■ 王鑫瑋/石家莊海山實(shí)業(yè)發(fā)展總公司

1 故障描述

某架飛機(jī)進(jìn)行飛控系統(tǒng)調(diào)試，速率陀螺26V在A相輸入電壓檢測(cè)點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)交流26V800Hz輸出只有3.2Vrms；速率陀螺26V在B相輸入電壓檢測(cè)點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)交流26V800Hz輸出只有3.3Vrms；斷開飛控計(jì)算機(jī)的機(jī)上電纜，直接從飛控計(jì)算機(jī)插頭進(jìn)行測(cè)量，交流輸出仍然不正常。分別對(duì)幾個(gè)輸入電壓檢測(cè)點(diǎn)及輸出電壓進(jìn)行檢測(cè)，輸出電壓分別為3.1V、3.2V、4.1V，判斷飛控計(jì)算機(jī)電源故障。將產(chǎn)品安裝在飛控計(jì)算機(jī)測(cè)試設(shè)備上，根據(jù)飛控計(jì)算機(jī)修理工藝，按照電源測(cè)試方法對(duì)產(chǎn)品報(bào)故性能進(jìn)行檢查，技術(shù)要求應(yīng)為26V800Hz，實(shí)際輸出只有3.2V，故障復(fù)現(xiàn)。開箱更換電源模塊后再次進(jìn)行試驗(yàn)，故障消失，故障定位為電源模塊。

2 故障分析

2.1 問題定位

故障發(fā)生后，先后進(jìn)行了外場(chǎng)故障確認(rèn)、故障件返修理單位通電檢查、故障模塊定位、故障元器件定位，準(zhǔn)確定位了故障點(diǎn)和失效模式。

1）模擬試驗(yàn)確定為飛控計(jì)算機(jī)內(nèi)部故障

故障件返回修理單位后，使用現(xiàn)有設(shè)備對(duì)飛控計(jì)算機(jī)進(jìn)行測(cè)試，故障復(fù)現(xiàn)。斷開飛控計(jì)算機(jī)插頭，再次通過插頭直接對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，故障依然存在，結(jié)論是飛控計(jì)算機(jī)內(nèi)部電源電路故障。

2）內(nèi)部檢查確定故障點(diǎn)

確認(rèn)是飛控計(jì)算機(jī)故障后，繪制故障樹（見圖1），制訂檢查方案，開展試驗(yàn)檢測(cè)、分解檢查排故等工作。

圖1 故障樹

a.整機(jī)故障排查：對(duì)飛控計(jì)算機(jī)整機(jī)通電，飛控計(jì)算機(jī)26V800Hz無輸出，斷開電纜，通過飛控計(jì)算機(jī)插頭直接對(duì)該測(cè)試項(xiàng)目進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)依然無電壓輸出。下電后打開產(chǎn)品機(jī)箱，互換兩通道電源，故障跟隨電源模塊進(jìn)入對(duì)應(yīng)通道，由此判斷故障點(diǎn)在電源模塊中。

b.電源模塊故障排查：電源模塊內(nèi)部產(chǎn)生26V800Hz的電路由800Hz組件和控制組件組成，通過板件互換確認(rèn)為控制組件故障。

c.失效元器件確認(rèn)：采用基本測(cè)量法進(jìn)行排查。首先，對(duì)關(guān)鍵器系列二極管等依次進(jìn)行靜態(tài)阻抗測(cè)量，未發(fā)現(xiàn)異常狀態(tài)，靜態(tài)測(cè)量未確認(rèn)失效元器件；再次，對(duì)上述元器件進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)量，電源通電后分別對(duì)上述元器件的管腳進(jìn)行對(duì)地電壓測(cè)量，發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵器各管腳對(duì)地電壓較為正常，但某一器件兩管腳對(duì)地電壓異常，只有0.5V，正常電壓分別應(yīng)為2.5V和26V；更換該二極管后對(duì)電源模塊26V800Hz進(jìn)行測(cè)量，電源輸出正常。對(duì)失效的二極管進(jìn)行離線靜態(tài)阻抗測(cè)量，兩管腳之間阻值只有75Ω，二極管失效形式表現(xiàn)為短路。上述靜態(tài)阻抗在線檢查過程中未發(fā)現(xiàn)該二極管失效的可能原因是板件表面噴涂過三防漆，測(cè)量時(shí)表筆未將漆層扎透或是在扎針的頂部附著了臟東西，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確。最終定位故障點(diǎn)：穩(wěn)壓二極管擊穿失效，導(dǎo)致飛控計(jì)算機(jī)交流26V800Hz無輸出故障。此次排故中利用X射線分析儀繪制部分電路對(duì)進(jìn)行故障分析非常有幫助。

2.2 機(jī)理分析

1）飛控計(jì)算機(jī)二極管失效導(dǎo)致交流26V800Hz無輸出故障分析

利用X射線分析儀繪制故障電路板部分電路原理圖簡(jiǎn)圖，如圖2所示，從中可以看出，該部分電路為精穩(wěn)壓電路，精密并聯(lián)穩(wěn)壓器，調(diào)壓范圍為2.5～36V，工作電流范圍0.1～100mA，穩(wěn)壓二極管組成鉗位保護(hù)電路。正常工作時(shí)1腳輸入基準(zhǔn)電壓2.5V，2腳輸出26V電壓，再經(jīng)過關(guān)鍵器將26V進(jìn)行一級(jí)功率放大，使電流滿足負(fù)載需求。電阻組成負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)，用于調(diào)整輸出電壓1腳的輸入基準(zhǔn)電壓，將鉗位電壓穩(wěn)定在2.5V。由于穩(wěn)壓二極管擊穿，等效為導(dǎo)線將電路相連，致使該處鉗位穩(wěn)壓電路失效，輸入電壓無法精確穩(wěn)定在2.5V，實(shí)際測(cè)量為0.5V，從而導(dǎo)致精密穩(wěn)壓管的輸出只有3.2V。

圖2 故障部分電路原理圖簡(jiǎn)圖

2）導(dǎo)致穩(wěn)壓二極管失效的可能原因分析

a.過電應(yīng)力失效。在有感性負(fù)載的供電電源或電子設(shè)備處于開關(guān)瞬間、交流電源的電壓不穩(wěn)定或接地不良的情況下，半導(dǎo)體器件會(huì)受到一種隨機(jī)的短時(shí)間高壓或強(qiáng)電流的沖擊，這種功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過器件的額定功率引起器件芯片過電應(yīng)力損傷，甚而導(dǎo)致器件的擊穿失效。過電應(yīng)力主要有過壓應(yīng)力失效和過電流失效兩種模式。

過壓應(yīng)力失效模式：過壓擊穿主要是指二極管在反向工作過程中，二極管兩端所施加的反向電壓超出了二極管的承受極限，造成二極管芯片邊緣電源擊穿，甚至形成局部熱點(diǎn)，發(fā)生熔融短路或開路的失效模式。

過電流失效模式：二極管在正向工作過程中所通過的電流（包含瞬態(tài)電流）超出了二極管承受的極限，使二極管管芯局部功率損耗超限，產(chǎn)生熱點(diǎn)，導(dǎo)致芯片局部熔融甚至燒毀的現(xiàn)象。

過壓應(yīng)力和過電流是本次故障的主要起因，在26V800Hz的產(chǎn)生電路中存在感性元器件，電路在啟動(dòng)和關(guān)斷過程中穩(wěn)壓二極管主要承受波動(dòng)電壓和瞬態(tài)電流的沖擊，二極管PN結(jié)最終熔融黏結(jié)失效。

b.長時(shí)間工作損耗。長時(shí)間工作后，二極管芯片結(jié)邊緣焊料容易形成金屬化合物而脆化，使管芯與底座熱沉降而逐漸分離，結(jié)邊緣的散熱功能降低，工作結(jié)溫度逐漸增大，二極管在啟動(dòng)、關(guān)斷和網(wǎng)絡(luò)電壓不穩(wěn)定時(shí)結(jié)溫度超出自身的承受能力而燒毀。

c.靜電損傷。潛在性靜電損傷僅對(duì)二極管的內(nèi)部造成了輕微損傷，器件的電氣參數(shù)仍然合格或者變化不大，但是器件的過電應(yīng)力能力已經(jīng)明顯變?nèi)?，或者使用壽命明顯縮短，經(jīng)過一段時(shí)間的工作后進(jìn)一步退化，直至在使用中無預(yù)兆失效。

3 結(jié)論

綜上所述，不論是過電應(yīng)力、長時(shí)間工作損耗還是靜電釋放所導(dǎo)致的二極管短路失效，歸根結(jié)底都是二極管PN結(jié)的燒蝕熔融。