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明緯電解電容Life time驗證與壽命評估:環境溫度下降至攝氏45度 壽命約增加1倍
 

【CTIMES/SmartAuto 報導】   2019年07月11日 星期四

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明緯於2008年開發出第一款LED POWER SUPPLY-CLG-150,至今已超過10年,明緯欲追蹤10年前應用於LED 路燈之電源性能及可靠度,故於市場端取得2008年製造之CLG-150 LED電源來進行分析探討,主要討論電解電容Life time驗證與壽命評估。

圖片表示典型的產品壽命期間之故障率曲線圖(浴缸曲線)。
圖片表示典型的產品壽命期間之故障率曲線圖(浴缸曲線)。

明緯表示,交換式電源供應器依設計的功率與架構不同,可由數十顆零件,甚至數百顆零件組成。每顆零件在設計上都一定有其必要性,所以如何確認實際壽命與信賴性評估一直為各廠牌的竅門,一般電源壽命評估主要由部分關鍵零組件的使用壽命來決定,譬如風扇、鋁質電解電容等。明緯設計的產品壽命評估須通過ORT/DMTBF/冷熱衝擊/Life time驗證,以確保產品壽命與品質。

另外,明緯進一步說明,鋁質電解電容(aluminum electrolytic capacitor)受使用條件(溫度,負載等)的影響很大,長時間的運作之下,其電容值減小且損耗角增加,而影響其使用壽命。這種現象主要是由電容中電解質的擴散效應(diffusion effect)所導致,即電解質擴散到外封材料進而散溢到外部。一般鋁質電解電容壽命可使用Arrhenius定律(化學擴散反應速率)為基礎來估算,於一段時間後逐漸乾涸造成容值下降/內阻(ESR)上升而造成電容損壞。當環境溫度增加攝氏10度,其壽命會減少一半,反之,如溫度降低攝氏10度,其壽命會增加1倍。

圖片表示典型的產品壽命期間之故障率曲線圖(浴缸曲線)。

(1)初期故障期間

為了防止初期故障,在成品出貨之前已篩選出不良零件和做過老化測試,因此S.P.S.交給客戶時大都

已進入偶發故障期間。

(2)偶發故障期間

產品穩定度與其信賴度(MTBF)有關,基本上故障率都很低,但是偶發期間的故障率與使用者的

安裝和工作條件(環境溫度、減額、通風、振動)有關。

(3)耗損故障期間

偶發故障期後產品即進入耗損故障期間,此時大都屬於零件的老化(如風扇、電解電容器)。

使用壽命(life time)與負載(load)及溫度之關係

依上述浴缸曲線來探討,對於偶發故障期間之信賴性與使用者安裝或應用條件(環境溫度、減額、通風、振動)有關。先屏除其他外在影響條件,以環境溫度(Tamb.) 或產品機殼溫度(Tcase)與負載條件執行產品壽命分析探討。

明緯產品壽命驗證是以國際知名電解電容製造商提供的計算方式為根據,以CLG-150機型為例,為全灌膠機種, 其設計輸出電容採用10000小時@攝氏105度之日系品牌鋁質電解電容,其電容壽命V.S 負載V.S溫度之關係說明如下。

A. 使用壽命與負載及環境溫度之關係. :

 使用壽命與負載之關係,當環溫為攝氏55度時,負載操作於100% 其壽命約為35Khrs;當負載減額至75%使用,其壽命約為57Khrs,也就是當負載減額使用至75%,壽命可提升1.6倍。

 使用壽命與環溫之關係,當負載操作於75% LOAD,其環境溫度操作於攝氏55度其壽命約為57Khrs;當環境溫度下降至攝氏45度,其壽命約增加1倍為114Khrs。

B. 使用壽命與機殼溫度之關係 :

由於灌膠機型,使用者不易量測內部電容溫度,故可量測Tcase的溫度來評判。假設Tcase小於攝氏55度時,其壽命約為100Khrs;當Tcase為攝氏70度時,其壽命約為35Khrs。

關鍵字: 明緯 
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