在電力電子系統中，整流橋是整流電路的核心部件，其性能直接影響到整個系統的可靠性和穩定性。然而，整流橋的失效（通常被稱為“炸機”）時常發生，給設備的安全性和長期使用帶來嚴重威脅。了解整流橋常見的故障模式，并采取有效的防護措施，是確保電力電子設備正常工作的關鍵。

一、過電流擊穿

1. 失效原因：

過電流現象通常由負載短路、電網波動、突加負載或突發性沖擊電流引起。當電流超過整流橋額定電流時，整流二極管的PN結可能因過熱而發生熱失控，最終導致物理破裂。特別是突如其來的大電流沖擊，可能會使整流橋的二極管瞬間過載，造成永久性損壞。

2. 防護設計：

為了防止過電流擊穿，設計時需考慮以下幾點：

- 選擇具有較高額定電流和浪涌耐受能力的整流橋。整流橋的額定電流應選擇實際需求的2到3倍，以便應對突發電流。

- 在整流橋前端串聯保險絲或NTC熱敏電阻，這些元件能夠在電流過大時迅速切斷電路，保護整流橋免受過流損害。

- 優化電路中的濾波電容選擇和布局，避免過大的充電電流引發過流沖擊。

二、反向電壓過高導致的二極管擊穿

1. 失效機理：

反向電壓過高是整流橋故障的另一個常見原因。當輸入電壓的尖峰值超過整流橋二極管的反向耐壓值（VRRM）時，二極管的PN結會發生反向擊穿，導致短路或損壞。這種故障通常發生在電網電壓波動或浪涌電壓沖擊較強時。

2. 防護設計：

為避免反向電壓過高帶來的擊穿問題，可以采取以下防護措施：

- 選用具有較高反向耐壓值的二極管，通常應比輸入電網電壓峰值高出20%至50%。例如，對于220V AC輸入的設備，整流橋應選擇耐壓1000V的二極管，而不是耐壓600V或800V的二極管。

- 在輸入端并聯TVS二極管（瞬態電壓抑制二極管）或MOV（壓敏電阻）元件，能夠有效吸收浪涌電壓，防止反向電壓對整流橋造成損害。

三、 過熱導致熱失控和焊點失效

1. 失效機理：

整流橋中的二極管在工作過程中會產生導通損耗，這在高頻或大電流情況下尤其嚴重。過高的溫度會導致二極管內部的熱失控，進而損壞二極管或引起焊點失效。PCB散熱設計不良也是導致過熱失效的重要因素。散熱不及時會導致熱量積聚，最終引發熱崩潰，焊點老化、開裂甚至燒毀。

2. 防護設計：

為避免過熱失效，應注意以下設計要點：

- 確保整流橋的額定電流適合實際使用需求，通常應選擇比最大負載電流高2至3倍的額定電流，以避免過載時的溫升過高。

- 優化散熱設計，使用散熱片、增加PCB銅箔厚度、使用高導熱材料（如鋁基板或銅基板），提高散熱能力。

- 采用低正向壓降的肖特基二極管替代普通硅二極管，以減少功率損耗，降低溫度升高的風險。

- 合理控制開關頻率，避免MOSFET與整流二極管同時導通，防止瞬時大電流造成的過熱問題。

四、 過載或過流導致的二極管燒毀

1. 失效機理：

過載或過流是整流橋故障的另一常見原因。當輸入浪涌電流超出整流橋的額定電流時，硅芯片會受到過大的電流密度影響，產生過量的焦耳熱。焦耳熱會導致二極管的內部結構破壞，甚至引起二極管短路或開路。

2. 防護設計：

為了防止過載或過流帶來的二極管燒毀，可以采取以下設計措施：

- 選擇適當電流等級的整流橋，預留一定的裕量，以便應對突發情況。通常應選用正常工作電流的2至3倍電流等級的整流橋。

- 使用NTC熱敏電阻或限流電阻來限制浪涌電流，防止輸入端的電流過大。

- 優化散熱設計，選用銅基板、增加散熱片，并提高PCB的導熱性能，以保持整流橋工作時的穩定溫度。

總結

整流橋在電力電子系統中起著至關重要的作用，其穩定性直接關系到整個系統的性能。通過了解整流橋的常見故障模式并采取相應的防護設計，可以有效提升電力電子設備的可靠性和使用壽命。在設計整流電路時，應合理選擇整流橋的額定電流、耐壓等級，并做好散熱和過電流保護措施，從而保證系統的長期穩定運行。