品牌營銷中心 電源制造專家
交換式電源供應(yīng)器依設(shè)計的功率與架構(gòu)不同，可由數(shù)十顆零件，甚至數(shù)百顆零件組成。每顆零件在設(shè)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(guān)鍵零組件的使用壽命來決定，譬如風(fēng)扇、鋁質(zhì)電解電容等。明緯設(shè)計的產(chǎn)品壽命評估須通過ORT/DMTBF/冷熱沖擊/Life time驗證，以確保產(chǎn)品壽命與質(zhì)量。
本文主要討論電解電容Life time驗證與壽命評估。
鋁質(zhì)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(tanδ）增加，而影響其使用壽命。這種現(xiàn)象主要是由電容中電解質(zhì)的擴散效應(yīng)(diffusion effect)所導(dǎo)致，即電解質(zhì)擴散到外封材料進而散溢到外部。一般鋁質(zhì)電解電容壽命可使用Arrhenius定律(化學(xué)擴散反應(yīng)速率)為基礎(chǔ)來估算，于一段時間后逐漸干涸造成容值下降/內(nèi)阻(ESR)上升而造成電容損壞。當(dāng)環(huán)境溫度增加10℃，其壽命會減少一半，反之，如溫度降低10℃，其壽命會增加1倍。
此外，下圖表示典型的產(chǎn)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(fā)故障期間。
(2)偶發(fā)故障期間
產(chǎn)品穩(wěn)定度與其信賴度（MTBF）有關(guān)，基本上故障率都很低，但是偶發(fā)期間的故障率與使用者的
安裝和工作條件（環(huán)境溫度、減額、通風(fēng)、振動）有關(guān)。
(3)耗損故障期間
偶發(fā)故障期后產(chǎn)品即進入耗損故障期間，此時大都屬于零件的老化(如風(fēng)扇、電解電容器)。
使用壽命(life time)與負載(load)及溫度之關(guān)系
依上述浴缸曲線來探討，對于偶發(fā)故障期間之信賴性與使用者安裝或應(yīng)用條件（環(huán)境溫度、減額、通風(fēng)、振動）有關(guān)。先屏除其他外在影響條件，以環(huán)境溫度(Tamb.) 或產(chǎn)品機殼溫度(Tcase)與負載條件執(zhí)行產(chǎn)品壽命分析探討。
明緯產(chǎn)品壽命驗證是以國際知名電解電容制造商提供的計算方式為根據(jù)，以CLG-150機型為例，為全灌膠機種, 其設(shè)計輸出電容采用10000小時@105℃之日系品牌鋁質(zhì)電解電容，其電容壽命V.S 負載V.S溫度之關(guān)系說明如下。
電氣性能與可靠度分析
實際從市場端取回使用10年的CLG-150產(chǎn)品(2008/12制品-應(yīng)用于路燈)，分析產(chǎn)品之電氣性能與可靠度，摘要重點如下:
本文主要討論電解電容Life time驗證與壽命評估。
鋁質(zhì)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(tanδ）增加，而影響其使用壽命。這種現(xiàn)象主要是由電容中電解質(zhì)的擴散效應(yīng)(diffusion effect)所導(dǎo)致，即電解質(zhì)擴散到外封材料進而散溢到外部。一般鋁質(zhì)電解電容壽命可使用Arrhenius定律(化學(xué)擴散反應(yīng)速率)為基礎(chǔ)來估算，于一段時間后逐漸干涸造成容值下降/內(nèi)阻(ESR)上升而造成電容損壞。當(dāng)環(huán)境溫度增加10℃，其壽命會減少一半，反之，如溫度降低10℃，其壽命會增加1倍。
此外，下圖表示典型的產(chǎn)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(fā)故障期間。
(2)偶發(fā)故障期間
產(chǎn)品穩(wěn)定度與其信賴度（MTBF）有關(guān)，基本上故障率都很低，但是偶發(fā)期間的故障率與使用者的
安裝和工作條件（環(huán)境溫度、減額、通風(fēng)、振動）有關(guān)。
(3)耗損故障期間
偶發(fā)故障期后產(chǎn)品即進入耗損故障期間，此時大都屬于零件的老化(如風(fēng)扇、電解電容器)。
使用壽命(life time)與負載(load)及溫度之關(guān)系
依上述浴缸曲線來探討，對于偶發(fā)故障期間之信賴性與使用者安裝或應(yīng)用條件（環(huán)境溫度、減額、通風(fēng)、振動）有關(guān)。先屏除其他外在影響條件，以環(huán)境溫度(Tamb.) 或產(chǎn)品機殼溫度(Tcase)與負載條件執(zhí)行產(chǎn)品壽命分析探討。
明緯產(chǎn)品壽命驗證是以國際知名電解電容制造商提供的計算方式為根據(jù)，以CLG-150機型為例，為全灌膠機種, 其設(shè)計輸出電容采用10000小時@105℃之日系品牌鋁質(zhì)電解電容，其電容壽命V.S 負載V.S溫度之關(guān)系說明如下。
- 使用壽命與負載及環(huán)境溫度之關(guān)系. : 如圖(一)
- 使用壽命與負載之關(guān)系，當(dāng)環(huán)溫為55℃時，負載操作于100% 其壽命約為35Khrs；當(dāng)負載減額至75%使用，其壽命約為57Khrs，也就是當(dāng)負載減額使用至75%，壽命可提升1.6倍。
- 使用壽命與環(huán)溫之關(guān)系，當(dāng)負載操作于75% LOAD，其環(huán)境溫度操作于55℃其壽命約為57Khrs；當(dāng)環(huán)境溫度下降至45℃，其壽命約增加1倍為114Khrs。
- 使用壽命與機殼溫度之關(guān)系 : 如圖(二)
電氣性能與可靠度分析
實際從市場端取回使用10年的CLG-150產(chǎn)品(2008/12制品-應(yīng)用于路燈)，分析產(chǎn)品之電氣性能與可靠度，摘要重點如下:
- 電氣特性-重要電器規(guī)格分析
| 重要電氣項目 | 電氣規(guī)格 | 實測值 |
| E.F.F | 89% | 90.1% |
| P.F | 0.95 | 0.967 |
| RIPPLE & NOISE | 150mv | 109mv |
| SETUP TIME | 3000ms | 1660 ms |
| RISE TIME | 80ms | 23ms |
| HOLD UP TIME | 50ms | 56ms |
| INRUSH CURRENT | 65A | 46.6A |
| WITHSTAND VOLTAGE | I/P-O/P:3.75KVAC I/P-FG:2KVAC O/P-FG:0.5KVAC : TEST OK | |
| ISOLATION RESISTANCE |
I/P-O/P, I/P-FG, O/P-FG: 100M Ohms / 500VDC |
I/P-O/P:22.4GΩ I/P-FG: 20.6GΩ O/P-FG:30 GΩ |
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小結(jié): 1. 使用10年，滿載E.F.F/P.F仍符合SPEC，表示功率組件(MOS/變壓器)等組件工作損耗仍正常。 2. 輸出電壓漣波/啟動時間/保持時間仍符合SPEC，表示輸入/輸出電解電容壽命，尚未進入老化周期。 3. HI-pot/絕緣阻抗，符合安規(guī)要求，表示雷擊/絕緣/防水..等功能，基礎(chǔ)能力正常。 |
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- 可靠度特性-電解電容容值分析
| 電容位置 | 電容規(guī)格 | 實測值 | |
| 輸入端高壓電容 | C5 | 150u/450V 105℃ D=0.24 NCC CLA | C:129.6uf D:0.08 ESR:0.574Ω |
| 輔助電源電容 | C120 | 22u/50V 105℃ D=0.1 NCC KY ESR=0.7Ω | C:20.9uf D:0.06 ESR:0.43Ω |
| C55 | 100u/25V 105℃ D=0.14 NCC KY ESR=0.22Ω | C:89.4uf D:0.09 ESR: 0.16Ω | |
| C42 | 22u/50V 105℃ D=0.19 RUB. YXM | C:19.9uf D:0.08 ESR:2.2Ω | |
| C52 | 47u/35V 105℃ D=0.12 RUB. ZLH ESR=0.22Ω | C:48.13uf D:0.06 ESR:0.183Ω | |
| 輸出電容 | C105 | 330u/50V 105℃ D=0.1 NCC KY ESR=0.22Ω | C:312uf D:0.025 ESR:0.037Ω |
| C106 | 330u/50V 105℃ D=0.1 NCC KY ESR=0.22Ω | C:313uf D:0.025 ESR:0.04Ω | |
| C107 | 330u/50V 105℃ D=0.1 NCC KY ESR=0.22Ω | C:312uf D:0.025 ESR:0.04Ω | |
| C108 | 120u/63V 105℃ D=0.09 YXG-LLC ESR=0.25Ω | C:111.7uf D:0.032 ESR:0.101Ω | |
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小結(jié): 電解電容容值/D值/ESR值均符合零件規(guī)格，代表設(shè)計及零件選用符合長期信賴性需求。 |
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