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關(guān)于共模電感售后振動(dòng)跌落失效分析與研究

作者:甘 威 時(shí)間:2020-03-30 來(lái)源:電子產(chǎn)品世界 收藏

甘? 威? (格力電器(合肥)有限公司,安徽?合肥?230088)
摘? 要:(Common mode Choke),也叫共模扼流圈,常用于主板的開關(guān)電源電路中過(guò)濾共模的電磁干 擾信號(hào)。在實(shí)際的應(yīng)用中,售后出現(xiàn)位置斷和脫出本體造成線圈開路從而導(dǎo)致整機(jī)不上電問(wèn)題相對(duì)突 出,通過(guò)對(duì)故障件的分析研究,發(fā)現(xiàn)產(chǎn)本材料本身沒(méi)有問(wèn)題,跟植入本體深度有關(guān),通過(guò)增加引腳的植入 深度可以解決此問(wèn)題。 

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/202003/411471.htm

關(guān)鍵詞:;引腳;

0  引言 

空調(diào)主板上混合了各種高頻電路、數(shù)字電路和模擬 電路,它們工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量高頻電磁波互相干擾, 這就是EMI。EMI還會(huì)通過(guò)主板布線或外接線纜向外發(fā) 射,造成電磁輻射污染,影響其他的電子設(shè)備正常工 作。這時(shí)候就需要(如圖1)來(lái)進(jìn)行濾波抑制 這些干擾,而共模電感主要用在開關(guān)電路上,一單出 現(xiàn)失效,整機(jī)將直接出現(xiàn)不通電情況,造成空調(diào)無(wú)法 使用。

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售后投訴電感引腳處斷的問(wèn)題嚴(yán)重,導(dǎo)致整機(jī)不上 電問(wèn)題突出,故障率相對(duì)較高,電感引腳斷問(wèn)題(如圖 2)需研究整改。

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1  工作原理 

共模電感由磁芯、引腳、骨架和2組線圈組成。 

共模電感的濾波電路,L3和L4就是共模電感線圈。 這2個(gè)線圈繞在同一鐵芯上,匝數(shù)和相位都相同(繞制反 向)。這樣,當(dāng)電路中的正常電流流經(jīng)共模電感時(shí),電 流在同相位繞制的電感線圈中產(chǎn)生反向的磁場(chǎng)而相互抵 消,此時(shí)正常信號(hào)電流主要受線圈電阻的影響(和少量 因漏感造成的阻尼);當(dāng)有共模電流流經(jīng)線圈時(shí),由于 共模電流的同向性,會(huì)在線圈內(nèi)產(chǎn)生同向的磁場(chǎng)而增大 線圈的感抗,使線圈表現(xiàn)為高阻抗,產(chǎn)生較強(qiáng)的阻尼效 果,以此衰減共模電流,達(dá)到濾波的目的。 

共模電感在空調(diào)主板上主要用于開關(guān)電源電路(如 圖3),開關(guān)電源產(chǎn)生的共模噪聲頻率范圍為10 kHz~50 MHz 甚至更高,為了有效衰減這些噪聲,共模電感 器采用高磁導(dǎo)率的錳鋅鐵氧體或非晶材料,以提高共模 電感器性能。

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兩電感器中電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向相反而抵消,這時(shí) 正常信號(hào)電流主要受電感器電阻的影響(這一影響很 ?。?,以及少量因漏感造成的阻尼(電感),加上220 V交流電的頻率只有50 Hz,共模電感器電感量不大,所 以共模電感器對(duì)于正常的220 V交流電感抗很小,不影 響交流電對(duì)整機(jī)的供電。 

共模電流流過(guò)共模電感器分析(如圖4)。當(dāng)共模 電流流過(guò)共模電感器時(shí),電流由于共模電流在共模電 感器中同方向,共模電感器L3和L4內(nèi)產(chǎn)生同方向的磁 場(chǎng),這時(shí)增大了共模電感器L3和L4的電感量,也就是 增大了L3和L4對(duì)共模電流的感抗,使共模電流受到了 更大的抑制,達(dá)到了衰減共模電流的目的,起到了抑制 共模干擾噪聲的作用,因此共模電感在電路中特別是開 關(guān)電源電路不可缺少,占據(jù)重要作用。

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2  共模電感售后失效原因及失效機(jī)理分析 

2.1 故障復(fù)測(cè)情況 

將故障主板復(fù)測(cè)多遍均報(bào)不上電故障,故障穩(wěn)定,此故障廠內(nèi)測(cè)試均為可控項(xiàng)。 

2.2 故障分析 

從上圖的故障點(diǎn)可以看出,引腳從本體松脫,本體 上無(wú)明顯的受力撞擊痕跡,排除器件加工異常。 

2.3 數(shù)據(jù)分析 

查詢生產(chǎn)下線以及售后數(shù)據(jù)報(bào)表發(fā)現(xiàn),此板自生產(chǎn) 以來(lái),均有售后反饋,時(shí)間不集中,統(tǒng)計(jì)廠內(nèi)生產(chǎn)下線 數(shù)據(jù),每年使用約100萬(wàn)~150萬(wàn),廠內(nèi)生產(chǎn)過(guò)程未出現(xiàn) 同類故障。 

2.4 過(guò)程隱患點(diǎn)排查 

此共模電感位置在主板生產(chǎn)時(shí)在板邊,但兩側(cè)有器 件遮擋,不會(huì)導(dǎo)致碰撞;電器盒生產(chǎn)時(shí),鈑金件有折邊 可以起到保護(hù)作用,不會(huì)導(dǎo)致碰撞(如圖5)。

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2.5 模擬跌落驗(yàn)證 

設(shè)置整機(jī)跌落試驗(yàn)進(jìn)行模擬,發(fā)貨平臺(tái)按照2.5 m 對(duì)濾波器位置進(jìn)行跌落,實(shí)驗(yàn)2次,測(cè)試無(wú)異常;按照 整機(jī)3 m進(jìn)行底部受力進(jìn)行驗(yàn)證,按照正常卸貨方式極 限跌落2次,電感出現(xiàn)本體脫落情況。具體跌落情況見 表1。

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根據(jù)前面的分析以及驗(yàn)證,可判斷共模電感失效為 運(yùn)輸安裝過(guò)程整機(jī)的跌落導(dǎo)致。

3   共模電感售后失效解決方案以及可靠性 試驗(yàn)驗(yàn)證 

3.1 方案一:通過(guò)打膠的方式,固定電感引腳與本體 

可靠性試驗(yàn)驗(yàn)證:冷熱沖擊試驗(yàn),將熱熔膠打在 電感下,覆蓋引腳部分,實(shí)驗(yàn)樣品10PCS,5塊黃膠5塊 白膠,試驗(yàn)條件為-40~80 ℃循環(huán)沖擊240次,2 h循環(huán)1 次,試驗(yàn)結(jié)束,10塊樣品均合格,未出現(xiàn)因?yàn)槟z熱脹冷 縮導(dǎo)致繞組斷裂問(wèn)題、未出現(xiàn)焊接異常,但做整機(jī)通電 長(zhǎng)期驗(yàn)證時(shí),出現(xiàn)引腳焊錫熔化現(xiàn)象,存在質(zhì)量隱患, 因此此方案不可行。 

3.2 方案二:加強(qiáng)引腳與本體的附著力 

通過(guò)加大引進(jìn)進(jìn)行優(yōu)化,引腳為 2.5 mm,增加到4 mm,如圖6。

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可靠性試驗(yàn)驗(yàn)證如下。 

1)振動(dòng)實(shí)驗(yàn):新舊制品同時(shí)安排震動(dòng)實(shí)驗(yàn)(如圖 7),頻率75 Hz,振幅3.00 mm,時(shí)間:6 h。

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試驗(yàn)結(jié)束后測(cè)試相關(guān)參數(shù)無(wú)異常,符合圖紙要求, 詳見表2和表3。 

專項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)論:增加引腳植入深度后,對(duì)產(chǎn)品振動(dòng) 實(shí)驗(yàn)無(wú)影響。 

2)推力實(shí)驗(yàn):安排新舊制品焊接在板上做推力實(shí) 驗(yàn)。對(duì)比無(wú)明顯差別,新舊制品推力均在120 N以上。 

整理數(shù)據(jù)見表4。

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專項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)論:引 腳植入深度加深對(duì)產(chǎn)品 抗推力性能無(wú)影響。 

3)主板跌落試驗(yàn): 

跌落高度:75 cm; 實(shí)驗(yàn)平臺(tái):地磚;跌落 方向:PCB垂直地面、 上下左右4個(gè)邊分別朝 下的方向;準(zhǔn)備新制品 電感5個(gè)、舊制品電感5 個(gè);主板編碼1和主板編 碼2,兩個(gè)主板上的新舊 制品跌落結(jié)果見表5。

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專項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)論: 

編碼1主板舊制品第3次跌落就斷開2個(gè)電感,第6次 跌落時(shí),3個(gè)電感均已斷開。新制品第15次跌落斷開2個(gè) 電感,第20次跌落3個(gè)電感才全部斷開。說(shuō)明新制品電 感可靠性相比舊制品有提高。
編碼2主板舊制品電感在第3次跌落時(shí)2個(gè)電感就已 起翹,新制品在第6次跌落時(shí)才起翹,新制品相比舊制 品可靠性要高。 

總結(jié):根據(jù)以上驗(yàn)證可以看出,新制品電感增加引 腳植入深度從2.5 mm增加到4 mm,引腳植入深度加深 后對(duì)產(chǎn)品本身性能無(wú)影響,裝在主板后電感跌落可靠性 要比舊制品高。

4  共模電感售后失效整改總結(jié)及意義 

共模電感在電路中起濾波以及抗電磁干擾作用,一 單售后失效導(dǎo)致線圈開路整機(jī)將直接不通電,對(duì)于售后 問(wèn)題失效的研究很有必要,從研究可以發(fā)現(xiàn)是物料的抗 跌落性能出了問(wèn)題,通過(guò)增加引腳植入深度可以提高物 料的抗跌落能力,從而解決售后跌落振動(dòng)導(dǎo)致失效,為 今后的類似器件失效整改提供經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn): 

[1] 張德光.高導(dǎo)鐵氧體寬頻高阻抗共模電感設(shè)計(jì)[J].磁性材料及器 件,2018(3). 

[2] 李洪珠.一種雙磁芯差共模電感集成EMI濾波 器[J].電力電子技術(shù),2016(2).



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