Хотя, на первый взгляд электроснабжение не так привлекательно, как микропроцессоры или ЦСП, оно являются необходимой частью электронной системы, потому что любая потеря питания может вывести эту систему из строя. Его низкая производительность может поставить под угрозу качество данного продукта. В результате, как прямое отключение питания и плохой работы имеют большое значение для системных разработчиков. Другими словами, надежность источника питания в любой системе абсолютно необходимо.
Чтобы выбрать или построить надежное энергоснабжение, необходимо полное понимания положительных и отрицательных факторов, влияющих на надежность продукта. Эта статья будет исследовать значение надежности и ключевое различие между надежностью и отказами, как выдвинул на своей белой бумаге CUI под названием: "Понимание надежности источников питания" также будет обсуждаться, как производитель повышает надежность через разработку, выбор компонентов, и производственный процесс. Несколько примеров показывают, как поставщик, включив и указав это на практике в AC/DC и модулях DC/DC преобразователях, изготовленных компанией.
Надежность и отказы
Прежде чем исследовать процесс, связанный с повышением надежности источника питания, важно сначала понять, его определение и разницу между надежностью и скоростью разрушения. По белой бумаге CUI, надежность – это вероятность того, что поставка, работающая в определенных условиях, работает правильно в течение определенного периода времени. Скорость отказа – процент штук, которые отказали в единицу времени. Как показано на рисунке 1, следуя, кривой и был классифицирован в трех ключевых фаз инженерами, которые включают ранний выход из строя infant mortality
(ориг.), срок полезного использования, и изнашивания. В то время как ранний выход из строя является результатом плохого исполнения и низкого качества компонентов, вторая фаза useful life
, удерживает число отказов низким и постоянным, чтобы сохранить условия правильной работы в течение длительного времени. В третьей фазе wear-out phase
, питание нарушается, когда его компоненты достигают конца их срока службы.
Как показано, отказы классифицируются в трех ключевых этапах: ранний выход из строя, срок полезного использования и период изнашивания.(Предоставлено CUI).
Хотя, с уверенностью предсказать, как долго конкретная конвертер будет работать в заданных параметрах или после, скольких часов он выйдет из строя, остается спорным, CUI рекомендует использовать методы вероятности ожидаемого срока службы питания или отказа. По белой бумаге, надежность питания зависит от многих факторов. Ключевой среди них звуковой дизайн с высоким качество компонентов, используемых в течение всего производственного процесса . Компания использует следующую формулу для расчета надежности компонента:
Где λ это отказ. При этом формула распространяется на системы, становится
Где λ Это общая сумма всех отказов компонентов:
В сущности, выбор компонентов имеет решающее значение для общей надежности поставок. Следовательно, рекомендуется, чтобы, по сути, были использованы надежные компоненты, что значительно уменьшает риск брака. Например, в соответствии с опытом CUI, конденсаторы главные причины отказа в силовых источниках, так что использование более долгосрочных конденсаторов помогает повысить надежность продукта. Тем не менее, он добавляет к общей стоимости, так как высококачественные компоненты стоят дороже. Точно так же, магнитные компоненты (трансформаторы и катушки индуктивности ) как правило, требуют дополнительного внимания.
Другим фактором, который может повысить надежность, использование элементов для меньшей температуры, чем их номинальная из технических данных. Например, компонент рассчитан на надежную работу при 85 ° C будет иметь значительно улучшенные характеристики при его использовании при 55 ° С. Как правило, жизнь элемента удваивает на каждые 10 ° C снижения температуры (рис 2).
Рисунок 2:Влияние температуры на срок службы элемента. (Предоставлено CUI).
Кроме того, CUI предлагают три метода для определения интенсивности отказов. Они включают в себя прогноз, оценка и наблюдение. Каждый метод обсуждается более подробно в указанной белой бумаге
. Прогноз указывает на один из следующих, стандартных баз данных, отказов элементов в ожидаемый срок. Эти MIL – HDBK –217 (ВМС США) , HRD5 ( British Telecom), и Telcordia (ранее Bellcore). Начиная с MIL – HDBK –217 ориентирована на военных и коммерческие приложения, и дает данные MTBF , CUI предпочитает использовать его для расчета наработки на отказ для своих модулей AC/DC и DC/DC преобразователей.
Интересно, что производители питания предпочитают предоставлять, величину обратную отказов, что представляет собой среднее время между отказами (MTBF) и среднее время до отказа ( MTTF ). Следовательно, время наработки на отказ и MTTF в основном та же величина, так как они обе – обратная величина отказов, в соответствии с Джеффом Шнабель, вице-президентом CUI в области глобального маркетинг . Тем не менее, добавляет Шнабель, «MTBF обычно используется для оборудования, которое будет отремонтировано, а затем вернулся в строй.» «Несмотря на общеизвестное утверждение», Шнабель продолжает, «это не гарантирует минимальное время между отказами, только среднее». В соответствии с CUI маркетинга исполнительной власти, наработка на отказ является стандартной мерой в промышленности.
Хотя это полезно знать, как время наработки на отказ выполняют в диапазоне температур, производители питания предпочитают, указать его на уровне в 25 ° C. Как говорит Шнабель, «CUI обычно оценивает среднее время безотказной работы на более, чем просто комнатной температуре в процессе проектирования и тестирования, а так же может поделиться этой информацией по запросу».
Типичная и/или хорошая наработка на отказ зависит от приложения, отмечает Шнабель. Общего назначения адаптер переменного тока/постоянного тока, как правило, настенный адаптер может быть оценен примерно в 100.000 часов, в то время как DC/DC предназначен для телекоммуникационного применения и будет оценен в диапазоне миллион плюс часов. «Одной из причин для этого является то, что настенный адаптер легко заменяется, в то время как, преобразователь DC/DC, который припаян снизу на материнской плате - не может быть легко заменен, и это может быть очень дорогостоящей процедурой» утверждает Шнабель. Кроме того, некоторые продукты, такие как медицинское оборудование, требуют более высокую MTBF из-за здоровья и безопасности, а не из-за стоимости и простоты замены пациента, говорит Шнабель.
В качестве примера, давайте посмотрим на CUI 365 Вт серии AC/DC VMS -365 . Техническое описание определяет время наработки на отказ 300000 часов (обычно) при 25 ° C окружающей среды с 400 ЛЧМ принудительным воздухом , MIL - 217E - HDBK - 1, и 75 % от номинальной полной нагрузки. Точно такое же, техническое описание на 160 Вт серии AC/DC VMS - 160 показывает минимальное время наработки на отказ 200000 часов при аналогичных условиях.
Три вида нагрузок
Кроме того, в документе отмечается три вида нагрузок, которые играют решающую роль в жизни источника питания: тепловых, механических, электрических и. Хороший и надежный разработчик учитывает каждую из этих нагрузок и включает надлежащие меры для сведения к минимуму как их появление, так и их влияние, объясняет CUI. В то время как тепловая нагрузка является наиболее сложной и вредной, поскольку она показывает в самых разных направлениях, влияние механических нагрузок зависит от того, как и где предложение будет устанавливаться и использоваться в конечном оборудовании. Аналогично, электрические нагрузки входит в картину, когда элемент работает за пределами номинального режима. Например, конденсатор может быть рассчитан на 100В постоянного тока, но видит 150В DC вспышку в цепи во время работы, и резистор указан в описании до 1А тока, испытывает больший - импульс тока из-за цепи переходного или внешнего ОУР события. Результат преждевременное старение и ранний отказ во многих случаях.
Согласно, белой бумаге, подчеркивают прочную конструкцию, которая принимает во внимание эффекты нагрузки и переходных процессов в линии, а также шума. Это означает, что хороший разработчик осторожно устанавливает необходимый минимум/максимум значения параметров компонентов, чтобы обеспечить надежную работу. Кроме того, CUI также рекомендует использовать программы моделирования, как место, чтобы проверить как статические, так и динамические характеристики цепи питания с использованием реалистичных моделей компонентов и ПК плат и соединительных.
Наконец, компания подчеркивает роль макета в реализации надежного снабжения. Она рекомендует использовать короткие соединительные кабели, чтобы минимизировать падение напряжения, а также дополнительное сечение медного провода или шин в зависимости от выходного тока. Еще один совет для повышения надежности использование достаточно большой платы, для элементов исходя из текущих размеров и необходимой для покрытия сквозных отверстий.
Сверх прочной конструкции и правильного выбора элементов питания, высокая надежность - должны использовать хорошую сборку и производственный процесс, что не идет на уступки либо разработка, либо элементы, заключает CUI.
В целом, надежное электроснабжение является сочетанием нескольких факторов, таких как проектирование и анализ элементов, производственного процесса, создания, тестирования, и установки. Не одиночный шаг обеспечит надежное снабжение.