一, Βασικές προκλήσεις και τρόποι αστοχίας ηλεκτρικής μόνωσης
1. Υποβάθμιση της μόνωσης που προκαλείται από περιβαλλοντικούς παράγοντες
Υψηλή υγρασία: Όταν η υγρασία υπερβαίνει το 85% RH, τα μόρια του νερού σχηματίζουν αγώγιμες οδούς στην επιφάνεια των μονωτικών υλικών, με αποτέλεσμα τη μείωση της αντίστασης μόνωσης κατά περισσότερο από 50%.
Κύκλος θερμοκρασίας: Σε διαφορά θερμοκρασίας -40 βαθμών έως+85 βαθμών, η διαφορά στο συντελεστή θερμικής διαστολής του υλικού μπορεί να προκαλέσει μικρορωγμές, μειώνοντας την απόσταση ερπυσμού κατά 30%.
Χημική ρύπανση: Διαβρωτικές ουσίες όπως σπρέι αλατιού και λεκέδες λαδιού μπορεί να καταστρέψουν τη μονωτική στρώση, μειώνοντας την επιφανειακή αντίσταση στο 1/10 της αρχικής της τιμής εντός 24 ωρών.
2. Τυπικές λειτουργίες αποτυχίας
Ηλεκτρική βλάβη: Σε τάσεις πάνω από 500 V, τα αδύναμα σημεία (όπως η συγκόλληση με ακίδες) παρουσιάζουν στιγμιαία βλάβη, απελευθερώνοντας μεγάλη ποσότητα θερμότητας.
Creepage corrosion: The conductive channel formed along the insulation surface continues to develop under high voltage difference (>1000V/mm), προκαλώντας τελικά βραχυκύκλωμα.
Στατική συσσώρευση: Ο στατικός ηλεκτρισμός (έως 15 kV) που παράγεται από τριβή ή επαγωγή μπορεί να διεισδύσει σε ευαίσθητες συσκευές όπως τα MOSFET, προκαλώντας μόνιμη βλάβη.
2, Απαιτήσεις Επιλογής και Απόδοσης Μονωτικών Υλικών
1. Βασικά μονωτικά υλικά
Υπόστρωμα PCB: Θα πρέπει να προτιμώνται υλικά FR-4 (αντοχή τάσης μεγαλύτερη από ή ίση με 20 kV/mm) ή PTFE (αντοχή θερμοκρασίας 260 μοίρες) και να αποφεύγονται οι φαινολικές σανίδες με βάση το χαρτί (αντοχή τάσης μόνο 5 kV/mm).
Κόλλα στεγανοποίησης: χρήση εποξειδικής ρητίνης δύο συστατικών (όπως το EPON 828), με ειδική αντίσταση όγκου 1 × 10 15Ω· cm και εύρος αντίστασης θερμοκρασίας από -60 βαθμούς έως+180 βαθμούς .
Φλάντζα μόνωσης: Επιλέξτε φιλμ πολυιμιδίου (PI) (πάχους 0,1 mm, αντοχής τάσης 10 kV), με σταθερή διηλεκτρική σταθερά (3,4-3,6) και εφαπτομένη απώλεια<0.005.
2. Ειδικά περιβαλλοντικά υλικά
Αδιάβροχη επίστρωση: Ψεκάστε τρία ανθεκτικά χρώματα (όπως το Humisay 1B31) στην επιφάνεια του PCB, με ρυθμό απορρόφησης νερού μικρότερο από 0,1%, το οποίο μπορεί να αυξήσει την αντίσταση μόνωσης κατά 2 τάξεις μεγέθους.
Arc resistant material: Ceramic coating (Al ₂ O ∝, thickness 50 μ m) is used in high-voltage contact areas, with an arc resistance time of>180 δευτερόλεπτα (πρότυπο IEC 60112).
Conductive shielding layer: In severe electromagnetic interference scenarios, copper foil shielding (thickness 0.1mm, shielding effectiveness>80dB@1GHz )Εξασφαλίστε αξιόπιστη σύνδεση με το καλώδιο γείωσης.
3, Σχέδιο βελτιστοποίησης μόνωσης σε δομικό σχεδιασμό
1. Απόσταση ερπυσμού και ηλεκτρική απόσταση
Πρότυπο ασφαλείας: Σύμφωνα με το IEC 60664-1, η απόσταση ερπυσμού για το επίπεδο ρύπανσης 3 (βιομηχανικό περιβάλλον) σε τάση εργασίας 240 V πρέπει να είναι μεγαλύτερη ή ίση με 3,2 mm και η ηλεκτρική απόσταση πρέπει να είναι μεγαλύτερη ή ίση με 2,0 mm.
Μέτρα βελτιστοποίησης:
Ρυθμίστε υποδοχές απομόνωσης (πλάτος μεγαλύτερο ή ίσο με 1 mm, βάθος μεγαλύτερο ή ίσο με 0,5 mm) γύρω από τις ακίδες υψηλής-τάσης
Χρησιμοποιώντας εξαρτήματα SMD αντί για-στοιχεία διαμπερούς οπής για μείωση του μήκους έκθεσης της καρφίτσας
Τοποθετήστε προστατευτική ταινία (πλάτος μεγαλύτερο ή ίσο με 2 mm) στην άκρη του PCB για να αποτρέψετε την εκκένωση της άκρης
2. Σχεδιασμός γείωσης και θωράκισης
Γείωση ενός σημείου: Η απομόνωση μαγνητικού σφαιριδίου χρησιμοποιείται στη διασταύρωση αναλογικών και ψηφιακών κυκλωμάτων για την αποφυγή παρεμβολών βρόχου γείωσης.
Επεξεργασία προστατευτικού στρώματος:
Το μεταλλικό κέλυφος πρέπει να κάνει αξιόπιστη επαφή με το επίπεδο γείωσης PCB μέσω ελασμάτων ελατηρίου (αντίσταση επαφής<10m Ω)
Ο ρυθμός κάλυψης του πλεγμένου στρώματος του θωρακισμένου καλωδίου πρέπει να είναι μεγαλύτερος ή ίσος με 90%, και μια διαδικασία πτύχωσης 360 μοιρών θα πρέπει να χρησιμοποιείται για τον τερματισμό
3. Η επίδραση του θερμικού σχεδιασμού στη μόνωση
Διαδρομή απαγωγής θερμότητας: Βεβαιωθείτε ότι η ψύκτρα διατηρείται σε απόσταση μεγαλύτερη ή ίση με 5 mm από την περιοχή υψηλής{{1} τάσης ή χρησιμοποιήστε ένα μονωμένο θερμικό επίθεμα (όπως το Bergquist GAP Pad) για να την απομονώσετε.
Παρακολούθηση θερμοκρασίας: Εγκαταστήστε θερμίστορ NTC κοντά σε βασικά εξαρτήματα, όπως IC οδηγών οπίσθιου φωτισμού, για να ενεργοποιήσετε την προστασία από μείωση όταν η θερμοκρασία υπερβαίνει τους 85 βαθμούς.
4, Βασικά σημεία ελέγχου της διαδικασίας εγκατάστασης
1. Συγκόλληση και Καθαρισμός
Συγκόλληση χωρίς μόλυβδο: Χρησιμοποιώντας κράμα Sn Ag Cu (σημείο τήξης 217 μοίρες) για να αποφευχθεί η υποβάθμιση της απόδοσης της μόνωσης που προκαλείται από μόλυνση μολύβδου.
Υπολείμματα ροής: Χρησιμοποιήστε ροή χωρίς καθαρισμό ή χρησιμοποιήστε καθαρισμό με υπερήχους (συχνότητα 40 kHz, χρόνος 3 λεπτά) μετά τη συγκόλληση για να εξασφαλίσετε υπολείμματα ιόντων<1.5 μ g/cm ².
2. Μηχανική στερέωση
Βίδες μόνωσης: Χρησιμοποιήστε υλικό PA66+30% GF (αντοχή τάσης 15 kV) για να αποφύγετε τη χρήση μεταλλικών βιδών για άμεση διείσδυση στο PCB.
Έλεγχος πίεσης: Ελέγξτε τη σταθερή πίεση (0,5-0,7 N · m) μέσω ενός δυναμόκλειδου για να αποτρέψετε την υπερβολική πίεση να προκαλέσει παραμόρφωση της φλάντζας μόνωσης.
3. Διαδικασία σφράγισης
Απαέρωση υπό κενό: Πριν από τη σφράγιση, επεξεργαστείτε το κολλοειδές με κενό (πίεση<10kPa, time 10 minutes) to eliminate local insulation weakness caused by bubbles.
Έλεγχος σκλήρυνσης: Η εποξειδική ρητίνη δύο συστατικών πρέπει να ωριμάσει στους 25 βαθμούς για 24 ώρες ή να σκληρυνθεί με θερμότητα (80 μοίρες / 2 ώρες) για να αυξηθεί η πυκνότητα διασταύρωσης.
5, Δοκιμή και επαλήθευση απόδοσης μόνωσης
1. Δοκιμές ρουτίνας
Δοκιμή αντίστασης μόνωσης: Χρησιμοποιήστε μεγόμμετρο 500V DC και η μετρούμενη τιμή πρέπει να είναι μεγαλύτερη ή ίση με 100M Ω (πρότυπο IEC 60529).
Δοκιμή αντοχής τάσης: Εφαρμόστε 1500 V AC (1 λεπτό) ή 2121 V DC (1 δευτερόλεπτο) και το ρεύμα διαρροής πρέπει να είναι<5mA (UL 60950 standard).
2. Δοκιμές προσομοίωσης περιβάλλοντος
Δοκιμή υγρής θερμότητας: Αφού τοποθετηθεί σε περιβάλλον 85 μοιρών / 85% RH για 96 ώρες, ο ρυθμός πτώσης της αντίστασης μόνωσης πρέπει να είναι μικρότερος από 50%.
Δοκιμή ψεκασμού αλατιού: όταν εκτίθεται σε περιβάλλον ψεκασμού διαλύματος NaCl 5% για 48 ώρες, δεν υπάρχει προϊόν διάβρωσης στην επιφάνεια.
Κύκλος θερμοκρασίας: Εκτελέστε 20 κύκλους μεταξύ -40 βαθμών και+85 βαθμών χωρίς μόνιμη υποβάθμιση της απόδοσης της μόνωσης.
3. Μακροπρόθεσμη επαλήθευση αξιοπιστίας
Δοκιμή επιταχυνόμενης ζωής: Μετά από συνεχή λειτουργία για 1000 ώρες σε 60 μοίρες, 85% RH και 1,2 φορές την ονομαστική τάση, το ποσοστό αστοχίας πρέπει να είναι μικρότερο από 0,1%.
Δοκιμή HALT: Προσδιορίστε τις αδυναμίες του σχεδιασμού μέσω ακραίων συνθηκών, όπως οι γρήγορες αλλαγές θερμοκρασίας (-55 μοίρες έως+125 βαθμοί / λεπτό) και οι τυχαίες δονήσεις (50 g RMS).
6, Τυπικές περιπτώσεις εφαρμογής
Στο σύστημα ελέγχου μιας συγκεκριμένης πλατφόρμας γεώτρησης λαδιού, η οθόνη LCD του οργάνου πρέπει να λειτουργεί σταθερά σε περιβάλλον μολυσμένο με λάδι 120 μοιρών. Με την εφαρμογή των παρακάτω μέτρων:
Χρησιμοποιώντας μόνωση λεπτής μεμβράνης PI (πάχος 0,2 mm, αντίσταση θερμοκρασίας 300 μοίρες)
Spray nano coating on the surface of PCB (contact angle>150 μοίρες) για να αποτρέψετε την προσκόλληση λεκέδων λαδιού
Για σφράγιση χρησιμοποιείται καουτσούκ σιλικόνης (Shore A 30, αντίσταση θερμοκρασίας -60 μοίρες έως+200 μοίρες )
Επαληθεύτηκε από το "Oil Mist Corrosion Test" στο πρότυπο IEC 60068-2-64
Το σύστημα λειτουργεί συνεχώς για 5 χρόνια, με την αντίσταση μόνωσης να διατηρείται πάντα πάνω από 500M Ω και να μην έχει σημειωθεί ηλεκτρική βλάβη ή βλάβη ερπυσμού.
