开关三极管主要失效分析
开关电源失效分析报告
Others
Description and hints
Possible Cause
Suspect there is design marginal or application issue on the PSU. Suspect components with something wrong No abnormality was found on SMT. Suspect mechanical damage. No abnormity was found. No abnormity was found.
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Process Search 过程搜索
Plant Process Evaluation
The phenolic coating capacitor is easy to be damaged by mechanical strength. We can see the damaged mark between the lead and body from the above pictures. Analyzing the build procedure, the lead cutting of prework and MI maybe damage the capacitor. Therefore, we designed the experiment to find the root cause that it is plant process issue or incoming material issue. 对于此类陶瓷电容，易因受到机械应力而失效，从上面四个失效电容的图片 可以看到，脚根处有被机械损伤的痕迹。分析生产流程，预加工切脚以及手 工插件时有可能会损伤到电容。我们设计相关实验以验证是工厂流程造成还 是来料造成。
开关电源的常见故障分析及维修
如果测量值比正常值高出IV以上，说明输出电压过高。我们应着重检查取样电阻是否变值或损坏，精密稳压放大器(TL431)或光耦合器（PC817）性能不良，变质或损坏；
2.输出电压端整流二极管、滤波电容失效等，可以通过代换法进行判断。
3.开关功率管的性能下降，必然导致开关管不能正常导通，使电源的内阻增加，带负载能力下降。
4.开关功率管的源极（S极），通常接一个阻值很小，但功率很大的电阻，作为过流保护检测电阻，此电阻的阻值一般在0.2到0.8之间。此电阻如变值或开焊，接触不良也会造成输出电压过低的故障。
因在日常生活使用中，不可避免的重摔或重幢，使高频变压器的铁芯损坏。使高频变压器的磁通量，磁感应强度，以及磁路等都会受到很大的影响，造成传输的效率，能量将会大打折扣。
由于高频变压器为了减小涡流，增大高频交流电的传输效率，它的铁芯是用软磁铁氧体制作而成的。这种磁性材料具有高的导磁率，但质脆，易碎。
因此它的损坏率也是很高的。因此在维修时千万不要忘了检查此处，以免走弯路。除此之外还有可能就是输出滤波电容容量降低，甚至失容或开焊，虚接；
其中精密稳压放大器(TL431)极易损坏，我们可用下述方法对精密稳压放大器(TL431)作出好坏的判别：
将TL431的参考端(Ref)与它的阴极（Cathode）相连，串10k的电阻，接入5V电压，若阳极（Anode）与阴极之间为2.5V，并且等待片刻还仍然为2.5V，则为好管，否则为坏管。
六．有直流电压输出，但输出直流电压过低
一． 保险丝熔断
一般情况下，保险丝熔断说明开关电源的内部电路存在短路或过流的故障。由于开关电源工作在高电压，大电流的状态下，直流滤波和变换振荡电路在高压状态工作时间太长，电压变化相对大。电网电压的波动，浪涌都会引起电源内电流瞬间增大而使保险丝熔断。
三极管开关损耗计算
三极管开关损耗计算
摘要：
1.三极管开关的基本概念
2.三极管开关的损耗类型
3.计算三极管开关损耗的方法
4.总结
正文：
一、三极管开关的基本概念
三极管（Transistor）是一种常见的半导体元器件，广泛应用于放大、开关、调制、稳压等电路。
在数字电路和模拟电路中，三极管作为开关元件，可以实现对电流的控制，从而实现对电路的控制。
二、三极管开关的损耗类型
三极管开关的损耗主要包括以下两种：
1.导通损耗：当三极管处于导通状态时，由于电流流过三极管，会产生一定的功率损耗，这种损耗称为导通损耗。
2.截止损耗：当三极管处于截止状态时，虽然电流为零，但由于三极管的结构特点，仍然会有一定的漏电流流过，从而产生一定的功率损耗，这种损耗称为截止损耗。
三、计算三极管开关损耗的方法
计算三极管开关损耗的方法通常有两种：
1.欧姆定律法：对于直流电路，可以使用欧姆定律来计算三极管的导通损
耗。
具体公式为：P_dson = (V_ce * I_c)^2 / R_ce，其中，V_ce 为集电极与发射极之间的电压，I_c 为集电极电流，R_ce 为集电极与发射极之间的电阻。
2.折合方法：对于交流电路，需要考虑三极管的截止损耗。
具体方法是将三极管的截止损耗折合到等效电阻上，然后使用欧姆定律计算损耗。
具体公式为：P_dson = (V_ce * I_c)^2 / R_ce，其中，V_ce 为集电极与发射极之间的电压的有效值，I_c 为集电极电流的有效值，R_ce 为集电极与发射极之间的等效电阻。
四、总结
三极管开关在电路中起着重要作用，其损耗的计算对于优化电路性能具有重要意义。
小贴士：开关电源中功率MOSFET管损坏模式及分析
小贴士：开关电源中功率MOSFET管损坏模式及分
析
本文将通过功率MOSFET管的工作特性，结合失效分析图片中不同的损坏形态，系统地分析过电流损坏和过电压损坏。
同时根据损坏位置不同，分析功率MOSFET管的失效发生在开通的过程中或发生在关断的过程中，从而为设计工程师提供一些依据，找到系统设计中的问题，提高电子系统的可靠性。
目前，功率MOSFET管广泛地应用于开关电源系统及其他功率电子电路中。
实际应用中，特别是在一些极端的边界条件下，如系统的输出短路及过载测试、输入过电压测试以及动态的老化测试中，功率MOSFET管有时候会发生失效损坏。
工程师将损坏的功率MOSFET管送到半导体原厂做失效分析后，分析报告的结论通常是过电性应力EOS，却无法判断是什幺原因导致MOSFET的损坏。
1 过电压和过电流测试电路
过电压测试的电路图如图1(a)所示，选用40 V的功率MOSFET：AON6240，DFN5?鄢6封装。
通过开关来控制，将60 V的电压直接加到AON6240的D极和S极，熔丝用来保护测试系统，功率MOSFET损坏后，将电源断开。
测试样品数量为5片。
过电流测试的电路图如图1(b)所示，选用40 V的功率MOSFET：AON6240，DFN5?鄢6封装。
首先合上开关A，用20 V的电源给大电容充电，电容C的容值为15 mF，然后断开开关A，合上开关B，将电容C的电压加到功率MOSFET管的D极和S极，使用信号发生器产生一个电压幅值。
开关电源常见故障的分析及维修
开关电源常见故障的分析及维修（论文）开关电源常见故障的分析及维修(论文）摘要：本文主要是针对脉冲宽度调制（PWM）式开关电源常见故障进行分析和维修的。
这类开关电源因其节能，环保，性价比高等优点，很快占领了市场，被广泛的应用于我们的生活中和各行各业中。
但这种开关电源的线路复杂，维修不便，给我们的日常生活和生产带来诸多不便。
因此本文就从这些角度出发，通过分析故障产生的原因以及如何排除故障，进行详细的阐述，希望对我们的日常生活和生产有所帮助。
关键词：开关电源高频变压器 UC3842 PWM前言目前，开关电源已逐渐进入我们的日常生活和生产中，它以节能，环保，性价比高等优点，很快取代了以往传统的那种既笨重效率又低的“线性电源”，很快被人们所接受。
这类开关电源主要是以美国Unitorde公司生产的一种性能优良的电流控制型脉宽调制芯片UC3842（KA3842）为主控芯片，IGBT（绝缘栅双极场效应晶体管）为“开”“关”器件，配合LM324（四运放）或LM358（双运放）及光电耦合器（PC817）作为输出负载反馈器件，以及TL431（高精密并联稳压器），高频变压器为主要元件所组成的脉冲宽度调制（PulseWidthModulation,缩写为PWM）式开关电源。
本文就针对此类开关电源进行详细的阐述其原理，常见故障分析以及维修方法。
开关电源的概述及工作原理1.1开关电源的概述开关电源是一种电源转换电路，一般是将交流电（AC）转换成不同电压的直流电（DC），且电压非常平稳。
因开关电源中的开关管（IGBT）总是工作在“开”和“关”的工作状态，所以叫开关电源。
它与传统的线性电源相比无论是在工作程式上还是在各方面的性能上都有了质的飞跃。
传统的线性电源工作程式一般可归纳为：变压器降压，二极管桥式整流，大容量电解电容滤波，稳压电路或专用稳压IC稳压。
而开关电源则不同，它的工作程式一般可归纳为：高压大电流二极管桥式整流，大容量电解电容滤波，中间控制高频变换环节，整流，滤波，稳压及反馈环节，保护环节等。
三极管的损坏机理分析
三极管的损坏机理分析半导体三极管的损坏[摘要]三极管的损坏, 主要是指其PN结的损坏。
按照三极管工作状态的不同, 造成三极管损坏的具体情况是: 工作于正向偏置的PN 结, 一般为过流损坏, 不会发生击穿; 而工作于反向偏置的PN 结, 当反偏电压过高时, 将会使PN 结因过压而击穿。
[关键词]三极管; 击穿; 偏置NPN型三极管I CI E半导体三极管在工作时，电压过高、电流过大都会令其损坏。
在课堂上我们了解到，其实三极管被击穿还不至于到损坏，但其击穿后功率过大、温度过高会令三极管烧坏。
下面，我们将对每一种可能的情况进行探讨、浅析。
从半导体三极管的内部结构来看, 它相当于两个背靠背的PN 结(即发射结和集电结)。
这两个PN结, 对于PN P 型三极管来讲, 相当于两只负极在一起的二极管, 如图1 所示; 对于N PN 型三极管来讲, 相当于两只正极在一起的二极管, 如图2 所示。
SJTU图1PN P 型三相管图2N PN 型三相管而其实三极管的损坏，一般是由于二极管的PN结损坏构成的。
在不同的工作状态下, 发生损坏的情况与这两个PN 结的偏置情况有关。
总的来讲, 工作于正向偏置的PN 结, 当通过的电流过大时, 将会使它的功率损耗过大而烧坏, 但由于正向偏置的PN 结两端电压很低(锗PN 结约为0. 2V 左右, 硅PN结约为0. 7V 左右) , 故此时不会使PN 结发生击穿; 而工作于反向偏置的PN 结, 当反偏电压过高时, 将会使PN 结击穿, 如击穿后又未限制流过它的反向击穿电流, 将会使击穿成为永久性的、不可逆的击穿, 从而造成其彻底损坏。
在这里，我们先介绍一下三极管的各种参数:主要了解三极管的3个极限参数：Icm、BVceo、Pcm即可满足95%以上的使用需要。
1. Icm是集电极最大允许电流。
三极管工作时当它的集电极电流超过一定数值时，它的电流放大系数β将下降。
为此规定三极管的电流放大系数β变化不超过允许值时的集电极最大电流称为ICM。
三极管的损坏机理分析
半导体三极管的损坏[摘 要]三极管的损坏, 主要是指其PN结的损坏。
按照三极管工作状态的不同, 造成三极管损坏的具体情况是: 工作于正向偏置的PN 结, 一般为过流损坏, 不会发生击穿; 而工作于反向偏置的PN 结, 当反偏电压过高时, 将会使PN 结因过压而击穿。
[关键词]三极管; 击穿; 偏置NPN型三极管I CI E半导体三极管在工作时，电压过高、电流过大都会令其损坏。
在课堂上我们了解到，其实三极管被击穿还不至于到损坏，但其击穿后功率过大、温度过高会令三极管烧坏。
下面，我们将对每一种可能的情况进行探讨、浅析。
从半导体三极管的内部结构来看, 它相当于两个背靠背的PN 结(即发射结和集电结)。
这两个PN结, 对于PN P 型三极管来讲, 相当于两只负极在一起的二极管, 如图1 所示; 对于N PN 型三极管来讲, 相当于两只正极在一起的二极管, 如图2 所示。
SJTU图1PN P 型三相管图2N PN 型三相管而其实三极管的损坏，一般是由于二极管的PN结损坏构成的。
在不同的工作状态下, 发生损坏的情况与这两个PN 结的偏置情况有关。
总的来讲, 工作于正向偏置的PN 结, 当通过的电流过大时, 将会使它的功率损耗过大而烧坏, 但由于正向偏置的PN 结两端电压很低(锗PN 结约为0. 2V 左右, 硅PN结约为0. 7V 左右) , 故此时不会使PN 结发生击穿; 而工作于反向偏置的PN 结, 当反偏电压过高时, 将会使PN 结击穿, 如击穿后又未限制流过它的反向击穿电流, 将会使击穿成为永久性的、不可逆的击穿, 从而造成其彻底损坏。
在这里，我们先介绍一下三极管的各种参数:主要了解三极管的3个极限参数：Icm、BVceo、Pcm即可满足95%以上的使用需要。
1. Icm是集电极最大允许电流。
三极管工作时当它的集电极电流超过一定数值时，它的电流放大系数β将下降。
为此规定三极管的电流放大系数β变化不超过允许值时的集电极最大电流称为ICM。
三极管无法导通的原因
三极管无法导通的原因三极管是现代电子技术中常用的一种元件，广泛应用于电子电路中。
但是在使用中，我们有时会遇到三极管无法导通的情况，这给实际应用带来了很大的困扰。
下面，我将分步骤阐述三极管无法导通的原因。
第一步：检查管子本身的质量，包括结构和加工参数等方面。
三极管导通不畅或者完全不导通的情况，首先要排除管子作为元件本身存在质量问题。
通常的做法是通过上位机、万用表、示波器等检测设备，对管子进行检测，检测需要检查的参数有：漏电流、电阻、电容、电感、电压等参数。
如果有参数偏差较大，通常需要进行后续步骤的检查，如果没有偏差，就可以排除管子本身的质量问题。
第二步：检查管子引脚连接问题。
三极管的引脚连接通常有几十根，其中任何一根引线连接不良，都有可能导致管子无法导通。
因此，在检查管子引脚连接时，需要检查的问题包括连接方式是否正确、焊接件是否发生损坏和锈蚀等。
对于焊接件发生损坏和锈蚀等情况，需要及时更换。
第三步：检查元器件周围的电路。
三极管通常是在特定的电路中工作，如果周围其他元器件有工作不正常，也有可能导致三极管无法导通。
在进行检查时，可以采用切换非关键性器件、降低电路额定电压等方法，逐一排除其他元器件是否是导致三极管无法导通的原因。
第四步：检查电源电压。
电源电压也是三极管是否能导通的重要因素。
如果电源电压太低，也有可能导致三极管无法导通。
因此，在进行检查时，需要测量电源电压是否正常，同时，也需要确认电源是否处于正常工作状态，以保证电源电压稳定。
在检查电源电压时，也可以通过增加电源电压或调整电路参数等方法，来解决三极管无法导通的问题。
第五步：检查环境温度。
三极管的工作环境温度也有可能影响元件的导电性能。
一般来说，三极管的工作环境应保持在20°C~25°C的范围内，超出此范围，就有可能导致三极管无法导通。
因此，在进行检查时，需要保持工作环境的温度稳定，也可以通过加散热片等方式来提高三极管的工作温度。
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开关三极管主要失效分析
1、先介绍下耗散功率，三极管工作时，由于电流热效应，会消耗一定的功率，这就是耗散功率。
耗散功率主要由集电极耗散功率组成：PT≈VceIc即PT≈PCM，下面分析开关三极管失效的几种情况：
1）由于三极管的工作电流受温度的影响很大，因此当三极管工作时，耗散功率转化为热，使集电结结温升高，集电结结电流进一步加大，会造成恶性循环使三极管烧毁。
这种情况叫热击穿。
使三极管不发生热击穿的最高工作温度定义为最高结温。
2）当三极管未达到最高结温时，或者未超过最大耗散功率时，由于材料的缺陷和工艺的不均匀性，以及结构原因造成的发射区电流加紧效应，使得三极管的工作电流分布不均匀。
当电流分布集中在某一点时，该点的功耗增加，引起局部温度增高，温度的增高反过来又使得该处的电流进一步增大，从而形成“过热点”，其温度若超过金属电极与半导体的共熔点，造成三极管烧毁。
另一方面，局部的温升和大电流密度会引起局部的雪崩（击穿），此时的局部大电流能使三极管烧通，使击穿电压急剧降低，电流上升，最后导致三极管烧毁。
这种情况就是所谓的二次击穿。
二次击穿是功率开关管失效的重要原因,三极管二次击穿的特性曲线如图6所示。
为保证三极管正常工作，提出了安全工作区SOA的概念。
SOA示意图如图案所示,它由集电极最大电流Icm线、击穿电压BVceo线、集电极最大耗散功率Pcm 线和二次击穿功耗Psb线组成。
由于使用时工作电流和最大电压的设计都不会超过三极管的额定值，因此，正常情况下，集电极耗散功率和二次击穿特性就是造成三极管失效烧毁的主要因素
2、既然分析了开关三极管的失效主要因素，那么下面再讨论一下怎么减少失效。
很明显降低三极管的失效重要的是要尽量降低三极管工作时的功率、改善二次击穿特性，这两者其实是相关的。
由二次击穿的发生机理可知，温度上升，导致三极管HFE增大，开关性能变差，二次击穿特性变差（更容易发生二次击穿）；温度的升高，也使得三极管的实际耗散功率参数变差，三极管的安全工作区变小了。
反过来，由于三极管的耗散功率主要和三极管的热阻有关，耗散功率小，实际上也就是其所能承受的电流电压低，散热性能差，同样也影响到了二次击穿特性。
因此，防止工作时三极管温升过高、提高三极管的耗散功率，是提高三极管质量的最有效办法。
1）热阻三极管工作中，当PN结温度超过允许最高结温时，三极管消耗的功率就是三极管的集电极最大耗散功率。
由于一定材料的最高结温是一定的，因此，提高三极管的散热性能，就是提高三极管的耗散功率，同时，散热性能好，管子的温升就低，也降低了二次击穿的可能性，这是提高二次击穿特性的重要因素。
热阻作为大功率管的一个重要参数，代表了三极管的散热能力。
热阻与耗散功率的关系为：Pcm=(Tjm－Ta)/RT其中Tjm为最高结温，Ta为环境温度，RT为热阻。
可见，当最高结温和环境温度一定时，耗散功率的大小取决于热阻的大小。
在开关电源中作开关的三极管，应选用热阻尽可能低的管子。
除了三极管芯片本身之外，后工序装配的材料、工艺和质量对热阻的影响也非常大。
2）开关参数三极管工作于饱和和截止状态，因此三极管的开关参数对其工作情况有重大的影响。
三极管的开关参数有4个：延迟时间td、上升时间tr、储存时间ts和下降时间tf,如图8所示的开关波形图.管子由截止到饱和时，过渡时间受延迟时间和上升时间的影响，由饱和到截止时，过渡时间受存储时间和下降时间的影响。
三极管在不同工作状态时消耗的功率为：
1. 截止时：P=Vce•Iceo饱和时：P=Vces•Ic由于三极管的反向漏电流Iceo和饱和压降Vces 都很低，因此，饱和和截止时，三极管的消耗功率并不大，但在两种状态的转换过程中，三极管有一部分时间工作于放大区，此时的电流电压均较大，处于放大区的时间越长，从而消耗功率也越大，温度也就升高越多。
影响三极管处于放大区的开关参数主要是上升时间和下降时间。
因此，应选用上升时间和下降时间尽可能短的三极管。
3）高温漏电流在上面的说明中，我们知道三极管工作在截止状态时的功耗主要由反向漏电流Iceo 决定。
常温下，Iceo一般很小，因此，三极管的截止功率并不大，但当工作后温度升高后，Iceo 变大，则其消耗功率也变大，直至影响到正常的工作。
另一方面，反向漏电流的增大使得PN结击穿特性变软，也使三极管变得易于烧毁。
因此，高温漏电流也是影响管子质量的重要参数。
硅三极管的ce反向漏电为：
Iceo=（1＋β）Icbo≈（1＋β）A e×Ni×XMG/2τ其随温度的变化主要与材料和工艺有关。
4)其它功率开关三极管的其他参数，也与其使用有关。
hFE也是经常考虑的因素之一。
其对管子质量的影响，也体现在对开关时间的影响，其重要性相对没有开关参数影响那么大。
除此之外，ICM和BVCEO也是常常考虑的因素。