高頻變壓器受力破損的失效分析與研究

　　摘  要：家用變頻空調外機電器盒在應用過程及售后出現高頻變壓器引腳破損的故障失效突出，經過對失效品 分析及大量數據統計，發現整機設計存在缺陷。由于電路板設計要求小型化，整體設計布局比較緊湊，針對帶 有風機模塊的分體外機電器盒，在設計之初將開關電源電路中的高頻變壓器放在了板邊，導致裝入整機與其它 部件間隙較小，在物流周轉運輸，以及整機振動的情況下受力擠壓，導致高頻變壓器本體受力出現引腳線圈開 路故障，使整個電路不能正常工作。本文從高頻變壓器引腳受力破損的失效機理、器件本身、器件實際應用可 靠性等方面進行全面分析改善，有效解決了此故障失效。

　　關鍵詞：變頻空調;高頻變壓器;機械應力;矮封裝

　　0 引言

　　高頻變壓器是變壓器的一種，是開關電源最主要的 組成部分。有開關電源的設備均會用到，使用范圍較 廣。開關電源具有效率高、成本低及體積小的特點，憑 借良好的性能，在電氣設備中獲得了廣泛的應用。在開 關電源的設計中，磁性元件的性能是非常重要，而高頻 變壓器恰恰是離線式變換開關電源中重要的磁性元件。

　　傳統的高頻變壓器和工頻變壓器的結構是類似的。傳統 變壓器有一個很大的弊端就是體積大，轉換效率不高， 不適合在小型電子設備中使用。 在實際應用中最主要故障就是機械應力導致的失 效。高頻變壓器本體受力導致引腳與骨架連接處破損， 控制器開關電源無電壓輸出，最終導致空調整機無法正 常工作。通過對售后失效品的分析研究，研究高頻變壓 器受力破損的失效原因，采取有效的整改措施，具有非 常重要的意義。

　　1 事件背景

　　家用變頻空調分體外機控制器使用高頻變壓器在售后 失效較突出，其中最典型問題就是機械應力導致的破損。 由于受P板設計布局，以及整機機構的影響，導致高頻變 壓器布局靠近板邊，在售后出現本體受力破損故障，導致整個外機不通電。此故障廠內測試可控，破損主要是由于 整機各部件與高頻變壓器間隙小，本體受力擠壓，最終導 致骨架破損，線圈開路。控制器售后失效嚴重影響空調整 體產品質量，問題急需進行分析研究解決。

　　2 高頻變壓器引腳受力破損的失效原因及失效機理分析

　　統計售后高頻變壓器引腳受力破損故障，均出現在 帶風機模塊的分體外機電器盒機型，均為高頻變壓器本 體受力，受力方式相同，高頻變壓器引腳與骨架連接處 最脆弱，最容易出現破損。排查生產過程未發現受力隱 患，本身不通電測試可控，不存在不穩定現象。高頻變 壓器本體受力，最終排查為整機結構設計有干涉，高頻 變壓器靠近板邊，封裝較高，裝入整機后導致與壓縮機 隔音棉間隙過小，高頻變壓器本體受力擠壓。整機在惡 劣物流運輸，以及運行振動情況下，導致引腳與骨架連 接處受力破損，線圈斷開。查看故障品本體均有受力 痕跡。

　　2.1 高頻變壓器引腳受力破損的失效產生原因

　　高頻變壓器本體受力歪斜，對故障件進行多次測試 測試呈死機狀態，查看主板發現高頻變壓器均為靠近板 邊，與底部壓縮機隔音棉間隙小。失效集中在一級能效帶風機模塊機型，查看其他電路設計高頻變壓器在靠近 高壓電解電容內側售后沒有出現失效。該位置變壓器在 主板上封裝比較高，從受力情況看，高頻變壓器本體有 受力痕跡，受力方向是由主板外側向內，分析為整機各 部件之間受力擠壓導致。 售后返回控制器故障原因為“E6”，對故障件外 觀進行查看無明顯受力破損現象。通電測試，電器盒不上電，與售后所報故障相同。通電測量發現高頻變壓器 無電壓輸出，外觀檢查本體有輕微變形，測量1腳為開 路轉態。

　　拆下后查看發現第1腳引線處斷。放大鏡下查 看，發現斷口處呈尖裝，分析為受力拉斷導致，對故障 控制器更換新的高頻變壓器后測試，各項運行正常，分 析此為失效根本原因。 對帶有風機模塊的分體電器盒相對應整機結構進行排 查，檢查發現部分高頻變壓器與壓縮機排氣管隔音棉間隙 較小，高頻變壓器與隔音棉之間最小的約只有5 mm，相 隔的間隙較近，整機部件在振動情況下導致隔音棉很容易 擠到高頻變壓器本體，使高頻變壓器本體受力。 排查廠內生產整機，進行拆機檢查整機各部件與 高壓變頻器的裝配間隙，具體結果 如下：

　　1)潤享變頻1系列使用PCB板(A27)、(A41) 整體間隙較充足。 ①隔音棉包裹排氣管后間隙約10 mm; ②將排氣管露出后間隙約14 mm。 2)睡夢享變頻1、冷靜王-Ⅱ變頻、變頻金剛-Ⅲ 變頻2等系列使用PCB板(A27)整體間隙基本一致，間 隙均較小。 ①隔音棉包裹排氣管后最大間隙約6~7 mm; ②將排氣管露出后最大間隙約10~12 mm。

　　2.2 高頻變壓器引腳受力破損的失效機理分析

　　高頻變壓器的使用范圍相當廣泛，基本上有電源的 設備都會使用到。本文使用的高頻變壓器均為降壓作 用，引腳受力線圈斷裂后，直接導致出現電性能故障。 失效原理為高頻變壓器外殼本體受力，導致骨架引腳處 受力侵斜，使引線受力斷裂，出現不通電故障，使電路 不能正常工作。引腳鑲嵌 在注塑件里面，此處連接較脆弱，受力最容易出現破 損，來貨物料周轉運輸不當導致此處斷裂故障較多。高 頻變壓器在整機各部件擠壓受力本體傾斜后，引腳受力 導致骨架與引腳連接處線圈斷裂。

　　3 電路設計核查與對比分析

　　失效高頻變壓器應用于我司變頻空調分體外機控制 器上，失效機型、位置、電路集中。使用在開關電源 中，在電路中主要作用是對直流電源進行降壓。主要是 提供5 V、12 V、15 V 電源。

　　4 高頻變壓器引 腳受力破損的解決方案

　　對電路設計進行 改善，受P板布局，以 及器件高度密集集中 化限制，改善難度較 大，等于是重新開發 新的產品。重新改設 計、開模，實驗驗證 周期較長，且浪費人力與物力。 經實際應用以及驗證分析，受力因素無法改變，采 用表1的方案均可以改善。綜合各方面因素，方案2是最 有效的可靠性解決方案，已大面積推廣到其它相同類型 控制器，使用效果良好，整改后機型售后再未見有此故 障失效。

　　4.1 改善隔音棉

　　將壓縮機隔音棉與高頻變壓器接觸的部分去除，增大了間隙0.6 cm以上，減少了整機各部件裝配后導致高頻變壓器受力擠壓的隱患。

　　4.2 開發新的高頻變壓器矮封裝物料

　　開發新的高頻變壓器矮封裝物料，對高度進行降 低，且各項性能不發生變化。目前已在不同機型的多個 主板使用。可見整機結構更改后差別明顯，且比周邊大的器件高度低，可有效杜絕 高頻變壓器受力故障的發生。車速為80 km/h工況下轉速同步到開始換擋使用時間約318 ms，執行換擋動作使用時間約 9.8 ms，換擋前后車速較為平穩，無明顯波動。

　　電子論文范例：變壓器出線套管線夾開裂事故分析與預防

　　5結束語

　　本文從高頻變壓器的產品構造，受力破損的失效機 理等多方面進行分析，將高頻變壓器受力破損故障徹底 解決。分析研究結果：在不改變原有設計的情況下，通 過改變高頻變壓器的封裝高度尺寸大小，可以有效地杜 絕售后惡劣運輸周轉、整機振動各部件之間擠壓造成的 破損，經過實際應用取得顯著效果，整改后售后再無此 故障失效。該方案在其它電子制造領域同樣值得借鑒。

　　作者：黎長源

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