Analiza awarii: układ detekcji przepięć

/parametry/uklad-detekcji-przepiec/ wersja raportu: 1.0 ID sprawy: OVP-DET-25-611

Zakres: diagnostyka układów detekcji i ochrony przed przepięciami w modułach AGD. Elementy: MOV 275VAC/14–20mm, transile 600W/1500W, crowbar MOSFET/triak, filtry RC. Badania: odpowiedź czasowa na impulsy surge 1,2/50µs, odporność na ESD ±8kV, błędy ADC, fałszywe wyzwalanie, degradacja MOV po >100 cyklach IEC61000-4-5. Analizowane ścieżki: AC-L/N, DC-Link, linie sygnałowe UART/I2C.

Objawy i kody błędów

Fałszywe wyzwalanie crowbara przy fluktuacjach napięcia sieci < 240VAC.
Uszkodzenia MOV po 15–30 cyklach surge, utrata ochrony.
Spalone ścieżki przy impulsie 1,2/50µs 2,5kV — opóźniona reakcja crowbara.
Błędne odczyty ADC podczas testów surge i ESD, błędy interpretacji w MCU.
Kody: E:OVP-14 (crowbar_trip), E:OVP-21 (mov_fail), W:ADC-09 (adc_glitch), W:FLT-07 (false_trigger), W:ESD-05 (esd_spike).

Kod	Warunek zapisu	Skutek
`E:OVP-14`	V_AC>270VAC ≥1,0ms	zatrzymanie zasilania
`E:OVP-21`	I_MOV>2,5kA 1,2/50µs	tryb awaryjny
`W:ADC-09`	σ pomiaru >10 LSB @ surge	włączenie filtrów FW
`W:FLT-07`	<240VAC + trigger crowbar	log ostrzegawczy
`W:ESD-05`	≥3 błędy CRC/100ms	aktywacja retry

Stanowisko i metodyka

Generator surge 1,2/50µs do 4kV, generator ESD ±15kV, LISN 150kHz–30MHz, oscyloskop 500MHz, kamera IR, czujniki temperatury na MOV, sonda różnicowa 100:1 do DC-Link. Procedury: 1) pomiar czasów reakcji crowbara MOSFET, 2) analiza prądu MOV, 3) pomiar offsetów ADC, 4) testy filtracji RC, 5) symulacje skoków 1,5kV/2,5kV/4,0kV na różnych topologiach PCB.

Parametr	Wartość ref.	Uwagi
t_crowbar	<200ns	MOSFET GaN
ΔV_ADC	<±5LSB	przy surge 2,5kV
I_MOV,max	2,5kA	1,2/50µs
ESD odporność	±8kV	IEC61000-4-2

Wyniki i obserwacje

Fałszywe wyzwalania: przy V_AC=228–236VAC rejestrowano W:FLT-07 — crowbar MOSFET uruchamiał się na oscylacje sieci (ringing 2,5–4,0kHz); dodanie filtru RC 10k/4,7nF na sense-pin MCU wyeliminowało problem.
Przegrzewanie MOV: 14mm/275VAC, I_MOV≈2,1kA — po 22 cyklach surge 2,5kV T_MOV=148°C, rezystancja spadała z 12,3MΩ do 1,8MΩ → E:OVP-21. Wymiana na MOV 20mm/3kA i dodanie transila 600W poprawiły niezawodność.
Spalone ścieżki: opóźniony crowbar (t=480ns) przy surge 2,5kV powodował prąd ≈105A przez 18µs → przepalenie warstwy 35µm, laminat ciemniał. Wymiana MOSFET na GaN + sterownik 50ns rozwiązała problem.
Błędy ADC: podczas surge 2,5kV ADC miał offset +35LSB i błędnie wykrywał OVP → W:ADC-09. Dodanie filtru RC 100Ω/1nF + digital median 3-sample zmniejszyło błąd do ±3LSB.
ESD + UART: ±8kV na liniach sygnałowych UART resetowało MCU 4/10 razy; zastosowanie TVS ±5V + ferryt 600Ω@100MHz całkowicie wyeliminowało problem.

LOG START [OVP-DET-25-611]
t[ms]  Vac[V]  Vdc[V]  Icrowbar[A]  Tmov[°C]  ΔADC[LSB]  Flags
0      230.4   311.2   0            32.1      0          OK
4.2    235.1   312.0   12.4         34.2      0          W:FLT-07
21.3   230.5   318.7   105.3        148.5     35         E:OVP-21,E:ADC-09
52.8   229.8   312.6   0            96.3      2          RECOVER
LOG END

Hipotezy przyczynowe (ranking)

CROWBAR/WINDOW: brak filtracji sense-pin → fałszywe wyzwalania przy ringing (priorytet: wysoki).
MOV/DERATING: niedoszacowana energia MOV → degradacja po kilku surge (wysoki).
t_crowbar/GaN: zbyt wolna ścieżka → przepalenia PCB (wysoki).
ADC/GND: zakłócenia podczas surge → offsety ADC (średni).
UART/ESD: brak ochrony → soft-reset MCU (średni).

Wycinek procedury serwisowej

Wdrożyć filtr RC 10k/4,7nF na sense-pin MCU; sprawdzić W:FLT-07 przy V_AC=230±10VAC.
MOV: stosować ≥20mm, I_MOV>3kA; dodatkowo transil 600W blisko wejścia; test odporności IEC61000-4-5: 30 cykli/2,5kV bez E:OVP-21.
Crowbar: MOSFET GaN lub IGBT, sterownik ≤50ns; target t_trip<200ns; potwierdzić brak przepaleń ścieżek przy surge 2,5kV.
ADC: RC 100Ω/1nF + filtr median; potwierdzić ΔADC≤±5LSB przy surge 2,5kV.
UART/ESD: TVS ±5V, ferryt 600Ω, test IEC61000-4-2 ±8kV bez resetów MCU.
Test końcowy: surge 1,5/2,5/4,0kV, ESD ±8kV; brak E:OVP-14/E:OVP-21, ΔADC≤±3LSB, Tmov<125°C.

Wnioski

Najczęstsze awarie układów detekcji przepięć wynikają z niewłaściwej filtracji sense-pin, niedoszacowania MOV, zbyt wolnego crowbara oraz braku ochrony przed ESD. Po wprowadzeniu filtrów RC, wymianie MOV, zastosowaniu MOSFET-ów GaN oraz ochrony sygnałowej UART uzyskano brak zdarzeń E:OVP-21/W:FLT-07 w 60 cyklach IEC61000-4-5 2,5kV.

Przypadki powtarzalnych uszkodzeń zgłaszać do lokalnego serwisu (serwis AGD w Miasto) wraz z logami surge, ΔADC i wynikami testów crowbara.