电源的预期寿命


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互联网上有很多关于开关电源的预期寿命的文章,但是大多数文章都讨论了PSU接近满负荷的情况。我正在设计一种需要待机状态的电子设备,正在使用具有24V-5A输出的COTS PSU,如下所示:

电源模块

我的设备功耗几乎是这样的:

接近满负荷时的5%的时间。

55%的时间处于20%的满负载。

待机时间的40%(约占满负载的1%)。

我知道一切都取决于PSU的质量及其设计规格,但是中国供应商并未提供有关其产品的足够可靠的信息。尽管我们从负责任的供应商那里购买它们。

我通常可以期望PSU的使用寿命为10年吗?

有人说,不管负载消耗多大,输入电容器(在高交流电压下)或光耦合器都会在几年后毁坏。是真的吗 如果是,那么其他许多电子系统,例如电视,多年来一直使用交流电源,如何解决了这个问题呢?


是的,无论负载如何,您的输入电容器都会随着时间推移而退化。不,在最初的十年中这通常不是问题。
桅杆

您的环境温度是多少?
温妮

+1,这是一个很好的问题!我已经看到Murata PSU引用了57.5万小时的MTBF,这大约是65年!TDK RWS50电源列出的MTBF为4,170,949小时!!!,这大约是500年。然而,它们包含的机械风扇通常最多可使用40,000小时,而最佳的电解电容在60°C时的额定工作时间为100,000小时。尽管工作温度每下降10c,预期寿命就会增加一倍,但我仍然无法确定4M hrs的额定值。我
无所不能

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@MarcusMüller:根据类似MIL-HDBK-217F的引用来计算MTBF的真实值,需要有关所有电子零件的准确信息以及一些其他信息,例如其供应商和环境条件。我知道这些设备中使用的许多电子零件都没有任何可靠的文件。例如,查看此链接:link,他们说MTBF(= 36年)为316.2K小时,您相信吗?
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@AliChen MTBF!=预期寿命。电池在耗尽前可能具有一小时的寿命,但由于电池非常可靠,因此MTBF通常为1000万小时或更长。
温尼

Answers:


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您无法从外观上分辨出任何设备的预期使用寿命。

在您的特定情况下,我希望有几件事最有可能失败:

  1. 电源浪涌导致的缺陷
  2. 电容器老化
  3. 半导体由于冷却器上的灰尘而发热

通常,第一个完全不在您手中。煎炸SMPS时电网故障必须有多严重的问题取决于SMPS的设计以及运气。不过,从纯粹的随机角度来看,您必须期望偶尔会出现任何问题(雷击,汽车撞向电源线桅杆)–但是那可能是半个世纪或半个月,具体取决于,完全不受SMPS的影响。

当然,您可以通过足够的输入保护来限制出现问题的后果-但这仅适用于比您的更大,更昂贵的电源。

然后,我们就有了老化和失败的可能性。在工业环境中,通常会找到一种称为“ MTBF”的度量,它表示两次故障之间的平均时间。在繁重的使用情况下,该数字应高于所需的数目。在较轻的负载下估算MTBF并没有太大意义-a)那时您可以使用较小的SMPS,b)很难猜测情况是否会持续更长的时间;我真的不明白为什么固定频率SMPS在1%负载与90%负载的情况下承受的压力会更少,如果散热足够的话。

因此,如果您需要这种可靠性,请购买MTBF附带的产品。这个数字很难诚实和合格地估计,只有具有丰富经验的大型供应商才可以信赖。

尽管我们从负责任的供应商那里购买它们。

大声笑,好吧,不是那个供应商,而是一个根本负责任的供应商。是的,成本系数应大于2。

您通常不购买用于消费类电子产品的此类组件。价格/收益的折衷根本不允许:

如果是,那么其他许多电子系统,例如电视,多年来一直使用交流电源,如何解决了这个问题呢?

一点也不?好的,当然,作为工程师,您将尝试使用提供给您的东西来构建最佳的SPMS。您正确选择了在其规格中留有余地的组件,因此在将要构建的数千个设备中,停机的可能性很低。但是,如果十年后一台价格昂贵的400欧元电视在该领域失败了……那么,没人在乎。无论如何,那是消费电子产品预期寿命的上限。如果5年后它失败了,您甚至不会推断出不良声誉。如果2年后它失败了,那么,请注意这些案例不会累积,如果没有,那么您可以作为制造商使用。如果它不能在保修期内失效,则与制造1000台电视机相比要便宜得多,而每1000台电视机中更换1台电视机的成本要高出1%,但是平均而言,几年后才能失效。

幸运的是,经济学可能会在您身边:尽管任何坚固的SMPS都将比您的“负责任”供应商贵,但如果您能够获得大量生产的高端设备的供应,您将受益于这一事实虽然已经对这些设备进行了严格的测试,但是大量生产却将这些设备的成本分配给了更多的设备,而且它们仍然相对便宜。

评论中已经提到TDK和Murate是典型的SMPS OEM,但我只是去打开一台具有与您相似的使用情况的设备-就您而言,寻找损坏的高端办公打印机/复印机,然后电源上的名称。


“我真的不明白为什么固定频率SMPS在1%负载与90%负载的情况下承受的压力会更少,如果散热足够的话”:当然,我的SMPS散热还不够,显然加热了如果在90%的负载下负载更多,则肯定会影响电解质盖和其他零件的寿命。关于失败率,我真的可以接受每1000个故障中的1个。但是我如何确定这个比率?SMPS供应商是批量生产商,他们肯定会测试他们的产品,我们也会对其进行测试,但是我认为您无法通过这些测试来估计使用寿命。
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我的问题从根本上讲是关于SMPS零件,尤其是输入盖,当它们插入交流插头时它们会退化还是毁坏,但SMPS未满载?在这种情况下,他们的平均年龄为10岁吗?
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就像@electro所说的那样,如果不知道SMPS是如何设计的以及选择了什么电容,这是很难说的。您可以花钱购买超大号或更严格测试的瓶盖,但是否花钱取决于SMPS的制造商。无法给出一般答案。
MarcusMüller'17

好吧,电源的发热通常是90%比80%高得多,而100%则非常高。因此,考虑加热,通常最好不要长时间给电源施加80%以上的负载。
2017年

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预期寿命并不真正等于MTBF!

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

存在诸如FIDES之类的已建立标准,该标准允许估计PSU设备(或通常的COTS)。您需要定义的是您的应用程序配置文件(环境温度,开启时间和关闭时间比率等)。

您可以在FIDES网站上进行快速浏览以了解更多信息。


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简单的温度循环会破坏电子设备,因为膨胀系数不相同,并且持续的机械挠曲和不断变化的应力……最终会破坏组件。

治愈:请勿关闭电路。

哦……保持凉爽。

焊料中铅的原因之一.....其机械柔韧性(延展性)。

编辑考虑具有100,000Hz时钟的SMPS ........每秒100,000次,发生热膨胀和收缩。

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