PowerFET 在苛刻環(huán)境中的故障

    在苛刻的汽車工作環(huán)境中，功率場效應晶體管（powerFET）常常會暴露于極端溫度變化和熱機應力之下。間歇短路、冷操作環(huán)境、高電弧放電或帶噪聲電路短路、感應負載及多重短路在經過一段時間后會造成裝置疲損，使裝置在開路、短路或阻性模式下出現故障。盡管現在的powerFET越來越耐用，但在苛刻的工作環(huán)境下仍容易出現故障，尤其是在超出其額定值后，它們會很快出現故障。如果電壓超過 powerFET的工作電壓，那么它很快就會被燒毀。如果瞬時電壓所包含的能量高于額定破壞能量水平，那么裝置將損壞；形成破壞性熱事件，終可能導致裝置冒煙、起火或脫焊。

　　實踐證明，與工作環(huán)境相對溫和的應用相比，汽車的 powerFET 更容易出現疲損和故障。通過對比一段時間內的powerFET故障情況，我們發(fā)現用于苛刻環(huán)境條件（比如汽車應用）下的裝置的 ppm 故障率要高得多。實地使用五年后，這種差別可達 10 倍以上。

　　盡管一個powerFET可能通過了初測試，但是在某些條件下，裝置中的隨機薄弱環(huán)節(jié)可能導致裝置在現場使用中出現故障。實踐證明，即使powerFET在規(guī)定的工作條件下運行，也會在不同的電阻水平下出現隨機、不可預測的阻性短路。

    阻性模式故障尤其值得關注，這不僅僅是相對于 powerFET而言，印制電路板也一樣。僅 10W 的功率就可能產生溫度在 180攝氏度以上的局部熱點，遠遠高于印制電路板的典型玻璃化轉變溫度（135攝氏度），造成電路板的環(huán)氧結構損壞，并產生熱事件。

圖1  說明一個出現故障的powerFET可能并不會產生一個完全短路過電流條件，而是產生阻性短路，通過I2R受熱形成不安全的溫度條件。在這種情況下，所形成的電流可能并不是很高，不會使標準保險絲熔斷并阻止印制電路板上的熱失控。

圖1：阻性模式下的powerFET故障可能形成不安全的溫度條件

  一種新的熱保護解決方案

    泰科電子的回流熱保護（RTP）器件是一種耐用、可靠的表面安裝熱保護器，它可防止功率電子器件故障產生熱損壞。這種二級熱保護器件可用于代替汽車設計中常用的冗余powerFET、繼電器及大規(guī)格熱沉。
    

    當某功率器件故障或板缺陷形成不安全的高溫條件時，RTP200 器件（在 200攝氏度打開，該溫度高于正常工作度，但低于無PB焊 料回流溫度）將會中斷電流，阻止熱失控，避免造成重大損壞。如圖 2 和圖 3 所示，當 RTP 裝置在 FET 附近的電源線上串聯時，它會跟蹤 FET 溫度，在緩慢的熱失控在電路板上形成破壞性熱條件之前斷開電路。

圖2：  RTP器件和powerFET在印制電路板上緊密接觸，共用部分安裝墊，以形成更好的導熱性

圖3： 在緩慢的熱失控條件下，RTP 200器件會跟蹤powerFET溫度，在達到 200攝氏度時斷開電路

  可靠耐用的回流熱保護解決方案

    RTP 器件可幫助汽車功率電子系統（比如冷卻風扇系統、ABS、電動助力轉向系統、PTC 加熱器等）達到可靠性要求。RTP200 器件在器件溫度達到 200攝氏度時斷開電路，防止假激活，提高系統可靠性。因為該溫度高于大部分電子器件正常工作時的溫度范圍，但低于常見無鉛焊料熔點。也就是說，當旁邊的器件在規(guī)定溫度范圍內工作時，RTP200器件不會斷開電路；但會在溫度超過正常范圍后，在器件脫焊和形成短路風險之前斷開電路。為了能在實際應用中在 200 攝氏度溫度條件下斷開電路，RTP器件通過一種性電子激活程序獲得熱敏特征。在激活前，RTP 器件能進行三次無PB 焊料回流焊（不會斷開電路）。進行電子激活的時機由用戶決定，可在系統上電或系統測試時自動進行。
    

    RTP器件的熱敏特征是非常有用的，因為在某些情況下故障器件并不形成完全短路過電流條件，而是形成不會導致傳統保險絲熔斷的阻性短路。此類事件實際上還可能降低負載電流，但仍會形成不安全的熱失控條件。RTP200器件可防止完全短路和阻性短路條件造成損壞。本應用說明提供了與 RTP200R120SA器件相關的信息。我們的產品將進一步擴展（包括0.6mOhm RTP），我們將不斷改進泰科電子產品提供的電路保護解決方案。