本周配合客户开发一个350W75V的新项目时,提供的5PCS高频变压器样品中有一颗上电后刚开始带负载正常,但十几分钟后,温升急剧变高并跳闸,拆下变压器测量其初级绕组电感已经变得很小,经拆解剖析后,发现内层绕组N2N3的绝缘胶带黄色变深,同时难以完整拆开,疑似高温碳化失去黏性,是故分析为绕组间发生绝缘系统失效短路所致。
不过,期初客户反馈该现象时,疑似怀疑磁芯的材质牌号不符,产生饱和导致温升变高导致,设计材质要求为等同PC95,实际使用山东凯通的KH95材质。
那么磁芯饱和与绕组短路产生的故障现象有有何不同呢?
绕组短路和磁芯饱和都可能引起温升过高,绕组短路通常会导致电感下降,因为绕组间的绝缘损坏,匝间短路会减少有效匝数,从而降低电感。而磁芯饱和的话,可能在工作时由于过高的电流或设计不当导致磁芯无法承受工作要求,进而引起电感下降,但这种情况可能在负载变化时更为明显。
上述现象是在带负载运行一段时间后才出现问题。这可能与温度有关。当温度升高时,绕组的电阻会增加,如果是绕组短路,可能在温度升高后导致更严重的短路,形成恶性循环,温度急剧上升。而磁芯饱和的话,可能在设计时磁芯材质或气隙过小,当温度升高时,磁芯的饱和磁通密度可能下降,导致更容易饱和,从而增加损耗,温度上升。
初级绕组的电感变得很小,很可能是绕组短路,因为短路导致有效匝数减少,电感与匝数的平方成正比,所以电感会显著下降。而磁芯饱和通常不会改变电感值,除非在饱和状态下,但一旦移除电源,磁芯恢复后电感应该正常,因为磁芯饱和在断电后不影响静态电感测量。
此外,跳闸的原因可能是过流或过热保护。如果是绕组短路,初级电流会显著增加,导致过流跳闸。而磁芯饱和时,虽然电流也会增加,但可能是在特定工作条件下,比如高负载时,但上述现象是带负载正常后十几分钟才出问题,因此可能温度累积导致磁芯饱和加剧,或者绕组绝缘逐渐失效。
同时测量初级绕组的直流电阻是否变化,如果绕组短路,直流电阻可能会降低。而磁芯饱和的话,直流电阻应该正常。
综上分析,如果电感在冷态时正常,但工作一段时间后电感出现下降,可能是绕组受热后绝缘材料性能被破坏导致短路。而如果电感在冷态时就低,则可能是制程缺陷。但上述现象是工作一段时间后出现问题,所以更可能的原因是温度导致的绕组短路。而磁芯饱和在设计不当的情况下,一般都会在上电后立即出现问题,而不是等待十几分钟。