關(guān)于共模電感售后振動(dòng)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(kāi)關(guān)電源電路中過(guò)濾共模的電磁干 擾信號。在實(shí)際的應用中，售后出現引腳位置斷和引腳脫出本體造成線(xiàn)圈開(kāi)路從而導致整機不上電問(wèn)題相對突 出，通過(guò)對故障件的分析研究，發(fā)現產(chǎn)本材料本身沒(méi)有問(wèn)題，跟引腳植入本體深度有關(guān)，通過(guò)增加引腳的植入 深度可以解決此問(wèn)題。 

關(guān)鍵詞：共模電感；引腳；植入深度

0  引言 

空調主板上混合了各種高頻電路、數字電路和模擬 電路，它們工作時(shí)會(huì )產(chǎn)生大量高頻電磁波互相干擾， 這就是EMI。EMI還會(huì )通過(guò)主板布線(xiàn)或外接線(xiàn)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(shí)候就需要共模電感（如圖1）來(lái)進(jìn)行濾波抑制 這些干擾，而共模電感主要用在開(kāi)關(guān)電路上，一單出 現失效，整機將直接出現不通電情況，造成空調無(wú)法 使用。

售后投訴電感引腳處斷的問(wèn)題嚴重，導致整機不上 電問(wèn)題突出，故障率相對較高，電感引腳斷問(wèn)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(xiàn)圈組成。 

共模電感的濾波電路，L3和L4就是共模電感線(xiàn)圈。 這2個(gè)線(xiàn)圈繞在同一鐵芯上，匝數和相位都相同(繞制反 向)。這樣，當電路中的正常電流流經(jīng)共模電感時(shí)，電 流在同相位繞制的電感線(xiàn)圈中產(chǎn)生反向的磁場(chǎng)而相互抵 消，此時(shí)正常信號電流主要受線(xiàn)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(xiàn)圈時(shí)，由于 共模電流的同向性，會(huì )在線(xiàn)圈內產(chǎn)生同向的磁場(chǎng)而增大 線(xiàn)圈的感抗，使線(xiàn)圈表現為高阻抗，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。 

共模電感在空調主板上主要用于開(kāi)關(guān)電源電路（如 圖3），開(kāi)關(guān)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(chǎng)方向相反而抵消，這時(shí) 正常信號電流主要受電感器電阻的影響（這一影響很 ?。?，以及少量因漏感造成的阻尼（電感），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(guò)共模電感器分析（如圖4）。當共模 電流流過(guò)共模電感器時(shí)，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內產(chǎn)生同方向的磁 場(chǎng)，這時(shí)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(kāi) 關(guān)電源電路不可缺少，占據重要作用。

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，故障穩定，此故障廠(chǎng)內測試均為可控項。 

2.2 故障分析 

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

2.3 數據分析 

查詢(xún)生產(chǎn)下線(xiàn)以及售后數據報表發(fā)現，此板自生產(chǎn) 以來(lái)，均有售后反饋，時(shí)間不集中，統計廠(chǎng)內生產(chǎn)下線(xiàn) 數據，每年使用約100萬(wàn)~150萬(wàn)，廠(chǎng)內生產(chǎn)過(guò)程未出現 同類(lèi)故障。 

2.4 過(guò)程隱患點(diǎn)排查 

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

2.5 模擬跌落驗證 

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

根據前面的分析以及驗證，可判斷共模電感失效為 運輸安裝過(guò)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(guò)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(shí)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，試驗結束，10塊樣品均合格，未出現因為膠熱脹冷 縮導致繞組斷裂問(wèn)題、未出現焊接異常，但做整機通電 長(cháng)期驗證時(shí)，出現引腳焊錫熔化現象，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(zhù)力 

通過(guò)加大引進(jìn)植入深度進(jìn)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(dòng)實(shí)驗：新舊制品同時(shí)安排震動(dòng)實(shí)驗（如圖 7），頻率75 Hz，振幅3.00 mm，時(shí)間：6 h。

試驗結束后測試相關(guān)參數無(wú)異常，符合圖紙要求， 詳見(jiàn)表2和表3。 

專(zhuān)項試驗結論：增加引腳植入深度后，對產(chǎn)品振動(dòng) 實(shí)驗無(wú)影響。 

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

整理數據見(jiàn)表4。

專(zhuān)項試驗結論：引 腳植入深度加深對產(chǎn)品 抗推力性能無(wú)影響。 

3）主板跌落試驗： 

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

專(zhuān)項試驗結論： 

編碼1主板舊制品第3次跌落就斷開(kāi)2個(gè)電感，第6次 跌落時(shí)，3個(gè)電感均已斷開(kāi)。新制品第15次跌落斷開(kāi)2個(gè) 電感，第20次跌落3個(gè)電感才全部斷開(kāi)。說(shuō)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(shí)2個(gè)電感就已 起翹，新制品在第6次跌落時(shí)才起翹，新制品相比舊制 品可靠性要高。 

總結：根據以上驗證可以看出，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(wú)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(xiàn)圈開(kāi)路整機將直接不通電，對于售后 問(wèn)題失效的研究很有必要，從研究可以發(fā)現是物料的抗 跌落性能出了問(wèn)題，通過(guò)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(dòng)導致失效，為 今后的類(lèi)似器件失效整改提供經(jīng)驗。

參考文獻： 

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[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(shù),2016(2).