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如何提前規避模塊電源使用中的耐壓測試風險

發布時間：

2020-09-22

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近來有客戶反饋對PH75A280模塊電源產品輸出和地進行多輪耐壓測試后，模塊電源輸出對機殼地存在短路失效現象。為了進一步調查清楚故障原因，我們和客戶一起針對此類耐壓測試故障展開調查。

現在簡單分享失效背景、原因及相應對策供行業用戶和關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，在用戶系統內部經過多輪輸出對地500VDC耐壓測試后，存在模塊電源內部輸出對地MLCC短路失效現象。經過與客戶工程師多次溝通，確認實際耐壓測試波形分別如圖1所示。

圖1

2. 問題原因：

PH75A280模塊電源內部輸出對地高壓MLCC規格為630V0.022微法。實際耐壓波形實測值為545VDC，符合PH75A280內部輸出對地MLCC耐壓規格。

從測試波形來看，輸出對地耐壓測試施加高壓速率過快，超出產品應用手冊及行業標準GJB 360B-2009的限制。

根據I=C*dV/dt公式得知，當MLCC承受過高的dV/dt時，其內部將流過電流峰值。值得注意的是高壓MLCC的內部是由平行的電介質層和金屬膜層交織而成的多層結構。因此，其外部電極或鎳鍍錫端（SMD）的內部電極接觸面積相對有限。過高的電流可能會在MLCC內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V=L*di/dt公式得知，受系統內部不可避免的寄生電感的影響，這可能會帶來額外的地彈效應（Ground Bounce）,使得施加到內部MLCC上的實際電壓遠高于儀器外加的耐壓值，造成MLCC擊穿故障。

因為模塊內部輸出對地MLCC處于灌膠區，且寄生參數存在較大離散性，因此實際測量施加至MLCC上的瞬態電壓相對困難。

因此，PH75A280使用手冊中明確規定耐壓測試時需要從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，造成模塊內部元件損壞。

行業標準GJB 360B-2009內“方法301 介質耐電壓試驗部分”第2.2條規定施加電壓速率為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備間dV/dt差異造成實際耐壓測試結果不一致或不可復現。

3. 建議對策：

建議參考行業標準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帶來的風險。

具體可參考圖2所示增加RC緩沖網絡或更換至可控制電壓變化率的耐壓測試儀。考慮到PH75A280系列輸出對地絕緣阻抗高于100MΩ，外加緩沖網絡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。