作具體分析。

1.1.1

  由T1、T2、Dz1組成。當(dāng)輸入電壓Vi高于穩(wěn)壓管Dz1的穩(wěn)定電壓時(shí),有電流通過(guò)T1、T2,使T3基極電位上升導(dǎo)通,同時(shí)恒流源T4、T5也工作。T4的集電極電流通過(guò)Dz2以建立起正常工作電壓,當(dāng)Dz2和Dz1達(dá)到相等的穩(wěn)壓值,整個(gè)電路進(jìn)入正常工作狀態(tài),電路啟動(dòng)完畢。同時(shí)T2因基極和發(fā)射極電壓差為0而截止,切斷了啟動(dòng)電路與放大電路的聯(lián)系,從而保證T2左邊出現(xiàn)的紋波與噪音不影響基準(zhǔn)電壓源。

1.1.2 基準(zhǔn)電壓電路

  基準(zhǔn)電壓電路由T4、Dz2、T3、R1、R2、R3及D1、D2組成,電路設(shè)計(jì)和工藝上使用具有正溫度系數(shù)的R1、R2、R3、Dz2與具有負(fù)溫度系數(shù)的T3、D1、D2發(fā)射結(jié)互相補(bǔ)償,可以使基準(zhǔn)電壓基本不隨溫度變化。同時(shí),對(duì)穩(wěn)壓管Dz2采用恒流源供電,從而保證基準(zhǔn)電壓不受輸入電壓波動(dòng)的影響。

1.1.3 采樣比較放大電路和調(diào)整電路

  采樣比較放大電路和調(diào)整電路由T4—T11組成,其中T10、T11組成復(fù)合調(diào)整管;R12、R13組成取樣電路;T7、T8和T6組成帶恒流源的差動(dòng)式放大電路;T4、T5組成的恒流源作為它的有源負(fù)載。T9、R9作為緩沖電路,為T8起分流作用。

1.1.4 保護(hù)電路

  保護(hù)電路分為減流式保護(hù)電路和過(guò)熱保護(hù)電路,防止因輸入電壓過(guò)高、輸入電壓變動(dòng)、穩(wěn)壓管工作溫度過(guò)高等原因?qū)е路€(wěn)壓管損壞。

  (1)減流式保護(hù)電路

  減流式保護(hù)電路T12、R11、R15、R14和Dz3、Dz4組成;R11為檢流電阻。保護(hù)的目的主要是使調(diào)整管(主要是T11)能在安全區(qū)以內(nèi)工作,特別要注意使它的功耗不超過(guò)額定值。

  由于Dz3、Dz4、R14、R15、T12所構(gòu)成的支路使T10、T11調(diào)整管電路的功耗限制在額定范圍內(nèi),降低輸入電壓較高時(shí)流經(jīng)R11的電流,故稱為減流式保護(hù)。

  (2)過(guò)熱保護(hù)電路

  過(guò)熱保護(hù)電路Dz2、T3、T14和T13組成,在常溫時(shí)R3上的壓降僅0.4V左右,T14、T13截止,對(duì)電路工作無(wú)影響。當(dāng)某種原因使芯片溫度上升到極限值,R3上壓降隨Dz2的工作電壓升高而升高,T14、T13導(dǎo)通,調(diào)整管T10的基極電流被T13分流,流經(jīng)R11電流下降從而達(dá)到過(guò)熱保護(hù)的作用。

2 導(dǎo)致三端穩(wěn)壓管失效的環(huán)境因素分析

  三端穩(wěn)壓管在空調(diào)企業(yè)的使用過(guò)程中,通常會(huì)經(jīng)歷溫度、瞬間通斷電、電氣安全測(cè)試、靜電的考驗(yàn),現(xiàn)針對(duì)各種類型的考驗(yàn)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),分析失效原因。

2.1 驗(yàn)證溫度過(guò)高對(duì)穩(wěn)壓管的影響

  穩(wěn)壓管在空調(diào)生產(chǎn)過(guò)程中,涉及波峰焊接、人工焊接等高溫考驗(yàn),其中人工焊接溫度最高可達(dá)400℃。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn):取穩(wěn)壓管合格品三個(gè),使用烙鐵持續(xù)接觸穩(wěn)壓管焊接端,設(shè)置420℃,分別持續(xù)高溫焊接1分鐘、2分鐘、3分鐘,冷卻后再測(cè)試穩(wěn)壓管輸出電壓值是否符合要求。

  實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1,以7805系列穩(wěn)壓管為例,實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明高溫焊接對(duì)于穩(wěn)壓管未造成明顯損壞。

2.2 驗(yàn)證瞬間通斷電對(duì)穩(wěn)壓管的影響

  穩(wěn)壓管在空調(diào)生產(chǎn)過(guò)程中,需要經(jīng)歷通斷電測(cè)試環(huán)節(jié)。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn):取一塊裝有穩(wěn)壓管的電控器,在穩(wěn)壓管的輸入端、信號(hào)地端連接測(cè)試點(diǎn),模擬插拔電源線過(guò)程,使用示波器測(cè)量穩(wěn)壓管輸入端電壓是否異常。

  實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3,測(cè)量7812穩(wěn)壓管輸入端最高電壓17V,7805穩(wěn)壓管輸入端穩(wěn)定在12V,通斷電時(shí)穩(wěn)壓管輸入端均未出現(xiàn)過(guò)電壓情況。

  電源線插拔過(guò)程中肯定存在低頻脈沖電壓,但是穩(wěn)壓管輸入端未出現(xiàn)脈沖電壓分析原因?yàn)榭照{(diào)電控器的穩(wěn)壓管前端匹配了uF級(jí)別電容,可濾除低頻脈沖電壓。如圖4,為常見穩(wěn)壓管的應(yīng)用電路,匹配的C133電解電容可消除低頻脈沖電壓。

2.3 驗(yàn)證電氣安全測(cè)試對(duì)穩(wěn)壓管的影響

  穩(wěn)壓管在空調(diào)生產(chǎn)過(guò)程中,需要經(jīng)過(guò)電氣安全測(cè)試,根據(jù)交/直流耐壓、絕緣電阻、泄漏電流、接地電阻等四項(xiàng)基本指標(biāo)的測(cè)試原理對(duì)于可判斷穩(wěn)壓管無(wú)影響(測(cè)試原理在此不做詳述)。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn):取一塊裝有穩(wěn)壓管的電控器,在穩(wěn)壓管的輸入端、信號(hào)地端連接測(cè)試點(diǎn),對(duì)電控器進(jìn)行電氣安全測(cè)試,使用示波器測(cè)量穩(wěn)壓管輸入端電壓是否異常。

  實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5,7812穩(wěn)壓管輸入端最高出現(xiàn)6V脈沖電壓,7805穩(wěn)壓管輸入端最高出現(xiàn)3V脈沖電壓,不會(huì)對(duì)穩(wěn)壓管造成損壞。


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