開關電源中關鍵器件的可靠性研究.pdf

1、從90年代開始,開關電源逐步得到廣泛的應用。開關電源的核心是DC-DC變換器。影響開關電源的主要因素是其拓撲結構,開關頻率,控制方式及關鍵元器件如開關管、儲能電感和變壓器等。近年來,電源設備日趨復雜,使用環(huán)境也變得惡劣多樣,所服務的電子系統(tǒng)又越來越重要和昂貴,這一切使得提高電源設備的可靠性研究變得刻不容緩。 開關電源中有很多器件無法進行高溫試驗(如光電耦合器),因此對開關電源整體進行加速壽命試驗有一定的困難。本文在深入研究HHW

2、28S15電源模塊的基礎上,提取其功率級電路進行試驗并采用恒定電應力溫度斜坡法對此電路中的VDMOS IRF120和肖特基二極管(SDB)SC070H150A進行可靠性評價。恒定電應力溫度斜坡法(CETRM)具有試驗周期短,所需樣品少的優(yōu)點。 首先,對HHW28S15電源模塊的電路拓撲結構進行分析,并對其輸入、輸出特性和關鍵節(jié)點的電壓波形進行了測量,所得結果是設計試驗樣品的電應力偏置電路的重要依據(jù)。 其次,專門研制了溫度

3、應力控制系統(tǒng)和電應力偏置系統(tǒng),以滿足恒定電應力溫度斜坡法的試驗要求。溫度應力控制系統(tǒng)采用先進的歐陸3504溫控儀、周波數(shù)調功控制模塊、固態(tài)繼電器、熱電偶和溫度補償導線搭建,為試驗提供了精確的序進溫度應力；電應力偏置系統(tǒng)的主電路與HHW28S15電源模塊的功率級電路相同,并制作了專用的PCB電路板。 使用專門設計研制的試驗設備對IRF120和SC070H150A進行了加速壽命試驗,得到了在75℃至203℃范圍內主要的直流特征參數(shù),

4、即IRF120的閾值電壓、通態(tài)電阻、跨導和SC070H150A的正向特性和反向特性。通過對數(shù)據(jù)進行分析處理,得出各個試驗樣品的壽命,其中IRF120的平均壽命為9.06×106 h,SC070H150A的平均壽命2.16×108h。 另外,本文對常見的失效模式與失效機理進行了介紹,在理論上分析了樣品的失效機理主要是器件固有缺陷和玷污。IRF120氧化膜中的正離子沾污使其與時間有關的擊穿(TDDB)變得比較顯著,SC070H150