這次鬧很大的海盜SF750開機時炸裂事件,就是一次側APFC(主動功率因數修正)電路的二極體所使用的絕緣導熱墊絕緣性能變差,導致開機時APFC電路升壓後,該絕緣墊被高壓擊穿,使二極體與散熱片短路而發出火花及爆裂聲
目前電源供應器,一次側(包含APFC)區域,常用的功率元件有兩種封裝,一種是TO-220,一種是TO-220FP(FullPAK),如下圖所示,最左邊的TO-220因為外露金屬部分與下方其中一個接腳相通,所以安裝在金屬散熱片上時就需要加上絕緣螺絲墊片及絕緣導熱墊,以免對散熱片形成短路。但右邊三顆的TO-220FP,因為採全絕緣封裝,所以可以直接安裝在金屬散熱片上,而不用加上絕緣螺絲墊片及絕緣導熱墊
那這兩種封裝有什麼差別呢?以下用Infineon IPx50R190CE這款功率元件來當成範例,這型號功率元件有分成三種, TO-247叫做IPW50R190CE,TO-220叫做IPP50R190CE,TO-220FP叫做IPA50R190CE,但是正面的元件標記都只印5R190CE
既然都叫5R190CE,其主要特性都是相同的,但是封裝會影響如Power Dissipation等規格參數,這個參數是指在規定的散熱條件下,功率元件本身可以連續承受的最大功率,這裡可以看到TO-247/TO-220以及TO-220FP的可承受最大功率相差很多
那為什麼封裝會影響最大承受功率呢?因為TO-247/TO-220內部半導體晶粒的熱量可以從外露金屬部分傳導出來,所以從晶粒到外殼及晶粒到環境的熱阻很小。TO-220FP因為整個半導體晶粒都用環氧樹脂包住,整個熱阻就高上許多,因為熱阻大,導熱不易,所以可承受最大功率就必須要下修,避免內部晶粒因為過熱而損壞
不過TO-220FP因為整個都是環氧樹脂包覆,其外殼有很高的絕緣耐壓,這也是為什麼TO-220FP安裝在金屬散熱片上時不用絕緣螺絲墊片及絕緣導熱墊
回到主題,因為目前電源採高效率化設計,可讓功率元件本身承受功率值大幅下降,所以比起早期機種,同樣功率的高效率電源允許使用較小Power Dissipation的功率元件,但是部分體積較小或大輸出功率的電源供應器,為了讓功率元件在散熱條件較差(散熱片較小/內部較擁擠等),或是連續高功率輸出下,能有更大的承受功率餘裕範圍,會採用TO-220封裝功率元件,但是如果發生異物/濕氣/灰塵等接觸在TO-220外露金屬及散熱片之間,因為該處電壓接近DC400V左右,所以就可能會發生功率元件與散熱片發生短路/跳火的現象,這時功率元件就會被短路大電流擊穿而損壞,電源供應器就無法運作
下方圖片,為一款SFX小型化高功率電源供應器,箭頭所指處就是功率元件外露金屬與散熱片間發生跳火,導致該處燒黑並擊穿功率元件,也造成電源供應器故障,必須送修
結論:
因為台灣環境與氣候因素,導致異物/濕氣/灰塵入侵電源供應器的機率大增,雖然有廠商已經開始在電路板上使用三防塗料,但功率元件與金屬散熱片之間的絕緣同樣重要,如何加強功率元件絕緣性,同時保有較大承受功率餘裕及較低熱阻,是電源廠商要研究的課題,同時也能降低因為這類損壞導致使用者必須送修或更換的機率
海盜這款SF750雖沒實際摸過,但看照片料還不差,堆料堆好堆滿,APFC MOSFET居然還用上TO-247的功率元件(雖然只有一顆),沒想到一片沒幾毛的絕緣導熱墊就砸了整鍋好菜
報告完畢,謝謝收看
關閉廣告