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LTZ1000ACH的基准源,大家讨论最多的是精度,升压,绝热分割等等问题,但是没人讨论过可靠性. 作为一个基准器,可靠性当然也非常重要,因此我再此补充一下.
我的LTZ1000ACH基准源,整个系统的可靠性目标为90%/20年. LTZ1000ACH如果坏掉就完蛋了,但是这个元件没什么可讨论的,因此可靠性按照1计算. 电阻,电感,报废率均看做为0,因为实际上很小,因而可靠性也按照1计算.
LTZ1000ACH基准源之中,最容易坏的件从大到小排列如下(我自己的观点,欢迎批评指正)
第一类:会发热的元件 对于发热元件来说,温度升高10度坏的就快2-4倍,因此应该特别注意. ------------------------------------------- Top1:加热三极管 这个加热三极管一般是小功率管和中功率管,因此很容易升温,而且温度由于封装小热阻高往往比较高,我测试可以比LTZ外壳温度还要高,即便用铁壳还是无济于事.我看好几个坛友的板子均是这个管子独立站着,没加散热片,貌似他们的板子装上铝壳这个管子也不贴壁.这个管子是最应该加强散热的,因为他的温度如果不散热其实很高(功率其实还是有些,尤其是用15V电压的坛友要注意),而且一旦坏掉整个系统必然不能工作.因此这个东西不特别处理肯定是挂的最快的,尤其是用了贴片三极管元件的那位坛友.
Top2:7815稳压管 这个稳压管承担着所有的输入稳压功能.输入如果是18V还好.24V的话压降就很大,也要加强散热.尤其是对于多个LTZ公用一个7815的坛友(比如我),这个片子一定要重视起来,16个LTZ的极限电流可是有30*16=480mA,已经不是一个小数字,这管子上起码2W功率.
Top3:全桥整流二极管(4个),如果存在的话是Top3 这四个整流二极管的作用主要是防电源反接(有的坛友板子上没加这个功能,一旦误接反就完蛋了,LTZ必挂).这些管子也有发热,毕竟有些功耗;,因此也要注意一下.同Top2的分析,对于多个LTZ公用一组防反接二极管的坛友,这些管子也一定要重视起来.
第二类:电容 电容的失效模式随着电容的不同而不同. ------------------------------ Top1:铝电解电容器 这个一般用在输入滤波,铝电解在严肃的可靠性工程之中根本不能用,想想看大家修过的多少表坏是电容问题就知道了,尤其是我们这里把它放在7815旁边.铝电解电容有五花八门的失效, 这里就不展开讲了, 反正不能使用是肯定的.
Top2:MLCC(贴片多层陶瓷电容器) 这玩意容量可以做得很大其实,并不是总是很小,尤其是X7R,Y5V的材质.但是,这些大容量MLCC电容用在滤波的地方尤其不适合手工焊接,而且焊接在电路板上电路板稍有弯曲就会断裂(用铜柱固定板子的坛友注意了).这些断裂一般来讲是看不出来的,但是会在日后逐步显示出来.即使焊接时候没断裂,LTZ1000ACH的承载电路板因为20年的光阴也会发生张力,使得MLCC发生断裂或者其他事故,因此MLCC也不能用.实际上MLCC仅仅只是比钽电解靠谱一点,远不及薄膜电容,由于板子上如果不用薄膜电容的话MLCC必然大把,因此MLCC排在钽电解前头反而.
Top3:钽电解电容器 铝电解不能用这里就只有用钽电解.钽电解,固钽还是液钽呢?我觉得液钽好些反而,因为我们跟在7815+电感滤波器的后面,不需要考虑太多过流问题,也没得哪怕一点点反向电压(液钽最怕的就是这个,不放心的坛友可以加肖特基,另外最好加上全桥整流二极管以彻底杜绝这个问题),只要容量大和品质高. 另外,固钽需要50%甚至30%电压降额才靠谱,液钽很少降额,降到80%就很靠谱了(当然我们这里降到50%). 固钽还有其他的BUG(虽然比铝电解好多了),包括不断击穿和不断自愈,热致失效(不要忘记,我们就把他放在7815这个热源旁边),场致失效.这些个问题不是电压降额能解决的,是固钽本身的问题,因此弃用固钽. 液钽也有问题,因为液钽电容不抗震动.不过这可以通过选择M39006/22或M39006/25带H后缀的全密封钽电容解决,该系列迄今没发生一次漏液事故,抗震也非常好(50g?)
Top4:薄膜电容 对于所有WIMA薄膜电容,其失效率为2FIT, 即是10^9设备小时下（比如1000个零件连续工作1000小时)预期的失效次数为2次,失效率为2*10^-9. 我们用到40只左右的WIMA电容(这估计已经很过分了,包括7转10升压电路,等等等等),这样子的话,总和1000小时可靠率0.99992,
第三类:电路板和焊接和连接器 --------------------------- Top1:电路板和元件脚 坛上所有的板子都是沉金的,看得出来大家很用心,但是这里板子反而不能沉金(好吧,薄的沉金其实无所谓的,只要别超过1um.那些超过2um的加厚沉金赶快回去检查是不是会发生脱落)(!),元件管脚也不能是镀金的(强制要求LTZ必须做除金处理再焊接;要想极端完全除金可以考虑CN,不过就是太毒了).一个简易的办法是搪锡,我们自己在家里搪的话搪它个5-6遍,除尽所有管脚的金;也可以用砂纸擦擦. 不除尽金的后果,就是发生元件管脚处焊接的脆性断裂,只要断掉LTZ一个管脚,我们的基准肯定歇菜.
Top2:焊锡 我们使用了低热电势焊锡,因此可焊性可能会打折扣,因此焊接时候一定要好好检查每个焊点确定没得问题.这个只能靠目检了.
Top3:电源连接器 电源连接器最没技术含量,但是如果在移动基准传递标准的时候和电池组不小心脱离了就呵呵了(回差0.5ppm).因此这里要注意连接器的可靠性,反正那种简单的插孔肯定不成,一把就拔出来了.当然,直接焊接更好,这个连接器根本就不需要.
元件选择可靠性分析: ---------------------------------------------------- 我们的设计要工作20年,就是180000小时,也即180个单位时间. 如果采用普通的1%/1000小时可靠性元件,由于0.99^(180*5)*0.99992^180=0,几乎必然坏掉. 我们使用到0.01%/1000小时损坏率的军工元件: 0.9999^(180*6个关键件)*0.99992^180=91.4%/20年,报废率可以勉强忍受,算是通过了. 因此,除开LTZ1000ACH以及7转10的那个斩波自稳零没办法用军工级之外(实在是找不到啊),所有其他的元件都必须用军工级;我选用的是: 加热管 JAN2N2222 + 贴在铝壳壁上加强散热 7815 SG7815AIG/B883 BeO 军用级高导热 整流桥 JAN1N5550 5A 200V整流二极管 两个LTZ电路中的二极管 JAN1N4148 钽电解 M39006/25-560H 560uF 30V 抗震动钽电解电容器 LT1013 LT1013AMH/883军用级 电源插孔 航空连接器 4孔
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发表于 2014-12-19 00:55:20
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楼主
发表于 2014-12-19 08:17:31
