文: 蘇文福/品保部
簡(jiǎn)鵬輝/研發(fā)部

明緯于2008年，正式開發(fā)出第一款LED POWER SUPPLY-CLG-150，正式踏入LED蓬勃發(fā)展的產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)。時(shí)至今日已超過10年，相關(guān)LED系列產(chǎn)品銷售量不計(jì)其數(shù)。明緯欲追蹤10年前應(yīng)用于LED 路燈之電源性能及可靠度，故于市場(chǎng)端取得2008年制造之CLG-150 LED電源來進(jìn)行分析探討。
 
交換式電源供應(yīng)器依設(shè)計(jì)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(jì)上都一定有其必要性，所以如何確認(rèn)實(shí)際壽命與信賴性評(píng)估一直為各廠牌的竅門，一般電源壽命評(píng)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(jì)的產(chǎn)品壽命評(píng)估須通過ORT/DMTBF/冷熱沖擊/Life time驗(yàn)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(yàn)證與壽命評(píng)估。
鋁質(zhì)電解電容(aluminum electrolytic capacitor)受使用條件(溫度，負(fù)載等)的影響很大，長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)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(kuò)散效應(yīng)(diffusion effect)所導(dǎo)致，即電解質(zhì)擴(kuò)散到外封材料進(jìn)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(kuò)散反應(yīng)速率)為基礎(chǔ)來估算，于一段時(shí)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(huì)減少一半，反之，如溫度降低10℃，其壽命會(huì)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(cè)試，因此S.P.S.交給客戶時(shí)大都
    已進(jìn)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(dòng)）有關(guān)。
(3)耗損故障期間
   偶發(fā)故障期后產(chǎn)品即進(jìn)入耗損故障期間，此時(shí)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(fù)載(load)及溫度之關(guān)系

依上述浴缸曲線來探討，對(duì)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(dòng)）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(jī)殼溫度(Tcase)與負(fù)載條件執(zhí)行產(chǎn)品壽命分析探討。
 
明緯產(chǎn)品壽命驗(yàn)證是以國(guó)際知名電解電容制造商提供的計(jì)算方式為根據(jù)，以CLG-150機(jī)型為例，為全灌膠機(jī)種, 其設(shè)計(jì)輸出電容采用10000小時(shí)@105℃之日系品牌鋁質(zhì)電解電容，其電容壽命V.S 負(fù)載V.S溫度之關(guān)系說明如下。
 

1. 使用壽命與負(fù)載及環(huán)境溫度之關(guān)系. : 如圖(一)

• 使用壽命與負(fù)載之關(guān)系，當(dāng)環(huán)溫為55℃時(shí)，負(fù)載操作于100% 其壽命約為35Khrs；當(dāng)負(fù)載減額至75%使用，其壽命約為57Khrs，也就是當(dāng)負(fù)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(fù)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。

2. 使用壽命與機(jī)殼溫度之關(guān)系 : 如圖(二)

電氣性能與可靠度分析

實(shí)際從市場(chǎng)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(diǎn)如下:
 

• 電氣特性-重要電器規(guī)格分析

重要電氣項(xiàng)目	電氣規(guī)格	實(shí)測(cè)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
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(dòng)時(shí)間/保持時(shí)間仍符合SPEC，表示輸入/輸出電解電容壽命，尚未進(jìn)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。

 

• 可靠度特性-電解電容容值分析

電容位置		電容規(guī)格	實(shí)測(cè)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
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(jì)及零件選用符合長(zhǎng)期信賴性需求。

總結(jié):
明緯設(shè)計(jì)及零件選用，皆以長(zhǎng)期信賴為基礎(chǔ)。佐以目前相關(guān)實(shí)施之可靠度測(cè)試(環(huán)測(cè)溫升限制/ORT長(zhǎng)時(shí)間壽命燒機(jī)驗(yàn)證/冷熱沖擊/震動(dòng)/防水/鹽霧…)，實(shí)際從市場(chǎng)端使用10年產(chǎn)品，確認(rèn)相關(guān)參數(shù)(電氣/絕緣/零件壽命..)皆正常，亦證明10年前臺(tái)灣首批配置于路燈之產(chǎn)品質(zhì)量良好，估計(jì)使用10年無(wú)問題，左證了明緯相關(guān)可靠度評(píng)估，長(zhǎng)期使用之可靠度佳。此外，LED驅(qū)動(dòng)電源選購(gòu)與搭配上需選用高效率的電路設(shè)計(jì)產(chǎn)品，且零件設(shè)計(jì)使用高質(zhì)量電解電容的LED驅(qū)動(dòng)電源，亦為提升燈具壽命之參考方向。

明緯將持續(xù)秉持-全面品保/客戶滿意之質(zhì)量政策，長(zhǎng)期提供質(zhì)、量、成本最佳組合之產(chǎn)品與服務(wù)。
 
相關(guān)壽命評(píng)估與保固說明 請(qǐng)參閱明緯網(wǎng)站