如何提前規(guī)避模塊電源使用中的耐壓測(cè)試風(fēng)險(xiǎn)

PH75A280模塊電源產(chǎn)品輸出和地進(jìn)行多輪耐壓測(cè)試后，模塊電源輸出對(duì)機(jī)殼地存在短路失效現(xiàn)象。為了進(jìn)一步調(diào)查清楚故障原因，我們和客戶(hù)一起針對(duì)此類(lèi)耐壓測(cè)試故障展開(kāi)調(diào)查。

現(xiàn)在簡(jiǎn)單分享失效背景、原因及相應(yīng)對(duì)策供行業(yè)用戶(hù)和關(guān)心支持我們的良師益友參考。

1. 失效背景：

用戶(hù)反饋PH75A280模塊電源被焊接到PCB上， 在用戶(hù)系統(tǒng)內(nèi)部經(jīng)過(guò)多輪輸出對(duì)地500VDC耐壓測(cè)試后，存在模塊電源內(nèi)部輸出對(duì)地MLCC短路失效現(xiàn)象。

2. 問(wèn)題原因：

PH75A280模塊電源內(nèi)部輸出對(duì)地高壓MLCC規(guī)格為630V0.022微法。實(shí)際耐壓波形實(shí)測(cè)值為545VDC，符合PH75A280內(nèi)部輸出對(duì)地MLCC耐壓規(guī)格。

從測(cè)試波形來(lái)看，輸出對(duì)地耐壓測(cè)試施加高壓速率過(guò)快，超出產(chǎn)品應(yīng)用手冊(cè)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)GJB 360B-2009的限制。

根據(jù)I=C*dV/dt公式得知，當(dāng)MLCC承受過(guò)高的dV/dt時(shí)，其內(nèi)部將流過(guò)電流峰值。值得注意的是高壓MLCC的內(nèi)部是由平行的電介質(zhì)層和金屬膜層交織而成的多層結(jié)構(gòu)。因此，其外部電極或鎳鍍錫端（SMD）的有效內(nèi)部電極接觸面積相對(duì)有限。過(guò)高的電流可能會(huì)在MLCC內(nèi)部電極接觸端形成過(guò)高的電流密度。伴隨高dV/dt而來(lái)的是呈線性比例的高di/dt，根據(jù)V=L*di/dt公式得知，受系統(tǒng)內(nèi)部不可避免的寄生電感的影響，這可能會(huì)帶來(lái)額外的地彈效應(yīng)（Ground Bounce）,使得施加到內(nèi)部MLCC上的實(shí)際電壓遠(yuǎn)高于儀器外加的耐壓值，造成MLCC擊穿故障。

因?yàn)槟K內(nèi)部輸出對(duì)地MLCC處于灌膠區(qū)，且寄生參數(shù)存在較大離散性，因此實(shí)際測(cè)量施加至MLCC上的瞬態(tài)電壓相對(duì)困難。

因此，PH75A280使用手冊(cè)中明確規(guī)定耐壓測(cè)試時(shí)需要從0V開(kāi)始緩升緩降，避免突然施加過(guò)高dV/dt，帶來(lái)額外不受控的電壓尖峰，造成模塊內(nèi)部元件損壞。

行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)GJB 360B-2009內(nèi)“方法301 介質(zhì)耐電壓試驗(yàn)部分”第2.2條規(guī)定施加電壓速率為500V/S（rms或DC）。其主要目的是明確耐壓測(cè)試電壓速率，避免不同場(chǎng)地或不同測(cè)試設(shè)備間dV/dt差異造成實(shí)際耐壓測(cè)試結(jié)果不一致或不可復(fù)現(xiàn)。

3. 建議對(duì)策：

建議參考行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)GJB 360B-2009控制施加電壓的變化速率，盡量均勻地從零增加到額定耐壓值，避免測(cè)試過(guò)程中不受控dV/dt帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。

具體可參考圖2所示增加RC緩沖網(wǎng)絡(luò)或更換至可控制電壓變化率的耐壓測(cè)試儀?？紤]到PH75A280系列輸出對(duì)地絕緣阻抗高于100MΩ，外加緩沖網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)的分壓誤差約為千分之五，符合常用耐壓儀測(cè)試精度要求。

圖2

4. 思考總結(jié)：

耐壓測(cè)試的主要目的是檢查絕緣耐受工作電壓或過(guò)電壓的能力，進(jìn)而檢驗(yàn)產(chǎn)品設(shè)備的絕緣性能是否符合安全標(biāo)準(zhǔn)。不合適的測(cè)試方法將給產(chǎn)品內(nèi)部元件及絕緣壁壘帶來(lái)不受控的過(guò)電壓尖峰，所以行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)GJB 360B-2009針對(duì)施加電壓變化速率做了明確規(guī)定。

在使用或關(guān)閉測(cè)試設(shè)備時(shí)，應(yīng)避免將其帶電接入或移除測(cè)試電壓。應(yīng)參考標(biāo)準(zhǔn)逐漸增加或降低外加電壓。特別注意不要使用任何繼電器或定時(shí)器電路，因?yàn)楫?dāng)其關(guān)閉外加電壓時(shí)，產(chǎn)生過(guò)高的脈沖電壓可能是額定施加電壓的幾倍以上，這將損壞被測(cè)試電源，造成不必要的損失。

審核編輯：郭婷