作者 项永金 崔斌 王奎 陈明轩 戴银燕 格力电器(合肥)有限公司(安徽 合肥 230000)
项永金(1984年1月)，男，大专，质量主管，首要从事电子元器材失效剖析研讨，芯片、半导体、功率器材失效剖析研讨及可靠性研讨进步作业。
摘要：商用多联机变频空调用操控器在实践运用一段时间后呈现主板失效问题， 数据计算剖析及实践主板复核剖析是开关电源电路中开关芯片失效 ，芯片损害点会集在弱电操控脚受损失效，问题长期存在没有得到有用处理计划，本文从器材运用、开关电源电路静电放电规划、 PCB走线规划进行全面验证剖析，终究确认是电路PCB走线规划存在缺点，通过优化电路PCB走线规划有用处理问题。
0 导言
跟着电子技术开展，集成芯片IC得到广泛运用，开关电源芯片通过多年开展现已很高集成度，其间POWER集成式开关芯片集成度高，低功耗，大容量规划、体积小、可靠性高在家电操控器开关电源电路得到很多运用 。
开关电源作为新式高效电源在家电操控体系承当中心作用，一旦发生毛病，将导致空调功用失效，严峻时或许导致主板爆板，空调整机焚毁，形成严峻的安全事故。因而研讨开关电源电路全体规划及作业可靠性 ，进步顾客对品牌的满意度具有十分重要的含义。
1 事情布景
商用变频空调操控体系用操控器在实践运用一段时间后呈现主板失效问题，通过很多数据计算剖析及实践主板失效剖析确认是开关电源电路中的开关芯片失效导致，通过计算空调实践运用修理数据，因开关芯片过电失效导致售后投诉奇数达近百单，占整个操控器售后毛病率2.9%,操控器售后大比例失效严峻影响空调全体产品质量及用户实践体会作用。问题急需进行剖析研讨处理。
2 芯片失效原因及失效机理剖析
2.1 主板电源芯片失效外表
电源芯片运用主板处有32款，计算运用失效数据显现售后POWER开关电源芯片失效首要会集两款主板，主板30226000004 、30226000045，30226000004失效会集在弱电侧3脚，强电侧没有呈现显着失效，MOS管耐压测验正常，器材本体没有可见的过电损害现象，主板30226000045失效3单外表均能够看到芯片外表有显着的过电焚毁现象，同步焚毁还有R C电路对应的玻璃釉膜电阻及贴片电阻。剖析是漏极过电冲击失效。
2.2 失效芯片阻值特性检测剖析
售后复核呈现很多的开关电源不作业，通过剖析检测是开关电源芯片失效，选取售后退回11单失效主板进行芯片失效检测剖析，通过对器材失效点进行检测剖析汇总发现芯片失效会集3脚短路失效杰出。主板30226000004等静音风管机主板开关芯片会集在3脚短路失效杰出(检测数据如下表1)，而30226000045等22匹多联机主板失效多表现为本体有显着过电击穿点，检测对应漏极受损或是短路。失效形式有所不同。
科汇开关芯片运用不同主板信息及中心参数比照剖析
主板电源芯片运用电路要害参数比照如表2。
2.3 磁饱满剖析
开关电源规划考虑是整个体系规划，非单个器材。呈现开关电源芯片失效是否是电路规划存在问题，是否是呈现磁饱满。开关电源磁饱满与电路中相关器材合作等有直接关系，开关电源芯片、高频变压器、输入电源、运用环境等都是影响开关电源可靠性要害问题。开关芯片失效是否与磁饱满有关，一般磁饱满会导致芯片漏极发生瞬间过压冲击然后击穿芯片，首要表现为芯片外表焚毁及迸裂，本次呈现的失效形式与此有所不同，针对发生疑问进行剖析验证。
2.3.1 30226000004主板漏极波形测验(磁饱满测验剖析)
30226000004主板过载测验漏极瞬间注册电流峰值，通电50次测验最大电流峰值1.8 A。安稳后均匀电流值约900mA，通电50次测验均匀电流值在800-1.2 A。测验波形如下图2。
剖析成果：通过对失效主板进行整机剖析验证及过载波形剖析测验确认电源芯片失效非磁饱满问题导致。实践开关电源漏极耐压规划余量足够。全体测验注册瞬间漏极峰值电流小于规划值60%。
2.3.2 芯片ESD测验剖析
POWER电源芯片运用主板总32款，弱电侧失效会集在商用静音风管多联机主板，通过对芯片弱电脚进行ESD测验确认芯片ESD极限水均匀超越10kV ，归纳评价非芯片ESD等级低，开关电源规划针对次级输出静电或是过电规划有专用的放电通道，并对电路规划做规范要求。是否是电路规划走线问题，针对问题打开剖析验证。
通过对芯片进行开封解析，芯片晶圆外表实践没有显着过电焚毁点，部分有细小的失效点，相似ESD瞬间冲击失效，企标要求主板整机静电放电接受水平到达1kV，是否是主板PCB走线规划存在问题发生瞬间放电导致，组织对主板进行整机静电测验模仿验证，在测验模仿过程中，当施加电压到达12kV，15kV主板某方位呈现瞬间亮光放电现象(放电图片如图3)，呈现概率很低，检查亮光点在开关电源反应电路方位。通过主板整机静电计划实验验证开始剖析该板存在layout规划问题。
2.3.3 开关电源整机静电规划放电通道剖析
主板进行ESD测线呈现瞬间放电现象，测验成果不契合主板整机ESD规划要求规范，针对开关电源全体ESD规划有专门放电通道，一般家电类开关电源次级输出放电通道首要是有两种途径，初次级直接通过放电齿规划也能够是Y电容进行跨接初次级进行放电，高频变压器初次级耦合途径放电，一般家用电器运用开关电源关于整机静电放电规划首要从两个方面。详细放电规划走线如下。
静电放电途径1：在后级电路引进静电等高能量的冲击，电荷开释途径1 是通过跨接初次级之间安规电容，将电荷直接通过初级电解电容开释。放电途径及规划走线如下图4。
静电放电途径2：在后级电路引进静电等高能量的冲击，电荷开释途径2 是通过高频变压器初次级耦合途径传输。放电途径及规划走线如下图5。
2.3.4 主板整机ESD测验呈现放电现象及回路剖析
按企标主板整机ESD测验计划对主板进行ESD测验并对数据进行计算发现在主板ESD测验静电水平到达15000 V，会呈现必定概率的放电现象，放电点通过确认是开关电源次级输出给开关芯片供电电路片状电阻R100对反应电路片状电容C79进行瞬间放电，如下图6所示。
通过查阅开关电源规划材料，针对开关电源静电放电规划首要从两个方面处理电荷开释。失效主板静电规划途径1运用是Y电容跨接初次级接初级电解电容。失效主板规划及走线契合规划无反常。放电途径2走线规划进行剖析确认失效主板走线规划如下，模仿呈现瞬间放电 丝印方位是片状电阻R100对片状电容C79进行瞬间放电，片状电容C79正是衔接到开关芯片3脚信号反应口，通过比照其他开关电源PCB规划走线及PCB规划规范发现R100对C79走线规划存在问题，走线空隙过小，一旦次级引进能量到达必定等级击穿空气直接对片状电容C79(即电源芯片3脚)进行放电，芯片口由于静电损害导致无法正常作业，失效 是该方位电路静电瞬间放电导致。通过模仿整机ESD测验记载很多数据呈现一单芯片受损现象，与售后失效形式相同。
规划缺点点1：检查开关电源PCB规划走线及PCB规划规范发现R100对C79走线规划存在问题，走线空隙过小。存在瞬间击穿空气放电危险。放电点如下图7标明方位。实践验证确认该问题存在，会呈现芯片击穿失效。
规划缺点点2：次级绕组耦合回路地是衔接到电源芯片地再接到初级电解电容地，存在损害芯片危险。最好静电开释通道是次级耦合回路直接衔接初级输入电解电容地，而非通过电源芯片地后再到初级输入电解电容地。即最好规划是如下9赤色虚线走线规划。
2.3.5 剖析总结
商用静音多联机主板在售后呈现大比例失效剖析是开关电源芯片失效导致，通过对芯片失效剖析及电路规划走线等剖析确认失效主板PCB走线规划存在缺点，在生产过程中存在开关电源输出端引进静电是会通过高频变压器静电传输耦合途径2进行放电，PCB走线规划存在缺点 R100对C79走线规划空隙过小，一旦次级引进能量到达必定等级击穿空气直接对电源芯片3脚进行放电，芯片口由于静电损害导致无法正常作业。通过优化电路走线规划完全有用阻隔次级回路与反应电路之间的电气空隙，有用处理问题。
3 开关芯片失效整改措施
3.1 开关芯片失效处理计划
4 整改作用评价及运用作用验证
通过对优化开关电源电路PCB走线规划后主板进行整机ESD测验，现在主板ESD水平在18kV，部分到达20kV，没有再呈现放电现象，评价整改计划有用。
5 开关芯片失效整改总结及含义
本次售后大批呈现开关芯片失效归于开关电源电路PCB走线规划缺点，在电路规划开发时未能有用处理开关电源静电放电规划，走线规划存在缺点评价不充分导致实践运用呈现失效，通过优化电路走线规划并通过实践实验验证确认能够有用处理问题。
参考文献：
[1] 邵连合. 直流开关稳压电源的规划 [J]. 轻工科技 . 2014-03
[2] 姬海宁. 高频开关电源变压器的优化规划及其运用 [J]. 电子科技大学. 2003-01-01
本文来源于《电子产品世界》2018年第11期第68页，欢迎您写论文时引证，并注明出处。
