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保护汽车冷却风扇模块免受热失控引起的损坏 |
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作者：TE电路保护部 Faraz Hasan |
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在严苛的汽车环境中，各种功率场效应晶体管（power FET，功率FET），被一贯地认为可承受极端的温度变化和热机械应力。间歇性短路、寒冷的运行环境、高压电弧或有噪声性短路，连同电感负载及多次短路久而久之会让该器件疲损，致使其进入开路、短路或阻性模式。
尽管功率 FET 正日益变得强健，但如果超过了额定的限度，它们会很容易非常快地发生故障。如果瞬态电压所包含的能量高于额定雪崩击穿能量水平，那么该器件将损坏，并形成破坏性热事件，最终可能导致器件冒烟、起火或者脱焊。
RTP 器件帮助提供在苛刻环境下的二级保护
一款新的表面贴装元件，即可过回流焊的热保护(RTP)器件可有助于防止故障功率电子元件引起的热损坏。该器件有助于防止由I2R 发热特性产生的意料之外的高温阻性短路所造成的损坏，以及硬短路过流情况。该器件可以使用标准的无铅回流焊工艺安装，并可以代替在汽车和工业电子设计中普遍使用的各种冗余功率场效应管、继电器及大量的热量感应器。
当某个功率元器件出现故障或一个电路板缺陷产生了不安全的过温情况时，RTP 器件在200°C 时（一个高于正常工作温度范围的值，却又低于无铅焊料的熔点温度）断开并将会中断电流，帮助阻止可能导致致命损坏的热失控情况发生。
如图1 所示，当RTP 器件在场效应管附近的电源线上串联时，它会跟踪场效应管温度，并在缓慢的热失控情况在电路板上形成非预期的过热情况之前断开电路。
图 1、在一次慢性热失控情况下，RTP 器件会跟踪功率场效应管温度，直到它在200°C时断开电路
保护冷却风扇模块免受热失控引起的损坏
各种冷却风扇模块（CFM）是汽车暖通空调和引擎冷却系统的必要单元，帮助冷却发动机和防止在特殊情况下潜在的过热，例如炎热天气和斜坡驾驶。CFM 模组通常被放置在引擎罩下面，它们比那些可在乘客舱里发现的部件经历了更加极端的温度变化。这种热应力可加速功率场效应管的疲损和导致早期故障。汽车发动机罩下面的部件也可能被暴露于“流体攻击”之下，从而导致被腐蚀和在印制电路板形成局部热点。
通常情况下，CFM 模组并不包括一个微型控制器，后者可以在一定条件下被用来板上诊断和自动触发功率场效应管断开信号。因此，通过软件方法来阻止功率场效应管故障是无法使用的，因此二级电路保护变得必要，从而使热失控不会引起危险的热事件。
在一些设计配置中，功率场效应管可能直接与电池相连。在这种情况下，即使点火器断开，电源也一直为该器件供电。如果出现导致不安全温度的故障，来自发动机的电源将不会中断回路，其结果是眼看着热事件的发生。
在绝大多数汽车冷却风扇应用中，功率场效应管被用于控制模块中，根据需要来开关风扇电动机的电源。CFM 应用中有两种典型的电机配置：电刷式和无刷式。图2和图3 分别描述了两种配置和相关电子线路，并且定义了由于功率元器件发生故障而能够发生不安全热失控情况的敏感区域。在这些应用中，RTP 器件有助于防止由热失控引发具有毁坏性的热事件。RTP 器件被放置于应用中的敏感区域，一旦温度超过了其断开温度，它将会断开电路。
图 2.三相无刷式直流电动机配置
图 3.电刷式直流电动机配置
总结
RTP 器件可帮助汽车功率电子系统满足可靠性要求，这些系统包括冷却风扇应用，还包括ABS、动力方向盘及PTC 加热器等。尽管本文集中讲述的是功率场效应管，但RTP 器件也可在其他元器件失效时帮助保护免受热失控所带来的损坏，如电容器、芯片、电阻器和其他功率元器件可能发生损坏及故障所引起的热失控，或者任何形式的腐蚀导致发热作用。(end)
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(9/20/2012) |
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