如何提前规避模块电源使用中的耐压测试风险

PH75A280模块电源产品输出和地进行多轮耐压测试后，模块电源输出对机壳地存在短路失效现象。为了进一步调查清楚故障原因，我们和客户一起针对此类耐压测试故障展开调查。
 

现在简单分享失效背景、原因及相应对策供行业用户和关心支持我们的良师益友参考。

1.    失效背景：

用户反馈PH75A280模块电源被焊接到PCB上， 在用户系统内部经过多轮输出对地500VDC耐压测试后，存在模块电源内部输出对地MLCC短路失效现象。

2.    问题原因：

PH75A280模块电源内部输出对地高压MLCC规格为630V0.022微法。实际耐压波形实测值为545VDC，符合PH75A280内部输出对地MLCC耐压规格。

从测试波形来看，输出对地耐压测试施加高压速率过快，超出产品应用手册及行业标准GJB 360B-2009的限制。

根据I=C*dV/dt公式得知，当MLCC承受过高的dV/dt时，其内部将流过电流峰值。值得注意的是高压MLCC的内部是由平行的电介质层和金属膜层交织而成的多层结构。因此，其外部电极或镍镀锡端（SMD）的有效内部电极接触面积相对有限。过高的电流可能会在MLCC内部电极接触端形成过高的电流密度。伴随高dV/dt而来的是呈线性比例的高di/dt，根据V=L*di/dt公式得知，受系统内部不可避免的寄生电感的影响，这可能会带来额外的地弹效应（Ground Bounce）,使得施加到内部MLCC上的实际电压远高于仪器外加的耐压值，造成MLCC击穿故障。

因为模块内部输出对地MLCC处于灌胶区，且寄生参数存在较大离散性，因此实际测量施加至MLCC上的瞬态电压相对困难。

因此，PH75A280使用手册中明确规定耐压测试时需要从0V开始缓升缓降，避免突然施加过高dV/dt，带来额外不受控的电压尖峰，造成模块内部元件损坏。

行业标准GJB 360B-2009内“方法301 介质耐电压试验部分”第2.2条规定施加电压速率为500V/S（rms或DC）。其主要目的是明确耐压测试电压速率，避免不同场地或不同测试设备间dV/dt差异造成实际耐压测试结果不一致或不可复现。

3.    建议对策：

建议参考行业标准GJB 360B-2009控制施加电压的变化速率，尽量均匀地从零增加到额定耐压值，避免测试过程中不受控dV/dt带来的风险。

具体可参考图2所示增加RC缓冲网络或更换至可控制电压变化率的耐压测试仪。考虑到PH75A280系列输出对地绝缘阻抗高于100MΩ，外加缓冲网络带来的分压误差约为千分之五，符合常用耐压仪测试精度要求。

图2

4.    思考总结：

耐压测试的主要目的是检查绝缘耐受工作电压或过电压的能力，进而检验产品设备的绝缘性能是否符合安全标准。不合适的测试方法将给产品内部元件及绝缘壁垒带来不受控的过电压尖峰，所以行业标准GJB 360B-2009针对施加电压变化速率做了明确规定。

在使用或关闭测试设备时，应避免将其带电接入或移除测试电压。应参考标准逐渐增加或降低外加电压。特别注意不要使用任何继电器或定时器电路，因为当其关闭外加电压时，产生过高的脉冲电压可能是额定施加电压的几倍以上，这将损坏被测试电源，造成不必要的损失。

审核编辑：郭婷