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印制電路板布線的可靠性設計

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印制電路板布線的可靠性設計

一次側電源適配器電路（初級電源電路）就是指直接與外界供電電網(wǎng)或其他等效供電源連接的內(nèi)部電源電路。在電源適配器中，這些電源電路包含EMI濾波器、整流橋、高頻變壓器的一次繞組，及其一切直接連到一次側的元器件，比如說選用一次側反饋的偏置繞組、光耦合器中的光敏三極管等。
一次側鋁電解電容（下文簡稱電容器）電源電路具有電壓高、對爬電距離要求高的特點。在布線時，下面兩類布線方法普遍存在可靠性設計缺陷：
1）電容正負極印制線之間的爬電距離不足，尤其是電容器底部的印制線。
2）電容器殼體壓在了連接正極的印制線上。很多電容器殼體底部橡膠密封塞上沒有凸起結構，電焊焊接后電容器殼體會牢牢地壓在印制線上。

布線設計缺陷引起的可靠性問題

電容器底部正負極印制線爬電距離不足

電路板在生產(chǎn)加工時，一般需要通過貼片、回流電焊焊接、插裝、波峰焊接等多個工藝流程。在各個工藝流程的周轉過程，如果電容器下方的pcb板受到污染，會進一步減小本來就不足的爬電距離。
在電路板的長期使用過程中，如果周圍環(huán)境的潮氣較大，電容器下方的縫中空氣相對濕度增加，爬電距離不足的印制線之間便造成電弧。
電弧是一束能夠 不斷燃燒的高溫電離氣體，溫度可達到幾千攝氏度。電弧造成的高溫會熔化印制線，導致印制線斷裂，使電源失效。

電容正負極之間的印制線最窄處僅為1mm，極易造成電弧如圖1所示：

電容正負極之間的印制線最窄處極易產(chǎn)生電弧

電容器殼體壓在了連接正極的印制線上

在電容器殼體壓在了連接正極的印制線上的情況下，如果電容器的絕緣皮出現(xiàn)破損，露出金屬殼體，在正極印制線與殼體之間便會造成電弧。電弧造成的高溫同樣會熔化印制線，導致印制線斷裂，使電源失效如圖2所示：

電弧產(chǎn)生的高溫導致印制線斷裂

電容器絕緣皮包裹的金屬外殼與電容器的正極、負極均無電氣連接。理論上，正極印制線對金屬外殼是無法造成電弧的，因為并不存在放電回路。但實際上，考慮到鋁電解電容獨特的內(nèi)部結構，其負極與金屬殼體之間普遍存在幾兆至幾十兆的等效電阻，該等效電阻使正極與殼體之間形成放電回路如圖3所示
實驗數(shù)據(jù)說明電容器負極與金屬殼體中間具有可構成放電回路的等效電阻（實驗選用的鋁電解電容額定電壓為400V，正負極額定漏電流小于3uA）：
表1實驗數(shù)據(jù)
電容器金屬外殼與正極短接時的伏安特性如圖4所示：
圖4電容器金屬外殼與正極短接時的伏安特性
從上述實驗數(shù)據(jù)可以看出：
1）電容器負極與金屬外殼短接后，正負極漏電流不足1微安，說明正極與金屬外殼中間不存在可以形成放電回路的等效電阻。
2）電容器正極與金屬外殼短接后，正負極漏電流劇增至毫安級，說明負極與金屬外殼中間具有可以形成放電回路的等效電阻。

3）只有接入電容器正極的印刷線與電容器金屬外殼距離小于0.1mm時，才容易形成電弧。


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| 發(fā)布時間：2020.10.17    來源：
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