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提高长治矿用变压器浪涌失效机理和能力

编辑:长治矿用变压器厂家 日期:2019-12-12 人气:36

提高长治矿用变压器浪涌失效机理和能力首先介绍一下什么是浪涌。浪涌一般是在瞬态或者雷电瞬态过程中产生的。

浪涌测试的官方叫法是“浪涌(冲击)抗扰度实验”;
测试标准参考IEC61000-4-5,或者GB/T 17626.5;该标准里面有详细阐述了有关浪涌的知识。

我们在测长治矿用变压器浪涌时,由浪涌发生器输出的波形是一种组合波:1.2/50us电压波(开路电压)和8/20us电流波(短路电流),发生器的等效阻抗是2欧姆,用开路电压峰值除以短路电流峰值就是该等效阻抗。具体波形参考下面两图:
1.2/50us开路电压波,1.2us是波形的上升时间,具体指波形从10%上升到90%所用的时间,50us是半峰值时间,具体指波形上升至50%到波形下降至50%的时间,用示波器测量设备的开路波形就是这样的。

8/20us短路电流波,8us是波形的上升时间,20us是半峰值时间,具体定义同上,将设备的输出端短路,测试短路电流就是这样的波形。

这几个时间及开路电压峰值、短路电流的误差见下表:

由表可见,该试验标准规定的误差还是比较大的,打浪涌曾经有这样的经历:一个EUT在自己的验室打浪涌过了,但在别人家实验室,同等级的浪涌就是过不了,浪涌设备还是同一个厂家的,很奇怪,
最后对比两个设备的波形发现,一个偏上限,一个偏下限,都没有超出标准范围。其实标准范围大了,方便了造设备的。

今天刚给一个长治矿用变压器打完4kV浪涌,附上4kV浪涌时,MOS管的波形,供参观,下次再见:

CH1-深蓝色-VGS波形,
CH2-浅蓝色-VDS波形,最大816V,
CH3-紫色-IDS波形,最大10.4A,
CH4-绿色-L线电流波形,最大800A。


八字尾长治矿用变压器-单级PFC结构,由于没有大电解,在打浪涌时,浪涌能量很容易传递到功率MOS上。浪涌对MOS管的冲击失效一般有两种失效模式:
1-浪涌引起MOSFET 电流应力超过额定值,导致失效;
根据伏秒平衡定律,反激长治矿用变压器变压器电感:
公式1
其中Von=Vin,D为占空比,r=0.3-0.5,fsw指频率,IL是电感电流。Von一般最大277Vac或者300Vac,但是在浪涌脉冲测试时,由于母线电压突然升高,超过设计输入电压最高值1.2倍或者更多,变压器电感会迅速出现饱和。下图1中紫色电流在周期后阶段出现饱和迹象,MOSFET电流应力迅速上升达到7.32A。在正常周期,MOSFET IDS=3A。器件在高电流、高电压应力发生雪崩,MOSFET失效,表现为短路,引起长治矿用变压器输入端保险丝,整流桥和驱动IC失效。

图1浪涌测试 紫色MOSFET IDS 黄色是VDS 图2浪涌测试 紫色VDS电压 ,蓝色是IDS
SJ-MOSFET 0.3Ω/700V 10A80E VD-MOSFET EAS=454mJ
2-浪涌引起MOSFET 电压应力超过极限值,导致失效
长治矿用变压器在浪涌测试时,由于前端浪涌吸收器件(压敏电阻等)规格参数偏小导致母线电压迅速爬升,进而导致MOSFET电压应力迅速超过额定电压1.1-1.2倍,MOSFET器件会迅速进入雪崩,IDS电流瞬间变大,导致器件功耗急剧增加,巨大的功耗转换为温升超过芯片极限温度而引起失效。如图2所示,60W 单级PFC 长治矿用变压器, 1.5KV 差模浪涌测试失效波形。结合图3更准确说明此类问题,图3所示黄色曲线电压低于680V时,MOSFET处在关断状态,IDS几乎等于0;一旦超过680V,MOS管反向击穿,电压被嵌位,IDS电压迅速爬升,最终器件由于热量失控而导致失效。

图316N65A VD-MOSFET EAS=1000mJ 图416N65A 规格书极限参数 EAS=1000mJ

黄色线是MOSFETVDS电压,蓝色是IDS
浪涌失效瞬间,MOSFET短路,随后继续流过大电流,烧毁其他器件,尤其是采样电阻最易烧坏,再烧断保险司或者其他线路,使长治矿用变压器与输入断开。
一般都是芯片被严重烧伤,见下图。

图5 浪涌失效芯片外观 图6 浪涌失效芯片外观

文章转载自网络,如有侵权,请联系删除。|发布时间:2019.03.19来源:长治矿用变压器厂家

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