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变频空调开关电源电路开关芯片炸失效分析与研究
[发布时间]:2016年3月15日 [来源]:电子产品世 [点击率]:4387
【导读】: 变频空调控制系统用控制器在实际应用一段时间后出现主板失效问题,经过大量数据统计分析及实际主板失效分析确定是开关电源电路中的开关芯片炸失效导致,该问题一直是困扰着空调生产企业难题,问题长期存在没有得...

  2.3.1 常态环境
  常态环境电路与高频变压器(12年底整改后制品)搭配后,测试Vds漏极电流最高峰值约800mA, 未发现磁饱和现象.即未出现过流,Vds多次验证未出现超过600V及以上电压,即未出现过压。(测试波形图片如下图2)

  常态环境:通过将售后多单故障件交给厂家分析及来司现场分析,常态条件下对开关芯片漏极电流波形检测没有发现存在磁饱和异常,但是从检测波形看,电流峰值逐渐接近磁饱和,特别是安森美厂家开关芯片对应电路。

  2.3.2 高温高湿环境
  高频变压器使用磁性材料为铁氧体,由于磁材特性当环境温度达到一定温度后磁性有衰退现象,会出现退磁,可能会导致出现磁饱和异常,导致开关芯片炸失效,统计数据售后失效控制器多为8、9月份,当时空调运行环境温度比较高,这个可能是个因素。
  磁材磁性一致性不好,或是高频变压器预留抗饱和度余量低,在高温下提前出现退磁,也是会影响开关芯片正常工作。空调实际应用中出现开关芯片炸失效具体是什么原因失效,是受温度、湿度影响还是综合影响导致结果,针对问题展开全面验证分析,测试开关芯片漏极电流波形如下图3、4。

  高温高湿环境:控制器整机高温高湿环境下,开机后开关芯片工作瞬间检测开关芯片漏极电流波形出现低概率的磁饱和现象,经过测试开关波形发现为变压器在高温高湿条件下,离散的发生了磁饱和导致开关芯片炸。

  2.3.3 分析总结

  磁饱和异常与厂家多次交流分析讨论,逐一排查磁性材料、电感线圈绕线工艺等异常将问题锁定在开关电源电路抗磁饱和设计余量上,最终确定整改方案:调整高频变压器初次级匝数,通过增加线圈匝数降低了Bsat值提高高频变压器抗磁饱和强度,进而解决高频变压器产生磁饱和异常问题。

  3 开关芯片失效整改措施

  3.1 开关芯片失效解决方案

  解决方法:调整高频变压器初次级匝数(具体调整线圈匝数如下图5、6),通过增加线圈匝数,降低了Bsat值提高高频变压器抗磁饱和强度,进而解决高频变压器产生磁饱和异常。整改内容具体方案调整:43110329------4311032901/2/3

  4 整改效果评估及应用效果验证
  新制品经过整机验证测试抗磁饱和强度大幅度提升,经过实际验证显示即使再次出现售后恶劣使用环境,也不会出现磁饱和异常,电路设计整改后实际试验测试验证抗磁饱和强度提升40%,有效解决问题。长期跟踪过程及售后失效率为零,实际整改效果显著。整改后高温高湿环境芯片漏极电流波形检测如下图7。

  5 开关芯片失效整改总结及意义
  本次售后大批出现开关芯片失效属于开关电源电路设计缺陷,在电路设计开发时未能有效考虑到实际设计开关电源电路非常规条件下磁饱和问题导致实际应用中出现重大质量问题,本次整改从整体提升开关电源设计可靠性角度出发具体为调整高频变压器初次级匝数,通过增加线圈匝数,降低了Bsat值有效提高高频变压器抗磁饱和强度,进而有效解决高频变压器产生磁饱和问题。

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