高壓直流穩(wěn)壓電源小型化及灌封技術(shù)
2017-6-27 11:27:46??????點(diǎn)擊：
引言
隨著現(xiàn)代雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展 ，機(jī)載雷達(dá)發(fā)射機(jī)對(duì)高壓直流穩(wěn)壓電源的要求越來越高 ，不僅要求密度大、穩(wěn)定性好 、紋波低 ，而且還要求其可靠性高 、體積小 、重量輕¨ 。為了滿足機(jī)載發(fā)射機(jī)小型化設(shè)計(jì)的要求，將高壓直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)成干式形式即高壓部分采用固體直流穩(wěn)壓電源灌封方式，替代傳統(tǒng)的浸油方式。 通過直流穩(wěn)壓電源灌封膠料，在高電位外部增加高性能的絕緣層，以提高其抗電強(qiáng)度，使單元之間的排列距離得到較大程度的縮小 ，從而減小了高壓直流穩(wěn)壓電源 的外形尺寸 ，減輕了高壓直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)重量 。
直流穩(wěn)壓電源灌封工藝是設(shè)計(jì)機(jī)載干式高壓直流穩(wěn)壓電源的關(guān)鍵技術(shù)之一， 在很 大程度上 決定著高壓直流穩(wěn)壓電源的穩(wěn)定性 和可靠性。 如果直流穩(wěn)壓電源灌封工藝控制不當(dāng)，則會(huì) 出現(xiàn)膠料與元器件間的附著力變低，在高低溫沖擊和常溫常態(tài)下出現(xiàn)裂紋 ，低氣壓試驗(yàn)時(shí)高壓 直流穩(wěn)壓電源電路和元器件間出現(xiàn)打火及電暈現(xiàn)象 ，從而難 以在復(fù)雜的高空環(huán)境下工作。
文中以某機(jī)載產(chǎn)品為例，著重介紹 了干式 高壓 直流穩(wěn)壓電源的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和固體直流穩(wěn)壓電源灌封的相關(guān)工藝技術(shù)。
1 合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1．1 直流穩(wěn)壓電源模塊化的結(jié)構(gòu)形式
為了滿足小型化 的設(shè)計(jì)要求 ，干式高壓直流穩(wěn)壓電源一般采用直流穩(wěn)壓電源模塊化的結(jié)構(gòu)形式。 按照高壓直流穩(wěn)壓電源的電訊原理和各個(gè)組成部分實(shí)現(xiàn)的功能，分成 3 個(gè)直流穩(wěn)壓電源模塊 ：配電直流穩(wěn)壓電源模塊 、逆變直流穩(wěn)壓電源模塊和高壓直流穩(wěn)壓電源模塊 。 配電直流穩(wěn)壓電源模塊和逆變直流穩(wěn)壓電源模塊中只包含低電位，無需直流穩(wěn)壓電源灌封處理。而高壓直流穩(wěn)壓電源模塊包含了所有的高電位 ，選擇真空直流穩(wěn)壓電源灌封 。 這種直流穩(wěn)壓電源模塊化結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單 ，在制造 、裝配和組裝的任何相應(yīng)的階段 ，均能提供經(jīng)常的加電試驗(yàn) ，既保留了各直流穩(wěn)壓電源模塊 的相對(duì)獨(dú)立性又有利于故障的檢測(cè)和維修。
1．2 高壓組件分塊設(shè)計(jì)
高壓直流穩(wěn)壓電源模塊內(nèi)部體積 比較小 ，既要實(shí)現(xiàn)高壓的絕緣 ，還要考慮如何有效地散熱。 為 了便于調(diào)試 、直流穩(wěn)壓電源灌封和維修 ，在高壓直流穩(wěn)壓電源模塊 內(nèi)部進(jìn)行分塊設(shè)計(jì) ，合理布局。 高壓直流穩(wěn)壓電源模塊 內(nèi)部包括高壓開關(guān)變壓器 、高壓倍壓整流組件和高壓取樣組件 。 圖 1 為高壓直流穩(wěn)壓電源模塊 內(nèi)部布局圖。
高壓開關(guān)變壓器在生產(chǎn)時(shí)用進(jìn) 口的環(huán)氧樹脂直流穩(wěn)壓電源灌封好 ，直接安裝到底板上，通過金屬底板散熱。
高壓倍壓整流組件選用表貼的高壓硅堆 ，用 陶瓷基板作為高壓硅堆倍壓整流 的安裝板 ，利用陶瓷基板良好的導(dǎo)熱性能將高壓硅堆的熱耗帶走。 陶瓷基板貼放在導(dǎo)熱性好的金屬外殼里 ，讓該外殼與整機(jī)的外殼緊密相連 ，有利于高壓 內(nèi)部 的熱量盡快散去。 同時(shí)，調(diào)試或維修時(shí)可方便地取出倍壓整流組件。
高壓取樣組件放置在絕緣盒中，架空在 高壓倍壓整流組件的上方。
1．3 高壓組件分塊直流穩(wěn)壓電源灌封
根據(jù)布局設(shè)計(jì) ，高壓組件采用分塊直流穩(wěn)壓電源灌封。 先對(duì)高壓整流組件進(jìn)行真空 固體直流穩(wěn)壓電源灌封 ，將固化的高壓整流組件安裝到高壓模 塊底板上。 接好各 組件之 間的連接線 ，再直流穩(wěn)壓電源灌封高壓取樣組件。
對(duì)高壓組件分塊直流穩(wěn)壓電源灌封 ，有利于直流穩(wěn)壓電源灌封的工藝流程操作 ，有利于直流穩(wěn)壓電源灌封時(shí)氣泡的排除，從而增加抗 電強(qiáng)度。 同時(shí) ，由于各組件相對(duì)獨(dú)立 ，有利于故障的定位和排除。
2 直流穩(wěn)壓電源灌封材料的選擇
直流穩(wěn)壓電源灌封材料 的性能在很大程度上決定著直流穩(wěn)壓電源灌封組件的各種性能 ，因此 ，選擇合適的直流穩(wěn)壓電源灌封材料至關(guān)重要各種性能 ，因此 ，選擇合適的直流穩(wěn)壓電源灌封材料至關(guān) 重要。彈性體以及有機(jī)硅凝膠 3 種直流穩(wěn)壓電源灌封材料使用最為廣泛 。
彈性體以及有機(jī)硅凝膠 3 種直流穩(wěn)壓電源灌封材料使用最為廣泛 。
性能較差 ，彈性差 ，易開裂 ，固化后的可維修性能差 ，一旦元器件損壞則無法維修 ，且成本較高。 聚氨脂彈性體彈性高、透明、硬度低 ，對(duì)各種材料有 良好的粘接力，但該材料有毒，對(duì)人體健康有危害。 有機(jī)硅凝膠固化時(shí)不吸熱 、不放熱 ，固化后不收縮 ，具有優(yōu) 良的電氣性能和化學(xué)穩(wěn)定性能 ，但其導(dǎo)熱性能和機(jī)械性能差 ，與元器件結(jié)合力低 。
以上 3 種直流穩(wěn)壓電源灌封材料都存在 自身的缺點(diǎn)。 針對(duì)本高壓組件產(chǎn)品的特 點(diǎn)，選擇的直流穩(wěn)壓電源灌封材料應(yīng)滿足以下幾點(diǎn)要求：
1) 具有較高的導(dǎo)熱系數(shù) ，保證高壓倍壓整流組件工作時(shí)能及時(shí)將熱量傳導(dǎo) 出來 ；
2 )具備良好的絕緣性能、電氣性能、機(jī)械性能和化學(xué)穩(wěn)定性能；
3 ) 材料工 藝性 良好 ，流動(dòng)性好 ， 粘接性 強(qiáng) ，耐沖擊 ，施工方便 ；
4 ) 具有一定的透明度 ，便于維護(hù)和觀察。通過多次試驗(yàn)驗(yàn)證，選擇定制的有機(jī)硅導(dǎo)熱膠作為直流穩(wěn)壓電源灌封材料。 該有機(jī)硅導(dǎo)熱膠具有優(yōu)越的抗高低溫特性和抗紫外線、抗老化f生能，具有良好的導(dǎo)熱性和良好的密封性能，流動(dòng)性好，可操作時(shí)間適中。 與單組分有機(jī)硅材料相比，其深層固化l 生能更佳 ，室溫固化后收縮率小。
高壓組件經(jīng)該材料直流穩(wěn)壓電源灌封后 ，經(jīng)過加電試驗(yàn) 、高低溫存儲(chǔ) 、溫度沖擊和20000 m 低氣壓等環(huán)境試驗(yàn) ，結(jié)果表明其性能良好。
3 直流穩(wěn)壓電源灌封工藝技術(shù)
3 直流穩(wěn)壓電源灌封工藝技術(shù)
為了保證各組件直流穩(wěn)壓電源灌封 的質(zhì)量和一致性 ，編制了可行的直流穩(wěn)壓電源灌封通用工藝規(guī)程 ，并嚴(yán)格按工藝規(guī)程操作。 圖2 為工藝流程圖。
3．2 關(guān)鍵工序控制
3．2．1 組件及元器件的表面處理
為了真正發(fā)揮組件灌膠的功效 ，使直流穩(wěn)壓電源灌封的高壓 直流穩(wěn)壓電源滿足雷達(dá)整機(jī)的抗震動(dòng)、抗沖擊、高低溫度循環(huán)和高低溫度沖擊等例行試驗(yàn)要求，必須采取一定的工藝措施對(duì)組件及元器件的表面進(jìn)行處理 ，提高膠層的粘接強(qiáng)度，否則在高空復(fù)雜環(huán)境下，膠和組件接觸的界面將會(huì)爬電、擊穿，而達(dá)不到抗高壓的 目的。
(1) 清洗
由于組件在長(zhǎng)期流轉(zhuǎn)及加工過程 中，其表面帶有灰塵 、油污 、焊錫和金屬屑等污物 ，因而其 內(nèi)聚力很差 ，會(huì)嚴(yán)重影響膠層和組件的粘合力。
可選用汽油 、酒精做清洗溶劑 ，用專用工具反復(fù)刷洗 ，以徹底清除組件及元器件表面的污物。 表面清洗后應(yīng)烘干，以防止因表面有潮氣而導(dǎo)致灌膠時(shí)出現(xiàn)氣泡。
(2 ) 涂偶聯(lián)劑
為 了進(jìn)一步增強(qiáng)導(dǎo)熱膠 的粘接強(qiáng)度 ，還需采用專用的偶聯(lián)劑對(duì)需直流穩(wěn)壓電源灌封的組件及元器件表面進(jìn)行處理。
偶聯(lián)劑是一種雙功能材料 ，它可 以同時(shí)與有機(jī)硅導(dǎo)熱膠和其他材料 (如玻璃 、陶瓷 、聚合物 ) 緊密粘合 。兩種不 同物質(zhì)可通過 它很好地粘接起來。 因此 ，偶聯(lián)劑在這里起著“ 橋梁”的作用。
3．2 ．2 排氣泡
硫化的膠體中如果混有氣泡 ，不僅會(huì)影 響產(chǎn)品的外觀質(zhì)量 ，更會(huì)影響產(chǎn)品的電氣性能和機(jī)械性能 膠體 中的氣泡會(huì)增加直流穩(wěn)壓電源灌封層的不均勻性 ，促使電離加速 ，加快擊穿渠道的形成，會(huì)發(fā)生高壓飛弧、擊穿現(xiàn)象。 另外 ，經(jīng)過多次例行試驗(yàn)后 ，混有的氣泡會(huì)導(dǎo)致硫化后的膠體產(chǎn)生裂紋或開裂 。
因此 ，在配完膠料直流穩(wěn)壓電源灌封之前 ，應(yīng)采用真空設(shè)備將膠料抽真空 ，排除配料時(shí)帶入的大量氣泡。 在真空排泡過程 中，膠料在內(nèi)部氣體壓力下 ，逐漸膨脹上升 ，繼續(xù)抽 真空 ，膠料內(nèi)的氣體會(huì)沖破膠層溢出。 此時(shí)，應(yīng)打開閥門，使壓力回升 ，氣泡破裂 。 膠液下沉 ，然后重復(fù)減壓 ，放氣 ，直至氣泡完全消失。
3．2．3 分次直流穩(wěn)壓電源灌封
直流穩(wěn)壓電源灌封時(shí)為防止抽真空時(shí)膠料大量溢出，采用分次直流穩(wěn)壓電源灌封。 先灌人一半的膠 ，等抽真空將組件 內(nèi)空氣基本排凈后 ，再補(bǔ)料 、排氣泡。 膠料靜置后進(jìn)行室溫硫化。
4 結(jié)束語
文中對(duì)機(jī)載雷達(dá)高壓直流穩(wěn)壓電源的干式設(shè)計(jì)原理和直流穩(wěn)壓電源灌封技術(shù)進(jìn)行了研究 ，采用一種新型的有機(jī)硅導(dǎo)熱膠真空直流穩(wěn)壓電源灌封實(shí)現(xiàn)高壓組件的絕緣和散熱。 該設(shè)計(jì)和直流穩(wěn)壓電源灌封工藝能夠滿足整機(jī)的要求 ，為機(jī)載雷達(dá)發(fā)射機(jī)小型化設(shè)計(jì)提供 了有力的保障。
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