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印制電路板布線的可靠性設(shè)計

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印制電路板布線的可靠性設(shè)計

一次側(cè)電源適配器電路(初級電源電路)就是指直接與外界供電電網(wǎng)或其他等效供電源連接的內(nèi)部電源電路。在電源適配器中,這些電源電路包含EMI濾波器、整流橋、高頻變壓器的一次繞組,及其一切直接連到一次側(cè)的元器件,比如說選用一次側(cè)反饋的偏置繞組、光耦合器中的光敏三極管等。
一次側(cè)鋁電解電容(下文簡稱電容器)電源電路具有電壓高、對爬電距離要求高的特點。在布線時,下面兩類布線方法普遍存在可靠性設(shè)計缺陷:
1)電容正負(fù)極印制線之間的爬電距離不足,尤其是電容器底部的印制線。
2)電容器殼體壓在了連接正極的印制線上。很多電容器殼體底部橡膠密封塞上沒有凸起結(jié)構(gòu),電焊焊接后電容器殼體會牢牢地壓在印制線上。

布線設(shè)計缺陷引起的可靠性問題

電容器底部正負(fù)極印制線爬電距離不足

電路板在生產(chǎn)加工時,一般需要通過貼片、回流電焊焊接、插裝、波峰焊接等多個工藝流程。在各個工藝流程的周轉(zhuǎn)過程,如果電容器下方的pcb板受到污染,會進(jìn)一步減小本來就不足的爬電距離。
在電路板的長期使用過程中,如果周圍環(huán)境的潮氣較大,電容器下方的縫中空氣相對濕度增加,爬電距離不足的印制線之間便造成電弧。
電弧是一束能夠 不斷燃燒的高溫電離氣體,溫度可達(dá)到幾千攝氏度。電弧造成的高溫會熔化印制線,導(dǎo)致印制線斷裂,使電源失效。

電容正負(fù)極之間的印制線最窄處僅為1mm,極易造成電弧如圖1所示:

電容正負(fù)極之間的印制線最窄處極易產(chǎn)生電弧

電容器殼體壓在了連接正極的印制線上

在電容器殼體壓在了連接正極的印制線上的情況下,如果電容器的絕緣皮出現(xiàn)破損,露出金屬殼體,在正極印制線與殼體之間便會造成電弧。電弧造成的高溫同樣會熔化印制線,導(dǎo)致印制線斷裂,使電源失效如圖2所示:

電弧產(chǎn)生的高溫導(dǎo)致印制線斷裂

電容器絕緣皮包裹的金屬外殼與電容器的正極、負(fù)極均無電氣連接。理論上,正極印制線對金屬外殼是無法造成電弧的,因為并不存在放電回路。但實際上,考慮到鋁電解電容獨特的內(nèi)部結(jié)構(gòu),其負(fù)極與金屬殼體之間普遍存在幾兆至幾十兆的等效電阻,該等效電阻使正極與殼體之間形成放電回路如圖3所示
實驗數(shù)據(jù)說明電容器負(fù)極與金屬殼體中間具有可構(gòu)成放電回路的等效電阻(實驗選用的鋁電解電容額定電壓為400V,正負(fù)極額定漏電流小于3uA):
表1實驗數(shù)據(jù)
電容器金屬外殼與正極短接時的伏安特性如圖4所示:
圖4電容器金屬外殼與正極短接時的伏安特性
從上述實驗數(shù)據(jù)可以看出:
1)電容器負(fù)極與金屬外殼短接后,正負(fù)極漏電流不足1微安,說明正極與金屬外殼中間不存在可以形成放電回路的等效電阻。
2)電容器正極與金屬外殼短接后,正負(fù)極漏電流劇增至毫安級,說明負(fù)極與金屬外殼中間具有可以形成放電回路的等效電阻。

3)只有接入電容器正極的印刷線與電容器金屬外殼距離小于0.1mm時,才容易形成電弧。


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| 發(fā)布時間:2020.10.17    來源:
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