一, Hlavné výzvy a spôsoby zlyhania elektrickej izolácie
1. Degradácia izolácie spôsobená faktormi prostredia
Vysoká vlhkosť: Keď vlhkosť presiahne 85 % relatívnej vlhkosti, molekuly vody vytvárajú vodivé cesty na povrchu izolačných materiálov, čo vedie k zníženiu izolačného odporu o viac ako 50 %.
Teplotný cyklus: Pri rozdiele teplôt od -40 stupňov do +85 stupňov môže rozdiel v koeficiente tepelnej rozťažnosti materiálu spôsobiť mikrotrhliny, čím sa skráti povrchová vzdialenosť o 30 %.
Chemické znečistenie: Korozívne látky ako soľný sprej a olejové škvrny môžu poškodiť izolačnú vrstvu a znížiť povrchovú odolnosť na 1/10 pôvodnej hodnoty do 24 hodín.
2. Typické poruchové režimy
Elektrický výpadok: Pri napätí nad 500 V sa slabé miesta (ako je spájkovanie kolíkov) okamžite pokazia a uvoľnia sa veľké množstvo tepla.
Creepage corrosion: The conductive channel formed along the insulation surface continues to develop under high voltage difference (>1000 V/mm), čo v konečnom dôsledku spôsobí skrat.
Statická akumulácia: Statická elektrina (do 15 kV) generovaná trením alebo indukciou môže preniknúť do citlivých zariadení, ako sú MOSFET, a spôsobiť trvalé poškodenie.
2, Požiadavky na výber a výkon izolačných materiálov
1. Základné izolačné materiály
Substrát PCB: Mali by sa uprednostňovať materiály FR-4 (odolné napätie väčšie alebo rovné 20 kV/mm) alebo PTFE (odolná teplote 260 stupňov) a mali by ste sa vyhnúť fenolovým doskám na báze papiera (odolné napätie iba 5 kV/mm).
Tesniace lepidlo: s použitím dvojzložkovej epoxidovej živice (ako je EPON 828) s objemovým odporom 1 × 10 ¹⁵Ω· cm a teplotnou odolnosťou v rozsahu -60 stupňov až +180 stupňov .
Izolačné tesnenie: Vyberte polyimidový (PI) film (hrúbka 0,1 mm, výdržné napätie 10 kV), so stabilnou dielektrickou konštantou (3,4-3,6) a stratovou tangentou<0.005.
2. Špeciálne environmentálne materiály
Náter odolný voči vlhkosti: Nastriekajte na povrch PCB tri odolné farby (ako je Humisay 1B31) s mierou absorpcie vody menšou ako 0,1 %, čo môže zvýšiť izolačný odpor o 2 rády.
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 sekúnd (norma IEC 60112).
Conductive shielding layer: In severe electromagnetic interference scenarios, copper foil shielding (thickness 0.1mm, shielding effectiveness>80dB@1GHz )Zabezpečte spoľahlivé spojenie s uzemňovacím vodičom.
3, Schéma optimalizácie izolácie v konštrukčnom návrhu
1. Povrchová vzdialenosť a elektrická vzdialenosť
Bezpečnostná norma: Podľa IEC 60664-1 musí byť povrchová vzdialenosť pre úroveň znečistenia 3 (priemyselné prostredie) pri pracovnom napätí 240 V väčšia alebo rovná 3,2 mm a elektrická vzdialenosť musí byť väčšia alebo rovná 2,0 mm.
Optimalizačné opatrenia:
Nastavte izolačné štrbiny (šírka väčšia alebo rovná 1 mm, hĺbka väčšia alebo rovná 0,5 mm) okolo vysokonapäťových kolíkov-
Použitie komponentov SMD namiesto komponentov s priechodnými{0}odierami na skrátenie dĺžky vystavenia kolíkov
Na okraj dosky plošných spojov umiestnite ochrannú pásku (šírka väčšia alebo rovná 2 mm), aby ste zabránili vybitiu okraja
2. Návrh uzemnenia a tienenia
Jednobodové uzemnenie: Izolácia magnetických guľôčok sa používa na križovatke analógových a digitálnych obvodov, aby sa zabránilo rušeniu zemnej slučky.
Ošetrenie tieniacej vrstvy:
Kovový plášť musí mať spoľahlivý kontakt so zemnou rovinou PCB cez pružinové dosky (odpor kontaktu<10m Ω)
Miera pokrytia opletenou vrstvou tieneného kábla by mala byť väčšia alebo rovná 90 % a na ukončenie by sa mal použiť proces krimpovania 360 stupňov
3. Vplyv tepelného návrhu na izoláciu
Dráha odvodu tepla: Uistite sa, že je chladič umiestnený vo vzdialenosti 5 mm alebo väčšej od oblasti vysokého napätia-, alebo použite izolovanú tepelnú podložku (napríklad Bergquist GAP Pad), aby ste ho izolovali.
Monitorovanie teploty: Nainštalujte termistory NTC v blízkosti kľúčových komponentov, ako sú integrované obvody ovládača podsvietenia, aby sa spustila ochrana pred znížením výkonu, keď teplota prekročí 85 stupňov.
4, Kľúčové kontrolné body procesu inštalácie
1. Zváranie a čistenie
Spájkovanie bez olova: Použitie zliatiny Sn Ag Cu (bod topenia 217 stupňov), aby sa predišlo zhoršeniu izolačného výkonu spôsobenému kontamináciou olovom.
Zvyšky taviva: Použite nečistiace tavidlo alebo použite ultrazvukové čistenie (frekvencia 40 kHz, čas 3 minúty) po spájkovaní, aby ste zabezpečili zvyšky iónov<1.5 μ g/cm ².
2. Mechanická fixácia
Izolačné skrutky: Použite materiál PA66+30% GF (odolné napätiu 15 kV), aby ste sa vyhli použitiu kovových skrutiek na priame preniknutie do dosky plošných spojov.
Regulácia tlaku: Ovládajte pevný tlak (0,5-0,7N · m) pomocou momentového kľúča, aby ste zabránili nadmernému tlaku, ktorý by spôsobil deformáciu izolačného tesnenia.
3. Proces tesnenia
Vákuové odplynenie: Pred utesnením vákuovo upravte koloid (tlak<10kPa, time 10 minutes) to eliminate local insulation weakness caused by bubbles.
Kontrola vytvrdzovania: Dvojzložková epoxidová živica musí byť vytvrdená pri 25 stupňoch počas 24 hodín alebo tepelne vytvrdená (80 stupňov / 2 hodiny), aby sa zvýšila hustota zosieťovania.
5, Testovanie a overovanie izolačného výkonu
1. Rutinné testovanie
Test izolačného odporu: Použite 500V DC megaohmmeter a nameraná hodnota by mala byť väčšia alebo rovná 100M Ω (norma IEC 60529).
Test odolnosti voči napätiu: Použite 1500 V AC (1 minúta) alebo 2121 V DC (1 sekunda) a zvodový prúd by mal byť<5mA (UL 60950 standard).
2. Simulačné testovanie prostredia
Test vlhkým teplom: Po umiestnení do prostredia s teplotou 85 stupňov / 85 % relatívnej vlhkosti na 96 hodín by mala byť rýchlosť poklesu izolačného odporu nižšia ako 50 %.
Test soľným postrekom: pri vystavení pôsobeniu 5 % roztoku NaCl po dobu 48 hodín na povrchu nie je žiadny korózny produkt.
Teplotné cykly: Vykonajte 20 cyklov medzi -40 stupňami a +85 stupňami bez trvalého zníženia izolačného výkonu.
3. Dlhodobé overovanie spoľahlivosti
Zrýchlený test životnosti: Po nepretržitej prevádzke počas 1000 hodín pri 60 stupňoch, 85% relatívnej vlhkosti a 1,2-násobku menovitého napätia by mala byť miera zlyhania nižšia ako 0,1%.
Testovanie HALT: Identifikujte slabé stránky konštrukcie prostredníctvom extrémnych podmienok, ako sú rýchle zmeny teploty (-55 stupňov až +125 stupňov/min) a náhodné vibrácie (50 g RMS).
6, Typické prípady použitia
V riadiacom systéme určitej plošiny na ťažbu ropy musí LCD prístroja pracovať stabilne v prostredí kontaminovanom ropou pod uhlom 120 stupňov. Vykonávaním nasledujúcich opatrení:
Použitie tenkovrstvového izolačného tesnenia PI (hrúbka 0,2 mm, teplotná odolnosť 300 stupňov)
Spray nano coating on the surface of PCB (contact angle>150 stupňov), aby sa zabránilo priľnutiu olejových škvŕn
Na tesnenie sa používa silikónová guma (Shore A 30, teplotná odolnosť -60 stupňov až +200 stupňov )
Overené "Testom korózie olejovej hmly" v norme IEC 60068-2-64
Systém beží nepretržite 5 rokov, s izolačným odporom vždy udržiavaným nad 500M Ω a nevyskytli sa žiadne elektrické poruchy ani tečenie.
