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印制電路板布線的可靠性設(shè)計(jì)

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印制電路板布線的可靠性設(shè)計(jì)

一次側(cè)電源適配器電路（初級(jí)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(cè)的元器件，比如說(shuō)選用一次側(cè)反饋的偏置繞組、光耦合器中的光敏三極管等。
一次側(cè)鋁電解電容（下文簡(jiǎn)稱電容器）電源電路具有電壓高、對(duì)爬電距離要求高的特點(diǎn)。在布線時(shí)，下面兩類布線方法普遍存在可靠性設(shè)計(jì)缺陷：
1）電容正負(fù)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(méi)有凸起結(jié)構(gòu)，電焊焊接后電容器殼體會(huì)牢牢地壓在印制線上。

布線設(shè)計(jì)缺陷引起的可靠性問(wèn)題

電容器底部正負(fù)極印制線爬電距離不足

電路板在生產(chǎn)加工時(shí)，一般需要通過(guò)貼片、回流電焊焊接、插裝、波峰焊接等多個(gè)工藝流程。在各個(gè)工藝流程的周轉(zhuǎn)過(guò)程，如果電容器下方的pcb板受到污染，會(huì)進(jìn)一步減小本來(lái)就不足的爬電距離。
在電路板的長(zhǎng)期使用過(guò)程中，如果周?chē)h(huán)境的潮氣較大，電容器下方的縫中空氣相對(duì)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(dá)到幾千攝氏度。電弧造成的高溫會(huì)熔化印制線，導(dǎo)致印制線斷裂，使電源失效。

電容正負(fù)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(fù)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(huì)造成電弧。電弧造成的高溫同樣會(huì)熔化印制線，導(dǎo)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(dǎo)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(fù)極均無(wú)電氣連接。理論上，正極印制線對(duì)金屬外殼是無(wú)法造成電弧的，因?yàn)椴⒉淮嬖诜烹娀芈?。但?shí)際上，考慮到鋁電解電容獨(dú)特的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，其負(fù)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)說(shuō)明電容器負(fù)極與金屬殼體中間具有可構(gòu)成放電回路的等效電阻（實(shí)驗(yàn)選用的鋁電解電容額定電壓為400V，正負(fù)極額定漏電流小于3uA）：
表1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
電容器金屬外殼與正極短接時(shí)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(shí)的伏安特性
從上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出：
1）電容器負(fù)極與金屬外殼短接后，正負(fù)極漏電流不足1微安，說(shuō)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(fù)極漏電流劇增至毫安級(jí)，說(shuō)明負(fù)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(shí)，才容易形成電弧。


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| 發(fā)布時(shí)間：2020.10.17    來(lái)源：
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