电源的预期寿命

电器工程 电源 开关模式电源 寿命
2022-01-14 09:34:33

网上有很多关于开关电源寿命的文章,但是大部分都是讨论PSU接近满负荷的情况。我正在设计一个需要待机状态的电子设备,我正在使用输出为 24V-5A 的 COTS PSU,如下所示:

电源

我的设备功耗几乎是这样的:

接近满负荷时的 5%。

55% 的时间在 20% 的满负荷。

40% 的时间处于待机状态(大约是满负载的 1%)。

我知道一切都取决于 PSU 的质量和它的设计规格,但中国供应商没有提供足够可靠的产品信息。尽管我们是从某种负责任的供应商那里购买它们。

我通常可以预期我的 PSU 的使用寿命为 10 年吗?

有人说输入电容器(在高交流电压下)或光耦合器无论负载消耗如何都会在几年后损坏。这是真的吗?如果是的话,其他一些电子系统,如使用交流电源多年的电视,是如何解决这个问题的?

3个回答

您无法从外观判断任何设备的预期使用寿命。

在您的具体情况下,我预计有几件事最有可能失败:

  1. 电源浪涌引起的缺陷
  2. 电容器老化
  3. 半导体因冷却器上的灰尘而发热

通常,第一个完全不在您的掌控之中。电网故障对您的 SMPS 造成的影响有多严重的问题取决于您的 SMPS 的设计,以及简单的运气。尽管如此,从纯粹随机的角度来看,你必须预料到偶尔会出现任何问题(雷击、汽车撞上电线杆)——但这可能是半个世纪或半个月,再次取决于,完全不受 SMPS 影响的可能性。

当然,您可以通过足够的输入保护来限制出现问题的影响——但这只会被指定用于比您的更大、更昂贵的电源。

然后,我们有老化和失败的概率。在工业环境中,您通常会发现一种称为“MTBF”的度量,即平均故障间隔时间,它准确地捕捉到了这一点。在重负载使用场景下,该数字应该高于您需要的数字。在较轻的负载下估计 MTBF 没有多大意义——a) 那时您是否可以使用更小的 SMPS,并且 b) 很难猜测事情是否会持续更长时间;我真的不明白为什么固定频率 SMPS 在 1% 负载和 90% 负载情况下的压力会更小,只要冷却足够。

因此,如果您需要这种可靠性,请购买带有 MTBF 的产品。这个数字很难诚实和有资格地估计,只有拥有丰富经验的大型供应商才值得信赖。

尽管我们是从某种负责任的供应商那里购买它们。

大声笑,好的,所以,不是那个供应商,而是一个从根本上负责任的供应商。是的,成本因数大于 2。

您通常不会为消费电子产品购买此类组件;价格/收益的权衡根本不允许:

如果是的话,其他一些电子系统,如使用交流电源多年的电视,是如何解决这个问题的?

一点也不?好的,当然,作为工程师,您尝试使用给您的东西构建最好的 SPMS。您正确地选择了在其规格中具有一定空间的组件,以便在将要构建的数千台设备中,停机概率很低。但是,如果一台 400 欧元的电视在十年后在该领域出现故障……没人在乎。无论如何,这大约是消费电子产品预期寿命的上限。如果它在 5 年后失败,你甚至不会推断出坏名声。如果2年后失败,那么,看看这些案例没有积累,如果没有,你作为制造商就可以了;如果它在保修期内出现故障,那么更换 1000 台电视中的 1 台仍然比制造 1000 台贵 1% 但平均几年后出现故障的电视便宜。

幸运的是,这里的经济学可能对您有利:虽然任何坚固的 SMPS 都将比您的“负责任的”供应商更昂贵,但如果您能够获得大规模生产的高端设备的供应,您将从以下事实中受益已经对这些进行了严格的测试,但是量产将这些成本分配给了更多设备,并且它们仍然相对便宜。

评论已经提到 TDK 和 Murate 作为典型的 SMPS OEM,但我只是去打开一个与你有类似使用配置文件的设备——在你的情况下,寻找一个损坏的高端办公室打印机/复印机,然后电源上的名称。

预期寿命并不等于 MTBF!

MTBF 是使用电子元件的概率函数分布计算的(通常使用指数分布函数)。预期寿命是一个参数,它保证您对概率分布函数的假设仍然成立。

有像 FIDES 这样的既定标准,允许估计 PSU 设备(或一般的 COTS)。您需要定义的是您的应用配置文件(环境温度、开启时间和关闭时间比率等)。

您可以在 FIDES 网站上快速浏览以了解更多信息。

简单的温度循环会破坏电子设备,因为膨胀系数不相同,并且不断的机械弯曲和不断的应力变化......最终会损坏组件。

治疗:不要关闭电路。

哦......让他们保持冷静。

焊料中含铅的原因之一......其机械合规性(延展性)。

编辑考虑一个具有 100,000Hz 时钟的 SMPS........每秒发生 100,000 次热膨胀和收缩。