Испытаниям прочности изоляции жгутовой продукции уделяется особое внимание в межоперационном контроле. Недостаточная прочность изоляции приводит к потенциальным дефектам жгута, которые могут быть не выявлены при приемосдаточных испытаниях изделия, а проявиться при эксплуатации, создавая риск не только отказов,но и возгорания. В статье обсуждаются методы повышения эффективности контроля прочности изоляции жгутов с помощью современных автоматизированных систем.
На протяжении десятилетий для проверки диэлектрической прочности изоляции жгутов высоким напряжением использовали пробойные установки представляющие собой высоковольтный источник напряжения и амперметр к которым каждый канал изделия подключается вручную, поочередно.
Данный подход требует значительных трудозатрат, в силу чего пробойной установкой проверялись только ответственные силовые цепи и экран, что приводило к снижению эффективности отбраковки.
Современным решением данной проблемы являются автоматизированные установки проверки прочности изоляции, базирующиеся на управляемом релейном мультиплексоре (рис. 1).
Рис.1.Структурная схема автоматической установки прочности изоляции.
В этом случае все каналы жгута подключаются к установке одновременно, а мультиплексор переключает тестовое напряжение поочередно, в соответствии с заданной последовательностью тестовой программы (рис. 2).
Рис.2.Пример кода тестовой программы.
В таких системах время проверки жгута зависит от скорости переключения реле, времени выдержки, которое задается методикой проверки и количества измерений. В свою очередь количество измерений сопротивления изоляции определяется методом перебора каналов жгута.
Существует несколько методов измерений. Очевидный метод – комбинация «каждый с каждым»,который в автоматизированных системах применяется редко по причине большого количества измерений N, определяемых формулой:
N = (n2 – n)/2,
где n – количество каналов.Так, при сложности жгута в 50 каналов необходимо больше 1 000 измерений.Широкое распространение в автоматизированных системах получил метод «один со всеми» (рис. 3).
Рис.3.Последовательность измерений по алгоритму "один со всеми"
При таком алгоритме, как правило, матрица реле мультиплексора переключает высокий потенциал на один канал, а остальные каналы замыкает на низкий потенциал. Количество измерений N равно количеству каналов n:
N = n-1
Метод отлично зарекомендовал себя при межоперационном контроле изделий средней сложности.Но при проверке изделий с количеством каналов более 1 000 с учетом выдержки испытания занимают несколько часов, что создает узкое место в техпроцессе.Эффективный метод перебора основан на применении комбинаторных принципов кодов Грея. При таком алгоритме коммутатор тестера для каждого измерения объединяет каналы на группы по потенциалам согласно особому правилу. Для восьми каналов жгута достаточно три комбинации (рис. 4).
Рис.4.Последовательность измерений при комбинаторном методе перебора.
При выполнении всех измерений по группам из таблицы гарантируется, что каждый канал испытает разность потенциалов с любым другим каналом жгута. Общее количество измерений определяется функцией двоичного логарифма:
n = log2(N)
Для получения точного количества результат вычислений необходимо округлить до целых значений в большую сторону.Логарифмическая зависимость показывает, что с увеличением количества каналов жгута эффективность метода значительно повышается. Для изделия из 1 000 каналов достаточно 10 измерений.
Несмотря на очевидный экономический эффект, связанный с уменьшением временных затрат, применение данного метода в современных тестовых системах является крайне редким. Несмотря на то, что на первый взгляд это лишь алгоритм, который реализуется программно, существуют технологические проблемы аппаратного обеспечения данного метода.
Для бесперебойной работы алгоритма необходим мультиплексор с экстремально низкими внутренними утечками. В одном из вариантов групп есть комбинация, когда потенциалы чередуются по одному (измерение 3 на рис. 4).
В этом случае на печатной плате мультиплексора возникает утечка тока между парой соседних дорожек. Количество таких утечек пропорционально количеству каналов в жгуте. Утечки данных параллельных пар суммируются, и при увеличении числа каналов более 500 общая утечка на плате мультиплексора превышает значение утечки порога отбраковки изделия. Существует эффективный вариант решения данной проблемы с использованием изолированных проводников и навесного монтажа вместо дорожек печатной платы. Однако такая архитектура значительно увеличивает размеры установки и ее себестоимость, поэтому используется крайне редко, как правило, только в системах с небольшим количеством каналов.
В установке для проверки проводного монтажа STC-1500 от ООО «Совтест АТЕ» печатная плата мультиплексора спроектирована с учетом требования комбинаторного метода (рис. 5).
Рис.5.Установка для проверки проводного монтажа STC-1500.
Разработчиками системы опытным путем были подобраны современные полимерные материалы для конформного покрытия, протестированы несколько видов подложки. При выборе оптимальной трассировки дорожек было испытано более 100 прототипов печатных плат мультиплексора. Это позволило добиться необходимых значений сопротивления изоляции между дорожками.