關于共模電感售后振動跌落失效分析與研究

甘? 威? （格力電器（合肥）有限公司，安徽?合肥?230088）
摘? 要：共模電感(Common mode Choke)，也叫共模扼流圈，常用于主板的開關電源電路中過濾共模的電磁干 擾信號。在實際的應用中，售后出現(xiàn)引腳位置斷和引腳脫出本體造成線圈開路從而導致整機不上電問題相對突 出，通過對故障件的分析研究，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)本材料本身沒有問題，跟引腳植入本體深度有關，通過增加引腳的植入 深度可以解決此問題。 

關鍵詞：共模電感；引腳；植入深度

0  引言 

空調(diào)主板上混合了各種高頻電路、數(shù)字電路和模擬 電路，它們工作時會產(chǎn)生大量高頻電磁波互相干擾， 這就是EMI。EMI還會通過主板布線或外接線纜向外發(fā) 射，造成電磁輻射污染，影響其他的電子設備正常工 作。這時候就需要共模電感（如圖1）來進行濾波抑制 這些干擾，而共模電感主要用在開關電路上，一單出 現(xiàn)失效，整機將直接出現(xiàn)不通電情況，造成空調(diào)無法 使用。

售后投訴電感引腳處斷的問題嚴重，導致整機不上 電問題突出，故障率相對較高，電感引腳斷問題（如圖 2）需研究整改。

1  工作原理 

共模電感由磁芯、引腳、骨架和2組線圈組成。 

共模電感的濾波電路，L3和L4就是共模電感線圈。 這2個線圈繞在同一鐵芯上，匝數(shù)和相位都相同(繞制反 向)。這樣，當電路中的正常電流流經(jīng)共模電感時，電 流在同相位繞制的電感線圈中產(chǎn)生反向的磁場而相互抵 消，此時正常信號電流主要受線圈電阻的影響(和少量 因漏感造成的阻尼)；當有共模電流流經(jīng)線圈時，由于 共模電流的同向性，會在線圈內(nèi)產(chǎn)生同向的磁場而增大 線圈的感抗，使線圈表現(xiàn)為高阻抗，產(chǎn)生較強的阻尼效 果，以此衰減共模電流，達到濾波的目的。 

共模電感在空調(diào)主板上主要用于開關電源電路（如 圖3），開關電源產(chǎn)生的共模噪聲頻率范圍為10 kHz～50 MHz 甚至更高，為了有效衰減這些噪聲，共模電感 器采用高磁導率的錳鋅鐵氧體或非晶材料，以提高共模 電感器性能。

兩電感器中電流產(chǎn)生的磁場方向相反而抵消，這時 正常信號電流主要受電感器電阻的影響（這一影響很 ?。约吧倭恳蚵└性斐傻淖枘幔姼校?，加上220 V交流電的頻率只有50 Hz，共模電感器電感量不大，所 以共模電感器對于正常的220 V交流電感抗很小，不影 響交流電對整機的供電。 

共模電流流過共模電感器分析（如圖4）。當共模 電流流過共模電感器時，電流由于共模電流在共模電 感器中同方向，共模電感器L3和L4內(nèi)產(chǎn)生同方向的磁 場，這時增大了共模電感器L3和L4的電感量，也就是 增大了L3和L4對共模電流的感抗，使共模電流受到了 更大的抑制，達到了衰減共模電流的目的，起到了抑制 共模干擾噪聲的作用，因此共模電感在電路中特別是開 關電源電路不可缺少，占據(jù)重要作用。

2  共模電感售后失效原因及失效機理分析 

2.1 故障復測情況 

將故障主板復測多遍均報不上電故障，故障穩(wěn)定，此故障廠內(nèi)測試均為可控項。 

2.2 故障分析 

從上圖的故障點可以看出，引腳從本體松脫，本體 上無明顯的受力撞擊痕跡，排除器件加工異常。 

2.3 數(shù)據(jù)分析 

查詢生產(chǎn)下線以及售后數(shù)據(jù)報表發(fā)現(xiàn)，此板自生產(chǎn) 以來，均有售后反饋，時間不集中，統(tǒng)計廠內(nèi)生產(chǎn)下線 數(shù)據(jù)，每年使用約100萬~150萬，廠內(nèi)生產(chǎn)過程未出現(xiàn) 同類故障。 

2.4 過程隱患點排查 

此共模電感位置在主板生產(chǎn)時在板邊，但兩側(cè)有器 件遮擋，不會導致碰撞；電器盒生產(chǎn)時，鈑金件有折邊 可以起到保護作用，不會導致碰撞（如圖5）。

2.5 模擬跌落驗證 

設置整機跌落試驗進行模擬，發(fā)貨平臺按照2.5 m 對濾波器位置進行跌落，實驗2次，測試無異常；按照 整機3 m進行底部受力進行驗證，按照正常卸貨方式極 限跌落2次，電感出現(xiàn)本體脫落情況。具體跌落情況見 表1。

根據(jù)前面的分析以及驗證，可判斷共模電感失效為 運輸安裝過程整機的跌落導致。

3   共模電感售后失效解決方案以及可靠性 試驗驗證 

3.1 方案一：通過打膠的方式，固定電感引腳與本體 

可靠性試驗驗證：冷熱沖擊試驗，將熱熔膠打在 電感下，覆蓋引腳部分，實驗樣品10PCS，5塊黃膠5塊 白膠，試驗條件為-40~80 ℃循環(huán)沖擊240次，2 h循環(huán)1 次，試驗結(jié)束，10塊樣品均合格，未出現(xiàn)因為膠熱脹冷 縮導致繞組斷裂問題、未出現(xiàn)焊接異常，但做整機通電 長期驗證時，出現(xiàn)引腳焊錫熔化現(xiàn)象，存在質(zhì)量隱患， 因此此方案不可行。 

3.2 方案二：加強引腳與本體的附著力 

通過加大引進植入深度進行優(yōu)化，引腳植入深度為 2.5 mm，增加到4 mm，如圖6。

可靠性試驗驗證如下。 

1）振動實驗：新舊制品同時安排震動實驗（如圖 7），頻率75 Hz，振幅3.00 mm，時間：6 h。

試驗結(jié)束后測試相關參數(shù)無異常，符合圖紙要求， 詳見表2和表3。 

專項試驗結(jié)論：增加引腳植入深度后，對產(chǎn)品振動 實驗無影響。 

2）推力實驗：安排新舊制品焊接在板上做推力實 驗。對比無明顯差別，新舊制品推力均在120 N以上。 

整理數(shù)據(jù)見表4。

專項試驗結(jié)論：引 腳植入深度加深對產(chǎn)品 抗推力性能無影響。 

3）主板跌落試驗： 

跌落高度：75 cm； 實驗平臺：地磚；跌落 方向：PCB垂直地面、 上下左右4個邊分別朝 下的方向；準備新制品 電感5個、舊制品電感5 個；主板編碼1和主板編 碼2，兩個主板上的新舊 制品跌落結(jié)果見表5。

專項試驗結(jié)論： 

編碼1主板舊制品第3次跌落就斷開2個電感，第6次 跌落時，3個電感均已斷開。新制品第15次跌落斷開2個 電感，第20次跌落3個電感才全部斷開。說明新制品電 感可靠性相比舊制品有提高。
編碼2主板舊制品電感在第3次跌落時2個電感就已 起翹，新制品在第6次跌落時才起翹，新制品相比舊制 品可靠性要高。 

總結(jié)：根據(jù)以上驗證可以看出，新制品電感增加引 腳植入深度從2.5 mm增加到4 mm，引腳植入深度加深 后對產(chǎn)品本身性能無影響，裝在主板后電感跌落可靠性 要比舊制品高。

4  共模電感售后失效整改總結(jié)及意義 

共模電感在電路中起濾波以及抗電磁干擾作用，一 單售后失效導致線圈開路整機將直接不通電，對于售后 問題失效的研究很有必要，從研究可以發(fā)現(xiàn)是物料的抗 跌落性能出了問題，通過增加引腳植入深度可以提高物 料的抗跌落能力，從而解決售后跌落振動導致失效，為 今后的類似器件失效整改提供經(jīng)驗。

參考文獻： 

[1] 張德光.高導鐵氧體寬頻高阻抗共模電感設計[J].磁性材料及器 件,2018(3). 

[2] 李洪珠.一種雙磁芯差共模電感集成EMI濾波 器[J].電力電子技術,2016(2).