<kbd id="48m41"></kbd>
<optgroup id="48m41"></optgroup>
<wbr id="48m41"></wbr>

    1. <label id="48m41"><center id="48m41"></center></label>
      <strike id="48m41"></strike>
      1. <label id="48m41"></label>

        第三方檢測機構

        服務熱線:18026924799 服務查詢 報告驗證 服務號

        7個能改善產品可靠性的設計技巧

        2022-02-17 16:24??? ???

          如果不考慮外部的機械、化學損壞的話,所有提高可靠性設計的手段總計起來就一句話:“降低系統的相對電應力”。以下介紹一些比較簡單但是對改善可靠性非常有效的技術手段。

          1、識別并改善壽命瓶頸

          如前面所說,雖然理論上說做可靠性設計需要做可靠性指標的分解與計算。但是由于短板效應的存在,少數幾個壽命短板往往就直接決定了系統的最終壽命,只需要能識別出一些可靠性上面的短板并針對性的做出改進,系統壽命就能得到質的改善。

          識別壽命瓶頸其實并不太難,大致有以下幾種方法:

          一些常見的短板。包括電源、風扇、功率開關、機械開關、高頻工作的機械式繼電器等常常就是壽命的短板。因此對這些部分自然就是可靠性設計的重點。

          高應力、高功率部件;比如開關電源中的IGBT、MOS管、電源。無線系統中的功放。

          高發熱部件。自身溫升超過60度的器件都值得警惕。

          設計余量較小的部件;比如耐壓25V的器件用在24V的環境上,額定功率1W的器件實際功耗0.9W等等。

          工作在惡劣環境中的部件;工作在振動、高溫、潮濕環境中的部件應作重點保護和處理。必要時做更大的降額設計。

          在識別出壽命的短板后,針對性的改用可靠性更高的或者容量更大的器件。短板問題就能得到巨大的提高。

          2、提高應力標準

          絕大多數器件廠家都會給出一個標稱值或者額定值。這個標稱值和額定值背后其實隱藏著一個關鍵信息,即在這個額定值條件下能連續工作多長時間。舉例來說,如某個電容的標稱值是10uF-16V-70℃。其含義包含了在16V、70℃的條件下電容能連續工作1000小時??紤]到實際應用中還可能存在紋波、系統自身發熱等因素,實際壽命其實遠遠低于1000小時。這就必須要做降額設計了。

          考慮到通常來說系統額定電源每下降10%壽命會延長約一個數量級;工作溫度每下降10℃壽命也會延長約一個數量級(不同類型、不同結構器件的壽命曲線參數有所不同)。那么以電容為例對于一個期望在40℃環境下能連續工作10000小時以上的設備而言,考慮上系統自身發熱,電源紋波、開關過充等影響。額定電壓至少應降額30%以上,額定工作溫度最好選擇105℃以上的。

          

        可靠性

         

          3、改善使用環境

          “3.1 識別并改善壽命瓶頸”提到使用風扇會大大降低系統整體的壽命。但因為風扇的使用會改善發熱部件的局部溫升,從而大大提高發熱部件的壽命。當然這只是散熱的其中一種手段。其它的諸如:降低功耗、提高散熱面積、改用新的散熱方式、降低熱阻等手段都能起到對關鍵器件的保護作用。

          同理做好抗振/減振措施、加上三防涂覆、增加屏蔽、對電源加強濾波泄放等措施也都能針對性的改善設備運行環境,并針有效改善設備的可靠性。

          4、有效的隔離

          隔離的目的就是讓系統盡可能的脫離外部復雜的運行環境,讓設備盡可能的在更加安全、穩定中的環境中運行。嚴格來說隔離措施是“3.3節改善使用環境”的其中一種手段,但由于其效果很好且很容易被忽略在這里單獨提出來說。隔離包括三個層次上的隔離:

          電氣隔離;及通過變壓器、光耦等隔離器件把獨立模塊與其它功能模塊的電氣連接關系完全打斷。確保即使在外部模塊完全損壞的情況下不會對內部模塊的功能、性能造成大的影響。值得注意的是一旦選擇了電氣隔離的方案往往就意味著電源、信號、通信等所有環節都要隔離。

          功能隔離;即采用磁珠、電感、濾波、去耦網絡、觸發器甚至簡單的保險絲、二極管等器件,將某些具有獨立的電氣特性的區間單獨劃分出來的隔離方式。

          間距隔離或屏蔽;通過把不同功能,不同特性的電氣模塊拉開一定的物理間距,甚至增加屏蔽的方式實現隔離。

          從改善可靠性的效果看,電氣隔離>功能隔離>間距隔離或屏蔽。但不管采用那種方式的隔離,總的來說隔離都有利于降低因為外部原因引起的電應力,從而提高系統可靠性。隔離還能同時提升系統EMC性能,安全性等性能。但隔離往往也意味著系統復雜性和成本的增加。

          5、降低失效影響

          設備賣出后就要在用戶的環境中運行。很難保證用戶的環境真的就如工程師所獲得的設計輸入那樣。很多時候符合技術標準的設備到用戶那里就會出現各種各樣奇葩的問題,舉個例子來說:你很難要求用戶不在你的設備旁邊放一個大功率電機;也很難保證在野外環境下能得到50Hz頻率穩定的交流電。這些看似不起眼的小變化其實都會加速設備的損耗。

          不過有一個好消息是這對于所有供應商來說都是公平的。換句話說如果我們的設備在這種環境中很快就會壞,我的競爭對手也一樣。那么如何讓我的設備能相對的好一點,對于用戶來說其體驗就會大大改善。產品的口碑就會很好。再比如同樣是故障,但我們的故障只是停機而競爭對手的就是爆炸、起火,那樣的差距也不是能同日而語的。除了少數大型公司外,很少有公司在技術規范中有對失效模式進行細致的要求,所以許多工程師并不注重這些降低失效影響的設計。但是這些環節卻經常最終表現為用戶的口碑、公司的核心競爭力、甚至很多公司因為一兩次重大事故而被行業封殺的案例也是時有發生的。

          比如:安規設計一定要使用安規電容,因為安規電容的失效模式能確保為短路;減少在電源處使用TVS,因為TVS的失效模式會造成短路;減少鉭電容的使用,因為其失效模式為短路,且容易發送燃燒。

          另外增加一些失效保護模塊(比如保險絲、變壓器),也是控制設備失效模式的有效手段。

          

        可靠性

         

          6、對被動器件適量的過設計

          紋波對電路壽命的影響是非常巨大的。這是因為電子元件的壽命根據其所有應力的增大呈指數被的減小。包括電容、電感、電阻等在內的濾波器件能顯著改善系統的紋波,這對提高其附近電路的壽命作用很大。適當的提高這些部件參數來控制紋波從長期看也是很有價值的。

          如果進一步研究還會發現某些器件,特別是無源器件的失效模式很多是規格參數的改變。比較典型是電解電容,由于其電解液的揮發,長期看電解電容值是在下降的。而很多電解電容在電路中都是起到支撐電容的作用。但電容值下降后,電路的紋波就會不斷的增加。這會進一步惡化電路可靠性。因此在做電源設計時,需要在計算控制的紋波標準的基礎上將電容的參數再擴大至少半個數量級。

          7、設計可替換的保護模塊

          對于一些發生原因來自外部,發生概率隨機的問題,在原理設計層面直接解決這些問題往往非常困難。理論上說我們可以把鍋甩給客戶,指責是用戶使用不當導致的問題。但這樣對用戶體驗也不好。

          一個比較有效的方式就是設計一個能夠被替換的保護模塊。但問題來的時候讓保護模塊先行損壞,進而避免或者減弱對主要功能模塊的損壞。比如:在多用電系統電路中增加保險或者斷路器;在容易遭到雷擊的地方增加泄放回路。

          在我們生活中也有這樣的案例,比如手機碎屏這個問題就是典型的:發生概率隨機,發生原因多樣且難以控制的問題。我們針對這樣的問題最簡單的解決辦法就是貼保護膜,膜是可替換的,碎了可以隨時更換。由于保護了屏這個易損件,站在用戶層面看手機的壽命就得到很大的改善。

          值得一提的是,手機的膜還是一個讓用戶付費的消耗品,且利潤極高,其利潤率比手機高出很多,甚至孕育出了一個產業。因此即使拋開技術,站在商業層面看也是一個非常成功的案例。

        大发彩票www官方网址