一个疑似银离子迁移所致故障案例的分析

2018-09-20张建平

电子测试 2018年17期

张建平

（中国船舶重工集团公司第七二六研究所，上海，201100）

1 产品故障分析

故障现象表现为，产品设置为停止工作档（即产品简化电路图中SA手动开关处于断开状态）进行贮存，在保质期内出现内部电池组输出电压低于规定值。电池组共有两路输出，即产品简化电路图中的VCC1和VCC2，所有故障电池组的VCC1电压低于规定值，而VCC2电压满足规定值。针对这一故障现象，主要从内因和外因两方面进行分析。

图1 产品简化电路图

1.1 内因

电池本身就存在自放电的情况，而电池的采购也可能良莠不齐，电池组的组装生产过程若不符合规范也会造成产品质量下降，出于以上各种因素的考虑，首先从电池组本身进行故障分析检测。

对故障产品的电池组进行检测，未发现短路断路的情况，绝缘检测结果为正常，电池组内部线路连接全部正确可靠，因此可以排除电池组装存在问题。

1.2 外因

若电池组本身不存在问题，则电路部分成为重要考察对象。能造成电池电压下降，说明外部电路必然存在漏电现象。因此采用稳压电源模拟电池供电，并采用毫安表对电流进行监测，对外部电路进行检测。

取三个故障产品，编号分别为A、B、C。另取当年新生产的合格产品，编号为D。将四个产品全部置停止工作档，用稳压电源供电，对故障路（即VCC1）串接毫安表进行电流监测，将30分钟内检测到的稳定电流值记录于表1所示。

表1 电流监测结果

已知故障路电池组容量为5.8Ah，若表1中漏电电流值一直稳定存在，则A、B、C三个产品的电池将分别在1.9年、0.9年、1.3年后耗尽，这一结果也与发现故障时间相吻合。据此可以判断外部电路漏电，是造成电池组故障的主要原因。

采用稳压电源供电，毫安表进行电流监测的方法，对多个故障产品的电路进行故障排查。

最终确定K3、K5继电器是导致电池故障的主要原因，电池漏电的路径有两条。一条为：VCC1——＞K4线圈——＞K3静触点——＞K3继电器——＞K3线圈——＞等效电阻——＞电源地。另一条为：VCC1——＞K5静触点——＞K5继电器——＞K5线圈——＞等效电阻——＞电源地。

2 继电器故障机理分析

取三只故障继电器编号为1、2、3，另取一只与故障产品同批次采购的同型号继电器，编号为4。用100V兆欧表，测量四只继电器静触点与线圈间的绝缘电阻值，记录于表2。测量四只继电器静触点与继电器金属外壳间的绝缘电阻值，记录于表3。测量四只继电器线圈与继电器金属外壳间的绝缘电阻值，记录于表4。

表2 静触点与线圈间的绝缘电阻测量结果

表3 静触点与壳体的绝缘电阻测量结果

表4 线圈与壳体的绝缘电阻测量结果

根据以上测量结果可知，继电器安装在产品中一段时间后，出现触点、壳体、线圈间绝缘下降的情况。

引起继电器绝缘下降的原因可归为以下几个方面：密封失效、环境应力、异物卡阻、机械形变、电弧放电、银离子迁移。为了能确切找出继电器绝缘下降的原因，并排出其他原因，做了如下试验。

将库存的与故障产品同批次同型号的继电器，进行绝缘检测，检测结果均为正常。另取故障继电器，进行24小时温箱烘干处理，然后进行绝缘检测，检测结果为异常。由此可以排出密封失效、应力释放而发生变形导致继电器绝缘下降的可能性。

取五个新生产的产品，设置为停止工作档，采用稳压电源供电，并用毫安表对电流进行监测。取五个故障产品，设置为停止工作档，采用稳压电源供电，并用毫安表对电流进行监测。按照产品试验大纲，进行振动试验。在实验过程中依然有稳定的漏电流存在。并将故障继电器拆开检查，未发现异物卡阻情况，因此可以排出异物卡阻导致继电器绝缘下降的可能性。取五个新生产的产品，进行停止档与工作档的连续性切换，切换次数为50次（该次数远大于产品使用过程中可能用到的次数），然后进行漏电流检测，检测结果为正常。将产品设置为工作档，模拟控制产品的K3、K5继电器分别动作50次，然后进行漏电流检测，检测结果为正常。因此可以排出机械形变、电弧放电导致继电器绝缘下降的可能性。

图2 银离子迁移试验电路

经过与继电器厂家沟通知道，所用继电器是用锡封处理，且继电器引脚全部经过镀银处理。对继电器引脚端进行观察，发现引脚附近为暗黑色，有明显的金属污物存在。结合之前的试验结果，银离子迁移成为引起继电器绝缘下降的最可能原因。

为了验证银离子迁移是引起继电器绝缘下降的原因，并为产品故障找出一个合理解决方案，做如下试验。

取10只与故障继电器同型号的新继电器，随机分为两组，按图2进行电路连接，编号为E组和F组，其中E组为采用稳压电源供电，并用毫安表进行电流监测，F组则不接电源。取10只新型号继电器（该继电器为熔封处理，且引脚未进行镀银处理，继电器干净整洁无金属污物），随机分为两组，按图3进行电路连接，编号为G组和H组，其中G组为采用稳压电源供电，并用毫安表进行电流监测，H组则不接电源。将该4组试验电路放在与产品储存条件相同的环境下，定期进行漏电流检测。检测结果为大概三个月后只有E组存在漏电流，且一直稳定存在。之后在为期一年的检测中，只有E组存在漏电流。由此可以判断引起继电器绝缘下降的原因疑似为银离子迁移，且新型号继电器可用于替换处理。