Топ-5 причин отказов блоков питания в 2020 году — Анализ и профилактика

Введение в отказы блоков питания:

Блоки питания — скелет любой электронной системы. Любое препятствие в питании останавливает систему. Отказы бывают по разным причинам, но есть меры профилактики.

Данные основаны на исследованиях Excelsys и Power Clinic (данные отказов 12 000+ моделей от 1600+ компаний) и исследованиях Др. Рея Ридли (Ridley Engineering) по группе LinkedIn «Power Supplies» (6000+ участников). Данные охватывают промышленные, медицинские, военные, научные системы.

Частей причины отказов блоков питания:

Большинство отказов связаны с температурой. Фундаментальный закон физики: каждое снижение температуры БП на 10°C ниже 40°C удваивает MTBF (среднее время наработки на отказ). Каждое повышение на 10°C — MTBF падает вдвое. MTBF — прогнозируемое время между внутренними отказами системы.

Рост применения пластиковых корпусов вместо металлических влияет на термику и ЭМС. Цель — правильный термоманеджмент вокруг БП.

• Конденсаторы

Почти все технологии конденсаторов имеют недостатки при неудачном проектировании. Конденсаторы легко перегружаются и склонны к отказам. Причины: утечка, вздутие, взрыв/КЗ, снижение емкости, рост ЭСР. Перегрев, старение, обратная полярность, повреждение при сборке.

Профилактика: качественные конденсаторы, защита от перегрева, контроль пульсаций тока (ripple current) — избегать перегрузки.

• Силовые компоненты (MOSFET)

Ключевые силовые компоненты (MOSFET) — частая причина отказов. MOSFET (полевик с изолированным затвором) — трехвыводной прибор (исток, затвор, сток). Усиливает и коммутирует сигналы. Силовые MOSFET — база DC-DC преобразователей.

Отказы: плохой теплоотвод, перегрузка по стоку (напряжение/ток), перегрузка затвора, перегрузка внутреннего антипараллельного диода. Фокус — грамотное проектирование, дерейтинг компонентов, тестирование.

• Управляющие микросхемы (Control ICs)

Управляющие IC легко применить неверно — влияют на БП. Причины: неверная тактовая частота, плохая топология ПП (шум, генерация). Внимание: ограничение тока, управление затвором, расстояния, мягкий пуск, измерение контуров управления.

Дефект IC напрямую влияет на MOSFET — критично обеспечить надежность IC.

• Внешние факторы окружения

Самая частая причина. Включают: проникновение влаги, импульсы перенапряжения в сети, индуцированные перенапряжения, удары молнии, реактивные нагрузки (рекуперативные приводы, зарядка батарей, суперконденсаторы).

Часть отказов из-за среды предотвратима грамотным проектированием, тестированием, защитными расширениями.

• Вентиляторы (кулеры)

В большинстве систем. Движущиеся части — более подвержены отказам. Кулеры рассеивают тепло, предотвращая перегрев. Пользователи добавляют кулеры, если нет встроенных. Но проблема не исчезает, а смещается. Проблема — суррогаты в цепочке поставок. Нужно гарантировать отсутствие поддельных вентиляторов.

Бескулерные системы: герметичность от влаги и пыли. На улице — защита от дождя. Удаление кулера повышает надежность на 25%, предотвращает отказы. Избегайте кулеров в БП, если не критично. Excelsys выпустили бескулерный БП 600 Вт.

Заключение:

Причин отказов БП много, но эти — наиболее частые. Профилактика: внимание к БП с этапа проектирования и сборки. Легальные компоненты с предварительными тестами или поставщики с гарантией.