如何提前規(guī)避模塊電源使用中的耐壓測試風(fēng)險(xiǎn)

PH75A280模塊電源產(chǎn)品輸出和地進(jìn)行多輪耐壓測試后，模塊電源輸出對機(jī)殼地存在短路失效現(xiàn)象。為了進(jìn)一步調(diào)查清楚故障原因，我們和客戶一起針對此類耐壓測試故障展開調(diào)查。

現(xiàn)在簡單分享失效背景、原因及相應(yīng)對策供行業(yè)用戶和關(guān)心支持我們的良師益友參考。

1. 失效背景：

用戶反饋PH75A280模塊電源被焊接到PCB上， 在用戶系統(tǒng)內(nèi)部經(jīng)過多輪輸出對地500VDC耐壓測試后，存在模塊電源內(nèi)部輸出對地MLCC短路失效現(xiàn)象。

2. 問題原因：

PH75A280模塊電源內(nèi)部輸出對地高壓MLCC規(guī)格為630V0.022微法。實(shí)際耐壓波形實(shí)測值為545VDC，符合PH75A280內(nèi)部輸出對地MLCC耐壓規(guī)格。

從測試波形來看，輸出對地耐壓測試施加高壓速率過快，超出產(chǎn)品應(yīng)用手冊及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)GJB 360B-2009的限制。

根據(jù)I=C*dV/dt公式得知，當(dāng)MLCC承受過高的dV/dt時(shí)，其內(nèi)部將流過電流峰值。值得注意的是高壓MLCC的內(nèi)部是由平行的電介質(zhì)層和金屬膜層交織而成的多層結(jié)構(gòu)。因此，其外部電極或鎳鍍錫端（SMD）的有效內(nèi)部電極接觸面積相對有限。過高的電流可能會(huì)在MLCC內(nèi)部電極接觸端形成過高的電流密度。伴隨高dV/dt而來的是呈線性比例的高di/dt，根據(jù)V=L*di/dt公式得知，受系統(tǒng)內(nèi)部不可避免的寄生電感的影響，這可能會(huì)帶來額外的地彈效應(yīng)（Ground Bounce）,使得施加到內(nèi)部MLCC上的實(shí)際電壓遠(yuǎn)高于儀器外加的耐壓值，造成MLCC擊穿故障。

因?yàn)槟K內(nèi)部輸出對地MLCC處于灌膠區(qū)，且寄生參數(shù)存在較大離散性，因此實(shí)際測量施加至MLCC上的瞬態(tài)電壓相對困難。

因此，PH75A280使用手冊中明確規(guī)定耐壓測試時(shí)需要從0V開始緩升緩降，避免突然施加過高dV/dt，帶來額外不受控的電壓尖峰，造成模塊內(nèi)部元件損壞。

行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)GJB 360B-2009內(nèi)“方法301 介質(zhì)耐電壓試驗(yàn)部分”第2.2條規(guī)定施加電壓速率為500V/S（rms或DC）。其主要目的是明確耐壓測試電壓速率，避免不同場地或不同測試設(shè)備間dV/dt差異造成實(shí)際耐壓測試結(jié)果不一致或不可復(fù)現(xiàn)。

3. 建議對策：

建議參考行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)GJB 360B-2009控制施加電壓的變化速率，盡量均勻地從零增加到額定耐壓值，避免測試過程中不受控dV/dt帶來的風(fēng)險(xiǎn)。

具體可參考圖2所示增加RC緩沖網(wǎng)絡(luò)或更換至可控制電壓變化率的耐壓測試儀?？紤]到PH75A280系列輸出對地絕緣阻抗高于100MΩ，外加緩沖網(wǎng)絡(luò)帶來的分壓誤差約為千分之五，符合常用耐壓儀測試精度要求。

圖2

4. 思考總結(jié)：

耐壓測試的主要目的是檢查絕緣耐受工作電壓或過電壓的能力，進(jìn)而檢驗(yàn)產(chǎn)品設(shè)備的絕緣性能是否符合安全標(biāo)準(zhǔn)。不合適的測試方法將給產(chǎn)品內(nèi)部元件及絕緣壁壘帶來不受控的過電壓尖峰，所以行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)GJB 360B-2009針對施加電壓變化速率做了明確規(guī)定。

在使用或關(guān)閉測試設(shè)備時(shí)，應(yīng)避免將其帶電接入或移除測試電壓。應(yīng)參考標(biāo)準(zhǔn)逐漸增加或降低外加電壓。特別注意不要使用任何繼電器或定時(shí)器電路，因?yàn)楫?dāng)其關(guān)閉外加電壓時(shí)，產(chǎn)生過高的脈沖電壓可能是額定施加電壓的幾倍以上，這將損壞被測試電源，造成不必要的損失。

審核編輯：郭婷