CN101470146A

CN101470146A - 一种评估绝缘电阻劣化失效的方法、装置和系统

Info

Publication number: CN101470146A
Application number: CNA2008100079978A
Authority: CN
Inventors: 徐焰
Original assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Current assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Priority date: 2007-12-27
Filing date: 2008-02-22
Publication date: 2009-07-01

Abstract

本发明实施例公开了一种评估绝缘电阻劣化失效的方法，包括步骤：在相邻导体的一个导体两端施加恒流源；如果在预设的时间段内，所述恒流源显示的数值出现过显著变化，则指示所述相邻导体间出现绝缘电阻劣化失效。还提供了一种评估绝缘电阻劣化失效的装置和一种评估绝缘电阻劣化失效的系统，利用本发明实施例，通过测量相邻导体中其中一根导体的电阻，如果所述电阻大于预设电阻值，则所述相邻导体间的绝缘电阻劣化；否则，所述相邻导体间的绝缘电阻正常。可以实现通过测量漏电流对于恒流源产生的测试电流的影响，来间接反映出漏电流的大小，进而可以判断出表面绝缘电阻是否失效。

Description

一种评估绝缘电阻劣化失效的方法、装置和系统

技术领域

本发明涉及测量技术领域，特别是涉及评估绝缘电阻劣化失效的方法、装置和系统。

背景技术

电路板及其组件常常要在潮湿的环境中工作。由于表面污染物的不断增加、电压差等因素的存在，在这些因素的综合影响下，将使绝缘电阻下降，导致原本绝缘的相邻导体间出现较大的漏电流，影响电路板及其组件正常运行。这种绝缘电阻劣化失效是一种常见的电路板及电子元器件的失效行为，其失效机理包含电化学迁移腐蚀(离子迁移腐蚀)和漏电流过大。在实际应用中，绝缘电阻劣化失效机理主要是电化学迁移腐蚀。

电化学迁移腐蚀失效机理：在一定的温度与湿度下，电路板表面的水膜厚度足以使离子可自由移动。阳极金属氧化后产生的金属阳离子在电场的作用下向负极定向移动，到达阴极后得到电子被还原为金属单质。如此不断反复，慢慢从负极生长出枝晶，最终连接阳极和阴极，产生瞬间的漏电流。但枝晶容易被烧断，这样绝缘电阻马上恢复正常。如此往复，会连续出现的漏电流，直至短路。

目前评估绝缘电阻劣化失效的方法主要是测试表面绝缘电阻。目前表面绝缘电阻测试原理是利用欧姆定律，在一定的直流电压下测试两相邻导体间的微电流，设备显示为阻值。由于合格的表面绝缘电阻通常在1000兆欧姆以上，表面绝缘电阻测试设备的电流检测精度需达到nA～10pA级别。这样一方面对检流计设备的精度要求高，另一方面过小的微电流容易受到干扰，需进行特殊的屏蔽保护。

业界表面绝缘电阻的最新进展是通过集成超高阻测试仪、应力电压控制系统、数据采集及处理系统等组件，实现在线测试表面绝缘电阻，可以将表面绝缘电阻的测试间隔提高到数分钟。如图1所示，是现有技术中某在线测试表面绝缘电阻的设备组件示意图。图中所示设备是属于当前业界内技术较为领先的表面绝缘电阻测试设备。在通道数为50个的时候，其最小测试间隔可以达到6分钟。然而表面绝缘电阻劣化失效的典型特征是失效持续时间短，数分钟的测试频率依然可能遗漏表面绝缘电阻劣化失效事件。

也就是说，在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：即使在线表面绝缘电阻测试系统的测试间隔可达到数分钟之内，但是，由于表面绝缘电阻劣化失效持续的时间很短，仍然会遗漏表面绝缘电阻失效事件，发生检测失误。

发明内容

有鉴于此，本发明一个或多个实施例的目的在于提供一种测量劣化绝缘电阻的方法和装置，以实现准确地测量是否发生了表面绝缘电阻失效。

为解决上述问题，本发明实施例提供了一种评估绝缘电阻劣化失效的方法，包括步骤：

在相邻导体的一个导体两端施加恒流源；

如果在预设的时间段内，所述恒流源显示的数值出现过显著变化，则指示所述相邻导体间出现绝缘电阻劣化失效。

还提供了一种评估绝缘电阻劣化失效的装置，包括：

恒流源，用于：在相邻导体的一个导体两端施加恒定电流；

劣化指示单元，用于：如果在预设的时间段内，所述恒流源显示的数值出现过显著变化，则指示所述相邻导体间出现绝缘电阻劣化失效。

还提供了一种评估绝缘电阻劣化失效的系统，包括：

本发明所提供的任何一个的装置和连接所述装置的计算机；

所述计算机用于：分析所述劣化指示单元的指示；或

分析所述记录单元记录的所述数值。

与现有技术相比，本发明实施例具有以下优点：

利用本发明实施例，通过测量相邻导体中其中一根导体的电阻，如果所述电阻大于预设电阻值，则所述相邻导体间的绝缘电阻劣化；否则，所述相邻导体间的绝缘电阻正常。可以实现通过测量漏电流对于恒流源产生的测试电流的影响，来间接反映出漏电流的大小，进而可以判断出表面绝缘电阻是否失效。而且，由于本发明是通过间接测量的方式来反映，可以以很短的时间间隔进行测量。避免了现有技术中测试的时间间隔长，难以发现某些劣化失效现象的弱点。再者，现有技术中的设备昂贵复杂，而本发明的实施例中可以使用市场是常见而易于得到的各种恒流源方便地测量相邻导体中其中一根导体的电阻，并迅速做出准确的结论。

附图说明

图1所示，是现有技术中某在线测试表面绝缘电阻的设备组件示意图；

图2所示，是本发明的方法的第一个实施例的流程图；

图3所示，是本发明的方法的实施例中测量时使用一种的电路图；

图4和图4A所示，是本发明的方法的第二个实施例的电路图；

图5所示，是本发明的方法的第二个实施例的流程图；

图6所示，是本发明的测量劣化绝缘电阻的装置的框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例的具体实施方式做进一步的详细阐述。

如图2所示，是本发明的方法的第一个实施例的流程图，包括步骤：

S201、在相邻导体的一个导体两端施加恒流源；

S202、如果在预设的时间段内，所述恒流源显示的数值出现过显著变化，进入步骤S203，否则，进入步骤S204；对于所属领域的技术人员而言，通常认为，当恒流源的显示的数据单位发生了10倍以上变化时，通常都会理解为显示的数值发生了显著的变化，或者，根据实际的情况，当测量结果较大时，发生1-2倍，甚至0.5-1倍的变化就认为是发生了显著的变化；

S203、指示所述相邻导体间的表面绝缘电阻劣化；

S204、指示所述相邻导体间的表面绝缘电阻正常。

相邻导体是指在电路板上相邻的两个不同的导体，这两个相邻导体之间没有其它的导体存在。相邻导体可以是两根走线，两个引脚焊盘，两个过孔，也可以是走线、焊盘、过孔的搭配组合。导体在通常情况下，相邻导体间的电阻很大。是用来描述绝缘电阻测试位置的笼统、概括性的概念。通常测试表面绝缘电阻会使用梳状电极等SIR测试图形。换句话而言，梳状电极是业界常用的SIR测试图形，符合相邻导体的特征。

利用本发明实施例，通过测量相邻导体中其中一根导体的电阻，如果所述电阻小于预设电阻值，则所述相邻导体间的绝缘电阻劣化；否则，所述相邻导体间的绝缘电阻正常。可以实现通过测量漏电流对于恒流源产生的测试电流的影响，来间接反映出漏电流的大小，进而可以判断出表面绝缘电阻是否失效。而且，由于本发明是通过间接测量的方式来反映，可以以很短的时间间隔进行测量。避免了现有技术中测试的时间间隔长，难以发现某些劣化失效现象的弱点。再者，现有技术中的设备昂贵复杂，而本发明的实施例中可以使用市场是常见而易于得到的各种恒流源方便地测量相邻导体中其中一根导体的电阻，并迅速做出准确的结论。

其中，在上述实施例中，所述恒流源在所述相邻导体的一个的导体两端的施加的输出电流为10uA级。

其中，在上述实施例中，所述恒流源显示的所述数值是电流值或电阻值或电压值。

其中，在上述实施例中，所述恒流源具体为：

低阻测试设备或数据采集器。

测量相邻导体中其中一根导体的电阻的设备，可以是上述三种(恒流源，低阻测试设备或数据采集器)，但是不限于上述三种。凡是利用恒流输出的方式来测量相邻导体中其中一根导体的电阻的设备，都应该被包含在本发明的保护范围之内。恒流源是指一种通过施加恒定电流的测试设备，包含但不限于使用恒定电流的阻值测试设备。

其中，在上述实施例中，在所述在相邻导体的一个导体两端施加恒流源步骤之前，还包括：

在所述相邻导体之间加上直流电压，所述直流电压是模拟所述相邻导体之间存在的工作电压的直流电压。

利用本实施例的方案，可以对于被测试的对象进行静态测试。通过对于相邻导体之间加上直流电压的方式，模拟在实际工作情况下的漏电压。因为许多被测试对象在工作状态下不易于进行漏电流的测量。利用本实施例的方案，可以实现对于被测试对象进行全面的检测，提前发现表面绝缘电阻可能存在的劣化失效问题。

其中，在上述实施例中，所述恒流源施加的恒定电流的方向与所述直流电压在所述一个导体中产生的漏电流的方向相反或者相同。

对于所属领域的技术人员而言，不论上述的外加测试设备在被测电阻的导体中产生的电流的方向相同或相反，都是根据漏电流对于恒定电流的间接影响来评估绝缘电阻是否失效的。

其中，在上述实施例中，还包括步骤：

如果所述恒流源显示的数值出现过显著变化，记录变化前后的显示的所述数值。

如图3所示，是本发明的方法的实施例中测量时使用的一种电路图。本发明的实施例中测试方法与现有的表面绝缘电阻测试方法不同，不是使用图1中直接测试绝缘电阻中流过的漏电流的方法，而是通过测量漏电流对恒定电流的影响来间接反映出漏电流的大小及其与绝缘电阻之间的关系。在其他的实施例中，可以借鉴表面绝缘电阻测试中流过的漏电流来评估绝缘电阻是否失效相类似的测试手段，即在表面绝缘电阻测试图形，比如梳状电极上施加一定的直流电压，以模拟相邻导体间存在的工作电压。对于相邻导体而言，施加有电压的相邻导体之间在理论上有漏电流。如果相邻导体间的绝缘电阻是正常的，那么相邻导体间的漏电流I的值应该为nA～pA级(即10^-9～10^-12A级)。这是因为：

根据实际统计的数据表明，在表面绝缘电阻正常的情况下，表面绝缘电阻的阻值通常在10¹⁰～10¹⁴欧姆的数量级之间，。相关行业内部对于绝缘的要求是绝缘电阻值要高于10⁹欧姆。所以，合格的绝缘材料的表面绝缘电阻是10¹⁰～10¹⁴欧姆之间。当对其施加10V的直流电压，根据欧姆定律可以知道，会存在10V/10¹⁰～10¹⁴＝10^-9～10^-13A，即nA～pA级别的微电流。

如果在相邻导体中的其中一个导体的两端，通过一个恒流源施加与漏电流I方向相反的反向恒定电流I测。其中，恒流源输出的恒定电流精度可以达到10uA数量级。其中，电流精度的概念是电流数据改变的单位。具体到这里，是指恒流输出的恒定电流可以是10uA，20uA，30uA等。

这是由于根据实际测试经验，发生表面绝缘电阻劣化失效时，漏电流通常可以达到mA级别，远远大于恒定电流的大小10uA。

基于上述基本原理和规律，通过使用图3中的电路进行测量，对测量结果进行分析。

在正常情况下，I为nA～10pA级别(I即为上述介绍中提到的漏电流)，I<<I恒(I恒为恒流源输出的恒定电流，I恒为10uA级)；漏电流不仅仅在相邻导体之间有，而且，在相邻导体的任何一个导体中的某一段导体中，都会有漏电流流过，其方向与外加的恒流源产生的I恒的方向相同或相反。由于正常情况下两相邻导体间的漏电流远小于恒定电流，所以，漏电流I对于恒流源影响很小。相应地，漏电流对恒流源设备的输出没有显著影响。但是，如果由于某种原因导致表面绝缘电阻失效，就会在某个瞬间产生mA级的漏电流，这个漏电流相对于uA级的恒流源的输出电流而言，影响很大。使得恒流源的输出会发生显著的改变。对于恒流源的显示信号而言，I恒+I为输入信号。正常情况下，I+I恒≈I恒。绝缘电阻劣化失效时，I由nA级变为mA级时，则I+I恒≈I。

具体来说，在SIR(surface insulation resistance，表面绝缘电阻)劣化失效时，I为mA级别，I>>I恒(10uA级别)。当出现SIR劣化失效时，两相邻导体间的电流会大于恒定电流，相应地，对恒流源设备的输出有显著影响。本发明的各个实施例中判断绝缘电阻是否劣化失效的方法可以通过记录恒流源设备的输出，通过了解其输出是否有显著变化来作出失效与否的判断。在具体的实施方案中，比如当恒流源是使用恒定电流测试电阻的设备时，可以通过电阻值的显示来判断。即可以通过恒流源设备的显示来判断是否出现绝缘电阻失效，比如当恒流源是低阻测试设备时，正常情况下电阻显示为正值，但SIR劣化失效时电阻显示为负值。对于所属领域的技术人员而言，凡是通过恒流源或其他的方式来间接方式，通过判断表面绝缘电阻与某一预设电阻的对比关系，进而实现判断表面绝缘电阻是否失效的方法，都没有超出本发明的保护范围。

如图4所示，是本发明的方法的第二个实施例的电路图，也可以采用图4A所示的电路图进行，在本实施例中，使用常规的直流稳压电源、测试板、数据采集器(可用来测试低电阻)、测试电脑及数据采集器的数据分析软件，按照上述测试原理就可以组成一个在线测试系统，用于评估绝缘电阻的劣化失效是否发生，其中：

1、通常SIR测试中的直流电源的电压可以设置为0～100V，相应地直流稳压电压的输出电压可以设置在0～100V之间。

2、测试板可使用SIR测试图形比如梳状电极，也可以根据需求使用自己设计的测试图形。总之，只要最终的结果体现为相隔一定距离的相邻导体就可以。

3、数据采集器在测试低电阻时，采用恒流源进行测试，其输出的电流精度为mA～uA级。数据采集器的通道数通常为60～256，电阻扫描间隔可设定在数秒之内。

如图5所示，是本发明的方法的第二个实施例的流程图，包括步骤：

S501、在梳状电极中选择两个相邻导体，在其上加上直流电源；

S502、将数据采集器串联于其中一根导体的两端；

S503、读取所述数据采集器输出的电阻值；

S504、判断所述电阻值与0的大小关系，如果所述电阻值大于0，即为正值，进入步骤S505，如果所述漏电阻值为负值时，进入步骤S506；当然，也可以所述梳状电极的表面绝缘电阻的漏电阻的具体情况，将判断的电阻设为其他值，这没有超出本发明的保护范围；

S505、提示所述相邻导体间绝缘电阻正常；

S506、提示所述相邻导体间绝缘电阻劣化失效。

利用本发明实施例，通过测量梳状中某两个相邻导体中其中一根导体的电阻，如果所述电阻大于预设电阻值，则所述相邻导体间的绝缘电阻劣化；否则，所述相邻导体间的绝缘电阻正常。所述的预设电阻值，可以在不同的实际情况下，根据测量的需要，选择不同的值，只要选择出来的值能够有助于准确地判断是否出现了劣化失效现象即可。可以实现通过测量漏电流对于恒流源产生的测试电流的影响，来间接反映出漏电流的大小，进而可以判断出表面绝缘电阻是否失效。而且，由于本发明是通过间接测量的方式来反映，可以以很短的时间间隔进行测量。避免了现有技术中测试的时间间隔长，难以发现某些劣化失效现象的弱点。再者，现有技术中的设备昂贵复杂，而本发明的实施例中可以使用市场是常见而易于得到的各种恒流源方便地测量相邻导体中其中一根导体的电阻，并迅速做出准确的结论。

通过在两相邻导体上通过直流电源施加一定的偏置电压，在测试表面绝缘电阻是否劣化失效时，在一个导体的两端施加恒定电源，通过恒流源设备的输出来判断是否有表面绝缘电阻劣化失效的事件出现。也实现了对于梳状电极的绝缘电阻是否正常进行静态的测量。

如图6所示，是本发明的测量劣化绝缘电阻的装置的框图，包括：

恒流源601，用于：在相邻导体的一个导体两端施加恒定电流；

劣化指示单元602，用于：如果在预设的时间段内，所述恒流源显示的数值出现过显著变化，则指示所述相邻导体间出现绝缘电阻劣化失效。

其中，在上述实施例中，所述恒流源具体为：

低阻测试设备或数据采集器。

测量相邻导体中其中一根导体的电阻的设备，可以是上述三种设备，但是不限于上述三种。利用这些设备的高速扫描能力，可以对劣化失效现象得到准确地检测。凡是利用恒流输出的方式来测量相邻导体中其中一根导体的电阻的设备，都应该被包含在本发明的保护范围之内。恒流源是指一种通过施加恒定电流的测试设备，包含但不限于使用恒定电流的阻值测试设备。

其中，在上述实施例中，还包括：

直流电压输出单元，用于：在所述相邻导体之间加上直流电压，所述直流电压是模拟所述相邻导体之间存在的工作电压的直流电压。

其中，在上述实施例中，还包括：

记录单元，用于：如果所述恒流源显示的数值出现过显著变化，记录变化前后的显示的所述数值。

本发明还公开了一种评估绝缘电阻劣化失效的系统的第一个实施例，包括：

本发明的各个实施例提供的装置和连接所述装置的计算机；

所述计算机用于：分析所述劣化指示单元的指示；或

分析所述记录单元记录的所述数值。

利用测试计算机，可以通过分析软件，对于预设电阻值、测量得到的电阻值和劣化指示进行综合分析，得到当前被测绝缘电阻的劣化失效结果。

以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1、一种评估绝缘电阻劣化失效的方法，其特征在于，包括步骤：

在相邻导体的一个导体两端施加恒流源；

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述恒流源在所述相邻导体的一个的导体两端的施加的输出电流为10uA级。

3、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述恒流源显示的所述数值是电流值或电阻值或电压值。

4、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述恒流源具体为：

低阻测试设备或数据采集器。

5、如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述在相邻导体的一个导体两端施加恒流源步骤之前，还包括：

6、如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述恒流源施加的恒定电流的方向与所述直流电压在所述一个导体中产生的漏电流的方向相反或者相同。

7、如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括步骤：

8、一种评估绝缘电阻劣化失效的装置，其特征在于，包括：

恒流源，用于：在相邻导体的一个导体两端施加恒定电流；

9、如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述恒流源在所述相邻导体的一个的导体两端的施加的输出电流为10uA级。

10、如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述恒流源显示的所述数值是电流值或电阻值或电压值。

11、如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述恒流源具体为：

低阻测试设备或数据采集器。

12、如权利要求8所述的装置，其特征在于，还包括：

13、如权利要求8所述的装置，其特征在于，还包括：

14、一种评估绝缘电阻劣化失效的系统，其特征在于，包括：

如权利要求8-13中任一项所述的装置和连接所述装置的计算机；

所述计算机用于：分析所述劣化指示单元的指示；或

分析所述记录单元记录的所述数值。