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电源适配器印制电路板布线的可靠性设计

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电源适配器印制电路板布线的可靠性设计

一次侧电源适配器电路(初级电源电路)就是指直接与外界供电电网或其他等效供电源连接的内部电源电路。在电源适配器中,这些电源电路包含EMI滤波器、整流桥、高频变压器的一次绕组,及其一切直接连到一次侧的元器件,比如说选用一次侧反馈的偏置绕组、光耦合器中的光敏三极管等。
一次侧铝电解电容(下文简称电容器)电源电路具有电压高、对爬电距离要求高的特点。在布线时,下面两类布线方法普遍存在可靠性设计缺陷:
1)电容正负极印制线之间的爬电距离不足,尤其是电容器底部的印制线。
2)电容器壳体压在了连接正极的印制线上。很多电容器壳体底部橡胶密封塞上没有凸起结构,电焊焊接后电容器壳体会牢牢地压在印制线上。

布线设计缺陷引起的可靠性问题

电容器底部正负极印制线爬电距离不足

电路板在生产加工时,一般需要通过贴片、回流电焊焊接、插装、波峰焊接等多个工艺流程。在各个工艺流程的周转过程,如果电容器下方的pcb板受到污染,会进一步减小本来就不足的爬电距离。
在电路板的长期使用过程中,如果周围环境的潮气较大,电容器下方的缝中空气相对湿度增加,爬电距离不足的印制线之间便造成电弧。
电弧是一束能够 不断燃烧的高温电离气体,温度可达到几千摄氏度。电弧造成的高温会熔化印制线,导致印制线断裂,使电源失效。

电容正负极之间的印制线最窄处仅为1mm,极易造成电弧如图1所示:

电容正负极之间的印制线最窄处极易产生电弧

电容器壳体压在了连接正极的印制线上

在电容器壳体压在了连接正极的印制线上的情况下,如果电容器的绝缘皮出现破损,露出金属壳体,在正极印制线与壳体之间便会造成电弧。电弧造成的高温同样会熔化印制线,导致印制线断裂,使电源失效如图2所示:

电弧产生的高温导致印制线断裂

电容器绝缘皮包裹的金属外壳与电容器的正极、负极均无电气连接。理论上,正极印制线对金属外壳是无法造成电弧的,因为并不存在放电回路。但实际上,考虑到铝电解电容独特的内部结构,其负极与金属壳体之间普遍存在几兆至几十兆的等效电阻,该等效电阻使正极与壳体之间形成放电回路如图3所示
实验数据说明电容器负极与金属壳体中间具有可构成放电回路的等效电阻(实验选用的铝电解电容额定电压为400V,正负极额定漏电流小于3uA):
表1实验数据
电容器金属外壳与正极短接时的伏安特性如图4所示:
图4电容器金属外壳与正极短接时的伏安特性
从上述实验数据可以看出:
1)电容器负极与金属外壳短接后,正负极漏电流不足1微安,说明正极与金属外壳中间不存在可以形成放电回路的等效电阻。
2)电容器正极与金属外壳短接后,正负极漏电流剧增至毫安级,说明负极与金属外壳中间具有可以形成放电回路的等效电阻。
3)只有接入电容器正极的印刷线与电容器金属外壳距离小于0.1mm时,才容易形成电弧。

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| 发布时间:2020.10.17    来源:
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