RECOM: что стоит за трехлетней гарантией на источники питания?

17 ноября

телекоммуникациисистемы безопасностиучёт ресурсовпотребительская электроникаавтоматизацияответственные примененияинтернет вещейRECOM Electronicстатьяисточники питанияДатчикикоммутаторыMTBFпромышленные контроллеры с изолированными интерфейсами

Александр Шрага (г. Москва)

На примере известного производителя AC/DC- и DC/DC-преобразователей, австрийско-немецкой компании RECOM, рассмотрим, какие виды испытаний позволяют ведущим компаниям давать гарантию в три года и выше на свою продукцию.

Сегодня практически все производители источников питания позиционируют свою продукцию как высоконадежную, но у некоторых подобные заявления подкреплены трехлетней гарантией на изделия, в то время как стандартный гарантийный срок в отрасли обычно составляет 1-2 года. Среди компаний, объявивших о трехлетней гарантии, выделяется компания RECOM, выпускающая широкий спектр высокопроизводительных, надежных и бюджетных AC/DC- и DC/DC-преобразователей в различных форм-факторах. Стоит отметить, что RECOM выпускает импульсные стабилизаторы и преобразователи с гарантией от 3 до 7 лет, а драйверы светодиодов – с расширенной гарантией 5 лет [1]. Причем это касается  и новейшей продукции, для которой по естественным причинам не накоплены статистические данные по отказам.

Что же лежит в основе таких гарантий? Если коротко – научный подход и многогранное тестирование своей продукции.

Решение задачи в первом приближении. Опыт и статистические данные 

Известно, что количество подтвержденных возвратов продукции (RMA) для серии одноваттных изолированных DC/DC-преобразователей для поверхностного монтажа R1S составляет менее одного экземпляра на миллион. При разработке и выпуске новой серии R1SX, аналогичной предыдущей по дизайну, топологии, с  такими же по надежности компонентами, компания использует статистические данные по отказоустойчивости продукции предыдущего релиза. Кроме того, улучшается процесс производства, используется автоматизированный контроль качества изделий и пр.  Все это учитывается при определении гарантийного срока. 

Второе приближение. Расчет среднего времени наработки на отказ

Введенный в 60-е годы прошлого века в оборонной промышленности США расчет среднего времени наработки на отказ или MTBF (Mean Time Between Failure) также использует  статистический подход: суммируются показатели надежности всех компонентов изделий, причем каждый показатель берется с понижающим коэффициентом, который учитывает факторы снижения надежности, например, тяжелые условия эксплуатации, среди которых – температура и влажность, вибрация и ударная нагрузка, допуски компонентов, возможное взаимное влияние компонентов друг на друга и прочее. Пример такого подхода отображен в американском справочнике Military Handbook (MIL-HDBK-217 «Прогнозирование надежности электронного оборудования»), в котором приведены подтвержденные показатели надежности электронных изделий.

Вычисляется среднее время между отказами устройств:

$$MTBF=\sum{\frac{t_{i}}{n}},$$

где  tiвремя до наступления отказа i-го устройства;  i=1…n; n – количество отказов.

Как используется значение MTBF?

Расчетная величина MTBF, которая отображает статистическую надежность изделия за время его эксплуатации, может достигать значительных величин, например, миллионов часов, но это не означает, что устройство будет работать добрую сотню лет, хотя и такое исключать нельзя.

Зная величину MTBF, можно вычислить вероятность выхода из строя изделий за время эксплуатации:

$$P(T)=1-e^{\frac{-T}{MTBF}},$$

где e – число Эйлера (~2.71828); T – время работы изделия, например, 24 часа × 365 дней × 3 года=26280 часов. Если, например, MTBF составляет 2628000 часов, тогда вероятность выхода из строя источников питания составит

$$P(T)=1-e^{\frac{26280}{2628000}}=1-0.99=0.01\:(1\%)$$

т. е. за три года только один процент изделий может выйти из строя.

Часто производитель решает обратную задачу, то есть рассчитывает величину MTBF, закладывая в формулу допустимую величину отказов. Исходя из этого, при разработке можно выбрать подходящие по отказоустойчивости  компоненты, конструкцию и прочее.

Так, например, если допустимая вероятность отказов равна 0.01 (1%) изделий за три года круглосуточной эксплуатации, то

$$MTBF=\frac{24\:часа\times 365\:дней\times 3\:года}{0.01}=2268000.$$

Приведем пример по продукции RECOM. Для DC/DC-преобразователя R1SX величина MTBF составляет 21 000 000 часов при комнатной температуре. В этом случае вероятность выхода из строя изделий за три года круглосуточной эксплуатации составит:

$$P(T)=1-e^{\frac{26280}{21000000}}=0.0012506\:(~0.125%)$$

Конечно, все это не означает, что при существенно меньшем показателе MTBF, например, 3000000 часов, 1% преобразователей будет выходить из строя. В реальных условиях конвертер может работать не на полную нагрузку, в более щадящих климатических условиях, к тому же не все преобразователи работают круглосуточно. Кстати, RECOM предоставляет трехлетнюю гарантию и на изделия с MTBF менее 1000000 часов.

Откуда же  берется такая уверенность, особенно для новых изделий и новых производственных процессов?

Для таких случаев существуют специальные методы, о которых и будет рассказано ниже.

Приближение третье. Многогранное глубокое тестирование 

1. Верификационное тестирование дизайна (Design Verification Testing или DVT)

DVT – это метод тестирования продукта  на соответствие всем его проектным спецификациям. То есть, заявленные и отображенные в документации условия эксплуатации каждого компонента сравниваются с условиями, в которых фактически будет работать разрабатываемое изделие. При этом компоненты, которые  разработчики закладывают в проект, должны браться с запасом прочности. Например, если максимальная рабочая температура резистора по документации составляет 125ºС, то температура в реальных условиях эксплуатации должна быть на 5-10% меньше этой величины. В зависимости от типа компонента должен быть взят различный запас. Так, для конденсаторов лучше не превышать 70% от заявленного максимально допустимого напряжения и токов пульсаций. Надо учитывать и тот факт, что изделие в реальности может работать одновременно в условиях максимальной нагрузки, температуры, влажности и прочего. Таким образом, закладывая в проект запас прочности, можно повысить отказоустойчивость прибора в целом.

2. Проверочное тестирование серийной продукции (Production Verification Testing или PVT) 

Компания RECOM тестирует не менее 50 экземпляров новых преобразователей из произведенной партии на предмет соответствия заявленным параметрам: КПД, коэффициенту стабилизации, стабильности выходного напряжения и пр. Измерения проводятся для различных сочетаний параметров на входе и выходе изделий. Результаты тестирования сравниваются со спецификацией изделия, заявленными средними и максимальными значениями параметров. Проводится огромное количество тестов, для чего в RECOM используется автоматизированная испытательная установка, позволяющая, например изменять периодические входные воздействия, нагрузку и прочее, а также автоматически строить графики зависимостей, полученных в ходе испытаний. 

3. Ускоренные испытания для экстремальных условий (Highly Accelerated Stress Screening или HASS) 

HASS – это долговременные (тысячи часов) испытания при экстремальных условиях и при различных параметрах. Например, при крайне низких и высоких температурах, сочетаниях экстремальных температур и влажности, в полном диапазоне входных напряжений, нагрузок и прочее. Таким образом производится искусственное старение преобразователей и исследуется поведение изделий, которое можно ожидать в процессе многолетней эксплуатации. Заметим, что при HASS параметры воздействия не выходят за рамки максимально допустимых, указанных в спецификации. 

4. Установка экстремально ускоренного испытания жизненного цикла (Highly Accelerated Lifetime Test или HALT) 

HALT – это используемая в RECOM установка с высокой производительностью, позволяющая резко изменять экстремальные климатические и вибрационные воздействия на изделия. При использовании HALT реализуется тестирование на отказ изделия, вплоть до его полного разрушения при нескольких одновременных стрессовых воздействиях, выходящих за пределы заявленных в спецификации параметров (рисунок 1).

Рис. 1. Границы воздействия при HASS- и HALT-тестировании

Рис. 1. Границы воздействия при HASS- и HALT-тестировании

Существует ряд стрессовых воздействий, среди которых резкие скачки температуры, высокий уровень влажности, высокие значения токов и перенапряжений, а также другие воздействия и их комбинации, с помощью которых можно сократить сроки выявления слабых мест продукции.

Доказано [2], что около 70% отказов можно выявить при воздействиях комбинации изменений температуры и вибрации по всем осям.

Для определения устойчивости продукции к вибрационным и ударным воздействиям RECOM использует два вибростенда с настраиваемым профилем.

Использование всего описанного выше инструментария позволяет компании RECOM предоставить обоснованную трехлетнюю гарантию на свою продукцию.

Список литературы

  1. Certificates
  2. Silverman M. Summary of HALT and HASS results at an Accelerate Reliability test center. Reliability Engineering Services HALT and Classical Techniques “Reliability Integration”
•••

Наши информационные каналы

О компании RECOM Electronic

Компания была основана в 1974 г. Головной офис фирмы расположен Германии. Разработка и тестирование преобразователей осуществляются в Германии, производство размещено в Азии. Компания RECOM предлагает широкую гамму высоко качественных DC/DC преобразователей мощностью от 0,25 до 100 Вт. Преобразователи предназначены для применения в телекоммуникационной аппаратуре, приборах управления технологическими процессами, на транспорте, в медицинском оборудовании и т.п. Основная продукция выполнена для ...читать далее

Товары
Наименование
R1SE-0505 (RECOM)
R1SE-0505-R (RECOM)
R1SE-0505/H2-R (RECOM)
R1SE-0512/H2-R (RECOM)
R1SE-3.305/H2-R (RECOM)
R1SX-3.305-R (RECOM)
R1S-0505 (RECOM)
R1SE-0515/H2-R (RECOM)
R1SX-3.305/H-R (RECOM)
R1SE8-0505-R (RECOM)
R1SE-1205/H2-R (RECOM)
R1SX-0505-R (RECOM)
R1SE-1505/H2-R (RECOM)
R1SX-3.33.3-R (RECOM)
R1SX-1205-R (RECOM)
R1SX-0505/H-R (RECOM)
R1S-0505-R (RECOM)
R1S-3.305-R (RECOM)
R1S8-0505-R (RECOM)
R1S-0505/H (RECOM)