阻容降压电源电路稳压二极管可靠性分析

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。