原创 基础理论第007篇 电晕现象 Corona

[初次发表 25-04-05  最后编辑：25-04-07]

    Corona 这个单词除了用于描述冠状病毒和啤酒品牌，在电力和电气领域表示一种局部放电（PD, Partial Discharge）的现象，中文翻译为电晕。

    Corona 有两种形态。一是晕染状发光，二是树枝状发光。虽然是发光，但是发紫外光而不是可见光。

    （图：ref 2）

    除了发光，Corona 发生的时候还可以有声音、气味，并留下腐蚀痕迹。声音来自于材料内微小气泡因受热膨胀而破裂，与烧开水时同理；气味常常来自臭氧和氮氧化物（尤其是在空气中），也可能是介电材料（Dielectric material）变性的味道；由于带电离子的剧烈轰击，材料表面常常出现腐蚀、空洞、变色等不可恢复的痕迹。

    （图：www.hvdiagnostics.com）

    Corona 是怎么产生的？在介电材料上施加电压，介电材料立即被电场极化。当电压/场强达到一个临界值时，导体（电极）周围的介电材料会开始电离。这种电离现象总是先在介电材料的某个局部范围（电场集中点）发生，比如细导线末端（曲率突变），也可以是PCB板和覆铜导线之间（传输线）。

    哪些因素可以影响 Corona ？频率，只提高交流电压频率不改变电压，Corona 会提前出现。换句话说，临界电压随着电压频率的升高而下降。间距，相邻导体的距离减小，临界电压也会下降（爬电距离，Creepage distance）。表面污染等级（Cleanliness）低，临界电压较高。也就是说表面越脏，越容易出现Corona（Ingress Protection，防护等级）。气压，根据 Paschen 曲线，可以发现介电材料的临界电压存在最低点。根据IPC的报告，在PCB设计的尺度上，300V的电压已经可以产生电晕。

    为什么 Corona 需要引起关注？首先，这个现象影响寿命可靠性。Corona 的导电路径电阻高，能量小，虽然会给介电材料造成腐蚀，但并不立即引起设备损坏。但是，随着持续时间越来越长，机械、化学腐蚀累积，最终绝缘崩溃；其次，以前人们认为电晕现象是电力行业才有的问题，电压达到数kV以上才需要考虑。但是，随着IC小型化、PCB高密度互连(HDI)等新应用的出现，电子电路中也开始出现高场强的情况，Corona 现象也成为新的失效原因。另外，对于需要高海拔地区工作的PCBA，需要考虑针对性的防护。

    Corona 也不是没有用处。由于它会对材料表面造成腐蚀，对于薄膜印刷行业而言，可以增加表面积和染料的附着力。

* 未注明出处的插图来自网络，侵删。

Ref

1. Evan Mayerhoff. Corona and its Effects. High Voltage Connection, Inc. 2007 

2. HAKATA Tomoyuki and SATO Hiroshi. Partial Discharge Voltage Prediction in Printed Wiring Boards and Their Expansion to High Frequency. OMRON. 2023