关于共模电感售后振动跌落失效分析与研究
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甘 威 （格力电器（合肥）有限公司，安徽 合肥 230088）
摘 要：共模电感(Common mode Choke)，也叫共模扼流圈，常用于主板的开关电源电路中过滤共模的电磁干 扰信号。在实际的应用中，售后出现引脚位置断和引脚脱出本体造成线圈开路从而导致整机不上电问题相对突 出，通过对故障件的分析研究，发现产本材料本身没有问题，跟引脚植入本体深度有关，通过增加引脚的植入 深度可以解决此问题。
0 引言
空调主板上混合了各种高频电路、数字电路和模拟 电路，它们工作时会产生大量高频电磁波互相干扰， 这就是EMI。EMI还会通过主板布线或外接线缆向外发 射，造成电磁辐射污染，影响其他的电子设备正常工 作。这时候就需要共模电感（如图1）来进行滤波抑制 这些干扰，而共模电感主要用在开关电路上，一单出 现失效，整机将直接出现不通电情况，造成空调无法 使用。
售后投诉电感引脚处断的问题严重，导致整机不上 电问题突出，故障率相对较高，电感引脚断问题（如图 2）需研究整改。
1 工作原理
共模电感由磁芯、引脚、骨架和2组线圈组成。
共模电感的滤波电路，L3和L4就是共模电感线圈。 这2个线圈绕在同一铁芯上，匝数和相位都相同(绕制反 向)。这样，当电路中的正常电流流经共模电感时，电 流在同相位绕制的电感线圈中产生反向的磁场而相互抵 消，此时正常信号电流主要受线圈电阻的影响(和少量 因漏感造成的阻尼)；当有共模电流流经线圈时，由于 共模电流的同向性，会在线圈内产生同向的磁场而增大 线圈的感抗，使线圈表现为高阻抗，产生较强的阻尼效 果，以此衰减共模电流，达到滤波的目的。
共模电感在空调主板上主要用于开关电源电路（如 图3），开关电源产生的共模噪声频率范围为10 kHz～50 MHz 甚至更高，为了有效衰减这些噪声，共模电感 器采用高磁导率的锰锌铁氧体或非晶材料，以提高共模 电感器性能。
两电感器中电流产生的磁场方向相反而抵消，这时 正常信号电流主要受电感器电阻的影响（这一影响很 小），以及少量因漏感造成的阻尼（电感），加上220 V交流电的频率只有50 Hz，共模电感器电感量不大，所 以共模电感器对于正常的220 V交流电感抗很小，不影 响交流电对整机的供电。
共模电流流过共模电感器分析（如图4）。当共模 电流流过共模电感器时，电流由于共模电流在共模电 感器中同方向，共模电感器L3和L4内产生同方向的磁 场，这时增大了共模电感器L3和L4的电感量，也就是 增大了L3和L4对共模电流的感抗，使共模电流受到了 更大的抑制，达到了衰减共模电流的目的，起到了抑制 共模干扰噪声的作用，因此共模电感在电路中特别是开 关电源电路不可缺少，占据重要作用。
2 共模电感售后失效原因及失效机理分析
2.1 故障复测情况
将故障主板复测多遍均报不上电故障，故障稳定，此故障厂内测试均为可控项。
2.2 故障分析
从上图的故障点可以看出，引脚从本体松脱，本体 上无明显的受力撞击痕迹，排除器件加工异常。
2.3 数据分析
查询生产下线以及售后数据报表发现，此板自生产 以来，均有售后反馈，时间不集中，统计厂内生产下线 数据，每年使用约100万~150万，厂内生产过程未出现 同类故障。
2.4 过程隐患点排查
此共模电感位置在主板生产时在板边，但两侧有器 件遮挡，不会导致碰撞；电器盒生产时，钣金件有折边 可以起到保护作用，不会导致碰撞（如图5）。
2.5 模拟跌落验证
设置整机跌落试验进行模拟，发货平台按照2.5 m 对滤波器位置进行跌落，实验2次，测试无异常；按照 整机3 m进行底部受力进行验证，按照正常卸货方式极 限跌落2次，电感出现本体脱落情况。具体跌落情况见 表1。
根据前面的分析以及验证，可判断共模电感失效为 运输安装过程整机的跌落导致。
3 共模电感售后失效解决方案以及可靠性 试验验证
3.1 方案一：通过打胶的方式，固定电感引脚与本体
可靠性试验验证：冷热冲击试验，将热熔胶打在 电感下，覆盖引脚部分，实验样品10PCS，5块黄胶5块 白胶，试验条件为-40~80 ℃循环冲击240次，2 h循环1 次，试验结束，10块样品均合格，未出现因为胶热胀冷 缩导致绕组断裂问题、未出现焊接异常，但做整机通电 长期验证时，出现引脚焊锡熔化现象，存在质量隐患， 因此此方案不可行。
3.2 方案二：加强引脚与本体的附着力
通过加大引进植入深度进行优化，引脚植入深度为 2.5 mm，增加到4 mm，如图6。
可靠性试验验证如下。
1）振动实验：新旧制品同时安排震动实验（如图 7），频率75 Hz，振幅3.00 mm，时间：6 h。
试验结束后测试相关参数无异常，符合图纸要求， 详见表2和表3。
专项试验结论：增加引脚植入深度后，对产品振动 实验无影响。
2）推力实验：安排新旧制品焊接在板上做推力实 验。对比无明显差别，新旧制品推力均在120 N以上。
整理数据见表4。
专项试验结论：引 脚植入深度加深对产品 抗推力性能无影响。
3）主板跌落试验：
跌落高度：75 cm； 实验平台：地砖；跌落 方向：PCB垂直地面、 上下左右4个边分别朝 下的方向；准备新制品 电感5个、旧制品电感5 个；主板编码1和主板编 码2，两个主板上的新旧 制品跌落结果见表5。
专项试验结论：
编码1主板旧制品第3次跌落就断开2个电感，第6次 跌落时，3个电感均已断开。新制品第15次跌落断开2个 电感，第20次跌落3个电感才全部断开。说明新制品电 感可靠性相比旧制品有提高。
编码2主板旧制品电感在第3次跌落时2个电感就已 起翘，新制品在第6次跌落时才起翘，新制品相比旧制 品可靠性要高。
总结：根据以上验证可以看出，新制品电感增加引 脚植入深度从2.5 mm增加到4 mm，引脚植入深度加深 后对产品本身性能无影响，装在主板后电感跌落可靠性 要比旧制品高。
4 共模电感售后失效整改总结及意义
共模电感在电路中起滤波以及抗电磁干扰作用，一 单售后失效导致线圈开路整机将直接不通电，对于售后 问题失效的研究很有必要，从研究可以发现是物料的抗 跌落性能出了问题，通过增加引脚植入深度可以提高物 料的抗跌落能力，从而解决售后跌落振动导致失效，为 今后的类似器件失效整改提供经验。
参考文献：
[1] 张德光.高导铁氧体宽频高阻抗共模电感设计[J].磁性材料及器 件,2018(3).
[2] 李洪珠.一种双磁芯差共模电感集成EMI滤波 器[J].电力电子技术,2016(2).
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