PFC电感漆包线表面破损对产品性能的影响

张 斌 朱佳麟 姚元杰

（珠海格力电器股份有限公司 珠海 519070）

引言

交流电网电压经整流分压供给电子设备和家用电器，是一种基本的变换方式。开关电源主要经过低通滤波、全波整流、电容滤波后，输出直流。由于受负载的影响，输出电流将会发生畸变，呈现出一种脉冲波[1]。这种波对电子设备极为不利，同时也给供电电网带来危害，使输出功率因数下降，即视在功率远大于有用功率，电网质量严重受损。所以发达国家率先采用了多种功率因数校正（PFC）方法，来实现“绿色能源”革命，并强制推行了国际标准IEC 55-2、EN 60555-2等，限制电子生产厂家入网电气设备的电流谐波值[2]。在变频空调中采用PFC模块具有下列优点：①PFC模块能输出稳定的电压给下一级电路，特别适合供电电压变化大的地方使用；②在正弦波驱动的压缩机中，采用PFC模块供电将可使压缩机的工作频率更高，可达到110 ～120 Hz，更能发挥压缩机的性能。PFC模块其关键部件就是PFC电感[3]。

1 PFC电感破损的原因及改善

1.1 破损现象介绍及产生原因研究

PFC电感最常见的故障就是绕组绝缘失效，其具体表现为漆包线表面绝缘皮破损，过电时出现拉弧打火现象，最终导致产品烧毁失效[4]，见图1。

图1 线圈与磁芯均过热烧毁，绝缘层均已经碳化

对破损产生原因进行调查分析，发现目前行业内空调所使用的PFC电感均采用手工绕线制作，具体生产流程见图2。

图2 PFC电感生产工艺流程

对生产过程进行全流程排查分析，发现存在以下几点隐患：

①原材料漆包线来料时就存在不良，主要体现在生产过程中漆包线涂覆漆膜时，涂覆毛毡长时间使用导致杂质增多，从而致使不良产生。

②手工绕线过程存在台钳防护磨损，造成金属外露，绕线时损伤漆膜隐患；裁线盛放容器不规范，存在漆膜损伤隐患；以及引线前端和末端尖锐部分拉环绕线时刺破线材隐患。

③测试电压及脉冲频次较低，产品测试合格，未能有效检出不良导致流出。

④外观检验无法使用视觉检测设备，采用人工目视检验，存在检出不足，漏检现象。

1.2 破损问题防治方法

针对PFC电感破损问题的主要整改思路是：抑制原材料不良，加强过程防护，同时加严测试要求，提高检出率，减少不良产生及流出。

目前从可实现性、经济实用性和质量可靠性的角度，具体可以从以下几个方面进行整改：

1）原材料方面：漆馏管控，毛毡更换频次增加，由每天更换一次提高到半天更换一次，降低杂质堆积从而控制漆包线漆馏产生。

2）生产过程方面：将漆包线绕制成“弹簧线”，将“弹簧线”两头进行焊锡，防止生产过程中划伤或刺伤漆包线；使用热缩管制作台钳套对金属外露隐患点进行包裹，同时将扳手头端使用热缩管进行防护包裹；裁剪后铜线一端线头使用美纹纸包裹，防止拉环过程中造成漆皮刮伤、戳伤的品质隐患。

3）性能测试方面：修改SOP层间测试参数，将电压由2 000 V更改提升至3 000 V，由1个脉冲更改成2个脉冲。

2 漆膜破损对性能影响的研究

尽管各制造商已进行全流程防护，但受限于制造及检验水平的不足，电感表面破损问题一直是行业难题，无法得到有效根治，这也直接导致电感生产过程中报废率及客户投诉居高不下。但查阅国标（GB/T 6109.4-88），规定单位长度内允许漆包线存在针孔，这直接说明漆包线破损对产品性能的影响需根据破损点大小、程度进行更具体的分析判断，为此我们进行了相关实验[5]。

2.1 实验前准备

1）高温线材绝缘特性及检验项说明：

说明：实验使用线材为EI/AIW，本色线，H级2级（耐温等级200 ℃）环保。

①线材绝缘层厚度（见图3）。

图3 线材漆膜厚度

根据GB/T 4074.2-2008的试验方式，线材漆膜厚度满足线材实验要求。

②抗电压性说明（见图4）。

图4 线材抗电压性

此实验前线材必须经针孔盐水试验合格后方可验证，试验温度：200 ℃。

根据GB/T 4074.5-2008的试验方式，线材最小击穿电压满足实验要求。

③漆膜连续性，针孔盐水试验。

根据GB/T 4074.5-2008的试验方式，线材漆膜连续性满足每30 m线材针孔数量不得超过5个要求。且目前AIW线材漆膜连续性已经做的非常成熟，线材实际试验，基本上30 m线材无针孔。

2）原材料磁芯环绝缘特性说明：磁环绝缘性能力测试，见图5。

图5 磁环抗高压测试

说明：磁环涂层未破损的状态下，可抗高压4500 V以上；考虑电感实际工作电压基本上可完全排除线材破损与磁环拉弧打火导致高压异常问题。

2.2 实验样品及仪器

样品：PFC电感线材破损面积8 mm、PFC电感线材破损面积15 mm；

仪器：匝间测试仪（U9815R）、耐压测试仪（TH9320）、电阻仪（502BOHM）、程控恒流源（VR7220）、LCR数显测试仪。

2.3 结果与讨论

我们分别安排两种状态的测试样品在不同强度的电压下进行匝间耐压测试（见图6），实验结果表明：若产品线材与线材之间只有一个破损点，即使破损面积达到15 mm，也可承受5 000 V左右的电压强度。

图6 线材破损品匝间耐压测试

随即的线材破损品可靠性试验表明：线材破损品在完成可靠性试验后，破损处未见明显腐蚀扩大；测试各项电性能参数均保持在±5 %以内，说明线材单一点破损不会导致产品电性能异常（部分实验结果见图7、图8）。

图8 耐焊接热试验

但需注意，经验证若将电感的线圈绝缘层划破与磁芯完全短接后输入10 A电流，24 h后产品表面温度达到187 °，长期高温情况下会致使线圈绝缘层碳化出现严重短路后烧毁短路点位置现象。

3 结论

就目前行业上，PFC电感所使用的线材及磁环原材料均有一定的绝缘性能；线材及磁环原材料在电感制造商入厂时，会严格按照其检验标准对材料外观、尺寸及电性能进行实验检验；电感制造商厂内生产制程一般设有相关电性能测试拦截工序，对于破损严重的产品会进行拦截；上述试验设定工况下，PFC电感线材出现单个破损或两个破损点相隔15 mm以上的两个破损点，均可承受5 000 V以上匝间电压无异常，同时漆皮破损品可靠性测试报告可说明，在上述试验设定工况下，若仅线圈上单一点出现破损，不影响产品寿命及使用。