Projektowanie zasilaczy pod kątem niezawodności w zastosowaniach wysokonapięciowych

Długotrwała niezawodność i płynna praca w trudnych warunkach pracy to święty Graal projektowania zasilaczy wysokiego napięcia. W przypadku dzisiejszych kompaktowych i zminiaturyzowanych zasilaczy proces projektowania i produkcji jest jeszcze trudniejszy, wymagający rygorystycznej wiedzy i precyzji. Stawka jest wysoka, jeśli produkt końcowy nie spełnia tych wymagających standardów.

Wysokie napięcie jest jak zwierzę w klatce - nigdy nie przestaje próbować uciec.

Oswajanie i kontrolowanie tego zjawiska jest zadaniem inżyniera wysokiego napięcia lub fizyka, którzy mają do dyspozycji szereg systemów i materiałów izolacyjnych. Kluczem jest wybranie i określenie właściwych, aby uniknąć awarii i niepowodzeń w rzeczywistej pracy.

Wiemy o tym, że materiały są albo przewodnikami, albo izolatorami. Również to, że powietrze jest izolatorem. Ale błyskawica udowadnia, że powietrze nie zawsze jest izolatorem... to skomplikowane. Witamy w świecie wysokiego napięcia!

6 wad konstrukcyjnych, których nie znajdziesz w wysokiej jakości zasilaczu

Projektowanie i budowa zasilacza wysokiego napięcia, który przetrwa lata dłużej, jest wymagającą sztuką. Oto sześć pułapek, których mają unikać zasilacze dużego kalibru.

1. 1) Źle dobrana izolacja

   Aby osiągnąć niezawodność, należy wziąć pod uwagę cykle termiczne, które mogą wystąpić w zasilaczu. Zmiany temperatury mogą uszkodzić materiały izolacyjne. Materiały te muszą być kompatybilne, mieć podobne współczynniki rozszerzalności cieplnej i odporność na naprężenia mechaniczne.

2. 2) Zwykłe traktowanie izolacji

   Słaba przyczepność, kruchość spowodowana starzeniem się w wyniku utraty plastyfikatorów, nadmierne wahania temperatury, ekspozycja na promieniowanie UV, koronę, ozon, oleje mineralne oraz agresywne środki czyszczące i rozpuszczalniki PWB mogą prowadzić do przedwczesnej awarii z powodu uszkodzenia izolacji. Uszkodzenie może nastąpić podczas produkcji lub późniejszej eksploatacji.

3. 3) Prądy upływu

   Połączenie właściwości materiału, czynników środowiskowych i projektu produktu może powodować nieplanowane skutki uboczne. Prądy upływowe mogą z czasem wzrosnąć: ostatecznie może to spowodować twardy łuk i katastrofalną awarię. Nadmierne prądy upływowe mogą powodować błędy w obwodach sprzężenia zwrotnego o wysokiej impedancji, powodując dryft napięcia i problemy ze stabilnością w czasie i przy zmianach temperatury.

4. 4) Absorpcja wilgoci

   Podłoża FR4 PWB mogą być szczególnie wrażliwe na zanieczyszczenia i wchłoniętą wilgoć, co obniża temperaturę zeszklenia (Tg) FR4. Może to spowodować, że zespół będzie podatny na uszkodzenia w dynamicznych warunkach termicznych.

5. 5) Błędy procesu produkcyjnego

   Zanieczyszczenia, nieprawidłowe wypełniacze lub niepełne utwardzenie w systemach hermetyzacji mogą powodować nadmiernie wysokie prądy upływowe, które są nieliniowe i zmienne w czasie i temperaturze, potencjalnie destabilizując system wysokiego napięcia. Obwody wysokiego napięcia są szczególnie podatne na migrację elektrochemiczną.

6. 6) Tworzenie włókien i dendrytów

   Wilgoć może prowadzić do korozji jonowej, tworząc przewodzące włókna. Wzrost dendrytu może nastąpić z powodu redystrybucji jonów metali. Naprężenia wysokonapięciowe przyspieszają te procesy elektrochemiczne (chociaż wibrysy mogą tworzyć się bez obecności pola elektromagnetycznego). Mikrostruktury krystaliczne powstałe w wyniku migracji jonów tworzą bardzo wysokie gradienty napięcia i natężenia pola elektrycznego, co może prowadzić do przedwczesnego przebicia między węzłami napięcia.

Podsumowując powyższe, aby zapewnić niezawodną, długotrwałą wydajność w krytycznych zastosowaniach, należy upewnić się, że zasilacze wysokiego napięcia są zaprojektowane i zbudowane z myślą o płynnej i niezawodnej pracy nawet w trudnych warunkach.

Właściwy projekt i kontrola produkcji zasilaczy wysokiego napięcia mają kluczowe znaczenie, a dla trwałości i stałej wydajności muszą one przekraczać udokumentowane standardy branżowe.

Krytyczny charakter urządzeń zasilających wymaga wysokiej jakości, niezawodnych i bezpiecznych produktów. XP Power konsekwentne dostarcza produkty spełniające te rygorystyczne kryteria. Fabryki XP Power posiadają certyfikat medycznego systemu jakości produkcji ISO13485, a wszystkie produkty projektowane są zgodnie z rygorystycznymi normami, a także przechodzą szeroko zakrojone testy. XP Power stosuje DFMEA (analiza skutków awarii projektu), PFMEA (analiza skutków awarii procesu) i ISO14971 (zarządzanie ryzykiem dla wyrobów medycznych), aby zapewnić, że produkty są tak niezawodne i bezpieczne, jak do tylko możliwe.

Prawa autorskie: XP Power, Tłumaczenie: Gamma Sp. z o.o.