一, Základní problémy a způsoby selhání elektrické izolace
1. Degradace izolace způsobená faktory prostředí
Vysoká vlhkost: Když vlhkost překročí 85% RH, molekuly vody tvoří vodivé cesty na povrchu izolačních materiálů, což vede ke snížení izolačního odporu o více než 50%.
Teplotní cyklus: Při rozdílu teplot -40 stupňů až +85 stupňů může rozdíl v koeficientu tepelné roztažnosti materiálu způsobit mikrotrhlinky a zkrátit povrchovou vzdálenost o 30 %.
Chemické znečištění: Korozivní látky jako solná mlha a olejové skvrny mohou poškodit izolační vrstvu a snížit povrchový odpor na 1/10 původní hodnoty během 24 hodin.
2. Typické poruchové režimy
Elektrický průraz: Při napětích nad 500 V dochází k okamžitému průrazu slabých míst (jako je pájení kolíků), přičemž se uvolňuje velké množství tepla.
Creepage corrosion: The conductive channel formed along the insulation surface continues to develop under high voltage difference (>1000 V/mm), což nakonec způsobí zkrat.
Statická akumulace: Statická elektřina (až 15 kV) generovaná třením nebo indukcí může proniknout do citlivých zařízení, jako jsou MOSFET, a způsobit trvalé poškození.
2, Výběr a požadavky na provedení izolačních materiálů
1. Základní izolační materiály
Substrát PCB: Měly by být preferovány materiály FR-4 (odolné napětí větší nebo rovné 20 kV/mm) nebo PTFE (odolná teplotě 260 stupňů) a neměly by se používat fenolové desky na bázi papíru (odolné napětí pouze 5 kV/mm).
Těsnící lepidlo: pomocí dvou{0}}složkové epoxidové pryskyřice (jako je EPON 828), s objemovým odporem 1 × 10 ¹⁵Ω· cm a teplotní odolností v rozsahu -60 stupňů až +180 stupňů.
Izolační těsnění: Vyberte polyimidový (PI) film (tloušťka 0,1 mm, výdržné napětí 10 kV), se stabilní dielektrickou konstantou (3,4-3,6) a ztrátovou tangentou<0.005.
2. Speciální ekologické materiály
Nátěr odolný proti vlhkosti: Nastříkejte na povrch PCB tři odolné barvy (jako je Humisay 1B31) s mírou absorpce vody nižší než 0,1 %, což může zvýšit izolační odpor o 2 řády.
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 sekund (norma IEC 60112).
Conductive shielding layer: In severe electromagnetic interference scenarios, copper foil shielding (thickness 0.1mm, shielding effectiveness>80dB@1GHz )Zajistěte spolehlivé spojení s uzemňovacím vodičem.
3, Schéma optimalizace izolace při navrhování konstrukcí
1. Povrchová vzdálenost a elektrická vzdálenost
Bezpečnostní norma: Podle IEC 60664-1 musí být povrchová vzdálenost pro úroveň znečištění 3 (průmyslové prostředí) při pracovním napětí 240 V větší nebo rovna 3,2 mm a elektrická vzdálenost musí být větší nebo rovna 2,0 mm.
Optimalizační opatření:
Kolem vysokonapěťových kolíků nastavte izolační štěrbiny (šířka větší nebo rovna 1 mm, hloubka větší nebo rovna 0,5 mm)
Použití součástek SMD namísto součástek s průchozími otvory{0} ke zkrácení délky expozice kolíků
Umístěte ochrannou pásku (šířka větší nebo rovna 2 mm) na okraj desky plošných spojů, abyste zabránili vybití okrajů
2. Návrh uzemnění a stínění
Jednobodové uzemnění: Magnetická izolace se používá na spoji analogových a digitálních obvodů, aby se zabránilo rušení zemní smyčky.
Ošetření stínící vrstvy:
Kovové pouzdro musí mít spolehlivý kontakt se zemnicí plochou PCB prostřednictvím pružinových desek (kontaktní odpor<10m Ω)
Míra pokrytí opletené vrstvy stíněného kabelu by měla být větší nebo rovna 90 % a pro zakončení by měl být použit proces krimpování 360 stupňů.
3. Vliv tepelného návrhu na izolaci
Cesta odvodu tepla: Zajistěte, aby byl chladič umístěn ve vzdálenosti Větší nebo rovné 5 mm od vysokonapěťové oblasti, nebo použijte k izolaci tepelnou podložku (jako je Bergquist GAP Pad).
Monitorování teploty: Nainstalujte termistory NTC v blízkosti klíčových součástí, jako jsou integrované obvody ovladače podsvícení, aby se spustila ochrana proti snížení výkonu, když teplota překročí 85 stupňů.
4, Klíčové kontrolní body procesu instalace
1. Svařování a čištění
Bezolovnaté pájení: Použití slitiny Sn Ag Cu (bod tání 217 stupňů), aby se zabránilo zhoršení izolačního výkonu způsobenému kontaminací olovem.
Zbytky tavidla: Použijte nečistící tavidlo nebo použijte ultrazvukové čištění (frekvence 40 kHz, čas 3 minuty) po pájení, abyste zajistili zbytky iontů<1.5 μ g/cm ².
2. Mechanická fixace
Izolační šrouby: Použijte materiál PA66+30% GF (odolné napětí 15 kV), abyste se vyhnuli použití kovových šroubů k přímému proniknutí do desky plošných spojů.
Regulace tlaku: Ovládejte pevný tlak (0,5-0,7N · m) pomocí momentového klíče, abyste zabránili nadměrnému tlaku způsobujícímu deformaci izolačního těsnění.
3. Proces těsnění
Vakuové odplynění: Před utěsněním ošetřete koloid vakuem (tlak<10kPa, time 10 minutes) to eliminate local insulation weakness caused by bubbles.
Kontrola vytvrzování: Dvousložková epoxidová pryskyřice musí být vytvrzena při 25 stupních po dobu 24 hodin nebo tepelně vytvrzena (80 stupňů / 2 hodiny), aby se zvýšila hustota síťování.
5, Testování a ověřování izolačních vlastností
1. Rutinní testování
Test izolačního odporu: Použijte 500V DC megaohmmetr a naměřená hodnota by měla být větší nebo rovna 100M Ω (norma IEC 60529).
Test odolnosti proti napětí: Použijte 1500 V AC (1 minuta) nebo 2121 V DC (1 sekunda) a svodový proud by měl být<5mA (UL 60950 standard).
2. Testování simulace prostředí
Test vlhkým teplem: Po umístění do prostředí 85 stupňů / 85 % RH po dobu 96 hodin by rychlost poklesu izolačního odporu měla být menší než 50 %.
Test solnou mlhou: při vystavení 5% roztoku NaCl postřikovému prostředí po dobu 48 hodin není na povrchu žádný korozní produkt.
Teplotní cyklování: Proveďte 20 cyklů mezi -40 stupni a +85 stupni bez trvalého snížení izolačního výkonu.
3. Ověření dlouhodobé spolehlivosti
Zrychlený test životnosti: Po nepřetržitém provozu po dobu 1000 hodin při 60 stupních, 85% RH a 1,2násobku jmenovitého napětí by měla být poruchovost nižší než 0,1%.
Testování HALT: Identifikujte slabé stránky návrhu prostřednictvím extrémních podmínek, jako jsou rychlé změny teploty (-55 stupňů až +125 stupňů/min) a náhodné vibrace (50 g RMS).
6, Typické případy použití
V řídicím systému určité plošiny pro těžbu ropy musí LCD přístroje pracovat stabilně v prostředí kontaminovaném olejem o 120 stupních. Provedením následujících opatření:
Použití PI tenkého izolačního těsnění (tloušťka 0,2 mm, teplotní odolnost 300 stupňů)
Spray nano coating on the surface of PCB (contact angle>150 stupňů), aby se zabránilo ulpívání olejových skvrn
K těsnění se používá silikonová pryž (Shore A 30, teplotní odolnost -60 stupňů až +200 stupňů )
Ověřeno "Testem koroze olejové mlhy" v normě IEC 60068-2-64
Systém běží nepřetržitě 5 let, s izolačním odporem vždy udržovaným nad 500M Ω a nedošlo k žádnému elektrickému průrazu nebo tečení.
