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1、高頻變壓器噪音與裂CORE 現象改善專案報告一、概述:1. 高頻變壓器噪音 ,指電源單體在正常工作狀況下 ,人耳能聽到的尖銳的“滋滋”聲 .聲音的產生是由物體的掁動引起的 ,我們所說的噪音 ,是指變壓器在正常工作過程中 ,線圈磁 CORE 及由線圈和磁 CORE 所組成的整個變壓器 ,發生頻率在 20KHZ 以下的掁動 (人耳所能聽到的頻率範圍在20KHZ 以下 ).應該說高頻變壓器 (特別是反馳式 )在高頻方波電流的激勵下,線圈將會有電流通斷的變化 ,磁 CORE 中的磁場出在不停的進行勵磁消磁的變化,勢必有線圈的伸縮掁動和磁CORE的伸縮掁動 ,但電源的正常工作頻率在60KHZ100KHZ
2、 左右 ,此時掁動產生的聲音超出人耳的聽力範圍 ,人耳是聽不到的 ,但當電源在工作過程中有間歇式掁蕩產生時,會引起線圈磁 CORE 間歇式掁動 ,特別是此掁蕩頻率接近線圈與磁CORE 所組成的整個變壓器的固有掁動頻率時,易引發共掁現象 .,此時將引發人耳所能聽到的噪音現象.2. 高頻變壓器的裂 CORE 指變壓器生產過程中 (特別是烘烤後 ,或冷熱沖擊試驗後 )出現的磁 CORE 破裂的現象 ,(如下圖 ),CORE 的破裂肯定是由受力引起的 ,而此力的產生 (通過實驗所得 ),主要來源於膠固化過程和膠與磁 CORE 的熱脹冷縮的系數不同而產生的應力引起的 .二、案例、實驗分析 :1. * 單
3、體之變壓器 25383-0001I,初期出現較為嚴重的異音現象 ,原工法如下圖 : 消除異音的方法主要從 :1>.平衡鐵損與銅損 ;2>.使變壓器磁 CORE 工作在較寬較穩定的 Bm 範圍 . 3>.充分含浸線圈 .4>.緊密粘固磁 CORE.5>.消除電源線路中的間歇掁蕩現象等方面 ,在線路不變動的情況下有效的解決噪音問題 ,主要是使變壓器充分含浸和盡可能的使磁CORE 粘接牢固 .實驗一 :A. 改變點膠工法 ,看磁 CORE 的粘合程度對異音現象的影響用不同的點膠工法做25383-00001I 變壓器 4EA, 工法如下 :a. 原工法 ,即兩邊夾紙片 ,
4、中柱不點膠 ,異音現象嚴重 .b. 中柱塗白膠 ,兩邊夾紙片 ,邊柱四點固定 ,無明顯異音現象 .c. 中柱不塗膠 ,兩邊柱夾紙片 ,塗大格膠 ,有輕微異音 .d. 中柱點白膠 ,兩邊柱夾紙片 ,塗大格膠 ,無明顯異音 .由以上實驗可判定 ,異音現象與磁 CORE 中柱是否塗膠 ,即兩磁 CORE 是否緊密固定有較大關系 ,所以對點膠工法做如下改變.通過做如上改變 ,*單體異音現象基本消除 ,但中柱所點膠在烘烤固化過程中將很大的應力作用在磁 CORE 中柱部分產品出現裂CORE 現象 .2. C25401-0001I T1 庫存 32T 及 34T 共 3734EA 產品 ,重工 Sortin
5、g 出 2022EA,磁 CORE 破裂產品 , 破損率為 58.97%.經統計分析 CORE 破裂全部分布在 PTS 型、ED 型、PQ 型、RM 型,鐵氧體磁 CORE 中柱磨 GAP且需點膠的產品上 ,此料磁 CORE 結構不很堅實 ,從磁 CORE 的斷面來看 ,其斷面光亮而有金屬光澤,可判定磁 CORE 是由於受到外力作用而破裂 ,並非是由於磁 CORE 本身存在瑕疵造成的 ,因磁 CORE 是在點膠烘烤后破裂的 ,所以外力的來源只能是在膠固化過程中產生的 ,由以上分析可判定造成裂 CORE 的主要因素有三個 :a. CORE 的材質與結構 .b. 點膠與烘烤工法 .c. 膠的材質
6、.1>.提高磁 CORE 本身抗破壞力的強度 .適當選取結構、材質堅實的磁芯,以提高其本身抗破強度 ,當然在特性參數一定 ,材料配方不變,模具不變的情況下 ,通過此法解決烈 CORE 現象有較大的困難 . 2>.改變點膠和烘烤方式 .(1).裂 CORE 產品的點膠方式 :中柱點膠的目的是使兩磁 CORE 很好的粘接在一起使產品正常工作時不會有異音現象發生,此種點膠方式將兩片磁 CORE 粘接在一起的同時 ,膠在烘烤固化過程中 ,由於體積收縮而產生將磁 CORE 垂直向中間的應力 ,部分產品可能破損 ,從裂 CORE 產品破裂位置分析 ,此拉力是裂 CORE 現象產生的主要原因 ,
7、改變點膠位置 ,從而改變膠固化時產生收縮拉力的方向 ,將對裂CORE 現象改善有一定作用 ,但有些機種特別是采用PFM 模式工作的單體 ,為避免產生異音不良,將保留中柱點膠 ,這勢必導致膠固化收縮拉力的產生 ,這就決定不能通過改變點膠工法來徹底解決裂 CORE 問題 .(2).改變烘烤過程中的溫度控制 :用 120高溫烘烤 2H 使膠固化 ,特別是點膠量大時 ,易造成膠點表面已固化 ,內部膠固化過程中緊密接合 ,而膠點內部未完全固化 ,繼續烘烤時 ,內部膠固化過程中將會發生形變 ,而產生很大的拉力 ,此力施加於兩磁 CORE 上,部分產品將會破裂 ,而且產品從室溫放置於 120烤箱和烘烤結束從
8、烤箱放入室溫時 ,其間將有 100左右的溫差 ,它對磁 CORE 本身的形變量 (韌性 )和抗拉強度 ,產生較大影響 .如果在烘烤初期 70烘烤 1H,再用 120烘烤 1H,再用 70烘烤 1H,將有效降低膠內部固化程度不同而產生的收縮應力 ,同時不會對磁 CORE 本身的形變量 (韌性 ) 和抗拉強度產生較大影響 .此種方法雖然理論上有利於解決裂CORE 現象發生 ,供烘烤期間膠對磁CORE 仍有收縮拉力,此力大小能否對磁 CORE 造成威脅難以確定 ,不能從根本上解決裂 CORE 問題 .(3).改變膠材質 :膠本身材質決定烘烤過程中 ,要有體積收縮 ,從而對磁 CORE 產生較大的拉力
9、 ,部分產品中此拉力超出了磁 CORE 的承受範圍 ,將磁 CORE 破壞 ,沒有被破壞的產品中 ,此力不會自然消失 ,它仍會存於兩磁芯中間 ,不能釋入 ,由於有這一種力的存在勢必使整個變壓器不能承受更大的外力或掁動 ,從而對整個電源系統出都是一種潛在的隱患,如果能有一種膠 ,它既能粘接磁 CORE中柱填充氣隙 ,又能在固化過程中產生很小的拉力 ,不足以對變壓器產品構成危害 ,那麼裂 CORE 問題將完全解決 .通過上面的理論分析和實踐總結 ,我們決定用固化收縮拉力很小的硅膠來替代膠 ,並配以適當的點方式 ,以求徹底解決裂 CORE 問題 .實驗二 :目的 : 檢驗產品的可靠性 .(CORE
10、在高低溫循環條件下 ,伸縮狀況以了解 CORE 是否會破裂 )條件 : 將產品置於常溫下 ,然後升溫至 105恆溫保持 30 分鐘 ,再緩慢降溫至 25並保持 5 分鐘 ,而后再降溫至 40並恆溫保持 30 分鐘 ,最后再升溫至 25並保持 5 分鐘 ,如此完成一周期實驗 , 本產品須重復完成 10 周期實驗方可 .結果 : a.25277-0001I 42EA 在 CORE 中柱涂 70% RTV 膠,CORE 內部與 BOBBIN 相連處的膠取消掉,(明亞黑膠 )增加一點 BOBBIN 與 CORE 之間點膠 ,實驗證明無 CORE 破裂 .(圖一 ) b.25401-0001I 在 CO
11、RE 中柱涂 70% RTV 膠,CORE 內部與 BOBBIN 相連處點明亞黑膠 ,經實驗后發現 CORE 有 18EA 破裂 .(圖二 )d.21567-0001I 在 CORE 中柱上面涂 10% RTV 膠 ,取消 CORE 內部與 BOBBIN 的相連處的黑膠 ,增加一點 BOBBIN 與 CORE 之間的黑膠 .實驗證明無 CORE 破裂 .(圖三 )綜上所述 ,用 RTV 膠代替 EPOXY 膠,配以適應的工法 ,既能起到粘接磁 CORE 消除噪音作用 ,以能在膠固化過程中不會產生較大固化應力不會造成裂 CORE 現象 .用 RTV 膠代替 EPOXY 膠可得性實驗 (三)目的
12、: 冷熱沖擊實驗后電性能參是否有影響.條件 : 將產品置於常溫下 ,然後后升溫至 105恆溫保持 30 分鐘 ,再緩慢降溫至 25並保持 5 分鐘 ,而后再降溫至 -25,並恆溫保持 30 分鐘 ,最后再升溫至 25並保持 5 分鐘 ,如此完成一周期實驗 ,本產品須重復完成5 周期實驗方可 .實驗前后測試感值為 :25277-0001I 測試12345實驗前71071070770871311-12L: 670730709705706711實驗後708實驗前8.168.268.408.258.16C - BLK: 9.58.238.418.018.10實驗後8.15實驗前28.429.5425.
13、5128.1527.02 - 3LK: 33.7529.5926.428.1127.08實驗后28.1125401-0001I 測試12345實驗前58059657957259211-12L: 580±30595578572591實驗後580實驗前7.27.47.67.77.4B - CLK: 207.37.67.77.3實驗後7.2實驗前22.322.921.921.823.12 - 3LK: 3022.922.423.025.8實驗后22.521567-0001I 測試12345實驗前5875885925965966 - 7L: 560620588595595596實驗後587實
14、驗前41.843.143.043.543.41-10LK: 59.1143.743.346.143.5實驗後46.4實驗前40.638.141.138.840.32-11LK: 46.438.138.738.740.4實驗后40.7實驗前1731741531631904 - 7LK: 281174159162188實驗后183實驗四 :a. 裝入單體中測試 EMC,如下圖 :變壓器替換前后無明顯不良發現 ,說明用 RTV 膠替換 EPOXY 膠在 EMC 方面可行 .b. 裝入單體中測試溫升實驗 :*單體之 T1 25401-0001I分別在 : (1). 264Vac/50KHZMaxLoa
15、d +19V/3.15A環境溫度25時 .PF: 0.521功率67.2W0.49A測得環境溫度2826.7Coil: 101.2(2). 90Vac/60KHZCORE: 88.4MaxLoad +19V/3.15APF: 0.613功率 69.7W1.25A測得環境溫度27.527.5Coil: 107.8CORE: 96.1*單體之 T1 25277-0001I分別在 : (1). 264Vac/50KHZMaxLoad +19V/3.16APF: 0.515 功率 68.6W0.505A測得環境溫度40.539.7Coil: 97.2CORE: 93.5(2). 90Vac/60KHZ
16、MaxLoad +19V/3.16APF: 0.614功率 70.8W1.272A測得環境溫度41.139.3Coil: 105.5CORE: 101.9*之變壓器21567-0001I分別在 : (1). 264Vac/50KHZMaxLoad +24V/10APF: 0.927 功率 258.8W1.05A測得環境溫度41.541.5Coil: 89.5CORE: 89.5(2). 90Vac/60KHZMaxLoad +24V/10APF: 0.995功率 272W3.03A測得環境溫度39.641.9Coil: 108.5CORE: 105.93. 分別換膠后變壓器裝入單體中進行 ATE 測試 ,數據如下 :測試 PASS說明 ,新變壓器符合動態要求 :分析測試數據無明顯變異發現 .說明用 RTV 膠替代 EPOYX 膠的動態測試符合測試要求 .結論 : 長期以來困擾變壓器生產的噪音和裂 CORE 問題通過近期來的觀察實驗 ,已經基本清淅了其產生機理和解決方法 .並將上述理論應用於生產中 ,受到了很好的效果 .當然后續還有變壓器固有振動頻率確定 ,如何從材料內部晶格在下常工作過程中的轉動引起的磁帶伸縮原理 ,如何確定變壓器正常工作過程中電場與磁場相互間的最佳結合點的設計方面 ,以及如何清除線路中的掁蕩現象方面 ,有待下一步繼續研究 .