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)外機電器盒在應用過程及售后出現(xiàn)高頻變壓器引腳破損的故障失效突出，經(jīng)過對失效品 分析及大量數(shù)據(jù)統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)整機設計存在缺陷。由于電路板設計要求小型化，整體設計布局比較緊湊，針對帶 有風機模塊的分體外機電器盒，在設計之初將開關電源電路中的高頻變壓器放在了板邊，導致裝入整機與其它 部件間隙較小，在物流周轉(zhuǎn)運輸，以及整機振動的情況下受力擠壓，導致高頻變壓器本體受力出現(xiàn)引腳線圈開 路故障，使整個電路不能正常工作。本文從高頻變壓器引腳受力破損的失效機理、器件本身、器件實際應用可 靠性等方面進行全面分析改善，有效解決了此故障失效。

　　關鍵詞：變頻空調(diào);高頻變壓器;機械應力;矮封裝

　　0 引言

　　高頻變壓器是變壓器的一種，是開關電源最主要的 組成部分。有開關電源的設備均會用到，使用范圍較 廣。開關電源具有效率高、成本低及體積小的特點，憑 借良好的性能，在電氣設備中獲得了廣泛的應用。在開 關電源的設計中，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構是類似的。傳統(tǒng) 變壓器有一個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備中使用。 在實際應用中最主要故障就是機械應力導致的失 效。高頻變壓器本體受力導致引腳與骨架連接處破損， 控制器開關電源無電壓輸出，最終導致空調(diào)整機無法正 常工作。通過對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械應力導致的破損。 由于受P板設計布局，以及整機機構的影響，導致高頻變 壓器布局靠近板邊，在售后出現(xiàn)本體受力破損故障，導致整個外機不通電。此故障廠內(nèi)測試可控，破損主要是由于 整機各部件與高頻變壓器間隙小，本體受力擠壓，最終導 致骨架破損，線圈開路�？刂破魇酆笫�效嚴重影響空調(diào)整 體產(chǎn)品質(zhì)量，問題急需進行分析研究解決。

　　2 高頻變壓器引腳受力破損的失效原因及失效機理分析

　　統(tǒng)計售后高頻變壓器引腳受力破損故障，均出現(xiàn)在 帶風機模塊的分體外機電器盒機型，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，最終排查為整機結構設計有干涉，高頻 變壓器靠近板邊，封裝較高，裝入整機后導致與壓縮機 隔音棉間隙過小，高頻變壓器本體受力擠壓。整機在惡 劣物流運輸，以及運行振動情況下，導致引腳與骨架連 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，對故障件進行多次測試 測試呈死機狀態(tài)，查看主板發(fā)現(xiàn)高頻變壓器均為靠近板 邊，與底部壓縮機隔音棉間隙小。失效集中在一級能效帶風機模塊機型，查看其他電路設計高頻變壓器在靠近 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)，分析為整機各 部件之間受力擠壓導致。 售后返回控制器故障原因為“E6”，對故障件外 觀進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，分析為受力拉斷導致，對故障 控制器更換新的高頻變壓器后測試，各項運行正常，分 析此為失效根本原因。 對帶有風機模塊的分體電器盒相對應整機結構進行排 查，檢查發(fā)現(xiàn)部分高頻變壓器與壓縮機排氣管隔音棉間隙 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，整機部件在振動情況下導致隔音棉很容易 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，進行拆機檢查整機各部件與 高壓變頻器的裝配間隙，具體結果 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理分析

　　高頻變壓器的使用范圍相當廣泛，基本上有電源的 設備都會使用到。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)運輸不當導致此處斷裂故障較多。高 頻變壓器在整機各部件擠壓受力本體傾斜后，引腳受力 導致骨架與引腳連接處線圈斷裂。

　　3 電路設計核查與對比分析

　　失效高頻變壓器應用于我司變頻空調(diào)分體外機控制 器上，失效機型、位置、電路集中。使用在開關電源 中，在電路中主要作用是對直流電源進行降壓。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

　　對電路設計進行 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 計、開模，實驗驗證 周期較長，且浪費人力與物力。 經(jīng)實際應用以及驗證分析，受力因素無法改變，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，整改后機型售后再未見有此故 障失效。

　　4.1 改善隔音棉

　　將壓縮機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，減少了整機各部件裝配后導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，對高度進行降 低，且各項性能不發(fā)生變化。目前已在不同機型的多個 主板使用。可見整機結構更改后差別明顯，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間約318 ms，執(zhí)行換擋動作使用時間約 9.8 ms，換擋前后車速較為平穩(wěn)，無明顯波動。

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　　5結束語

　　本文從高頻變壓器的產(chǎn)品構造，受力破損的失效機 理等多方面進行分析，將高頻變壓器受力破損故障徹底 解決。分析研究結果：在不改變原有設計的情況下，通 過改變高頻變壓器的封裝高度尺寸大小，可以有效地杜 絕售后惡劣運輸周轉(zhuǎn)、整機振動各部件之間擠壓造成的 破損，經(jīng)過實際應用取得顯著效果，整改后售后再無此 故障失效。該方案在其它電子制造領域同樣值得借鑒。

　　作者：黎長源

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