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摘要：开关电源供电系统在控制器中承担关键作用，为各电路正常工作提供电源，使各单元电路按照整体系统设计控制目标完成相应的控制、检测、保护等，完成空调各种功能如制冷、制热、扫风、显示等目的，以实现空调舒适、完美体验。作为空调中控制器中的重要电路，开关电源部分一旦发生故障，将导致空调整体功能失效，而且维修需要全机导通检测，维修麻烦、难度高、成本高，严重时可能导致控制器爆板，空调整机烧毁，造成严重的安全事故。因此研究开关电源电路、开关芯片炸失效模式、失效机理非常重要，采取有效方案解决全面提升开关电源电路整体工作的可靠性，提高消费者对品牌的满意度具有十分重要的意义。
关键词：变频空调；开关电源；开关芯片；应用环境；
1事件背景
变频空调控制系统用控制器在实际应用一段时间后出现主板失效问题，经过大量数据统计分析及实际主板失效分析，确定是开关电源电路中K厂家TNY278开关芯片炸失效导致，经过多年的跟踪空调实际应用维修数据，因开关芯片炸失效导致售后投诉单数达156单，占整个控制器售后故障率5.5％，控制器售后大比例失效严重影响空调整体产品质量及用户实际体验效果，问题急需进行分析研究及解决。
2芯片失效原因及失效机理分析
2.1开关芯片失效检测分析。K品牌开关芯片炸主板多次寄给厂家分析，及厂家来司现场协助分析，一致认为开关芯片炸失效主要还是漏极过电冲击损伤导致击穿失效，从售后实际失效主板外观看，开关芯片表面均有树脂烧熔点，同步对应芯片漏极有烧熔断开现象，部分开关芯片表面树脂炸裂，其他控制检测引脚阻值特性检测无异常，厂家对芯片开封解析驱动芯片部分无失效，主要是内部MOS管失效，开封晶元明显看到MOS管过电烧毁痕迹。
2.2各厂家开关芯片极限参数测试。售后开关电源电路中开关芯片炸失效，是芯片抗极限耐压及浪涌冲击能力较差，存在差异性，还是电路设计存在差异?哪个是影响芯片失效主要因素，从数据较难判定，不同型号开关芯片售后失效率有明显差异，我司开发三款开关芯片中，S厂家开关芯片售后失效率低，带着这些疑问对各厂家开关芯片进行极限参数对比分析，找出差异点，通过对三款开关芯片进行核心参数分析及相关数据测试结果表明，O、S、K厂家开关芯片极限耐压均可以达至0700v，其Cs厂家开关芯片极限耐压最高达820V，平均在760V。K开关芯片相对较差，但是此等水平已经可以满足设计需求。
2.3芯片过电失效分析。开关芯片炸失效经过对器件相关参数，可靠性对比分析，初步排除MOS管耐压不足问题，开关电源设计考虑是整个系统设计，非单个器件，出现开关芯片炸失效，应该从整个系统全面考虑，开关芯片厂家分析是过压失效，即空调在售后实际应用环境中开关电源电路引入瞬间较大的浪涌冲击，导致芯片过电击穿失效，于是对三个厂家开关芯片内部电路设计结构及应用电路
设计差异进行对比分析。（1）开关芯片器件单体差异对比。A厂家主板使用三个厂家4款开关芯片，经过统计售后故障率发现，K开关芯片失效最为突出，对三个厂家四款型号开关芯片内部结构及引脚功能对比发现，K开关芯片与其他各引脚功能对比，主要差异点在于K开关芯片引脚功能部分机内部Standard标准电路设计结构没有过压检测功能)，只有欠压检测功能。（2）高温高湿环境。高频变压器使用磁性材料为铁氧体，由于磁材特性当环境温度达到一定温度后磁性有衰退现象，会出现退磁，可能会导致出现磁饱和异常，导致开关芯片炸失效，统计数据售后失效控制器多为8、9月份，当时空调运行环境温度比较高，这个可能是个因素。磁材磁性一致性不好，或是高频变压器预留抗饱和度余量低，在高温下提前出现退磁，也是会影响开关芯片正常工作。空调实际应用中出现开关芯片炸失效具体是什么原因失效，是受温度、湿度影响还是综合影响导致结果，针对问题展开全面验证分析，高温高湿环境：控制器整机高温高湿环境下，开机后开关芯片工作瞬间检测开关芯片漏极电流波形出现低概率的磁饱和现象，经过测试开关波形发现为变压器在高温高湿条件下，离散的发生了磁饱和导致开关芯片炸。（3）芯片失效原因深入分析。经过对失效品分析、器件单体差异对比及芯片应用电路设计对比，芯片是过电冲击失效，经过分析对比排除芯片MOS管耐压不足导致。经过信息汇总及分析发现该芯片没有过压检测功能，我们知道空调实际应用环境非常恶劣，不同于一般家电，芯片失效与电源异常有直接关系，当电源输入电压出现异常引入瞬间较大能量的浪涌电压时，超过700V，开关芯片就有可能击穿失效。为了保护开关芯片免受过压击穿，开关芯片均设计有过压保护功能，当输入电源串入浪涌电压时芯片前置检测部分以瞬间采集到过压信号，开关芯片在短时US实施关断，这样芯片在一定能量范围内的浪涌可以免受击穿。售后失效K厂家开关芯片实际没有过压检测保护功能，在电源串入瞬间浪涌电压时，由于没有过压检测功能就不能及时检测到引入浪涌电压，一直在正常开关，此时浪涌就可能直接将芯片击穿。那么，芯片失效是否是此问题导致，于是我们对芯片应用的整机进行输入浪涌电压冲击实验，经过实验测试验证发现，在空调输入电源引入足够能量的浪涌电压时芯片出现击穿、炸裂现象。对失效品分析对比与售后实际失效现象一致。检测S、A芯片对应整机发现，引入同等水平的浪涌电压，监控开关芯片漏极波形及过压检测El波形发现开关芯片在US级过电冲击即关断开关。开关芯片没有出现击穿失效。实验标准：GBT17626.5.2008：实验设备：1.2／50us组合发生器：实验结果：通过开关芯片整机浪涌实验对比，在同等浪涌等级，K开关芯片承受浪涌电压能力最低，明显差异其他厂家芯片。（4）分析总结。空调应用中出现K开关芯片大比例失效经过对器件单体、不同厂家开关芯片对比、电路设计差异、及相关模拟实验验证，分析开关芯片失效原因为该型号开关芯片设计存在功能缺陷，芯片没有过压保护逻辑功能，在空调电源出现异常引入浪涌电压时不能及时检测判断过压，响应保护，并关断输出，最终因过电冲击导致击穿失效。
3开关芯片失效整改措施
解决方法：开发新型号开关芯片(新型号芯片信息如表1)，芯片需有过压保护逻辑功能，可以及时响应保护，及时关断避免芯片击穿失效(整改前后芯片差异点如图1至图2)。
表1新型号芯片信息
图1整改前芯片内部结构图，只有欠压保护
4整改效果评估及应用效果验证
开发新型号开关芯片经过实际整改效果验证承受浪涌电压冲击能
力大幅度提升，通过检测漏极波形及电压检测口波形，芯片可以在US级及时响应保护，关断输出，无失效异常。实际整改效果显著。新开发芯片与旧制品浪涌冲击能力测试对比如表2。
图2新开发芯片内部设计电路结构图，有过压保护功能
表2新开发芯片与旧制品浪涌冲击能力测试对比
总之，售后大批出现开关芯片失效属于开关电源芯片设计及选型存在欠缺，在电路设计开发时未能有效考虑到实际设计开关电源电路非常规条件下所承受的浪涌冲击能力，及时检测保护问题导致实际应用中出现重大质量问题，这次整改从整体提升开关电源设计可靠性角度出发，具体为开发新型号具有过压检测逻辑保护功能的芯片，从器件本身角度有效解决芯片失效。
参考文献
[1]张晓辰.高频变压器磁饱和电流测量技术研究.2017.
[2]李海宁.浅谈变频空调开关电源电路开关芯片炸失效分析与研究.2017.