李建桦-Renesas54133 高温失效特性研究

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1、漏电专用芯片在高温状态下的工作特性分析李建桦李建桦（1988—），男，工程师，主要从事低压电器漏电保护技术研究与产品开发。方向为低压电气漏电保护技术。（德力西电气有限公司，上海嘉定201812）摘要：M54133漏电芯片常用于剩余动作电流断路保护器（RCD）的电子线路中，其标称的工作温度范围为-20℃到85℃。由于RCD运行时主回路及周围环境温度的温升，常导致M54133芯片实际工作温度超过上限85℃。因此本文章利用温度及寿命的分析方法，研究高温状态下芯片的工作特性，分析高温时可能发生的失效模式，研究结果对提高RCD的稳定运行和进一步开展线路板的可靠性设计起到参

2、考性的作用。关键词：M54133；剩余电路保护断路器；温升；失效模式ResearchonHi-temperatureCharacteristicsofTheLeakageChipLiJianhua(DelixiElectricLTD,Jiading201812,Shanghai)Abstract：TheM54133isoftenusedinresidualcurrentdevice.Therangeofitsoperatingambienttemperatureisfrom-20℃to85℃.Inthenormaloperatingcondition,thete

3、mperatureofM54133willriseover85℃duetotheambienttemperaturerisingandthecircuitboardfever.Sothisarticleusetheanalysismethodofthetemperatureandlife,toresearchtheoperatingcharacteristicsoftheM54133andanalyzthefailuremodeunderhightemperature,whichhasaninstructivefunctiontoimprovethestabil

4、ityofRCDanddeveloptheRAMSofPCBA.Keywords:M54133;RCD;Temperature-rise;Failuremode0引言剩余电流动作断路保护器（RCD）的主要功能是对有致命危险的人身触电提供间接接触保护（额定剩余动作电流不超过0.03A的RCD在其他保护措施失效时，可作为直接接触的补充保护），还可防止由于接地故障电流引起的电气火灾。其电路板部分分为脱扣器板、电源板和主控制板。芯片M54133（漏电保护专用集成电路）是主控制板的最核心关键元器件，负责对采样后的剩余电流信号进行分析、判别和处理，并发出触发信号，因此，其稳

5、定的运行是剩余电流可靠保护的重要保障。目前，常用的M54133芯片正常工作环境温度范围是-20℃到85℃，其相关资料上给出的芯片特性随温度变化的曲线，对85℃以上的信息较少。而实际使用工况中，由于断路器本身主回路流过电流后发热，以及断路器结构本身的封闭空间，对散热不利，芯片的实际工作环境经常会高于85℃，所以，研究高温环境下M54133的特性显得尤为重要。目前国内对M54133上限温度以上的工作特性研究较少，出于对设备财产及人身安全的考虑，本文从高温试验及失效模式分析、环境加严试验及使用寿命分析几个方面对M54133的特性做了相应程度的补充研究。1高温试验原理及

6、方法选择某型号的塑料外壳式剩余动作电流断路器的线路板，利用微型断路器（MCB）和其剩余电流模块来配合进行高温试验，模拟漏电产品的实际工作状态；辅助与测量设备包括剩余电流测试仪、数字示波器、温度热电偶和高温干燥鼓风试验箱。塑壳断路器的额定剩余动作电流（）为100mA，线路板的工作电源为主回路A、B、C中的A、C两相用于试验，微型断路器作为开关作用来控制线路板工作电源通断，另借用微断的脱扣器来作为执行元件，其他线路用来等效剩余电流检测回路（高温试验接线方式如图1所示）。图1高温试验接线图将四套线路板按图示接好线后，放入高温试验箱内，在温度分别为100℃、105℃、1

7、20℃、130℃的条件下，分别对线路板施加380V额定电压4小时（之后130℃条件下累计通电56小时）；每4小时结束时，用剩余电流测试仪分别测试每块线路板的剩余动作电流；在130℃累计通电56小时时，每隔8小时测试每块线路板的剩余动作电流（测试方法依照文献[2]中附录B.8.2.4.1所述：剩余电流从不大于0.2值开始稳定增加，在大约30s内达到值），随后记录并分析数据。在每个温度段的4小时通电过程中，若出现自行脱扣的情况，则另用示波器捕获自行脱扣瞬间芯片触发脚电压波形以供分析；在130℃累计56小时的通电过程中，若出现自行脱扣的情况，则记录下自行脱扣样板最后一

8、次的测试时间点以供建立失