Костиков В.Г., Парфенов Е.М., Шахнов В.А. Источники электропитания электронных средств. Схемотехника и конструирование (2-е изд., 2001), страница 54

Расстояния между проводникаь1и определяются значением рабочего напряжения с учетом материала печатной платы и влагозащитного покрытия. В табл. 5.24 приведены минимальные изоляционные зазоры между проводниками с покрытием и без него для двусторонних печатных плат. Рабочее напряжение указано для постоянного или переменного тока (в последнем случае принимается амплитудное значение напряжения). При рабочем напряжении более 500 В для плат без изоляционного покрытия минимальный зазор принимается из расчета 0,5 мм на каждые 100 В, для плат с изоляционным покрытием — 0,3 мм.

Максимальное рабочее напряжение одной печатной платы целесообразно ограничивать значением 15 кВ, так как увеличение размеров платы 'снижает ее устойчивость к механическим воздействиям При ограниченных размерах печатной платы в ней между печатными проводниками делают щели шириной 1 мм и более. Эти щели заполняются компаундом, который обеспечивает потенциальный барьер между печатными проводниками. Подобное конструктивное исполнение позволяет создавать малогабаритные высоковольтные выпрямители с выходным напряжением до 30 кВ.

Контактные соединения между печатными проводниками и компонентами схемы могут осуществляться с помощью металлических штырей, соединенных пайкой с печатными проводниками. Такое соединение 327 Таблица 5 24 Допустимые зазоры между проводниками печатных плат латы с изоляционным пок ытиеи латы ез изоляционного пок ытия Минимальный изоляционный зазор, мм Максимальное рабочее нап- ряжение, В Минимальный изоляционный зазор, мм Максимальное рабочее нап- ряжение, В 300 500 1000 2000 3000 5000 10 000 15000 1,25 2,5 5 10 15 25 50 75 150 500 1000 2000 3000 5000 10000 15 000 0,5 1,5 3 б 9 15 ЗО 45 целесообразно выполнять при рабочем напряжении до 3 кВ.

При напряжении от 2 до 20 кВ соединения в конструкциях высоковольтных выпрямителей рекомендуется выполнять проводниками марок МПВ-2, ПВТФ-5, РМПВ. В качестве материала для изготовления печатных плат высоковольтных выпрямителей рекомендуется фольгированный стекло- текстолит марок СФ-1-35-1 и СФ-1-35-1,5. Изоляция впаиваемых в плату проводов должна Быть погружена в компаунд на такую глубину, которая обеспечивает необходимую адгезию изоляции с компаундом. При заливке проводов бандаж хлопчатобумажными нитками недопустим в связи с появлением пузырей в компаунде.

В этом случае провода перед заливкой покрывают лаком У Р-231. 328 5.3.10. Ъ'злы на керамических подложках Методом толстопленочной технологии на керамических подложках выполняются высоковольтные резистивные делители выходного напряжения. Серия йО высоковольтных делителей рассчитана на напряжение до 30 кВ. Температурный коэффициент резисторов составляет 4 . 10 ~1/оС; при этом обеспечивается деление напряжения с погрешностью не хуже 2,5 %.

Делители напряжения без герметизации имеют размеры от 25х25х6,5 до 51х25х6,5. В герметиэированном исполнении для монтажа на печатных платах они могут иметь размеры от 28х28х3 8 до 53х28х5,5 мм. Сопротивления резисторов находятся в диапазоне от 0,5 до 10" МОм с допуском 10 или 20 %. делители выпускаются на мощности 2,3 или 5 Вт и напряжения 10, 20 или 30 кВ. Отношения сопротивлений находятся в диапазоне от 1:1 до 10 000:1. Высоковольтные делители изготовляются также методами тони онкопленочной технологии. Малые габариты таких делителей в условя овиях плохого теплообмена с окружающеи средой обусловливают повышен ение температуры резистивных элементов и изменение коэффициента деления.

Для сни- А1,% жения температуры перегрева целесообраз- 0000 но применение подложек и материала, обладающего достаточно большой теплопроводностью. Для сравнения на рис. 5.70 показана зависимость изменения коэффициента 0007 деления 1 от входного напряжения Гг„„для делителей, выполненных на подложках иэ 0 400 000 0йп В ситалла и поликора. Более высокая теплопроводность поликора обеспечивает мень- Рис. 5.70. Зависишее значение и разброс температуры нагре месть изменения коэффива резисторов, что снижает погрешность ко- циента деления от входного эффициента деления. напряжения: 1 — подложка Герметизация высоковольтных делите- поликара лей в тонкопленочном исполнении производится так же, как и делителей на резисторах в пластмассовых корпусах.

В связи с малыми размерами тонкопленочных делителей в их конструкции могут иметь место высокие напряженности электрического поля на поверхности подложки. Это повышение напряженности вызывается не только малыми размерами, но и малыми шириной резистивных пленок и расстоянием между ними, наличием острых углов и нетравленных поверхностей пленки Таким образом, для получения высокого качества резистивного слоя и снижения напряженности поля определяющим является чистота поверхности подложки. При сопротивлении 10 МОм и рабочем напряжении 1000 В тонкопленочный делитель с размерами 17,5х19,5х5 мм обеспечивает изменение коэффициента деления +0,02 % в течение года. Сопротивление изоляции в условиях эксплуатации составляет не менее 10в МОм.

5.3.11. Конструкпионные материалы высоковольтных ИЭП Конструктивное исполнение высоковольтных источников электропитания и их модулей должно быть рассчитано на прогрессивную технологию изготовления: штамповку, литье под давлением, применение профильных материалов, печатный монтаж, пайку волной, тонкие и толстые пленки. Это требование является общим для электронных средств. К особенностям ВИЭП относится герметизация элементов схемы компаундами, при которой обычно преследуются следующие цели: повышение пробивного напряжения элементами и компонентами, улучшение теплоотвода, использование компаунда в качестве несущего элемента конструкции, повышение виброустойчивости.

Для повышения пробивного напряжения по поверхности изоляционных материалов и защиты металлов от коррозии применяются покрытия. Выбор конкретной 329 Электрическая прочность, кВ/мм Условия испытаний Доза облучения, МР Условия до облуче- ния 50 25 100 во время облучения после облучения Электрическая прочность, в импульсном режиме, кВ/мм Электрическая прочность в поле переменного тока, кВ/мм 172 96 168 127 167 96 297 290 119 85 285 Нормальные Температура +70 'С Относительная влажность 98 % при температуре +40 'С 78 83 147 141 147 331 330 Таблица 5 25 Значения электрической прочности полиэтилена при различных значениях температуры марки конструкционного материала и вида покрытия определяется параметрами схемы и условиями эксплуатации. Следует отметить, что без специальных конструктивных мер электрическое поле ВИЭП является явно неоднородным.

В этом случае пробивное напряжение представляет собой сложную функцию радиуса кривизны и полярности электрода, а также расстояния между электродами. Использование пробивного напряжения для сравнения электрических своиств диэлектриков в качестве конструкционных материалов может снизить объективность оценки. Поэтому в качестве характеристики электрической прочности материалов целесообразно использовать значение пробивной напряженности Рассмотрим подробнее свойства основных конструкционных материалов, применяемых при конструировании и изготовлении ВИЭП и их модулей. Полиэтилен.

В качестве изолирующего конструкционного материала в электронных средствах и ВИЭП находит применение облученный полиэтилен. В результате облучения электронами высоких энергий значение пробивной напряженности полиэтилена имеет незначительное изменение как при низких, так и при высоких температурах Кроме того, повышается стойкость к образованию короны. В табл. 5.25 приведены значения электрической прочности полиэтилена высокого давления при облучении гамма-лучами с интенсивностью 2,4 10 Р/мин до дозы 4,35 10 Р.

Данные табл. 5.25 получены при напряжении постоянного тока. Значения пробивной напряженности облученного полиэтилена достаточно высоки дзже при температуре 300...400 'С. При большои дозе облучения (не ниже 1000 МР) изменения электрической прочности в зависимости от температуры незначительные. Электрическая прочность облученного полиэтилена в электрическом поле' переменного тока изменяется более существенно, чем в по ле постоянного тока.

В импульсном режиме изменения электрическ кой прочности меньше, чем в случае переменного тока (табл. 5.26). ПР" изготовлении деталей из облученного полиэтилена можно применя нять различные виды станочно-слесарной обработки: фрезерование, точен ение, Таблица 5.26 Значения электрической прочности полиэтилена .при различных условиях испытаний сверление и др.

Благодаря высокои теплостойкости и сетчатой структуре облученного полиэтилена исключаются его размягчение и плавление в месте контакта с инструментом и могут быть получены детали с более высокой точностью и чистотой поверхности по сравнению с обычным полиэтиленом. Кроме того, детали из облученного полиэтилена хорошо сохраняют форму и размеры благодаря отсутствию хладотекучести. Для деталей ВИЭП приемлемая чистота обработки поверхности может быть получена при скорости резания 60...90 м/мин, продольной подаче 0,1 мм/об и глубине резания 0,5...1 мм. Для склеивания подготовленного радиационным методом полиэтилена со сплавом АМЦ рекомендуются клеи марок ПУ-2, ВК-9, ЭПН-20.

Изделия из облученного полиэтилена можно сваривать с помощью газовой горелки. При этом необходимы высокая температура газовой струи и наличие инертного газа в качестве теплоносителя. Повышенные теплостойкость и адгезионная активность облученного полиэтилена позволяют проводить металлиэацию его поверхности при помощи электропроводных клеев и красок, содержащих серебро, медь, никель или алюминий, а также вакуумным и плазменным напылением, электролитическим осаждением и другими способами. Необходимо отметить, что приведенные в таБл.

5.25 и 5.26 даннью по электрической прочности справедливы для испытуемых образцов малых толщин (порядка 0,05 мм). При толщине материала Более 3 мм целесооБраэно проводить расчет конструкции ВИЭП исходя из допустимои злектрическои прочности порядка 15...20 кВ/мм. Компаунды.

В качестве компаундов для герметизации ВИЭП применяются эпоксидные, кремнийорганические и уретановые полимеры. Выполнение требования минимальных размеров и массы ИЭП приводит к необходимости уменьшения расстояния между компонентами до 1...2 мм. При этом должны обеспечиваться защита ИЭП от воздействий окружающей среды и работоспособность с заданными показателями надежности. Технологический процесс герметизации высоковольтного источника предъявляет к его конструктивному исполнению следующие основные требования: расположение компонентов и расстояния между ними должны обеспечивать вытеснение компаундом газовых включений из герметиэируемого объема.

Газовые включения обычно имеют размеры, не превышающие долей миллиметра, однако они су щественно ослабляют изоляцию. Различие диэлектрических проницаемостей газового включения и компаунда приводит к повышению напряженности поля при включе нии в несколько раэ. Поскольку электрическая прочность газов ниже по сравнению с компаундом, то в газовом включении происходят раз рядные процессы, вызываемые постепенным повышением напряжения на изоляции. Эти разряды не приводят к немедленному пробою всей изоляции, но многократно воздействуя на компаунд, постепенно разрушают его, вызывая так называемое электрическое старение изоляции Полный пробой происходит лишь спустя некоторое время, которое зависит от энергии отдельных разрядов и частоты их повторения, стойкости компаунда к воздействию разрядов, толщины изоляции, конфигурации электрического поля и других факторов.