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  • 国产元器件可靠性的保证技术

    本文来源于可靠性技术交流 一、概述 二、国产元器件的可靠性保证内容 1、元器件本身质量和可靠性认证 2、元器件本身可靠性的保证措施 3、元器件的使用可靠性 三、国产元器件可靠性出现的若干问题 1、生产厂 (2)外购零件没有高的工艺技术、质量控制不达标,常见的有外购管壳产生的质量问题、电路产生锈蚀的问题; (4)进行元器件技术状态控制的时候产生缺陷,生产的产品规格状态不符合用户的具体要求; (6)包装运输问题,比如针对静电敏感元器件,没有配备静电防护包装及标识; 2、元器件质量及可靠性保证 四、解决对策 可靠性保证技术的重视程度也说明对设计师的要求也随之提升,要加强设计师的责任心。具体而言,要做好以下两个方面:(1)设计师要熟悉和了解元器件,要对选用的元器件的特性、结构、质量等级、失效模式、极限应力、注意事项以及防护措施等了如指掌;(2)设计师要熟悉和了解使用环境,对元器件的应用情况有一定了解,比如元器件在使用过程中有可能遇到机电、热、辐射等环境,会对元器件的可靠性产生重要影响。 (1)元器件在型号方案的论证环节,要把元器件的选择进行详细分析和论证,对元器件的型号、种类、质量等级进行评审和确认;(2)元器件进行初步设计的时候,应实施应力-强度分析,还有实施失效模式分析;(3)元器件进行工程研制的时候,要实施瞬态分析、容差分析以及微环境分析,也要实施线路仿真,要定出极限状态。 (1)合理制定元器件的标准,主要有制定选用目录、超目录审批环节、采购规范流程、验收及补充筛选方法、评审办法、失效元器件分析;(2)落实责任制度,每一个单位、每一个型号都要对其使用可靠性负责,配备研究、试验以及分析的技术支撑单位;(3)总体部门要制作一致要求,监督其正常实施;(4)建立工作记录及失效历史数据系统。 最终就是总结经验、分析数据,要上报到所有部门,让其进行改进,以便促进可靠性保证技术水平的提高。 总而言之,为了促进国产元器件的原本质量及可靠性保证技术水平的提高,要重视国产元器件的可靠性保证技术,加强设计师的责任心,从元器件的选用和使用方面着手,提高元器件的可靠性保证技术水平,并总结经验、分析数据,从而确保国产元器件可靠性保证技术水平的提升。

    时间:2021-04-12 关键词: 元器件 可靠性

  • 深入了解继电器,继电器可靠性与哪些因素有关?

    深入了解继电器,继电器可靠性与哪些因素有关?

    继电器是常用电子器件,虽然在日常生活中,许多场景下都会用到继电器。但是,大家在使用继电器的时候应当考虑一下继电器的可靠性。那么,继电器的可靠性与哪些应用有关呢?在这篇文章中,小编将揭露该问题。如果你对继电器具有兴趣,不妨继续往下阅读哦。 通常人们所说的产品可靠性是指产品的工作可靠性,其被定义:在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力。它由产品的固有可靠性和使用可靠性组成,前项由产品的设计和制造工艺决定,而后项则与用户的正确使用及生产厂家售前、售后服务有关。用户使用时应注意以下各项。 一、线圈使用电压 线圈使用电压在设计上最好按额定电压选择,若不能,可参考温升曲线选择。使用任何小于额定工作电压的线圈电压将会影响继电器的工作。注意线圈工作电压是指加到线圈引出端之间的电压,特别是用放大电路来激励线圈务必保证线圈两个引出端间的电压值。反之超过最高额定工作电压时也会影响产品性能,过高的工作电压会使线圈温升过高,特别是在高温下,温升过高会使绝缘材料受到损伤,也会影响到继电器的工作安全。对磁保持继电器,激励(或复归)脉宽应不小于吸合(或复归)时间的3倍,否则产品会处于中位状态。用固态器件来激励线圈时,其器件耐压至少在80V以上,且漏电流要足够小,以确保继电器的释放。 二、 瞬态抑制 继电器线圈断电瞬间,线圈上可产生高于线圈额定工作电压值30倍以上的反峰电压,对电子线路有极大的危害,通常采用并联瞬态抑制(又叫削峰)二极管或电阻的方法加以抑制,使反峰电压不超过50V,但并联二极管会延长继电器的释放时间3~5倍。当释放时间要求高时,可在二极管一端串接一个合适的电阻。 激励电源:在110%额定电流下,电源调整率 ≤10%(或输出阻抗<5%的线圈阻抗),直流电源的波纹电压应<5% 。交流波形为正弦波,波形系数应在0.95~1.25之间,波形失真应在±10%以内,频率变化应在±1Hz或规定频率的±1%之内(取较大值)。其输出功率不小于线圈功耗。 三、多个继电器的并联和串联供电 多个继电器并联供电时,反峰电压高(即电感大)的继电器会向反峰电压低的继电器放电,其释放时间会延长,因此最好每个继电器分别控制后再并联才能消除相互影响。 不同线圈电阻和功耗的继电器不要串联供电使用,否则串联回路中线圈电流大的继电器不能可靠工作。只有同规格型号的继电器可以串联供电,但反峰电压会提高,应给予抑制。可以按分压比串联电阻来承受供电电压高出继电器的线圈额定电压的那部分电压。 四、触点负载 加到触点上的负载应符合触点的额定负载和性质,不按额定负载大小(或范围)和性质施加负载往往容易出现问题。只适合直流负载的产品不应用于交流场合。能可靠切换10A负载的继电器,在低电平负载(小于10mA×6A)或干电路下不一定能可靠工作。能切换单相交流电源的继电器不一定适合切换两个不同步的单相交流负载;只规定切换交流50Hz(或60Hz)的产品不应用来切换400Hz的交流负载。 五、触点并联和串联 触点并联使用不能提高其负载电流,因为继电器多组触点动作的绝对不同时性,即仍然是一组触点在切换提高后的负载,很容易使触点损坏而不接触或熔焊而不能断开。触点并联对“断”失误可以降低失效率,但对“粘”失误则相反。由于触点失误以“断”失误为主要失效模式,故并联对提高可靠性应予肯定,可使用于设备的关键部位。但使用电压不要高于线圈最大工作电压,也不要低于额定电压的90%,否则会危及线圈寿命和使用可靠性。触点串联能够提高其负载电压 ,提高的倍数即为串联触点的组数。触点串联对“粘”失误可以提高其可靠性,但对“断”失误则相反。总之,利用冗余技术来提高触点工作可靠性时,务必注意负载性质、大小及失效模式。 六、切换速率 继电器切换速率应不高于其10倍动作时间和释放时间之和的倒数(次/s),否则继电器触点不能稳定接通。磁保持应在继电器技术标准规定的脉冲宽度下使用,否则有可能损坏线圈。 以上便是此次小编带来的“继电器”相关内容,通过本文,希望大家对影响继电器可靠性的因素具备一定的了解。如果你喜欢本文,不妨持续关注我们网站哦,小编将于后期带来更多精彩内容。最后,十分感谢大家的阅读,have a nice day!

    时间:2021-04-09 关键词: 继电器 指数 可靠性

  • 增强嵌入式系统可靠性的几种方法

    编排 | strongerHuang 来源 | 网络、技术让梦想更伟大 成为一个正式的嵌入式开发工程师是一个艰辛的过程,从规范完善的开发周期到严格执行和系统检查,开发高可靠性嵌入式系统的技术有许多种。 本文介绍7个易操作且可以长久使用的技巧,它们对于确保系统更加可靠地运行并捕获异常行为大有帮助。 用已知值填充ROM 软件开发人员往往都是非常乐观的一群人,只要让他们的代码忠实地长时间地运行就可以了,仅此而已。 微控制器跳出应用程序空间并在非预想的代码空间中执行这种情况似乎是相当少有的。 然而,这种情况发生的机会并不比缓存溢出或错误指针失去引用少。 它确实会发生! 发生这种情况后的系统行为将是不确定的,因为默认情况下内存空间都是0xFF,或者由于内存区通常没有写过,其中的值可能只有上帝才知道。 不过有相当完备的linker或IDE技巧可以用来帮助识别这样的事件并从中恢复系统。技巧就是使用FILL命令对未用ROM填充已知的位模式。要填充未使用的内存,有很多不同的可能组合可以使用,但如果是想建立更加可靠的系统,最明显的选择是在这些位置放置ISR fault handler。如果系统出了某些差错,处理器开始执行程序空间以外的代码,就会触发ISR,并在决定校正行动之前提供储存处理器、寄存器和系统状态的机会。 检查应用程序的CRC 对嵌入式工程师来说一个很大的好处是,我们的IDE和工具链可以自动产生应用程序或内存空间校验和(Checksum),从而根据这个校验和验证应用程序是否完好。 有趣的是,在许多这些案例中,只有在将程序代码加载到设备时,才会用到校验和。 然而,如果CRC或校验和保持在内存中,那么验证应用程序在启动时(或甚至对长时间运行的系统定期验证),是否仍然完好是确保意外之事不会发生的极好途径。现在一个编程过的应用程序发生改变的概率是很小的,但考虑每年交付的数十亿个微控制器以及可能恶劣的工作环境,应用程序崩溃的机会并不是零。更有可能的是,系统中的一个缺陷可能导致某一扇区发生闪存写入或闪存擦除,从而破坏应用程序的完整性。 启动时执行RAM检查 为了建立一个更加可靠和扎实的系统,确保系统硬件正常工作非常重要。 毕竟硬件会发生故障(幸运的是软件永远不会发生故障,软件只会做代码要它做的事,不管是正确的还是错误的)。 在启动时验证RAM的内部或外部没有问题,是确保硬件可以如预期般运作的一个好方法。 有许多不同的方法可用于执行RAM检查,但常用的方法是写入一个已知的模式,然后等上一小段时间再回读。结果应该是所读就是所写。真相是,在大多数情况下 RAM检查是通过的,这也是我们想要的结果。但也有极小的可能性检查不通过,这时就为系统标示出硬件问题提供了极好的机会。 使用堆栈监视器 对许多的嵌入式开发者而言,堆栈似乎是一股相当神秘的力量。 当奇怪的事情开始发生,工程师终于被难倒了,他们开始思考,也许堆栈中发生了什么事。 结果是盲目地调整堆栈的大小和位置等等。 但该错误往往是与堆栈无关的,但怎能如此确定? 毕竟,有多少工程师真的实际执行过最坏情况下的堆栈大小分析? 堆栈大小是在编译时就静态分配好的,但堆栈是以动态的方式使用的。随着代码的执行,应用程序需要的变量、返回的地址和其它信息被不断存储在堆栈中。这种机制导致堆栈在其分配的内存中不断增长。然而,这种增长有时会超出编译时确定的容量极限,导致堆栈破坏相邻内存区域的数据。 绝对确保堆栈正常工作的一种方法是实现堆栈监视器,将它作为系统“保健”代码的一部分(有多少工程师会这样做?)。堆栈监视器会在堆栈和“其它”内存区域之间创建一个缓冲区域,并填充已知的位模式。然后监视器会不断的监视图案是否有任何变化。如果该位模式发生了改变,那就意味着堆栈增长得太大了,即将要把系统推向黑暗地狱!此时监视器可以记录事件的发生、系统状态以及任何其它有用的数据,供日后用于问题的诊断。 大多数实时操作系统(RTOS)或实现了内存保护单元(MPU)的微控制器系统中都提供有堆栈监视器。可怕的是,这些功能默认都是关闭状态,或者经常被开发人员有意关闭。在网络上快速搜寻一下可以发现,很多人建议关闭实时操作系统中的堆栈监视器以节省56字节的闪存空间。等等,这可是得不偿失的做法! 使用MPU 在过去,是很难在一个小而廉价的微控制器中找到内存保护单元(MPU)的,但这种情况已经开始改变。 现在从高端到低端的微控制器都已经有MPU,而这些 MPU为嵌入式软件开发人员提供了一个可以大幅提高其固件(firmware)鲁棒性(robustness)的机会。 MPU 已逐渐与操作系统耦合,以便建立内存空间,其中的处理都分开,或任务可执行其代码,而不用担心被stomped on。倘若真有事情发生,不受控制的处理会被取消,也会执行其他的保护措施。请留意带有这种组件的微控制器,如果有,请多加利用它的这种特性。 建立一个强大的看门狗系统 你经常会发现的一种总是最受喜爱的看门狗(watchdog)实现是,在看门狗被启用之处(这是一个很好的开始),但也是可以用周期性定时器将该看门狗清零之处; 定时器的启用是完全与程序中出现的任何情况隔离的。 使用看门狗的目的是协助确保如果出现错误,看门狗不会被清零,即当工作暂停,系统会被迫去执行硬件重设定(hardware reset),以便恢复。 使用与系统活动独立的定时器可以让看门狗保持清零,即使系统已失效。 对应用任务如何整合到看门狗系统中,嵌入式开发人员需要仔细考虑和设计。例如,有种技术可能可以让每个在一定时期内运行的任务标示它们可以成功地完成其任 务。在此事件中,看门狗不被清零,强制被复位。还有一些比较先进的技术,像是使用外部看门狗处理器,它可用来监视主处理器如何表现,反之亦然。 对一个可靠的系统而言,建立一个强大的看门狗系统是很重要的。由于有太多的技术,难以在这几个段落中完全涵盖,但针对此一议题,笔者未来还会发表相关的文章。 避免易失存储器分配 不习惯在资源有限环境下工作的工程师,可能会试图使用其编程语言的特性,这种语言让他们可以使用易失存储器分配。 毕竟,这是一种常在计算器系统中使用的技术,在计算器系统中,只有在有必要时,内存才会被分配。 例如,以C开发时,工程师可能倾向于使用malloc来分配在堆(heap)上的空间。 有一个操 作会执行,一旦完成,可以使用free将被分配的内存返回,以便堆的使用。 在资源受限的系统,这可能是一场灾难!使用易失存储器分配的其中一个问题是,错误或不当的技术可能会导致内存泄漏或内存碎片。如果出现这些问题时,大多数的嵌入式系统并没有资源或知识来监视堆或妥善地处理它。而当它们发生时,如果应用程序提出对空间的要求,但却没有所请求的空间可以使用,会发生什么事呢? 使用易失存储器分配所产生的问题是很复杂的,要妥善处理这些问题,可以说是一个噩梦!一种替代的方法是,直接以静态的方式,简化内存的分配。例如,只要在程序中简单地建立一个大小为256字节长的缓冲区,而不是经由malloc请求这样大小的内存缓冲区。此一分配的内存可在整个应用程序的生命周期期 间保持,且不会有堆或内存碎片问题方面的顾虑。 本文素材来源网络,版权归原作者所有。如涉及作品版权问题,请与我联系删除。

    时间:2021-02-07 关键词: 嵌入式 可靠性

  • 在SDN上构建可靠性,中信银行找到了捷径

    而在中信集团庞大的业务线中,银行板块始终是其中不可忽视的存在。从年龄来看,1987年成立的中信银行无疑是一家相当年轻的银行;但经历了三十余年的高速发展,中信银行却早已跻身国内银行业的前十强。 构建同城和异地灾备中心是银行业保证业务IT系统连续性的最基础手段,也是监管部门对银行业的统一要求。但对于中信银行这样的体量来说,多地多中心布局之下的海量金融业务和广泛分布的营业网点都让网络建设与运维成为一项相当棘手的问题。 而在更极端的情况下,一旦某业务分区出现故障,灾备数据中心便需要在最短时间内接管全部业务负载,保证银行业务的连续可靠。但受限于业务分区复杂、网络物理隔离、管理手段落后等因素制约的传统网络结构,很难做到对故障的快速响应,业务切换速度也无法满足实际需求。 异地灾备、秒级切换 在此基础之上,华为以Overlay的形式构建了VXLAN、EVPN和分布式网关,在物理层之上构建了一个虚拟网络层。支持逻辑分区跨机房模块灵活部署,服务器接入与物理位置解耦。同时,在网关部分,华为引入了DNS和全局负载均衡功能,从而实现了基于域名的网络管理和业务服务,将业务与IP解绑,解决了跨域、网关、跨中心管理中的IP问题。 通过这套完整的云数据中心架构,中信银行在业务云化的同时也实现了网络可管理性的大幅提升,在部署完成后,一次典型的网络配置变更从下发到完成部署仅需2分30秒,工作量降低50%,而这类操作在过去的传统网络中最快也需要半小时。而更重要的是,合肥中心满足了中信银行核心应用三活的超高要求,并实现RPO=0、RTO<20分钟的效果。显然,这与SDN加持下灵活的网络架构密不可分。智能运维方面,引入了基于telemetry的可视化监控方案,能够对流量热点、应用间数据传输路径以及物理链路质量进行完整监控,大幅提升了管理人员对网络的感知能力,为高效网络管理铺平了道路。 由软件定义的大未来 得益于先进的网络架构,中信银行在将网络运维工作量降低50%的同大幅提升新业务上线及传统业务变更的速度,为未来AI、大数据等新业务的探索及部署打下了基础。同时,网络可视化所带来的管理能力提升也让中信银行在应对潜在的风险时拥有更快的响应。 对于中信银行来说,这是选对了合作伙伴;而对于华为来说,这是对自身价值的再次验证与升华。

    时间:2021-01-20 关键词: 华为 中信银行 SDN 可靠性

  • 电子微组装可靠性设计的挑战

    本篇内容根据《电子微组装可靠性设计》改编,本篇的思维导图如下 电子微组装可靠性设计的挑战,来自两个方面:一是高密度组装的失效与控制;二是微组装可靠性的系统性设计。 一、高密度组装的失效与控制 高密度组装的代表性互连模式有两类,一类是元器件高密度组装,有两种典型的芯片组装方式,即芯片并列式组装(2D)和3D-芯片堆叠组装结构叠层式,如图1和图2所示;另一类是高密度微互连,例如,3D叠层芯片TSV硅通孔、高密度低拱形丝键合,如图3和图4所示。 图1 芯片并列式组装(2D) 图2 3D-芯片堆叠组装结构 图3 3D叠层芯片TSV硅通孔 图4 3D叠层芯片高密度低拱形丝键合 从电子微组装的发展趋势可以看出,微组装技术的发展必然带来产品的更高密度封装,而高密度封装的可靠性问题,主要是产品内部热流密度增加导致的温升、微互连间距减小导致的短路风险、封装体内元器件电磁干扰及潜在传播路径等问题。 图5 电子封装50多年的演变和发展趋势 1.2D和3D IC高密度组装的热问题 2D-IC或3D-IC的高密度组装方式,面临的严重问题是如何散热,这一问题已成为限制高密度集成特别是三维集成技术发展的瓶颈。微组装产品中的有源器件芯片,是微组装产品的主要热源,由于高密度组装,产品热功率密度(W/mm2)增大,芯片之间、芯片与元件之间热耦合效应突出。这时,芯片PN结温TJ或沟道温度Tch,以及元件热点温度THS,不仅仅取决于器件自身功耗大小,还取决于邻近元器件的功耗以及相互间的热耦合效应,内装元器件组装密度越高,芯片间的热耦合效应就越明显,引起芯片额外的温升就越高,使得元器件温度余量减少、有机材料加快老化。 尽管针对高密度封装稳态、瞬态热管理问题,人们开展了大量研究,提出了各种热分析方法和散热设计方法。例如,2009年ITRS组装封装技术工作组,在SiP组装封装技术报告中,对于SiP叠层芯片热设计和热管理,提出了针对系统热点和功耗控制的热设计基本原则,在考虑最坏情况和典型使用条件下,建议将最大功耗芯片叠层在底部的主要散热面,最小功率芯片叠层在顶部,并设计基板埋置热沉和系统压电散热器,以保证顶部芯片热点温度控制和系统级散热管理。但是,组装密度不断提升和产品体积不断缩小的市场需求,不断给更高封装密度的热设计带来新的挑战。 2.TSV高深宽比(h/d)的互连可靠性问题 TSV通孔技术是实现芯片3D叠层组装的关键技术。作为多芯片层间互连的TSV通孔,由于有较高的深宽比,以及通孔工艺和结构特性,与基板通孔结构相比,TSV通孔结构面临更严重的热应力、机械应力带来的可靠性问题。例如,铜填充的TSV在温度变化应力作用下,铜硅热膨胀失配可能导致TSV的硅基板开裂;TSV与倒装芯片凸点互连的金属间化合物(IMC)在温变剪切应力作用下可能断裂。 针对3D封装中,TSV通孔的可靠性和失效问题,人们开展了大量研究。例如,对3D封装TSV结构热膨胀行为进行了研究,分析了Si/Cu结构的CTE失配结果,认为在温度变化过程中,TSV邻近Si的最大应力是张应力,但同时由于叠片结构中TSV通孔的存在,可以降低芯片分层的风险;对超薄芯片堆叠的3D集成组装技术和失效问题进行了研究,认为芯片减薄过程的机械损伤给芯片叠层组装带来潜在问题,当芯片堆叠厚度和TSV数量增加时热膨胀失配更为严重,温变应力下顶层芯片互连点将面临更严酷的可靠性问题,需要设计合适的TSV尺寸并优选材料,以提高温变环境的适应性;对基于TSV的片上网络芯片(3D NoC)可靠性问题的研究,认为3D NoC中TSV的主要失效问题,有TSV硅片翘曲、TSV层间垂直连接、CTE失配引起的热应力问题;对三维芯片堆叠高深宽比(h/d)的Cu通孔互连研究,认为Cu电镀工艺优化是获得良好导电通道的关键;对基于TSV的2.5D和3D堆叠IC模块的测试研究,提出了包含TSV通孔信息的测试流程、测试内容、测试端口的解决方案。 标准JEP 158(2009)3DChip Stack with Through-Silicon Vias(TSVS): Identifying,Evaluating and Understanding Reliability Interactions,针对3D芯片堆叠的TSV硅通孔可靠性问题描述,归纳起来有以下观点: ● TSV硅片尺度因素、Cu与Si之间CTE差异因素,引起TSV通孔界面应力集中; ● 场效应管(FET)对应力敏感,FET电性能变化与其和TSV的距离有关,影响FET耗损; ● TSV硅(Si)片非常薄(<100μm),远比传统器件芯片薄,更易碎或开裂; ● 带有TSV的芯片堆叠结构,内部高温热点问题突出; ● 薄型TSV硅片(<100μm),在温循中易翘曲,可能导致与芯片互连的开路,或芯片堆叠工艺中使溶化的芯片倒装凸点焊球在侧面短路; ● TSV通孔侧壁的硅氧化绝缘层,可能存在缺陷,导致Cu通路与硅片存在潜在漏电通路。 从产品层面来看,为提升TSV互连的可靠性,人们关注的热点问题仍是满足可靠性要求的TSV尺寸、材料的设计,目前商业化SiP产品的TSV解决方案,设计了针对2.5D和3D封装的TSV结构和线上/线下测试方法(MEOL)。不过,尽管TSV技术在高密度集成方面具有绝对优势,但TSV技术的高成本和可靠性潜在问题,仍是目前其拓展应用过程中最具挑战的问题。 3.电子微组装其他失效问题 电子微组装的其他失效问题,还包括丝键合界面退化、芯片黏结强度退化、黏结胶老化等互连问题,内装元器件高密度组装和布线布局带来的电磁干扰和潜在传播路径问题,以及封装盖板开裂、玻璃绝缘子泄漏、水汽渗入等封装问题。 需要强调的是,微组装失效模式和失效机理,与其承受的载荷应力类型及应力大小直接相关,系统性梳理这些失效模式、失效机理及相关载荷应力,形成失效模式机理库,是微组装可靠性设计的重要基础支撑。ITRS组装封装技术工作组,在2009年的报告中,对系统级封装(SiP)的4类典型失效机理、相关失效的应力和失效部位进行了归纳和分类。SiP失效机理分类及失效原因见表1。 表1 SiP失效机理分类及失效原因 二、微组装可靠性的系统性设计 针对微组装可靠性要求的系统性设计,关键要解决三方面问题:针对高密度组装封装失效的系统性控制设计、微组装可靠性与性能及制造的协同设计、微组装产品多机理失效的可靠性建模。 1.针对高密度组装封装失效的系统性控制设计 面对高密度组装封装带来的各种失效问题,如何系统性分析和设计,全面有效地控制失效,是解决微组装可靠性设计问题需要面临的挑战之一。 从大量的分立器件、HIC、MCM、微波组件、电真空器件失效分析案例和使用背景可以看出,产品封装失效与其使用环境或直接载荷应力有关。例如,气密封装HIC,内装裸芯片键合盘(pad)铝膜腐蚀导致内引线键合点开路失效,与HIC内部水汽含量、pad沾污、环境温度有关,一旦pad表面达到三个水分子层厚度的水膜,表面腐蚀即发生,水汽含量、环境温度、沾污,这三类应力是导致铝pad失效的直接应力因素;再如,微波功率管,烧毁失效模式,与管子的温度载荷应力和电载荷应力有关,基板与底座焊接空洞的出现是温度过高的原因,输出匹配电容击穿是电载荷过应力的原因。通过应力类别及应力来源分析,可以有效发现设计或工艺控制中存在的问题。各类载荷应力下的典型微组装失效模式如下。 ● 温度应力类失效:高温导致的有机材料、内装元器件退化,温变导致的焊点疲劳等; ● 机械应力类失效:机械振动导致封装盖板疲劳开裂,机械冲击导致内装元器件黏结脱落等; ● 潮湿应力类失效:水汽引起的芯片腐蚀、外壳腐蚀、露点失效等; ● 电磁应力类失效:内装元器件及导线之间的电磁干扰等; ● 盐雾应力类失效:盐雾导致外壳、引脚腐蚀和断裂等; ● 辐射应力类失效:总剂量、单离子效应导致半导体器件失效等; ● 耦合应力类失效:温变/振动致焊点低/高周加速疲劳,低电压/温度/湿度致电化学迁移等。 因此,以载荷应力类型为主线,对各类微组装进行可靠性设计的方法,是贯穿可靠性物理思想、系统实施失效控制的一种设计思路,在方法层面,能够覆盖现有的和今后新型的微组装可靠性设计。从可靠性的基本概念来理解,如果可靠性定义中,用“可靠度”来度量微组装的可靠性,把“规定的条件和规定的时间”视为可靠性的应力约束条件,则从数学、物理的角度进一步解读可靠性定义,可以认为可靠性在数学上强调产品完成规定功能的概率即可靠度R(t),在物理上强调产品达到预期可靠度的应力约束条件[Fr(i,j)](m+1)×n。所以,以载荷应力为主线的可靠性设计思想和方法,具有更强的基础性、系统性和清晰的物理意义,强化了基于失效物理(PoF)的可靠性设计理念,这也正是本书的核心思想。但是,基于失效物理并以载荷应力为主线的可靠性设计方法,难点是载荷应力分析和量化提取,不仅要解决一般环境单一应力下的可靠性设计,还要面对复杂环境多应力耦合下的可靠性设计,这也是目前微组装可靠性技术领域关注的热点问题。 2.微组装可靠性与性能及制造的协同设计 针对微组装失效控制实施的可靠性设计,前提是不影响产品既定的设计性能,同时适应现有的制造工艺能力,所以考虑微组装可靠性与性能及制造之间的协同设计,是系统性解决微组装可靠性设计所面临的挑战之二。 微组装的这种协同设计,实际上是产品设计过程中的可靠性与性能和制造能力之间的权衡。在协同设计中,应综合考虑产品的可靠性、电性能、热性能、机械性能、防潮性、抗电磁干扰性能、抗辐照性能和可测试性等要求,特别是热性能、机械性能,既要考虑高密度组装带来的应力耦合问题,还要考虑微组装结构和材料随时间的退化问题;既要考虑短期工作期间的热、机械极限性能,也要考虑长期工作期间与热、机械应力相关的可靠性问题;既要考虑制造工艺技术能力,也要考虑制造工艺技术的稳定性和离散性问题。可以通过可靠性设计指标的分解,综合考虑各类性能之间的协同设计,量化制订设计指标;通过容差分析和从产品结构到制造工艺的健壮设计,解决参数漂移和性能退化带来的产品可靠性问题。 例如,ITRS组装封装技术工作组,在2009年的SiP组装封装技术报告中,分析了可靠性设计对SiP的影响,提出了针对SiP的有效协同设计概念,认为应该考虑物理尺寸、热问题、机械问题、电气设计和可靠性问题之间的相互影响,通过各种性能要求与可靠性要求之间的权衡,实现SiP可靠性与性能之间的协同设计,比如在进行高密度布线间距设计时,需要在布线间距和沾污桥连短路风险之间进行权衡;需要同时在多个方面评估SiP可靠性,以获得最佳的协同设计,比如键合完整性、电迁移、潜在失效部位、板级可靠性、温度循环适应性、基板弯曲、热阻抗、元器件可靠性等,SiP协同设计程序,如图6所示。同时,该报告还针对SiP的芯片-封装-系统协同设计需求,重点从三个方面分析了SiP协同设计所面临的挑战: ● 芯片-封装-系统的电气模拟和设计挑战:高密度布线耦合问题,EMC问题,3D键合丝问题; ● 芯片-封装-系统的热模拟和设计挑战:80%~90%的热量传导至PCB,堆叠封装热问题突出; ● 芯片-封装-系统的机械/应力模拟和设计挑战:板级弯曲、界面应力模拟,分层、开裂问题。 图6 SiP协同设计程序 3.微组装多机理失效的可靠性建模 可靠性模型的作用是评估产品的可靠性,包括失效率、寿命或可靠度的评估,可采用数理统计方法建模,也可采用基于失效物理的寿命-应力方法建模,通过可靠性模型的分析计算,可以评估微组装产品可靠性设计是否达到预期设计指标。微组装产品可靠性建模,考虑两个阶段:随机失效阶段的失效率模型、耗损失效阶段的可靠寿命模型,前者针对相互独立的随机失效事件,后者针对相互独立和相互关联的退化性事件。 微组装产品在电路功能上没有考虑冗余设计,所以随机失效阶段的失效率建模,无须考虑可靠性并联模型,只需要考虑串联模型;耗损失效阶段的寿命建模,重点考虑多个退化机理对产品耗损寿命的影响,采用多机理竞争失效模式判定产品的失效时间。分析多机理退化参量的相关性及其可靠性建模问题,是系统性解决微组装可靠性设计所面临的挑战之一。 1)随机失效阶段的失效率模型 对于微组装产品在随机失效阶段的可靠性建模,采用数理统计方法,虽然这一阶段的可靠性模型是最简单和最保守的串联模型,但各串联单元的应力响应提取是建模后可靠性评价的难点。 在随机失效阶段,产品可能发生各种随机性失效,由于这些失效是受到随机质量因素或外界过应力冲击所导致的,对于微组装产品,随机失效阶段的各种随机失效模式相互独立,产品可靠性模型采用串联模型,其中微组装互连结构可以作为独立的串联单元考虑。 因为,内装元器件的高密度集成,元器件之间的微组装互连和多层布线基板发生随机失效的问题更加突出;此外,从微组装可靠性设计分析的需要,单独考虑微组装互连对失效率的贡献,便于设计分析和问题的剥离,则,微组装产品失效率λ∑是内装元器件失效率λi与微组装失效率λj之和。 2)耗损失效阶段的可靠寿命模型 对于产品在耗损失效阶段的可靠性建模,用失效物理和可靠性统计的方法,建立基于多机理或多模式竞争失效的产品寿命模型,并考虑多机理相互独立或相互关联的退化过程。 在耗损失效阶段,产品耗损寿命终了的原因是性能退化,产品性能退化的发生,往往伴随着多个退化机理或多个退化通道(退化模式),多个机理可以发生在某个互连点上,如元器件焊点,亦可以发生在电路中不同的元器件上,产品最终失效是不同退化机理之间或不同退化模式之间的竞争结果,三个退化机理竞争失效示意图如图7所示,产品退化寿命决定于退化参量中最早达到失效阈值的退化机理,如果考虑每个退化机理的失效概率分布问题,产品退化寿命决定于寿命时间内累积失效概率(T<t)最大的退化机理,三个竞争失效机理的失效概率分布如图8所示,而退化寿命的可靠度则取决于这些退化机理或退化模式的关联程度。 图7 三个退化机理竞争失效示意图 图8 三个竞争失效机理的失效概率分布 (1)多个退化机理的相关性分析 产品中多个退化机理或退化模式之间的相关性与相互影响,决定了产品可靠寿命的评估结果,这种关联性是由产品电路和结构设计特性、产品不同部位同类工艺和材料、高密度组装多应力耦合因素以及退化物理过程的相互影响所引起的。采用协方差、相关系数分析方法,可以确定多个退化机理或退化模式间是否相关,以及相关的程度。若多个退化机理或退化模式不相关,则产品的可靠度由串联系统决定;若多个退化机理或退化模式相关,则产品可靠度由相关机理的多维联合概率密度计算获得,其分析的难点在于如何利用失效物理方法或试验统计方法,建立各相关退化机理的退化参量概率密度函数。 ① 导致多机理相互关联的因素 微组装产品退化过程中,多个退化机理或退化模式之间,在退化进程中往往存在某种联系,确定退化机理之间的相关性和导致这种相关性的因素,目的是准确评估产品的可靠性,有针对性地优化设计产品。 影响产品多个退化机理相互关联的因素,包括电路设计、结构设计、工艺设计和使用环境应力等因素,其核心是退化过程带来的应力变化和性能参数的相互影响。大量的失效分析案例和退化机理分析表明,这些退化机理之间的相关性,是一种典型的从属退化关系。 从属退化,是指产品中由于某个元器件退化而引发其他元器件的加速退化或减速退化,或者由产品中互连焊点的某种退化机理引发另一种退化机理加速或减速退化。在从属退化因素的作用下,多个元器件或互连焊点的退化机理不再相互独立。比如,功能模块中,电路上某个器件性能退化,引起电路中另一个器件性能加速退化,它们之间存在因果关系的从属关系。 ② 基于协方差的相关性分析 协方差分析是建立在方差分析和回归分析基础上的一种统计分析方法,用于衡量两个随机变量的总体误差。期望值分别为E(X)与E(Y)的两个随机变量X与Y的协方差Cov(X,Y)定义为: Cov(X,Y)=E{[X-E(X)][Y-E(Y)]} 通过退化参量之间的协方差统计分析,可以确定多个退化机理或退化模式是否相关,以及相关性的强弱。无论是共因退化机理还是从属退化机理,都可以在协方差中得到体现。 ③ 基于相关系数的相关程度分析 相关系数是用于反映随机变量之间相关性密切程度的统计指标,用于度量多个退化参量的相关程度,以及它们之间是正相关还是负相关,可以用相关系数来描述。通过相关系数分析,可以进一步明确产品退化机理之间的相互影响和作用效果,确定产品退化的本质因素。 (2)多个退化机理相互独立的可靠寿命模型 产品在规定应力下,所有退化参量x1(t),x2(t),…,xn(t)之间均相对独立,相应的退化机理亦相互独立。 这时,产品的可靠性模型可以等效为多个退化参量组成的串联系统,而产品的退化寿命是多个机理竞争的结果,以最早达到失效阈值的“短板机理”来表征产品的耗损寿命。 (3)多个退化机理相互关联的可靠寿命模型。 产品在规定应力下,协方差元素所代表的退化参量之间存在关联,退化机理亦相互关联;若协方差矩阵的非对角线所有元素均不为0,则表示所有退化参量均存在关联,退化机理亦关联。 这时,产品的可靠性模型不能完全等效为多个退化参量组成的串联系统,但产品的退化寿命仍是多个退化机理竞争的结果,以最早达到失效阈值的“短板机理”来表征产品的耗损寿命,产品此时的可靠度评估,需要通过建立多维随机变量的联合概率密度函数来获得。 (4)多机理可靠寿命评估的难点问题 第一个问题是多个退化机理相互关联的可靠性建模。上述介绍已经知道,对于多个退化机理,当多个退化参量不相关时,产品可靠性建模采用串联模型;当多个退化机理相关时,如果相关性和退化参量的协方差可获得,产品可靠性建模可以通过数理统计的协方差矩阵,得到产品的联合概率密度分布函数,难点是要解决每个单一退化参量的概率密度分布函数;多个退化机理相关,但其相关性和相关程度未知,已知每个单退化量的边缘密度分布时,产品可靠性建模可以采用Copula函数融合多退化量的边缘密度分布,得到产品的联合概率密度分布函数,同样,难点是要建立每个单一退化参量的概率密度分布函数,并要考虑非线性退化带来的影响。 通过串联可靠度模型计算结果,以及多退化参量的联合概率密度函数仿真结果表明,当忽略退化参量间的相关性时,得到的可靠度评估结果将比考虑相关性时得到的结果要小,或者说,假设退化参量具有独立性,将会低估产品的可靠性。因此,如果多机理可靠性评估的目的是支撑产品的可靠性设计,采用串联模型处理,不考虑多个退化参量之间的相关性,将得到一个比考虑相关性时更保守的可靠性设计方案,在产品可靠性设计时,亦可以按单机理退化控制来设计,其代价可能是牺牲一定的几何空间、产品重量和成本。 第二个问题是多应力耦合的识别和提取。建立主要单一退化参量概率密度函数,是多机理微组装产品可靠性建模的核心基础,由于产品是通过微组装技术实现其高密度集成的,当产品在复杂环境下工作时,各元器件之间、微组装互连之间存在明显的多应力耦合,使各退化机理应力水平发生变化,如何有效识别退化部位微观区域的多应力耦合机制,量化提取耦合应力,对基于加速应力试验的模型的建立和耗损寿命外推至关重要,也是难点。 免责声明:本文内容由21ic获得授权后发布,版权归原作者所有,本平台仅提供信息存储服务。文章仅代表作者个人观点,不代表本平台立场,如有问题,请联系我们,谢谢!

    时间:2021-01-19 关键词: 电子微组装 可靠性

  • 元器件“二次筛选”试验中,我们必须要做的可靠性保障工作!

    本文来源于可靠性技术交流

    时间:2021-01-17 关键词: 元器件 可靠性

  • TT Electronics 的新型表面贴装电阻器利用基于陶瓷上贴金属箔技术提高了可靠性

    英国沃金,2020年11月24日- TT Electronics 是一家为性能关键应用提供工程电子产品的全球供应商,今天宣布推出其金属箔贴片 (MFC) 电阻器。MFC系列使用陶瓷上贴金属箔技术,该技术结合了陶瓷基板的散热特性和金属合金体电阻元件的耐浪涌特性。由此提供了比厚膜或金体电阻更低的自热水平,比厚膜提供了更好的耐浪涌特性,这使得该电阻较好的适合于汽车、工业和医疗应用。 TT Electronics产品管理与工程副总裁Barry Peters表示:“我们的MFC系列电阻器的研发是由需要控制和监控能耗的产品的爆炸性增长推动的,例如以电池供电的便携式和物联网设备。“为了满足这个领域不断增长的需求,TT通过MFC系列的首次亮相增强了电流感测电阻器产品组合,提供了比很多顶级竞争对手更广泛的尺寸和阻值。” MFC电阻器可减少了PCB的占板面积,提高误差容许度,以允许在设计中其他地方放宽对精度的要求,并最终提高产品的可靠性。MFC系列提供从0402到2512的六种尺寸,提供2至200毫欧的阻值范围,精度可达±0.5%,温漂可达±50ppm/°C。 MFC系列通过AEC-Q200认证,可用于汽车的DC-DC转换、直流电机控制、执行器控制、电源监控、便携式设备电池管理系统和LED驱动器。

    时间:2020-11-24 关键词: 电阻器 MFC 可靠性

  • 你知道可靠性的DC-DC模块电源应该如何选择吗?

    你知道可靠性的DC-DC模块电源应该如何选择吗?

    随着社会的快速发展,人们越来越离不开各种电子产品,为我们的生活带来各种各样的便利,但是众多的电子产品也需要各种电源模块,那么你知道如何选择电源模块吗? 1. 采用成熟的电源拓扑 电源模块的设计尽量选用成熟的电源拓扑,这些拓扑已经经过时间的考验,成熟可靠。例如1-2W的定压输入DC-DC电源模块选择Royer电路,而宽压输入系列则多选Flyback拓扑,部分Forward拓扑。 大部分的电源模块没有均流功能,不能直接并联使用达到增大输出功率的效果。 2. 全负载范围内高效率 高效率意味着更低的功率损失和更低的温升,可以有效提高可靠性。在实际应用中,电源都会选择一定程度的降额设计,特别是在负载IC的功耗越来越低的今天,电源大部分时候都有可能在轻载情况下工作。因此,全负载范围内高效率对于电源系统可靠性来说是非常关键的参数,但往往被电源厂商忽略。大部分厂商为了技术手册上的参数吸引客户,往往将满载效率做到较高,但在5%-50%的负载情况下效率较低。 很多客户使用电源模块,目的就是为了实现电源的隔离作用。根据不同的隔离要求选择不同的电源,通常有1000VDC、3000VDC,4000VAC等等。同时设计布板的时候,输入输出间要留有最够的爬电距离,以免造成减弱隔离效果。 以金升阳的15W DC-DC模块电源VRB2412LD-15WR2为例,VRB2412LD-15WR2在额定电压24V输入时轻载10%的效率比主流同行水平高出15%,通过效率的提升也可以有效的降低产品的外壳温升,VRB2412LD-15WR2在实际负载工作时的温升要低13.8度。 一般电源模块都具有宽电压输入范围,但是当输入电压超过电源模块设定的最大输入电压时,可能会造成电源的永久性损坏。 3. 极限温度特性 电源模块应用的地理区域非常宽广,可能有热带的酷暑也有类似俄罗斯冬天的严寒。因此要求DC-DC模块的工作温度范围最低要求为-40度~85度,也有做到更好的,例如金升阳的定压R2代1-2W工作温度可以做到-40度~105度。如果在汽车BMS、高压母线监测应用,则需要工作温度为-40度~125度,目前业界DC-DC模块只有金升阳的CF0505XT-1WR2的产品工作温度可以做到125度。 如果前端输入电源不稳定或者波动范围超过最大输入电压,可以在输入端增加相应的TVS管或者过压保护电路。 极限温度试验是最能检验电源模块可靠性的方法,例如高温老化、高温&低温带电工作性能测试、高低温循环冲击试验和长时间高温高湿测试等。正规的电源开发都会经过以上测试。因此,是否有此类测试设备也成为了判断电源厂商是否为山寨厂商的依据。 很多项目中会需要多路隔离电压,多路输出电源是一个很好的选择。但是一般多路输出电源会存在负载调节率的情况,如果输出负载不匹配的话,会导致电压输出精度差或者输出不稳。一般情况下,主路负载和辅路负载等比匹配最好。 4. 高隔离、低隔离电容 医疗产品要求极低的漏电流,电力电子产品需要原边和次级之间尽量少寄生电容。这两个行业有一个共性的需求,即要求尽量高的隔离耐压,和尽量低的隔离电容,用以降低共模干扰对系统的影响。如果在医疗或电力电子应用,1-2W DC_DC建议选取隔离电容低于10pF左右的电源模块,宽压产品则尽量选取低于150pF的电源模块。 一般的电源模块不支持热插拔功能,热插拔会造成高压尖峰,可能会导致电源产品永久性损坏 5. EMC特性 EMC性能是电子系统正常、安全工作的保证,目前电子行业对产品的EMC性能都提出了很高的要求,我们经常遇到客户抱怨因EMC处理不好导致系统的复位重启甚至是早期失效,因此优良的EMC特性是电源模块核心竞争力。 以上就是选择高可靠性的DC-DC模块电源的一些常用的方法,希望能给电子工程师在选择的时候带来一定的帮助,让设计者能设计出更好的电子产品,让我们的生活越来越丰富。

    时间:2020-11-07 关键词: DC-DC 模块电源 可靠性

  • 你知道高可靠性电源模块规划的要点有哪些吗?

    你知道高可靠性电源模块规划的要点有哪些吗?

    关于高可靠性电源模块规划,你了解吗?电源模块是能够直接安装在印刷电路板上的电源转化器。依据转化方法,它一般分为AC-DC或DC-DC。跟着技术的开展,电源容量趋于模块化和小型化,因此出现了电源模块。它具有较高的集成度,并将开关电源的主电路集成到芯片中,可完成宽带调制,隔离和各种维护功用。随着越来越多的人对电源模块的要求越来越高,可靠性要求越来越高,接下来北京稳固得电子小编就为大家分享怎样设计安全可靠的电源模块。 高可靠性电源模块规划4个要素: 1.防浪涌维护电路规划 怎么规划防浪涌维护电路,针对不同的使用,或许能够调整 电感器 TVS管的位置,这能够使体系更好地使用和正确使用电路,从而更好地进步EMC功能。留意两级防浪涌维护电路的规划,假如使用不当,会适得其反。 2.削减规划量 正确地将组件控制到指定值,削减组件数量能够延迟降级,进步组件可靠性并进步电源可靠性。 3.双电源模块规划 双向电源模块的输出应留意负载平衡。规划时,留意主辅电路均匀调节输出。 4.元件挑选 不同组件的使用将导致不同的模块功能。例如,陶瓷或电解电容器一般用于电容器挑选,而钽电容器具有长寿命,耐高温电阻,功能良好,但简单打破电路。请留意,不同的产品使用方法不同。以上就是高可靠性电源模块规划解析,希望能给大家帮助。

    时间:2020-10-25 关键词: 电源 电源模块 可靠性

  • 关于LED驱动器可靠性,你知道它为什么低吗?

    关于LED驱动器可靠性,你知道它为什么低吗?

    繁华的城市离不开LED灯的装饰,相信大家都见过LED,它的身影已经出现在了我们的生活的各个地方,也照亮着我们的生活。LED虽然发光效率较高,但流过LED的能量仍只有小部分能量以可见光的形式辐射出去,其余大部分能量以热的形式消耗在LED中,因此LED光源自身发热比较严重。行业LED驱动器可靠性低下的原因主要有以下几点: 在不调光的情况下LED驱动器就是接近满负荷工作,而在开关电源的绝大部分应用领域,如计算机电源(适配器)、通信电源、家用电器等,长期工作的平均功率通常只有额定功率几分之一,所有负载都开启的满功率状态只在特定的少数时间内会出现。 LED虽然发光效率较高,但流过LED的能量仍只有小部分能量以可见光的形式辐射出去,其余大部分能量以热的形式消耗在LED中,因此LED光源自身发热比较严重。 LED驱动器通常放置在灯具内部,靠近LED光源,在大环境温度只有20~30℃的常温下,驱动器周围的环境温度就很容易达到50~60℃,在如此高的环温下要保证驱动器的可靠性,对设计(尤其是效率指标)具有很大的挑战性。 对于道路、广场等室外照明场合,容易遭受外界雷击等自然现象损坏。 这些都将会对LED半导体照明的大规模应用造成后期维护等系列弊病。 LED驱动电源的高可靠性是LED产品质量的重要条件,同时也是亟待攻破的技术难题。现在的LED灯或许会有一些问题,但是我们相信随着科学技术的快速发展,在我们科研人员的努力下,这些问题终将呗解决,未来的LED一定是高效率,高质量的。

    时间:2020-10-16 关键词: LED 驱动器 可靠性

  • 提高电力线监控应用的系统级性能和可靠性

    提高电力线监控应用的系统级性能和可靠性

    背景知识 对于许多应用,监控电力线意味着使用电流互感器和电阻分压网络,以便感测三相及零序的电流和电压,如图1所示。AD7606B具有高输入阻抗,可以直接连接传感器,并且它提供了所需的全部内建输入模块,从而简化了数据采集系统设计。 图1. 典型的电力线监控应用中的AD7606B AD7606B在片内集成8个独立的信号链,即使采用5 V单电源供电(数字接口电压Vdrive不计),仍可接受±10 V或±5 V的真正双极性模拟输入信号。因此,无需使用外部驱动运算放大器和外部双极性电源。 每个通道都由21V模拟输入箝位保护电路、具备5MΩ输入阻抗的电阻可编程增益放大器、一阶抗混叠滤波器和16位SARADC组成。此外,还可包含一个过采样率高达256的数字均值滤波器,以及一个低温漂2.5 V基准电压源,用于帮助构建完整的电力线数据采集系统。 除了提供完整的模拟信号链之外,AD7606B还提供许多校准和诊断功能,以改善系统级性能和可靠性。 直接传感器接口 与AD7606不同,AD7606B的输入阻抗已提高到5 MΩ,使其可以直接与多种传感器接口,从而获得两个好处: ·降低外部串联电阻(例如,滤波或电阻分压网络)导致的增益误差。 ·当传感器断开时,所看到的偏移量会减小,可以轻松实现传感器断开检测功能。 外部电阻造成的增益误差 进行工厂修整时,会严格控制PGA的RFB和RIN N(一般为5MΩ),确保准确设置AD7606B的增益。但是,如图1所示,如果在前端放置一个外部电阻,那么实际增益与理想的修整RFB/RIN值之间会存在偏差。 RFILTER越高,增益误差越大,这需要从控制器一侧补偿。但是,RIN越高,相同RFILTER 产生的影响就越小。与AD7606具有1 MΩ输入阻抗不同,AD7606B具有5 MΩ阻抗,这意味着在没有任何校准的情况下,相同串联电阻(RFILTER)的增益误差会降低到约1/5,如图2所示。 图2. 串联电阻导致的增益误差 但是,通过在软件模式下使用AD7606B,系统增益误差可以基于每个通道自动进行片内补偿,因此完全无需再在控制器一侧实施任何增益校准计算。 传感器断开检测 传统上,将下拉电阻(RPD)与传感器(图1中所示的电流互感器)并联,用户可通过监测多个样本(N)的ADC输出代码是否重复小于20 LSBs,来检测传感器何时断开。 建议采用比传感器的源阻抗大得多的RPD,将该并联电阻可能产生的误差减至最小。但是,RPD越大,在传感器断开时生成的ADC输出代码也越大,这并非我们期望的结果。由于AD7606B的RIN比AD7606大,对于给定的RPD,如果传感器断开,ADC输出代码会降低(如图3所示),从而降低了误报的风险。 图3. 传感器与ADC的模拟输入断开连接时的偏置误差 进入AD7606B的软件模式时,可以使用开路检测功能,从而无需后端软件来检测传感器断开情况。编程设置样本数量N(在图4的示例中,N = 3)之后,如果模拟输入保持由几个样本报告较小的直流值,算法会自动运行,并在模拟输入信号断开被判定为开路时,置一个标记位。 图4. 传感器断开检测 系统级性能 系统失调校准 使用一对外部电阻时,如图1所示,它们之间出现任何不匹配都会导致产生偏移。传感器短接至地时,该偏移可以测量为ADC输出代码。然后,可以通过编程设置对应的通道偏移寄存器,在转换结果中增加或减去–128 LSBs至+127 LSBs偏移,以补偿系统偏移。 系统相位校准 CONVST引脚用于管理模数转换启动,以便同时在所有通道上触发该流程。但是,对于通过电流互感器(CT)测量电流同时通过分压电阻按比例缩小来测量电压的应用,存在电流和电压通道之间相位不匹配的情况。为了补偿这种不匹配,AD7606B可以延迟任何通道(相对延迟大一点儿的通道)上的采样时刻,以便将输出信号调整到同相,如图5所示。 图5. 相位调整 系统可靠性 为了提高系统的可靠性,在片内增加了几种诊断功能,包括: ·每个通道上的过压/欠压比较器。 ·一种接口检查,在每个通道上输出固定的数据,以验证通信状态。 ·如果尝试对无效寄存器实施写入或读取,则会发出SPI无效读取/写入警报。 ·在转换开始后,如果BUSY线持续的时间比正常时间长,则会发出BUSY STUCK HIGH警报。 ·如果检测到对内部LDO稳压器的完全、部分或上电复位,则发出复位检测警报。 ·可以对存储器映射、ROM和每个接口通信实施CRC校验,以确保正确初始化和/或操作。 总结 AD7606B为市场带来了完整的芯片数据采集系统。可实现所有的模拟前端内建模块。它提供了一套完整的高级诊断功能,以及增益、偏移和相位校准。因此,AD7606B降低了组件成本和系统 设计的复杂性,从而简化了电力线监控应用设计。

    时间:2020-09-07 关键词: 系统级性能 电力线监控 可靠性

  • 描述了智能电网特性的八个特征

    描述了智能电网特性的八个特征

    智能电网包括八个方面的主要特征,这些特征从功能上描述了电网的特性,而不是最终应用的具体技术,它们形成了智能电网完整的景象。 智能电网是自愈电网。从本质上讲,自愈就是智能电网的“免疫系统”。自愈电网进行连续不断的在线自我评估以预测电网可能出现的问题,发现已经存在的或正在发展的问题,并立即采取措施加以控制或纠正。以确保电网的可靠性、安全性、电能质量和效率。 智能电网激励和包括用户。从智能电网的角度来看,用户的需求完全是另一种可管理的资源,它将有助于平衡供求关系,确保系统的可靠性;从用户的角度来看,电力消费是一种经济的选择,通过参与电网的运行和管理,修正其使用和购买电力的方式,从而获得实实在在的好处。 智能电网将抵御攻击。智能电网的安全策略将包含威慑、预防、检测、反应,以尽量减少和减轻对电网和经济发展的影响。 智能电网提供满足21世纪用户需求的电能质量。电能质量指标包括电压偏移、频率偏移、三相不平衡、谐波、闪变、电压骤降和突升等。 智能电网将减轻来自输电和配电系统中的电能质量事件。通过其先进的控制方法监测电网的基本元件,从而快速诊断并准确地提出解决任何电能质量事件的方案。此外,智能电网的设计还要考虑减少由于闪电、开关涌流、线路故障和谐波源引起的电能质量的扰动,同时应用超导、材料、储能以及改善电能质量的电力技术的最新研究成果来解决电能质量的问题。 智能电网将容许各种不同类型发电和储能系统的接入。 智能电网将使电力市场蓬勃发展。智能电网通过市场上供给和需求的互动,可以最有效地管理如能源、容量、容量变化率、潮流阻塞等参量,降低潮流阻塞,扩大市场,汇集更多的买家和卖家。 智能电网优化其资产应用,使运行更加高效。例如,通过动态评估技术以使资产发挥其最佳的能力,通过连续不断地监测和评价其能力使资产能够在更大的负荷下使用。

    时间:2020-08-04 关键词: 智能电网 安全性 可靠性

  • 你知道LED电源可靠性的检测方法吗?

    你知道LED电源可靠性的检测方法吗?

    什么是LED电源可靠性?应该如何检测?1、描述输入电压影响输出电压的几个指标形式 (1)稳压系数 ①绝对稳压系数K 表示负载不变时,稳压电源输出直流电压变化量△Uo与输入电网电压变化量△Ui之比,即K=△Uo/△Ui。 ②相对稳压系数S 表示负载不变时,稳压器输出直流电压Uo的相对变化量△Uo/Uo与输入电网电压Ui的相对变化量△Ui/Ui之比,即S=△Uo/Uo/△Ui/Ui。 (2)电网调整率 表示输入电网电压由额定值变化+/-10%时,稳压电源输出电压的相对变化量,有时也以绝对值表示。 (3)电压稳定度 负载电流保持为额定范围内的任何值,输入电压在规定的范围内变化所引起的输出电压相对变化△Uo/Uo(百分值),称为稳压器的电压稳定度。 2、负载对输出电压影响的几种指标形式 (1)负载调整率(也称电流调整率) 在额定电网电压下,负载电流从零变化到最大值时,输出电压的最大相对变化量,常用百分数表示,有时也用绝对变化量表示。 (2)输出电阻(也称等效内阻或内阻) 在额定电网电压下,由于负载电流变化△IL引起输出电压变化△Uo,则输出电阻为Ro=|△Uo/△IL|Ω。 3、纹波电压的几个指标形式 (1)最大纹波电压 在额定输出电压和负载电流下,输出电压纹波(包括噪声)的绝对值的大小,通常以峰值或有效值表示。 (2)纹波系数Y(%) 在额定负载电流下,输出纹波电压的有效值Urms与输出直流电压Uo之比,即Y=Umrs/Uox100%。 (3)纹波电压抑制比 在规定的纹波频率(例如50HZ)下,输入电压中的纹波电压Ui~与输出电压中的纹波电压Uo~之比,即:纹波电压抑制比=Ui~/Uo~。 4、电气安全要求 (1)电源结构的安全要求 ①空间要求 UL、CSA、VDE安全规范强调了在带电部分之间和带电部分与非带电金属部分之间的表面、空间的距离要求。 UL、CSA要求:极间电压大于等于250VAC的高压导体之间,以及高压导体与非带电金属部分之间(这里不包括导线间),无论在表面间还是在空间,均应有0.1吋的距离;VDE要求交流线之间有3mm的徐变或2mm的净空间隙;IEC要求:交流线间有3mm的净空间隙及在交流线与接地导体间的4mm的净空间隙。另外,VDE、IEC要求在电源的输出和输入之间,至少有8mm的空间间距。 ②电介质实验测试方法 打高压:输入与输出、输入和地、输入AC两级之间。 ③漏电流测量 漏电流是流经输入侧地线的电流,在开关电源中主要是通过静噪滤波器的旁路电容器泄露电流。UL、CSA均要求暴露的不带电的金属部分均应与大地相接,漏电流测量是通过将这些部分与大地之间接一个1.5kΩ的电阻,其漏电流应该不大于5毫mA。 VDE允许用1.5kΩ的电阻与150nPF电容并接,并施加1.06倍额定使用电压,对数据处理设备,漏电流应不大于3.5mA,一般是1mA左右。 ④绝缘电阻测试 VDE要求:输入和低电压输出电路之间应有7MΩ的电阻,在可接触到的金属部分和输入之间,应有2MΩ的电阻或加500V直流电压持续1min。 ⑤印制电路板 要求使用UL认证的94V-2材料或更好的材料。 (2)对电源变压器结构的安全要求 ①变压器的绝缘 变压器的绕组使用的铜线应为漆包线,其他金属部分应涂有瓷、漆等绝缘物质。 ②变压器的介电强度 在实验中不应出现绝缘层破裂和飞弧现象。 ③变压器的绝缘电阻 变压器绕组间的绝缘电阻至少为10MΩ,在绕组与磁心、骨架、屏蔽层间施加500伏直流电压,持续1min,不应出现击穿、飞弧现象。 ④变压器湿度电阻 变压器必须在放置于潮湿的环境之后,立即进行绝缘电阻和介电强度实验,并满足要求。潮湿环境一般是:相对湿度为92%(公差为2%),温度稳定在20℃到30℃之间,误差允许1%,需在内放置至少48h之后,立即进行上述实验。此时变压器的本身温度不应该较进入潮湿环境之前测试高出4℃。 ⑤VDE关于变压器温度特性的要求。 ⑥UL、CSA关于变压器温度特性的要求。 5、电磁兼容性试验 电磁兼容性是指设备或系统在共同的电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁干扰的能力。 电磁干扰波一般有两种传播途径,要按各个途径进行评价。一种是以波长较长的频带向电源线传播,给发射区以干扰的途径,一般在30MHz以下。这种波长较长的频率在附属于电子设备的电源线的长度范围内还不满1个波长,其辐射到空间的量也很少,由此可掌握发生于LED电源线上的电压,进而可充分评估干扰的大小,这种噪声叫做传导噪声。 当频率达到30MHz以上,波长也会随之变短。这时如果只对发生于电源线的噪声源电压进行评价,就与实际干扰不符。因此,采用了通过直接测定传播到空间的干扰波评价噪声大小的方法,该噪声就叫做辐射噪声。 测定辐射噪声的方法有按电场强度对传播空间的干扰波进行直接测定的方法和测定泄露到电源线上的功率的方法。 电磁兼容性试验包括以下试验内容: ①磁场敏感度 (抗扰性)设备、分系统或系统暴露在电磁辐射下不希望有的响应程度。敏感度电平越小,敏感性越高,抗扰性越差。包括固定频率、峰峰值的磁场测试。 ②静电放电敏感度 具有不同静电电位的物体相互靠近或直接接触引起的电荷转移。300PF电容充电到15000V,通过500Ω电阻放电。可超差,但放完后要正常。测试后,数据传递、储存不能丢。 ③LED电源瞬态敏感度 包括尖峰信号敏感度(0.5μs、10μs2倍)、电压瞬态敏感度(10%~30%,30S恢复)、频率瞬态敏感度(5%~10%,30S恢复)。 ④辐射敏感度 对造成设备降级的辐射干扰场的度量。(14kHz~1GHz,电场强度为1V/M)。 ⑤传导敏感度 当引起设备不希望有的响应或造成其性能降级时。 对在电源、控制或信号线上的干扰信号或电压的度量(30Hz~50kHz/3V,50kHz~400MHz/1V)。 ⑥非工作状态磁场干扰 包装箱4.6m,磁通密度小于0.525μT;0.9m,0.525μT。 ⑦工作状态磁场干扰 上、下、左、右交流磁通密度小于0.5mT。 ⑧传导干扰沿着导体传播的干扰。10kHz~30MHz,60(48)dBμV。 ⑨辐射干扰:通过空间以电磁波形式传播的电磁干扰。 10kHz~1000MHz,30屏蔽室60(54)μV/m。以上就是LED电源可靠性检测方法,希望能给大家帮助。

    时间:2020-07-31 关键词: LED 电源 可靠性

  • 你知道低功率LED可靠性应该怎么测试吗?

    你知道低功率LED可靠性应该怎么测试吗?

    什么是低功率LED可靠性?你知道吗?一般来说,LED的可靠性是以半衰期(即光输出量减少到最初值一半的时间)来表征,大概在1万到10万小时之间LED的可靠性测试包括静电敏感度特性、寿命、环境特性等指标的测试。 静电敏感度特性是指LED能承受的静电放电电压。某些LED由于电阻率较高,且正负电极距离很短,若两端的静电电荷累积到一定值时,这一静电电压会击穿PN结,严重时可将PN结击穿导致LED失效,因此必须对LED的静电敏感度特性进行测试,获得LED的静电放电故障临界电压。目前一般采用人体模式、机器模式、器件充电模式来模拟现实生活中的静电放电现象。 为了观察LED在长期连续使用情况下旋光性能的变化规律,需要对LED进行抽样试验,通过长期观察和统计获得LED寿命参数。对于LED环境特性的试验往往采用模拟LED在应用中遇到的各类自然侵袭,一般有:高低温冲击试验、湿度循环试验、潮湿试验、盐雾试验、沙尘试验、辐照试验、振动和冲击试验、跌落试验、离心加速度试验等。一般测试低功率LED的可靠性具体项目有以下几点: 1.焊锡耐热性:260℃±5℃,5Sec,外观和电气特性无异常。 2.温度循环试验:85℃(30min)——转换5min——40℃(30min) 为1cycle,,需做50cycle,外观和电气特性无异常。 3.热冲击试验:100℃(5min)——转换10sec——10℃(5min) 1cycle, 需做50cycle,外观和电气特性无异常。 4.高温储存试验:在温度100℃环境下放置1000Hrs,外观和电气特性无异常。 5.低温储存试验:在温度-40℃环境下放置1000Hrs,外观和电气特性无异常。 6.高温高湿放置试验:在温度85℃/相对湿度85%RH环境下放置1000Hrs,外观和电气特性无异常。 7.引脚拉力试验:依据引脚截面积的大小施加重力/30Sec,引脚须无拉脱及松动,电气特性无异常。 8.引脚弯折试验:依据引脚截面积的大小施加重力,弯折±90度(距本体3mm处)2回,引脚须无折断及松动,电气特性无异常。 9.寿命试验:施加IF电流,连续工作1000Hrs,外观和电气特性无异常。以上就是低功率LED可靠性解析,希望能给大家帮助。

    时间:2020-07-30 关键词: LED 低功率 可靠性

  • 你知道LED封装可靠性的影响因素吗?

    你知道LED封装可靠性的影响因素吗?

    你知道LED封装可靠性吗?有哪些因素会影响它?LED器件占LED显示屏成本约40%~70%,LED显示屏成本的大幅下降得益于LED器件的成本降低。LED封装质量的好坏对LED显示屏的质量影响较大。封装可靠性的关键包括芯片材料的选择、封装材料的选择及工艺管控。随着LED显示屏逐渐向着高端市场渗透,对LED显示屏器件的品质要求也越来越高。 LED显示屏器件封装所用的主要材料组成包括支架、芯片、固晶胶、键合线和封装胶等。SMD(Surface Mounted Devices)指表面贴装型封装结构LED,主要有PCB板结构的LED(ChipLED)和PLCC结构的LED(TOP LED)。 本文主要研究TOP LED,下文中所提及的SMD LED均指的是TOP LED。下面从封装材料方面来介绍目前国内的一些基本发展现状。 LED支架 (1)支架的作用。PLCC(Plastic Leaded Chip Carrier)支架是SMD LED器件的载体,对LED的可靠性、出光等性能起到关键作用。 (2)支架的生产工艺。PLCC支架生产工艺主要包括金属料带冲切、电镀、PPA(聚邻苯二酰胺)注塑、折弯、五面立体喷墨等工序。其中,电镀、金属基板、塑胶材料等占据了支架的主要成本。 (3)支架的结构改进设计。PLCC支架由于PPA和金属结合是物理结合,在过高温回流炉后缝隙会变大,从而导致水汽很容易沿着金属通道进入器件内部从而影响可靠性。 为提高产品可靠性以满足高端市场需求的高品质的LED显示器件,部分封装成厂改进了支架的结构设计,如佛山市某光电股份有限公司采用先进的防水结构设计、折弯拉伸等方法来延长支架的水汽进入路径,同时在支架内部增加防水槽、防水台阶、放水孔等多重防水的措施。 该设计不仅节省了封装成本,还提高了产品可靠性,目前已经大范围应用于户外led显示屏产品中。 通过SAM(Scanning Acoustic Microscope)测试折弯结构设计的LED支架封装后和正常支架的气密性,结果可以发现采用折弯结构设计的产品气密性更好。 芯片 LED芯片是LED器件的核心,其可靠性决定了LED器件乃至LED显示屏的寿命、发光性能等。LED芯片的成本占LED器件总成本也是很大的。随着成本的降低,LED芯片尺寸切割越来越小,同时也带来了一系列的可靠性问题。 随着尺寸的缩小,P电极和N电极的pad也随之缩小,电极pad的缩小直接影响焊线质量,容易在封装过程和使用过程中导致金球脱离甚至电极自身脱离,最终失效。 同时,两个pad间的距离a也会缩小,这样会使得电极处电流密度的过度增大,电流在电极处局部聚集,而分布不均匀的电流严重影响了芯片的性能,使得芯片出现局部温度过高、亮度不均匀、容易漏电、掉电极、甚至发光效率低等问题,最终导致led显示屏可靠性降低。 键合线 键合线是LED封装的关键材料之一,它的功能是实现芯片与引脚的电连接,起着芯片与外界的电流导入和导出的作用。LED器件封装常用键合线包括金线、铜线、镀钯铜线以及合金线等。 (1)金线。金线应用广泛,工艺成熟,但价格昂贵,导致LED的封装成本过高。 (2)铜线。铜线代替金丝具有廉价、散热效果好,焊线过程中金属间化合物生长数度慢等优点。缺点是铜存在易氧化、硬度高及应变强度高等。尤其在键合铜烧球工艺的加热环境下,铜表面极易氧化,形成的氧化膜降低了铜线的键合性能,这对实际生产过程中的工艺控制提出更高的要求。 (3)镀钯铜线。为了防止铜线氧化,镀钯键合铜丝逐渐受到封装界的关注。镀钯键合铜丝具有机械强度高、硬度适中、焊接成球性好等优点非常适用于高密度、多引脚集成电路封装。 胶水 目前,LED显示屏器件封装的胶水主要包括环氧树脂和有机硅两类。 (1)环氧树脂。环氧树脂易老化、易受湿、耐热性能差,且短波光照和高温下容易变色,在胶质状态时有一定的毒性,热应力与LED不十分匹配,会影响LED的可靠性及寿命。所以通常会对环氧树脂进行攻性。 (2)有机硅。有机硅相比环氧树脂具有较高的性价比、优良的绝缘性、介电性和密着性。但缺点是气密性较差,易吸潮。所以很少被使用在LED显示屏器件的封装应用中。 另外,高品质LED显示屏对显示效果也提出特别的要求。有些封装厂采用添加剂的方式来改善胶水的应力,同时达到哑光雾面的效果。无外观破坏及标记损坏在IPA溶剂中浸泡5±0.5分钟,室温下干燥5分钟,然后擦拭10次。以上就是LED封装可靠性的影响因素,希望能给大家帮助。

    时间:2020-07-30 关键词: LED 封装 可靠性

  • 你知道LED护栏管的可靠性以及相应的解决办法吗?

    你知道LED护栏管的可靠性以及相应的解决办法吗?

    什么是LED护栏管的可靠性?你知道吗?LED照明正处于蓬勃发展时期,各个城市的亮化工程正如火如荼的开展着,其中护栏管的应用尤其广泛,例如重庆的城市亮化工程、珠江的亮化工程都用了大量的LED护栏管。但是,自护栏管诞生起,就没离开过各种各样的质量问题。 国内的绝大部分工程都出现了质量问题,有些工程甚至是刚通过验收就花了。除了政府和其他业主的最低价中标策略, 缺乏良好的工程前期施工和验收的严格监管体制,从业厂家不注重开发,同质化低价竞争等导致市场上护栏管质量普遍低劣的因素以外,目前国内绝大多数LED护栏管厂家积累的经验太少,投入的研发力量少也是一个重要的因素。 本文将从几个方面来介绍护栏管的可靠性问题以及这些问题的解决方案,希望能给护栏管厂家,灯光工程公司及业主一些有价值的参考和借鉴。 2. LED护栏管需要解决的可靠性问题 2.1 防水 以前的LED护栏管是在外罩接口处用硅胶密封,内部LED、电路都是裸露的,由于昼夜温差大,外罩的端头与外罩热胀冷缩不同,导致硅胶密封处出现缝隙,下雨后雨水渗进内部,可想而知结果会怎么样。要解决这个问题,一定要求对内部电路和LED灌胶处理,外面外罩硅胶密封固然简单,但可靠性达不到在户外大规模应用的要求。 另一个问题就是电气连接的接头问题。很多厂家为了便宜往往选择塑胶接头,或者选择质量较差的金属接头,短时间的测试和使用,塑胶还没有变形,防水是没有问题,但是经过太阳的照射和昼夜温差变化,四季气候变化,塑胶就会变形,从而导致防水胶圈失效,雨水渗进接头内部导致电线短路,特别在带电状态,电线的腐蚀比不带电状态下高若干个数量级。 本人曾经做的实验,信号线接触水后在8个小时通电状态下就已经腐蚀的象铁锈一样。较差的金属接头的价格只有正规厂家的几分之一,由于表面处理和本身材料问题,也容易被雨水腐蚀,导致信号短路。 2.2 防紫外线 LED护栏管由于要求混光,在外面都会加上外罩,外罩的材料选择是很多不规范公司降低成本的又一个手段,质量好的产品都会使用增加了抗紫外线的材料,如GE, 拜尔等材料,而质量不好的LED护栏管很多使用混合了水口料的材料,谈不上抗紫外线,太阳光比较大的地方,不到一个月,外罩就变成黄色的了,从而出光效果变差,透光率也大大减小。 2.3 防开裂 这个问题,还是外罩的问题,如果选择的是带水口料的材料,材料内应力很难去除,导致材料开裂。即使选择比较好的材料,如果设计,生产工艺不合理,也会产生很多内应力,有经验的公司都会在注塑时选择恒温保护,尽量减少内应力,还有一个去除内应力很好的办法,如果对此有兴趣的读者可以咨询材料方面的专家。 2.4 线损 铜是一些厂家节省成本的地方,大家都知道,一般好的生产厂家都会在内部使用1mm2以上的导线,而且导线使用的是符合国标的产品。如果导线面积不够,电阻较大,前面的护栏管和后面的护栏管就有较大的电压差,为了让后面的LED电流与前面的一致,一定需要增加输入电压,这样无形中就增加了功耗,很多电能不是驱动LED,而是浪费在导线和恒流芯片上。一般来说如果设计的产品前后电压超过15%,问题就很严重了,因为现在通用的恒流芯片都是有功耗要求的,如果功耗太大,热量散不出去就会导致芯片烧毁。大家现在应该明白为什么很多级连的LED护栏管都是前面坏的多了。 2.5 散热 这个问题不仅体现的成本问题上,更多的是体现一个厂家的技术实力上,现在有些LED护栏管外罩和低座完全是一体的,都是塑胶材料,而且LED排布很密,这样当达到热平衡时,LED的结温已经很高了,如果工作时的环境温度较高,LED的寿命会急剧减少。 实力强的LED护栏管公司肯定会有热设计人员,在设计护栏管时要将LED的热量和恒流芯片的热量有效的导到大气中去。大家应该想到使用铝材是比较好的解决方案,铝的导热系数高,可以有效的将内部热量导出。另外在设计时也要尽量将PCB靠近铝底座,从而减少灌封胶部分产生的热阻。 这个问题又涉及到另一个问题,即灌封胶的选择上,好的灌封胶不仅要求硬度适中,也要求有比较高的导热系数,目前很多护栏管厂家借鉴LED大屏的经验,使用韩国的灌封胶,这是个不错的选择,本人综合的比较后发现某家德国公司的灌封胶在综合性能上更胜一筹。 3. 结论 LED护栏管的电子部分看起来比较简单,但要做到高稳定性还是要做很多细致的设计的。当然对于护栏管目前存在的问题来看,最为关键的还是要解决好防水设计、散热设计等问题。以上就是LED护栏管的可靠性解析,希望能给大家帮助。

    时间:2020-07-30 关键词: LED 护栏管 可靠性

  • 你知道PCB电路板可靠性设计原则吗?

    你知道PCB电路板可靠性设计原则吗?

    在科技高度发展的今天,电子产品的更新换代越来越快,LED灯的技术也在不断发展,为我们的城市装饰得五颜六色。目前电子器材用于各类电子设备和系统仍然以印制电路板为主要装配方式。实践证明,即使电路原理图设计正确,印制电路板设计不当,也会对电子设备的可靠性产生不利影响。例如,如果印制板两条细平行线靠得很近,则会形成信号波形的延迟,在传输线的终端形成反射噪声。因此,在设计印制电路板的时候,应注意采用正确的方法。 地线设计 在电子设备中,接地是控制干扰的重要方法。如能将接地和屏蔽正确结合起来使用,可解决大部分干扰问题。电子设备中地线结构大致有系统地、机壳地(屏蔽地)、数字地(逻辑地)和模拟地等。在地线设计中应注意以下几点: 1、正确选择单点接地与多点接地 在低频电路中,信号的工作频率小于1MHz,它的布线和器件间的电感影响较小,而接地电路形成的环流对干扰影响较大,因而应采用一点接地。当信号工作频率大于10MHz时,地线阻抗变得很大,此时应尽量降低地线阻抗,应采用就近多点接地。当工作频率在1~10MHz时,如果采用一点接地,其地线长度不应超过波长的1/20,否则应采用多点接地法。 2、将数字电路与模拟电路分开 电路板上既有高速逻辑电路,又有线性电路,应使它们尽量分开,而两者的地线不要相混,分别与电源端地线相连。要尽量加大线性电路的接地面积。 3、尽量加粗接地线 若接地线很细,接地电位则随电流的变化而变化,致使电子设备的定时信号电平不稳,抗噪声性能变坏。因此应将接地线尽量加粗,使它能通过三位于印制电路板的允许电流。如有可能,接地线的宽度应大于3mm。 4、将接地线构成闭环路 设计只由数字电路组成的印制电路板的地线系统时,将接地线做成闭环路可以明显的提高抗噪声能力。其原因在于:印制电路板上有很多集成电路元件,尤其遇有耗电多的元件时,因受接地线粗细的限制,会在地结上产生较大的电位差,引起抗噪声能力下降,若将接地结构成环路,则会缩小电位差值,提高电子设备的抗噪声能力。 电磁兼容性设计 电磁兼容性是指电子设备在各种电磁环境中仍能够协调、有效地进行工作的能力。电磁兼容性设计的目的是使电子设备既能抑制各种外来的干扰,使电子设备在特定的电磁环境中能够正常工作,同时又能减少电子设备本身对其它电子设备的电磁干扰。 1、选择合理的导线宽度 由于瞬变电流在印制线条上所产生的冲击干扰主要是由印制导线的电感成分造成的,因此应尽量减小印制导线的电感量。印制导线的电感量与其长度成正比,与其宽度成反比,因而短而精的导线对抑制干扰是有利的。时钟引线、行驱动器或总线驱动器的信号线常常载有大的瞬变电流,印制导线要尽可能地短。对于分立元件电路,印制导线宽度在1.5mm左右时,即可完全满足要求;对于集成电路,印制导线宽度可在0.2~1.0mm之间选择. 2、采用正确的布线策略 采用平等走线可以减少导线电感,但导线之间的互感和分布电容增加,如果布局允许,最好采用井字形网状布线结构,具体做法是印制板的一面横向布线,另一面纵向布线,然后在交叉孔处用金属化孔相连。 为了抑制印制板导线之间的串扰,在设计布线时应尽量避免长距离的平等走线,尽可能拉开线与线之间的距离,信号线与地线及电源线尽可能不交叉。在一些对干扰十分敏感的信号线之间设置一根接地的印制线,可以有效地抑制串扰。 为了避免高频信号通过印制导线时产生的电磁辐射,在印制电路板布线时,还应注意以下几点: ● 尽量减少印制导线的不连续性,例如导线宽度不要突变,导线的拐角应大于90度禁止环状走线等。 ● 时钟信号引线最容易产生电磁辐射干扰,走线时应与地线回路相靠近,驱动器应紧挨着连接器。 ● 总线驱动器应紧挨其欲驱动的总线。对于那些离开印制电路板的引线,驱动器应紧紧挨着连接器。 ● 数据总线的布线应每两根信号线之间夹一根信号地线。最好是紧紧挨着最不重要的地址引线放置地回路,因为后者常载有高频电流。 ● 在印制板布置高速、中速和低速逻辑电路时,应按照图1的方式排列器件。 3、抑制反射干扰 为了抑制出现在印制线条终端的反射干扰,除了特殊需要之外,应尽可能缩短印制线的长度和采用慢速电路。必要时可加终端匹配,即在传输线的末端对地和电源端各加接一个相同阻值的匹配电阻。根据经验,对一般速度较快的TTL电路,其印制线条长于10cm以上时就应采用终端匹配措施。匹配电阻的阻值应根据集成电路的输出驱动电流及吸收电流的最大值来决定。 去耦电容配置 在直流电源回路中,负载的变化会引起电源噪声。例如在数字电路中,当电路从一个状态转换为另一种状态时,就会在电源线上产生一个很大的尖峰电流,形成瞬变的噪声电压。配置去耦电容可以抑制因负载变化而产生的噪声,是印制电路板的可靠性设计的一种常规做法,配置原则如下: ● 电源输入端跨接一个10~100uF的电解电容器,如果印制电路板的位置允许,采用100uF以上的电解电容器的抗干扰效果会更好。 ● 为每个集成电路芯片配置一个0.01uF的陶瓷电容器。如遇到印制电路板空间小而装不下时,可每4~10个芯片配置一个1~10uF钽电解电容器,这种器件的高频阻抗特别小,在500kHz~20MHz范围内阻抗小于1Ω,而且漏电流很小(0.5uA以下)。 ● 对于噪声能力弱、关断时电流变化大的器件和ROM、RAM等存储型器件,应在芯片的电源线(Vcc)和地线(GND)间直接接入去耦电容。 ● 去耦电容的引线不能过长,特别是高频旁路电容不能带引线。 印制电路板的尺寸与器件的配置 印制电路板大小要适中,过大时印制线条长,阻抗增加,不仅抗噪声能力下降,成本也高;过小,则散热不好,同时易受临近线条干扰。 在器件布置方面与其它逻辑电路一样,应把相互有关的器件尽量放得靠近些,这样可以获得较好的抗噪声效果。时种发生器、晶振和CPU的时钟输入端都易产生噪声,要相互靠近些。易产生噪声的器件、小电流电路、大电流电路等应尽量远离逻辑电路,如有可能,应另做电路板,这一点十分重要。 五、热设计 从有利于散热的角度出发,印制版最好是直立安装,板与板之间的距离一般不应小于2cm,而且器件在印制版上的排列方式应遵循一定的规则: ● 对于采用自由对流空气冷却的设备,最好是将集成电路(或其它器件)按纵长方式排列;对于采用强制空气冷却的设备,最好是将集成电路(或其它器件)按横长方式排列: ● 同一块印制板上的器件应尽可能按其发热量大小及散热程度分区排列,发热量小或耐热性差的器件(如小信号晶体管、小规模集成电路、电解电容等)放在冷却气流的最上流(入口处),发热量大或耐热性好的器件(如功率晶体管、大规模集成电路等)放在冷却气流最下游。 ● 在水平方向上,大功率器件尽量靠近印制板边沿布置,以便缩短传热路径;在垂直方向上,大功率器件尽量靠近印制板上方布置,以便减少这些器件工作时对其它器件温度的影响。 ● 对温度比较敏感的器件最好安置在温度最低的区域(如设备的底部),千万不要将它放在发热器件的正上方,多个器件最好是在水平面上交错布局。 ● 设备内印制板的散热主要依靠空气流动,所以在设计时要研究空气流动路径,合理配置器件或印制电路板。空气流动时总是趋向于阻力小的地方流动,所以在印制电路板上配置器件时,要避免在某个区域留有较大的空域。整机中多块印制电路板的配置也应注意同样的问题。 大量实践经验表明,采用合理的器件排列方式,可以有效地降低印制电路的温升,从而使器件及设备的故障率明显下降。 以上所述只是印制电路板可靠性设计的一些通用原则,印制电路板可靠性与具体电路有着密切的关系,在设计中不还需根据具体电路进行相应处理,才能最大程度地保证印制电路板的可靠性。以上就是LED技术的相关知识,相信随着科学技术的发展,未来的LED灯回越来越高效,使用寿命也会由很大的提升,为我们带来更大便利。

    时间:2020-05-27 关键词: 电路板 PCB 可靠性

  • 电源可靠性预测方法,你知道吗?

    电源可靠性预测方法,你知道吗?

    什么是电源可靠性预测?应该怎么做?数据手册是元器件、模块或系统性能的全面的、经测试和经验证信息的完美信息库。在电源单元(PSU)的情况下,数据手册为工程师提供了大量的性能参数,包括纹波和噪声、效率、调节精度、隔离电压、电磁排放量等。所提供的信息的数量和详细程度为用户在任何给定应用中实现预期性能提供了极大的信心。 但另一个重要的性能参数——电源可靠性又如何呢?事实上,当今的知名制造商提供的电源单元(PSU)具有极长的寿命。其寿命在由可靠性标准(如MIL-HDBK-217或Telcordia)规定的测试条件下进行了精确预测。更重要的是,经验表明,除了这些严格定义的参数之外,高质量的电源单元PSU也提供超长寿命。 但是,系统设计人员仍然面临一个问题:在这些测试条件以外的条件下操作时,他们如何自信地预测电源单元(PSU)的平均寿命?各种各样常见因素可能打破这些条件,如:热、冲击和振动、电源电压的瞬态波动、电解电容的老化等都可能引起过早失效。因此,数据手册的标准寿命额定值很少完全适用于真实世界的产品。 同时,无法控制最终产品的可靠性是难以接受的。品牌的声誉是一笔宝贵的财富。处置和维修的环境和费用成本也是一种浪费。 那么,系统设计工程师怎样才能自信地预估商用现货(COTS)电源单元的可靠性?而且,最大限度地提高信心水平的最有效的方法是什么? 制造商的可靠性数据的限制 最常用的表征一个新的COTS PSU的寿命的值是故障前平均时间(MTTF)或平均故障间隔时间(MTBF)值。故障前平均时间(MTTF)在恒定工作(环境)温度下通常为数千小时。 当然,故障前平均时间(MTTF)并没有给出从大量单元中随机抽取的任何单个单元的失效时间:MTTF是一个平均值。有的单元的寿命比额定MTTF值更长,有的则会更早失效。事实上,假定一个恒定的故障率在电子设备的操作条件下是不切实际的假设,单个单元的寿命能够持续到MTTF值的概率只有37%。换句话说,故障前平均时间(MTTF)经过69%后,半数的单元将失效,如图1所示。 这是因为,具有恒定故障率的故障由一个指数因子表征,如以下等式所示,用于计算元器件在给定时间后没有发生故障的可能性:R(t) = e-λt 其中:λ = 元器件的平均故障率 PSU制造商采用基于高度加速测试的模型以预测其产品的故障率。他们不能在正常操作条件下运行PSU的测试,并等待观察故障,因为需要许多年的时间来收集统计显著性数据。因此,他们将其产品暴露于过高的温度、振动、电流和电压应力下,以便使它们迅速失效。 显然,需要一种合理的方法将加速测试的结果转换成数据手册中的MTTF值;有信誉的PSU制造商应认真核实并完善自己的方法,以确保其能反映用户的真实世界体验。 因此,到目前为止,我们也许可以信任由值得信赖的制造商指定的数据手册中的MTTF值。但由于它仅适用于很窄的工作条件,当在一系列竞争产品中进行选择时,最好仅将它作为一个比较工具。换句话说,MTTF适用于指示在类似条件下经过测试的不同PSU的相对寿命。 但是,任何给定应用中的MTTF真实值高度依赖于该应用的操作条件。温度对寿命的影响最大,但寿命也受输入和输出电流和电压的绝对水平、这些参数的变化率、机械应力以及其他因素的影响。 因此,尽管MTTF值是基于一系列的“典型”和恒定操作条件而计算的,但许多用户的应用将在以下条件下运行: ·充满变化 ·与“典型”值不同 即使应用具有恒定的条件,这些条件也几乎不可能与数据手册的典型应用条件相同。 因此,当在任何给定的真实世界应用中估计故障率的时候,数据手册中的故障率和可靠性信息仅能提供有限的效用。电源系统设计人员必须设计适应其终端产品的最大可接受的故障率。不管该目标故障率是几乎为零(在任务关键型应用中)还是每10,000小时一次故障(在低成本消费产品的情况下),设计人员都必须具有高度信心,使现场的实际故障率至少达到最低目标。 如上所述,数据表中的MTTF不能提供如此高的信心水平,除非在规定的恒定操作条件下。那么,电源系统设计人员怎样才能更自信地预测真实世界的故障率?答案是,部分是艺术,部分是科学。 科学是指有信誉的PSU供应商提供的附加数据集。例如,村田电源、Vicor和CUI等制造商都提供现场数据:声明返厂进行维修或更换的PSU故障率观察值。该声明基于对每个失效单元的检查,并提供故障原因分析。 该声明可以帮助PSU的特定型号的潜在用户: 通过审查它与现场故障率观察值之间的相关性来验证 MTTF的计算,如图2所示。 确定可能引起大多数故障的特定操作条件、应力或元器件。 图2:PSU的寿命有三个阶段:“早期故障率”在第一阶段很高,持续时间约24小时。装运前预烧可避免这些“早期故障率”故障 有信誉的制造商还提供了设计工程师可以学习的如何优化其PSU方案的详细的应用笔记。例如,SL Power等供应商的应用笔记提供了有关热和机械设计的有用指导,并体现了其设计优化过程的细节深度。遵循制造商的指南将有助于最大限度延长PSU的使用寿命。 第二个附加数据点可以根据请求提供给用户,例如,Vicor电源:专为用户应用的典型操作条件而定制的应用专用的MTTF额定值。即使考虑到加速测试方法所固有的不确定性,以及用户自己的应用操作条件的不确定性,与基于典型工作条件的标准MTTF值相比,该定制MTTF值仍然提供了对用户应用中的各种Vicor PSU的更可靠的平均故障率预估。 每个有信誉的PSU制造商可提供的第三个数据点是热图,它显示了该电源单元的安全操作曲线,以及它如何受到应用中的改变(如增加一个冷却气流)的影响。 但是,即使加上这些数据,也无法保证可以在任何给定应用中绝对确定地计算平均故障率:变量的数量影响PSU的工作,制造商测试方法固有的不确定性也太大。事实上,随机真实世界事件所固有的不确定性的性质已经对一些最伟大的科学家提出了挑战:据说,Alan Turing这样对同事描述过这个问题: “在一个城镇中,你如何通过看到的随机车牌最好地估计整个城镇的出租车数量?” 那么,科学只提供了部分答案;电源系统设计人员还必须运用工程师的艺术。经验为设计人员提供了对于每个制造商的数据的可靠性直觉。通过检查自己产品的现场故障,OEM设计人员可以建立实际故障率的图像、故障的原因,并与他们仅基于制造商的数据所形成的期望做比较。看它们是否有密切的相关性,或实际上性能更好还是更差?以及与预期性能有多大差距? 工程师对这些问题的直觉有助于加强其通过测量和统计计算结果来预估故障率的信心。 有信心地预测 当数据手册描述了PSU的可靠性或不可靠信息时,它具有明显的数学确定性。但是,这些数据本身在任何给定应用中预测MTTF时仅提供了有限的信心。 但当设计工程师选择的PSU来自一家已知的、有信誉的制造商,或者当他们对制造商的数据有自己的经验,或受信任的第三方(如电源分销商)的经验时,他们可以对其寿命性能有更高的信心。总之,这些产品已经积累了多年的知识经验,但令人惊讶的是,并非所有经验的获得都需要很高的代价。 换句话说,帮助工程师对PSU的使用寿命做出良好判断的不是单纯的艺术,也不是单纯的科学,而是艺术与科学的结合。以上就是电源可靠性预测解析,希望能给大家帮助。

    时间:2020-05-17 关键词: 电源 预测 可靠性

  • 军用开关电源可靠性技术,你了解吗?

    军用开关电源可靠性技术,你了解吗?

    你知道军用开关电源可靠性技术吗?本文对影响军用 PWM 型开关稳压电源可靠性的因素作出较为详细的分析比较,并从工程实际出发提出一些提高开关电源可靠性的建议。 电子产品,特别是军用稳压电源的设计是一个系统工程,不但要考虑电源本身参数设计,还要考虑电气设计、电磁兼容设计、热设计、安全性设计、三防设计等方面。因为任何方面那怕是最微小的疏忽,都可能导致整个电源的崩溃,所以我们应充分认识到电源产品可靠性设计的重要性。 2、开关电源电气可靠性设计 2.1 供电方式的选择 集中式供电系统各输出之间的偏差以及由于传输距离的不同而造成的压差降低了供电质量,而且应用单台电源供电,当电源发生故障时可能导致系统瘫痪。分布式供电系统因供电单元靠近负载,改善了动态响应特性,供电质量好,传输损耗小,效率高,节约能源,可靠性高,容易组成 N + 1 冗余供电系统,扩展功率也相对比较容易。所以采用分布式供电系统可以满足高可靠性设备的要求。 2.2 电路拓扑的选择 开关电源一般采用单端正激式、单端反激式、双管正激式、双单端正激式、双正激式、推挽式、半桥、全桥等八种拓扑。单端正激式、单端反激式、双单端正激式、推挽式的开关管的承压在两倍输入电压以上,如果按 60 %降额使用,则使开关管不易选型。在推挽和全桥拓扑中可能出现单向偏磁饱和,使开关管损坏,而半桥电路因为具有自动抗不平衡能力,所以就不会出现这个问题。双管正激式和半桥电路开关管的承压仅为电源的最大输入电压,即使按 60 %降额使用,选用开关管也比较容易。在高可靠性工程上一般选用这两类电路拓扑。 2.3 控制策略的选择 在中小功率的电源中,电流型 PWM 控制是大量采用的方法,它较电压控制型有如下优点:逐周期电流限制,比电压型控制更快,不会因过流而使开关管损坏,大大减小过载与短路的保护;优良的电网电压调整率;迅捷的瞬态响应;环路稳定,易补偿;纹波比电压控制型小得多。生产实践表明电流控制型的 50W 开关电源的输出纹波在 25mV 左右,远优于电压控制型。 硬开关技术因开关损耗的限制,开关频率一般在 350kHz 以下,软开关技术是应用谐振原理,使开关器件在零电压或零电流状态下通断,实现开关损耗为零,从而可将开关频率提高到兆赫级水平,这种应用软开关技术的变换器综合了 PWM 变换器和谐振变换器两者的优点,接近理想的特性,如低开关损耗、恒频控制、合适的储能元件尺寸、较宽的控制范围及负载范围,但是此项技术主要应用于大功率电源,中小功率电源中仍以 PWM 技术为主。 2.4 元器件的选用 因为元器件直接决定了电源的可靠性,所以元器件的选用非常重要。元器件的失效主要集中在以下四个方面: (1) 制造质量问题 质量问题造成的失效与工作应力无关。质量不合格的可以通过严格的检验加以剔除,在工程应用时应选用定点生产厂家的成熟产品,不允许使用没有经过认证的产品。 (2) 元器件可靠性问题 元器件可靠性问题即基本失效率的问题,这是一种随机性质的失效,与质量问题的区别是元器件的失效率取决于工作应力水平。在一定的应力水平下,元器件的失效率会大大下降。为剔除不符合使用要求的元器件,包括电参数不合格、密封性能不合格、外观不合格、稳定性差、早期失效等,应进行筛选试验,这是一种非破坏性试验。通过筛选可使元器件失效率降低 1 ~ 2 个数量级,当然筛选试验代价 ( 时间与费用 ) 很大,但综合维修、后勤保障、整架联试等还是合算的,研制周期也不会延长。电源设备主要元器件的筛选试验一般要求: ① 电阻在室温下按技术条件进行 100 %测试,剔除不合格品。 ② 普通电容器在室温下按技术条件进行 100 %测试,剔除不合格品。 ③ 接插件按技术条件抽样检测各种参数。 ④ 半导体器件按以下程序进行筛选: 目检 → 初测 → 高温贮存 → 高低温冲击 → 电功率老化 → 高温测试 → 低温测试 → 常温测试 筛选结束后应计算剔除率 Q Q=(n / N)×100% 式中: N—— 受试样品总数; n—— 被剔除的样品数; 如果 Q 超过标准规定的上限值,则本批元器件全部不准上机,并按有关规定处理。 在符合标准规定时,则将筛选合格的元器件打漆点标注,然后入专用库房供装机使用。 (3) 设计问题 首先是恰当地选用合适的元器件: ① 尽量选用硅半导体器件,少用或不用锗半导体器件。 ② 多采用集成电路,减少分立器件的数目。 ③ 开关管选用 MOSFET 能简化驱动电路,减少损耗。 ④ 输出整流管尽量采用具有软恢复特性的二极管。 ⑤ 应选择金属封装、陶瓷封装、玻璃封装的器件。禁止选用塑料封装的器件。 ⑥ 集成电路必须是一类品或者是符合 MIL - M - 38510 、 MIL - S - 19500 标准 B - 1 以上质量等级的军品。 ⑦ 设计时尽量少用继电器,确有必要时应选用接触良好的密封继电器。 ⑧ 原则上不选用电位器,必须保留的应进行固封处理。 ⑨ 吸收电容器与开关管和输出整流管的距离应当很近,因流过高频电流,故易升温,所以要求这些电容器具有高频低损耗和耐高温的特性。 在潮湿和盐雾环境下,铝电解电容会发生外壳腐蚀、容量漂移、漏电流增大等情况,所以在舰船和潮湿环境,最好不要用铝电解电容。由于受空间粒子轰击时,电解质会分解,所以铝电解电容也不适用于航天电子设备的电源中。 钽电解电容温度和频率特性较好,耐高低温,储存时间长,性能稳定可靠,但钽电解电容较重、容积比低、不耐反压、高压品种 (>125V) 较少、价格昂贵。 关于降额设计: 电子元器件的基本失效率取决于工作应力 ( 包括电、温度、振动、冲击、频率、速度、碰撞等 ) 。除个别低应力失效的元器件外,其它均表现为工作应力越高,失效率越高的特性。为了使元器件的失效率降低,所以在电路设计时要进行降额设计。降额程度,除可靠性外还需考虑体积、重量、成本等因素。不同的元器件降额标准亦不同,实践表明,大部分电子元器件的基本失效率取决于电应力和温度,因而降额也主要是控制这两种应力,以下为开关电源常用元器件的降额系数: ① 电阻的功率降额系数在 0.1 ~ 0.5 之间。 ② 二极管的功率降额系数在 0.4 以下,反向耐压在 0.5 以下。 ③ 发光二极管电压降额系数在 0.6 以下,功率降额系数在 0.6 以下。 ④ 功率开关管电压降额系数在 0.6 以下,电流降额系数在 0.5 以下。 ⑤ 普通铝电解电容和无极性电容的电压降额系数在 0.3 ~ 0.7 之间。 ⑥ 钽电容的电压降额系数在 0.3 以下。 ⑦ 电感和变压器的电流降额系数在 0.6 以下。 (4) 损耗问题 损耗引起的元器件失效取决于工作时间的长短,与工作应力无关。铝电解电容长期在高频下工作会使电解液逐渐损失,同时容量亦同步下降,当电解液损失 40 %时,容量下降 20 %;电解液损失 0 %时,容量下降 40 %,此时电容器芯子已基本干涸,不能再予使用。为防止发生故障,一般情况下应在图纸上标明铝电解电容器更换的时间,到期强迫更换。 2.5 保护电路的设置 为使电源能在各种恶劣环境下可靠地工作,应设置多种保护电路,如防浪涌冲击、过压、欠压、过载、短路、过热等保护电路。 3、电磁兼容性 (EMC) 设计 开关电源因采用脉冲宽度调制 (PWM) 技术,其脉冲波形呈矩形,上升沿与下降沿均包含大量的谐波成分,另外输出整流管的反向恢复也会产生电磁干扰 (EMI) ,这是影响可靠性的不利因素,因而使电磁兼容性成为系统的重要问题。 如图 1 所示,产生电磁干扰有三个必要条件:干扰源、传输介质、敏感的接收单元, EMC 设计就是破坏这三个条件中的一个。 图 1 形成电磁干扰的三个条件: 对于开关电源而言,主要是抑制干扰源,干扰源集中在开关电路与输出整流电路。采用的技术包括滤波技术、布局与布线技术、屏蔽技术、接地技术、密封技术等。 EMI 按传播途径分为传导干扰和辐射干扰。传导噪声的频率范围很宽,从 10kHz ~ 30MHz ,我们虽然知道产生干扰的原因,但从效率上来讲,通过控制脉冲波形的上升与下降时间来解决未必是一个好办法,解决办法之一是加装电源 EMI 滤波器、输出滤波器及吸收电路,参见图 2 。 电源 EMI 滤波器实际上是一种低通滤波器,它毫无衰减地把 50Hz 或 400Hz 交流电能传递给电子设备,却大大衰减传入的干扰信号,同时又能抑制设备本身产生的干扰信号,防止它窜入电网,危害公网其它设备。选择 EMI 滤波器是根据插入损耗的大小来选择滤波器网络结构和元器件参数,根据实际要求选择额定电压、额定电流、漏电流、绝缘电阻、温度条件等参数。电源 EMI 滤波器最好安装在机壳电源线进口的插座附近。抑制输出噪声的对策基本上按 10kHz ~ 150kHz 、 150kHz ~ 10MHz 、 10MHz 以上三个频段来解决。 10kHz ~ 150kHz 范围内主要是常态噪声,一般采用通用 LC 滤波器来解决。 150kHz ~ 10MHz 范围内主要是共模成分的噪声,通常采用共模抑制滤波器来解决。共模扼流圈要采用导磁率高、频率特性较佳的铁氧体磁性材料,电感量在( 1 ~ 2 ) mH 、电容量在 3300pF ~ 4700pF 之间,如果控制低频段的噪声,可以适当加大 LC 的取值。在 10MHz 以上频率段的对策是改进滤波器的外形。输出整流二极管的反向恢复也会引起电磁干扰,这种情况可以采用 RC 吸收电路来抑制电流的上升率,通常 R 在 (2 ~ 20)Ω 之间, C 在 1000pF ~ 10nF 之间, C 应选用高频瓷介电容。 良好的布局和布线技术也是控制噪声的一个重要手段。为减少噪声的发生和防止由噪声导致的误动作,应注意以下几点: ① 尽量缩小由高频脉冲电流所包围的面积。 ② 缓冲电路尽量贴近开关管和输出整流二极管。 ③ 脉冲电流流过的区域远离输入输出端子,使噪声源和出口分离。 ④ 控制电路和功率电路分开,采用单点接地方式,大面积接地容易引起天线作用,所以建议不要采用大面积接地方式。 ⑤ 必要时可以将输出滤波电感安置在地回路上。 ⑥ 采用多只低 ESR (等效串联电阻)的电容并联滤波。 ⑦ 采用铜箔进行低感低阻配线。 ⑧ 相邻印制线之间不应有过长的平行线,走线尽量避免平行,采用垂直交叉方式,线宽不要突变,也不要突然拐角。禁止环形走线。 ⑨ 滤波器的输入和输出线必须分开。禁止将开关电源的输入线和输出线捆扎在一起。 对于辐射干扰主要应用密封屏蔽技术,在结构上实行电磁封闭,要求外壳各部分之间具有良好的电磁接触,以保证电磁的连续性。目前为减少重量大都采用铝合金外壳,但铝合金导磁性能差,因而外壳需要镀一层镍或喷涂导电漆,内壁贴覆高导磁率的屏蔽材料。外壳永久连接处用导电胶粘牢或采用连续焊缝结构,需拆卸的可以用导电橡胶条压紧来保证电磁连续性。导电材料要求导电性能高、有弹性、具有最小的宽厚比。 4、电源设备可靠性热设计 除了电应力之外,温度是影响设备可靠性最重要的因素。电源设备内部的温升将导致元器件的失效,当温度超过一定值时,失效率将呈指数规律增加,温度超过极限值时将导致元器件失效。国外统计资料表明电子元器件温度每升高 2℃ ,可靠性下降 10 %;温升 50℃ 时的寿命只有温升 25℃ 时的 1/6 。需要在技术上采取措施限制机箱及元器件的温升,这就是热设计。热设计的原则,一是减少发热量,即选用更优的控制方式和技术,如移相控制技术、同步整流技术等,另外就是选用低功耗的器件,减少发热器件的数目,加大加粗印制线的宽度,提高电源的效率。二是加强散热,即利用传导、辐射、对流技术将热量转移,这包括采用散热器、风冷 ( 自然对流和强迫风冷 ) 、液冷 ( 水、油 ) 、热电致冷、热管等方法。 强迫风冷的散热量比自然冷却大十倍以上,但是要增加风机、风机电源、联锁装置等,这不仅使设备的成本和复杂性增加,而且使系统的可靠性下降,另外还增加了噪声和振动,因而在一般情况下应尽量采用自然冷却,而不采用风冷、液冷之类的冷却方式。在元器件布局时,应将发热器件安放在下风位置或在印制板的上部,散热器采用氧化发黑工艺处理,以提高辐射率,不允许用黑漆涂覆。喷涂三防漆后会影响散热效果,需要适当加大裕量。散热器安装器件的平面要求光滑平整,一般在接触面涂上硅脂以提高导热率。变压器和电感线圈应选用较粗的导线来抑制温升。 5、安全性设计 对于电源而言,安全性历来被确定为最重要的性能之一,不安全的产品不但不能完成规定的功能,而且还有可能发生严重事故,造成机毁人亡的巨大损失。为保证产品具有相当高的安全性,必须进行安全性设计。电源产品安全性设计的内容主要是防止触电和烧伤。 对于商用设备市场,具有代表性的安全标准有 UL 、 CSA 、 VDE 等,内容因用途而异,容许泄漏电流在 05mA ~ 5mA 之间,我国军用标准 GJB1412 规定的泄漏电流小于 5mA 。电源设备对地泄漏电流的大小取决于 EMI 滤波器电容 Cy 的容量,如图 2 所示。从 EMI 滤波器角度出发电容 Cy 的容量越大越好,但从安全性角度出发电容 Cy 的容量越小越好,电容 Cy 的容量根据安全标准来决定。若电容 Cx 的安全性能欠佳,电网瞬态尖峰出现时可能被击穿,它的击穿虽然不危及人身安全,但会使滤波器丧失滤波功能。为了防止误触电,插头座原则上产品端 ( 非电源端 ) 为针,电网端 ( 电源端 ) 为孔;电源设备之输入端为针,输出端为孔。 为了防止烧伤,对于可能与人体接触的暴露部件 ( 散热器、机壳等 ) ,当环境温度为 25℃ 时,其最高温度不应超过 60℃ ,面板和手动调节部分的最高温度不超过 50℃ 。 6、三防设计 三防设计是指防潮设计、防盐雾设计和防霉菌设计。 在设计时,对于密封有要求的元器件应采取密封措施;对于不可修复的组合装置可采用环氧树脂灌封;所用元器件、原材料的吸湿度应较小,不得使用含有棉、麻、丝等易霉制品;对密封机箱、机柜应设置防护网,以防昆虫和啮齿动物进入;直接暴露在大气中装置的外顶部不应采用凹陷结构,避免积水导致腐蚀;可以选用耐蚀材料,再通过镀、涂或化学处理使电子设备及其零部件的表面覆盖一层金属或非金属保护膜,隔离周围介质;在结构上采用密封或半密封形式来隔绝外部不利环境;对印制板及组件表面涂覆专用的三防清漆可以有效地避免导线之间的电晕、击穿,提高电源的可靠性;电感、变压器应进行浸漆、端封,以防潮气进入引发短路事故。 7、结语 以上建议只适用于军用电源,对于商用和工业用产品可以在某些方面作出不同的选择。总之,电源设备可靠性的高低,不仅与电气设计,而且同元器件、结构、装配、工艺、加工质量等方面有关。可靠性是以设计为基础,在实际工程应用上,还应通过各种试验取得反馈数据来完善设计,进一步提高电源的可靠性。以上就是军用开关电源可靠性技术,希望能给大家帮助。

    时间:2020-04-30 关键词: 开关电源 军用 可靠性

  • 大街小巷的LED,LED产品及统的EMC的可靠性如何检测?

    大街小巷的LED,LED产品及统的EMC的可靠性如何检测?

    相信大家都见过LED,那么你知道如何检测LED产品及统的EMC的可靠性?LED体积小、耗能低、寿命长、环保、低热量等优点,促使其飞速发展、被广泛应用于各个领域。其中,寿命长是LED的很重要的一个优势。要保证LED的这一优点,研发人员就要保证LED系统的良好的EMC和可靠性。本文根据实例解析如何检测LED系统的EMC和可靠性。 电源系统的兼容性 向LED或LED阵列提供电功率是LED照明器件与系统从设计到实施,以及保证终端用户都可靠的工作状态,并与供电源系统有良好性必须考虑的重要问题。电源系统包括了人们日常生活中的各种电气基础设施和市电电网公共设施。 研究表明通常情况下,用户具备并操作的电源设备通常会存在种种不太合理的连线或者接地处理错误。当外部公共电源设施发生普遍电流干扰时,不合理甚至错误的连线或接地处理会加剧干扰的程度,增加用户电子照明器件的损坏几率,严重时还会造成器件的永久性破坏。 LED照明器件和系统必须具有能在日常电气环境下正常工作的能力。典型的日常电气环境包括室内外照明、商场和工厂等建筑内外的照明设施以及市政电线杆上的LED路灯、探照灯等。 LED照明器件及系统的可靠性 首先,什么是可靠性?其定义为—产品在规定的条件和规定的时间内,完成规定的功能的能力。随着科学技术的发展,现代华的操作机器、工程装备、交通工具和各类探索食品的设计越来越复杂,功能越来越完善,因此这些电子、电气产品的性能优劣变得越来越明显。 同时,这些机器和设备等的可靠性渐渐受到了人们广泛的重视,这种可靠性就被称为系统可靠性。可靠性的指标要求是随着系统越复杂而更高的,如果可靠性达不到系统指标的要求,则系统出寿阳的可能性愈大、造成的损失也愈大。这些损失包括经济上、信誉上,甚至是造成生命安全或更严重的空难性等后果。譬如汽车的制动系统的不可靠或工作失误可导致刹车失灵,很有可能造成重大损失甚至生命危险;重大的投票选举时,如果采用计算机系统统计,若此时系统失效而打乱了统计结果,后果将不堪设想。因此,可以说系统可靠性概念的引入,对电子产品有着重大的意义。 提高系统的可靠性,一方面要提高构成系统的各元件本身的可靠性,如:要提高汽车制动的可靠性,首先要提高刹车位、控制系统等的可靠性。另一方面还要提高系统承受误操作的可靠性。 提高系统的可靠性的根源在于系统的设计。要使系统的元器件工作在正常状态下,没有过载超负荷等现象的发生,并且要有一定的余量。也可以通过设计备用方案,使系统即使有个元器件或设备出现故障仍能正常工作。当然备用方案的设计有可能增加系统的复杂性和成本,但是如果设计得合理,在成本的增加和使系统的可靠性提高上有很好的性价比,是完全值得的。 LED照明器件及系统的兼容性 电子产品的兼容性问题主要是电磁兼容性(EMC),定义为设备、系统、子系统在共同的电磁环境中能一起执行各自功能的共存状态。即该设备、系统、子系统不会由于受到处于同一电磁环境中其他设备的电磁发射寻到或遭受不允许的性能降低,也不会使同一电磁环境中其他设备、系统、子系统因它的电磁发射而导致或遭受不允许的性能降低。电磁兼容性包括两方面:电磁干扰(EMI)和电磁耐受(EMS)。 前者主要表现为传导干扰和辐射干扰,传导干扰主要是局子设备产生的干扰信号通过导电介质或公共电源线互相产生干扰;辐射干扰是指电子设备产生的干扰信号通过空间耦合把干扰信号传给电网络或电子设备。而后者主要指系统对诸如静电放电、辐射、脉冲群、雷击、传导等干扰的耐受能力,即抗干扰能力。电子产品一般划分为民用级、工业级和军用级产品,不同等级的产品有着不同的标准规定,产品在特定等级下满足这些标准的产品,被称为具有电磁兼容性。对于如何来评判产品是否具有电磁兼容性?这就需要通过一系列的兼容性测试来完成了。 电磁兼容性测试 前面已提到过,系统的电磁兼容性测试可分为电磁干(EMI)和电磁耐受(EMS)两方面,具体运用在LED照明器件及系统的几个重要步骤为: 传导干扰 传导干扰是指LED照明器件本身产生,从而进行导体运输的电磁干扰。这种测试频率范围一般为9KHz~30MHz,属于低频现象。 辐射干扰 辐射干扰也是由器件身身产生,并通过空间传播形成的干扰电磁波。LED照明器由内部电路通过产品的电线电缆或结构件外壳形成对外的辐射干扰,相当于天线发射效应。 谐波电流干扰 产生谐波电流的原因这一是非线性的负载,谐波电流干扰将影响电源电流的波形,使其畸变,这种干扰会对电网造成污染必须加以控制。 静电放电抗干扰能力 人体带有静电,这种现象在干燥的冬季更为严重,在这种环境下的摩擦很容易寻到人体携带大量的静电,此时如果人体触摸LED产品或与其邻近设备,会形成直接或间接的放电,产生的脉冲电压可能导致LED的击穿损毁,因此对LED产品的抗静电能力有非常高的要求。 快速瞬变脉冲群干扰的抵抗能力 产品的继电器开合或开关通断,也会对同一电路中的其他电子器件产生干扰,具有脉冲群出现、脉冲重复占用率较高及脉冲波形的上升时间短暂等特征。 雷击浪涌抗干扰能力 雷击在电缆上形成能量很大的浪涌电压和电流,很容易导致器件的损坏。此外,大型开关切换瞬间也会在供电线路上形成浪涌电压和电流。 周波跌落抗干扰能力 电压跌落、短时中断和电压变化统称为周波跌落。周波跌落干扰的抵抗能力指标考核了该LED照明器件是否具备工作在不稳定的电网中的能力。以上测试步骤,前三项为EMI指标,后四项为EMS指标。值得流溢的是,对自整流的LED照明产品,测试时只需要对输入端进行试验,而非自整流的LED照明产品,则需要分别试验配套的驱动控制电路的输入、输出和LED产品的输入端。以上就是检测LED产品及统的EMC的可靠性方法,希望能给大家帮助。

    时间:2020-04-23 关键词: emc led产品 可靠性

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