高頻變壓器受力破損的失效分析與研究

　　摘  要：家用變頻空調(diào)外機(jī)電器盒在應(yīng)用過程及售后出現(xiàn)高頻變壓器引腳破損的故障失效突出，經(jīng)過對(duì)失效品 分析及大量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)整機(jī)設(shè)計(jì)存在缺陷。由于電路板設(shè)計(jì)要求小型化，整體設(shè)計(jì)布局比較緊湊，針對(duì)帶 有風(fēng)機(jī)模塊的分體外機(jī)電器盒，在設(shè)計(jì)之初將開關(guān)電源電路中的高頻變壓器放在了板邊，導(dǎo)致裝入整機(jī)與其它 部件間隙較小，在物流周轉(zhuǎn)運(yùn)輸，以及整機(jī)振動(dòng)的情況下受力擠壓，導(dǎo)致高頻變壓器本體受力出現(xiàn)引腳線圈開 路故障，使整個(gè)電路不能正常工作。本文從高頻變壓器引腳受力破損的失效機(jī)理、器件本身、器件實(shí)際應(yīng)用可 靠性等方面進(jìn)行全面分析改善，有效解決了此故障失效。

　　關(guān)鍵詞：變頻空調(diào);高頻變壓器;機(jī)械應(yīng)力;矮封裝

　　0 引言

　　高頻變壓器是變壓器的一種，是開關(guān)電源最主要的 組成部分。有開關(guān)電源的設(shè)備均會(huì)用到，使用范圍較 廣。開關(guān)電源具有效率高、成本低及體積小的特點(diǎn)，憑 借良好的性能，在電氣設(shè)備中獲得了廣泛的應(yīng)用。在開 關(guān)電源的設(shè)計(jì)中，磁性元件的性能是非常重要，而高頻 變壓器恰恰是離線式變換開關(guān)電源中重要的磁性元件。

　　傳統(tǒng)的高頻變壓器和工頻變壓器的結(jié)構(gòu)是類似的。傳統(tǒng) 變壓器有一個(gè)很大的弊端就是體積大，轉(zhuǎn)換效率不高， 不適合在小型電子設(shè)備中使用。 在實(shí)際應(yīng)用中最主要故障就是機(jī)械應(yīng)力導(dǎo)致的失 效。高頻變壓器本體受力導(dǎo)致引腳與骨架連接處破損， 控制器開關(guān)電源無電壓輸出，最終導(dǎo)致空調(diào)整機(jī)無法正 常工作。通過對(duì)售后失效品的分析研究，研究高頻變壓 器受力破損的失效原因，采取有效的整改措施，具有非 常重要的意義。

　　1 事件背景

　　家用變頻空調(diào)分體外機(jī)控制器使用高頻變壓器在售后 失效較突出，其中最典型問題就是機(jī)械應(yīng)力導(dǎo)致的破損。 由于受P板設(shè)計(jì)布局，以及整機(jī)機(jī)構(gòu)的影響，導(dǎo)致高頻變 壓器布局靠近板邊，在售后出現(xiàn)本體受力破損故障，導(dǎo)致整個(gè)外機(jī)不通電。此故障廠內(nèi)測試可控，破損主要是由于 整機(jī)各部件與高頻變壓器間隙小，本體受力擠壓，最終導(dǎo) 致骨架破損，線圈開路。控制器售后失效嚴(yán)重影響空調(diào)整 體產(chǎn)品質(zhì)量，問題急需進(jìn)行分析研究解決。

　　2 高頻變壓器引腳受力破損的失效原因及失效機(jī)理分析

　　統(tǒng)計(jì)售后高頻變壓器引腳受力破損故障，均出現(xiàn)在 帶風(fēng)機(jī)模塊的分體外機(jī)電器盒機(jī)型，均為高頻變壓器本 體受力，受力方式相同，高頻變壓器引腳與骨架連接處 最脆弱，最容易出現(xiàn)破損。排查生產(chǎn)過程未發(fā)現(xiàn)受力隱 患，本身不通電測試可控，不存在不穩(wěn)定現(xiàn)象。高頻變 壓器本體受力，最終排查為整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有干涉，高頻 變壓器靠近板邊，封裝較高，裝入整機(jī)后導(dǎo)致與壓縮機(jī) 隔音棉間隙過小，高頻變壓器本體受力擠壓。整機(jī)在惡 劣物流運(yùn)輸，以及運(yùn)行振動(dòng)情況下，導(dǎo)致引腳與骨架連 接處受力破損，線圈斷開。查看故障品本體均有受力 痕跡。

　　2.1 高頻變壓器引腳受力破損的失效產(chǎn)生原因

　　高頻變壓器本體受力歪斜，對(duì)故障件進(jìn)行多次測試 測試呈死機(jī)狀態(tài)，查看主板發(fā)現(xiàn)高頻變壓器均為靠近板 邊，與底部壓縮機(jī)隔音棉間隙小。失效集中在一級(jí)能效帶風(fēng)機(jī)模塊機(jī)型，查看其他電路設(shè)計(jì)高頻變壓器在靠近 高壓電解電容內(nèi)側(cè)售后沒有出現(xiàn)失效。該位置變壓器在 主板上封裝比較高，從受力情況看，高頻變壓器本體有 受力痕跡，受力方向是由主板外側(cè)向內(nèi)，分析為整機(jī)各 部件之間受力擠壓導(dǎo)致。 售后返回控制器故障原因?yàn)?ldquo;E6”，對(duì)故障件外 觀進(jìn)行查看無明顯受力破損現(xiàn)象。通電測試，電器盒不上電，與售后所報(bào)故障相同。通電測量發(fā)現(xiàn)高頻變壓器 無電壓輸出，外觀檢查本體有輕微變形，測量1腳為開 路轉(zhuǎn)態(tài)。

　　拆下后查看發(fā)現(xiàn)第1腳引線處斷。放大鏡下查 看，發(fā)現(xiàn)斷口處呈尖裝，分析為受力拉斷導(dǎo)致，對(duì)故障 控制器更換新的高頻變壓器后測試，各項(xiàng)運(yùn)行正常，分 析此為失效根本原因。 對(duì)帶有風(fēng)機(jī)模塊的分體電器盒相對(duì)應(yīng)整機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行排 查，檢查發(fā)現(xiàn)部分高頻變壓器與壓縮機(jī)排氣管隔音棉間隙 較小，高頻變壓器與隔音棉之間最小的約只有5 mm，相 隔的間隙較近，整機(jī)部件在振動(dòng)情況下導(dǎo)致隔音棉很容易 擠到高頻變壓器本體，使高頻變壓器本體受力。 排查廠內(nèi)生產(chǎn)整機(jī)，進(jìn)行拆機(jī)檢查整機(jī)各部件與 高壓變頻器的裝配間隙，具體結(jié)果 如下：

　　1)潤享變頻1系列使用PCB板(A27)、(A41) 整體間隙較充足。 ①隔音棉包裹排氣管后間隙約10 mm; ②將排氣管露出后間隙約14 mm。 2)睡夢(mèng)享變頻1、冷靜王-Ⅱ變頻、變頻金剛-Ⅲ 變頻2等系列使用PCB板(A27)整體間隙基本一致，間 隙均較小。 ①隔音棉包裹排氣管后最大間隙約6~7 mm; ②將排氣管露出后最大間隙約10~12 mm。

　　2.2 高頻變壓器引腳受力破損的失效機(jī)理分析

　　高頻變壓器的使用范圍相當(dāng)廣泛，基本上有電源的 設(shè)備都會(huì)使用到。本文使用的高頻變壓器均為降壓作 用，引腳受力線圈斷裂后，直接導(dǎo)致出現(xiàn)電性能故障。 失效原理為高頻變壓器外殼本體受力，導(dǎo)致骨架引腳處 受力侵斜，使引線受力斷裂，出現(xiàn)不通電故障，使電路 不能正常工作。引腳鑲嵌 在注塑件里面，此處連接較脆弱，受力最容易出現(xiàn)破 損，來貨物料周轉(zhuǎn)運(yùn)輸不當(dāng)導(dǎo)致此處斷裂故障較多。高 頻變壓器在整機(jī)各部件擠壓受力本體傾斜后，引腳受力 導(dǎo)致骨架與引腳連接處線圈斷裂。

　　3 電路設(shè)計(jì)核查與對(duì)比分析

　　失效高頻變壓器應(yīng)用于我司變頻空調(diào)分體外機(jī)控制 器上，失效機(jī)型、位置、電路集中。使用在開關(guān)電源 中，在電路中主要作用是對(duì)直流電源進(jìn)行降壓。主要是 提供5 V、12 V、15 V 電源。

　　4 高頻變壓器引 腳受力破損的解決方案

　　對(duì)電路設(shè)計(jì)進(jìn)行 改善，受P板布局，以 及器件高度密集集中 化限制，改善難度較 大，等于是重新開發(fā) 新的產(chǎn)品。重新改設(shè) 計(jì)、開模，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 周期較長，且浪費(fèi)人力與物力。 經(jīng)實(shí)際應(yīng)用以及驗(yàn)證分析，受力因素?zé)o法改變，采 用表1的方案均可以改善。綜合各方面因素，方案2是最 有效的可靠性解決方案，已大面積推廣到其它相同類型 控制器，使用效果良好，整改后機(jī)型售后再未見有此故 障失效。

　　4.1 改善隔音棉

　　將壓縮機(jī)隔音棉與高頻變壓器接觸的部分去除，增大了間隙0.6 cm以上，減少了整機(jī)各部件裝配后導(dǎo)致高頻變壓器受力擠壓的隱患。

　　4.2 開發(fā)新的高頻變壓器矮封裝物料

　　開發(fā)新的高頻變壓器矮封裝物料，對(duì)高度進(jìn)行降 低，且各項(xiàng)性能不發(fā)生變化。目前已在不同機(jī)型的多個(gè) 主板使用。可見整機(jī)結(jié)構(gòu)更改后差別明顯，且比周邊大的器件高度低，可有效杜絕 高頻變壓器受力故障的發(fā)生。車速為80 km/h工況下轉(zhuǎn)速同步到開始換擋使用時(shí)間約318 ms，執(zhí)行換擋動(dòng)作使用時(shí)間約 9.8 ms，換擋前后車速較為平穩(wěn)，無明顯波動(dòng)。

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　　5結(jié)束語

　　本文從高頻變壓器的產(chǎn)品構(gòu)造，受力破損的失效機(jī) 理等多方面進(jìn)行分析，將高頻變壓器受力破損故障徹底 解決。分析研究結(jié)果：在不改變?cè)�有設(shè)計(jì)的情況下，通 過改變高頻變壓器的封裝高度尺寸大小，可以有效地杜 絕售后惡劣運(yùn)輸周轉(zhuǎn)、整機(jī)振動(dòng)各部件之間擠壓造成的 破損，經(jīng)過實(shí)際應(yīng)用取得顯著效果，整改后售后再無此 故障失效。該方案在其它電子制造領(lǐng)域同樣值得借鑒。

　　作者：黎長源

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