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POWER
HIGH VOLTAGE
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- ELETTRONICA OGGI 459 - GENNAIO/FEBBRAIO 2017
L
a progettazione e produzione di dispositivi ad
alta tensione richiede un insieme di discipline
da applicare al fine di garantire la realizzazio-
ne di prodotti affidabili sul lungo termine da poter
utilizzare in condizioni ambientali estreme. Vista la
pressante richiesta di alimentatori ad alta tensione
sempre più compatti e miniaturizzati, una conoscen-
za approfondita di queste discipline è essenziale per
garantire un funzionamento a lungo termine e che
non dia luogo a problemi sul campo. La mancata ap-
plicazione di questi principi nel design e nella co-
struzione può comportare un MTBF nel mondo reale
ben al di sotto delle aspettative di progettazione.
La progettazione e la costruzione di un alimentatore
ad alta tensione che deve durare per tutto il periodo
di garanzia è una cosa, differente è invece garantire il
suo funzionamento continuo per anni e anni, soprat-
tutto quando deve lavorare in ambienti critici.
Questo articolo evidenzierà alcune considerazioni
più significative relative alla progettazione di un ali-
mentatore ad alta tensione che garantisca affidabile
sul lungo termine.
Considerazioni di progetto
Uno dei primi aspetti per avere alta affidabilità è con-
siderare il ciclo termico a cui l’alimentatore può esse-
re sottoposto. Oltre agli effetti dovuti alla variazione
di temperatura, bisogna considerare i materiali non
conformi o incompatibili con differenti coefficienti
di dilatazione termica e le sollecitazioni meccaniche
che possono portare nel tempo a rotture dell’isola-
mento. Altri fattori come un’adesione non perfetta tra
i materiali, la fragilità imputabile all’età a causa della
perdita di plasticità, sbalzi di temperatura eccessivi,
l’esposizione alle radiazioni UV, l’effetto corona, l’o-
zono, l’olio minerale e i detergenti/solventi aggressivi
per il PWB, possono portare a un guasto prematuro.
La combinazione tra le proprietà dei materiali uti-
lizzati, i fattori ambientali e il design del prodotto
possono creare effetti collaterali non pianificati. Ad
esempio, le correnti di dispersione possono aumen-
tare nel tempo con la possibilità di provocare un
eventuale arco elettrico, causa di guasti irreversibili.
Correnti di dispersione eccessive possono generare
errori nei circuiti di retroazione ad alta impedenza
con conseguente problemi di deriva della tensione,
instabilità nel tempo e variazioni della temperatura.
I substrati FR4 del PWB possono essere partico-
larmente vulnerabili alla contaminazione e all’as-
sorbimento di umidità. L’umidità assorbita abbassa
la temperatura di transizione vetrosa (Tg) dell’FR4,
rendendo l’assemblaggio suscettibile a guasti sul
campo in applicazioni caratterizzate da condizioni
termiche dinamiche. Le impurità, dovute a una non
corretta sigillatura o una polimerizzazione incomple-
ta nei sistemi incapsulati, possono causare corren-
ti di dispersione elevate non-lineari e irregolari nel
tempo e temperature eccessive, che possono poten-
zialmente destabilizzare il sistema ad alta tensione.
Un altro esempio sono i circuiti ad alta tensione par-
Progettare per garantire
l’affidabilità nelle applicazioni
high voltage
Mike Doherty
Vice president
High Voltage Products
XP Power
La corretta applicazione di concetti di
ingegneria elettrica, ingegneria meccanica,
chimica e fisica sono tutti necessari durante
la progettazione dei prodotti ad alta tensione
e dei loro processi produttivi per poter
ottenere un’alta affidabilità