In de praktijk worden de termen “MTBF” en “levensduur” vaak door elkaar gebruikt. Maar ze verwijzen naar verschillende processen en zijn beide belangrijk om betrouwbaarheid te beschrijven. Wat ze gemeen hebben, is dat hogere temperaturen hun waarden veel slechter maken.
MTBF
Waar komt deze waarde vandaan?
De MTBF “mean time between failure” specifieert als een statistisch gemiddelde hoe vaak een product faalt. Ook al streven alle partijen ernaar om het aantal storingen zo laag mogelijk te houden, het is onvermijdelijk dat een technisch product soms faalt. De frequentie van storingen wordt weergegeven door het symbool voor de failure rate λ (Lambda). λ specifieert het aantal storingen per eenheidsuur.
Het is belangrijk te begrijpen dat de failure rate / MTBF te maken heeft met de statistische storingen die vanaf het eerste werkend uur kunnen voorkomen. Met eerdere storingen wordt geen rekening gehouden, omdat de fabrikant moet voorkomen dat deze bij de klant voorvallen. Slijtage effecten spelen hier geen rol, aangezien in deze fase nog geen leeftijdsgebonden uitval voorkomt. Hogere temperaturen versnellen het proces, dus zijn lagere temperaturen zeer belangrijk voor een lage failure rate of hoge MTBF.
Voorbeeldberekening van de MTBF waarden
De failure rate geeft weer hoeveel storingen er te verwachten zijn wanneer een bepaald aantal producten voor een bepaalde periode operationeel zijn. Deze specificatie is in de praktijk belangrijk. Als voorbeeld nemen we 1000 voedingen en we laten ze 2000 uur werken. Dit resulteert in 2 miljoen eenheidsuren. Als we 4 storingen hebben in deze periode, dan is de failure rate: 4 storingen / 2 miljoen uur = 2 x 10-6 / uur of 2 ppm / uur. De MTBF als wederkerende waarde van 2 x 10-6 / uur geeft 500.000 uur, wat veel duidelijker is.
Levensduur
De levensduur heeft geen betrekking op statistische storingen tijdens de normale bedrijfstijd, maar verwijst naar de tijd waarna de componenten vanwege slijtage niet langer bruikbaar zijn. Dit specificeert na hoeveel jaar een voeding niet langer zijn opgegeven service kan uitvoeren
Wat bepaalt de levensduur?
De meest relevante componenten in een voeding die de levensduur beïnvloeden zijn de elektrolytische condensatoren. Ze bevatten een vloeibaar elektrolyt dat in de loop van de tijd door de behuizing van de component verspreid wordt. Het einde van de levensduur is door de fabrikant bepaald, namelijk wanneer parameters zoals capaciteit en interne weerstand voor een bepaalde waarde van de startwaarde gedegenereerd zijn. De levensduur is dus afhankelijk van het type elektrolytische condensator en de werkingstemperatuur. Elke stijging van 10°C halveert de levensduur van de voeding
Vergelijking tussen de MTBF en de levensduur
Een duidelijke vergelijking tussen de statistische failure rate (MTBF) en het verstrijken van de levensduur in een reeks van toepassingen vindt u in foto 2.
Twee voorbeelden
- In een raket is een levensduur van 5 tot 10 minuten voldoende aangezien ze dan haar werk gedaan heeft en crasht. Met de verschillende componenten die zo’n raket bevat, en de potentiële schade die door non functionaliteit aangericht kan worden, dient de mogelijkheid op storing tijdens deze 10 minuten extreem laag te liggen, wat een zeer hoge MTBF betekent.
- Een tegenovergesteld voorbeeld is een versterker in een onderzeese kabel. Deze dient 40 jaar en langer mee te gaan omdat hij moeilijk te vervangen is. Anderzijds is het niet zo complex en is een slechtere MTBF aanvaardbaar in compensatie met een langere levensduur.
Meerdere berekeningsmethodes, maar slechts één correcte
Voor kwaliteitsvolle industriële voedingen is zowel de MTBF als de levensduur belangrijk. Tijdens de normale gebruiksduur mogen er zo min mogelijk storingen voorkomen en moet de machine jarenlang gebruikt kunnen worden zonder componenten te vervangen. Sinds de introductie van de DIMENSION-serie is PULS een pionier in het specifiëren van de MTBF en levensduur in de datasheets. Er wordt veel aandacht aan besteed om te zorgen dat de waarden duidelijk gespecifieerd staan.
Er zijn meerdere manieren om de MTBF te berekenen. Afhankelijk van de berekeningsmethode en de werkomstandigheden krijgt u zeer verschillende resultaten. De gemakkelijkste methode is de “parts count”. Hierbij telt men het aantal componenten en vermenigvuldigt men dit met een gemiddelde failure rate om zo de algemene failure rate van het toestel te berekenen. Dit is een oververeenvoudiging. Het is preciezer, moeilijker, tijdrovender en daarom minder populair bij ontwikkelaars om rekening te houden met elke individuele component in de voeding – dit kunnen er honderden zijn – om zo de elektrische stress te bepalen via calculatie en de thermische stress via metingen. Deze waarden geven een schema van de failure rate van de component bij specifieke stresscondities. De optelling van de individuele failure rate van de componenten geeft een totale failure rate / MTBF van het toestel.
Verschillende standaarden voor MTBF waarden
Er zijn verschillende standaarden voor de failure rate van componenten. Het MIL handboek 217F wordt internationaal door de meesten aanvaard. Maar volgens de ervaringen van PULS zijn de failure rate waarden veel te conservatief. De waarden gebruikt in de Siemens standaard SN 29500 zijn op een brede industriële ervaring gebaseerd en dus realistischer. De berekeningsmethode is gedefinieerd in de IEC 61709 standaard. Bij de beoordeling van een MTBF waarde is het daarom belangrijk om zowel de onderliggende gebruikte gegevens als de werkomstandigheden (stress factoren) van het apparatuur te kennen. MTBF waarden zonder deze informatie zijn nutteloos.
Een precieze definitie is zeer belangrijk, omdat temperatuur een belangrijke invloed heeft. Hierbij is de temperatuur van de individuele componenten het belangrijkste. Deze componenten zijn afhankelijk van de omgevingstemperatuur en zelfopwarming. De zelfopwarming komt van vermogensverliezen in de elektronische voeding en is afhankelijk van de belasting en ingangsspanning. De omgevingstemperatuur zelf heeft een aanzienlijke invloed. Daarom specifieert PULS de MTBF bij +25°C ter vergelijking met andere fabrikanten, en bij +40°C omdat dit een meer realistische werkingsconditie is. Men veronderstelt immers vollast ten allen tijde. Zelfs bij standaard vollast varieert de bandbreedte van bv een CP10 tussen 250.000h (MIL, 100VAC, +40°C) tot 1.185.000h (SN 29500, 230VAC, +25°C), in andere woorden een verschil van factor 4,7.
l.
Hoe berekent PULS de levensduur?
De levensduur wordt berekend aan de hand van de data gespecifieerd door de fabrikanten van de elektrolytische condensatoren. Dit zijn minimum waarden, want de fabrikant garandeert immers dat de capaciteit bij een bepaalde belasting niet meer dan 20% gedaald is ten opzichte van de baseline en dat de interne weerstand nog steeds onder het dubbele van de gespecifieerde waarden ligt. PULS bepaalt de temperatuurstress van alle elektrolytische condensatoren bij verschillende werkomstandigheden en berekent vervolgens de levensduur gebaseerd op de specificaties van de fabrikant. In de praktijk geeft dit een reserve omdat een voeding nog steeds met deze waardeverminderingen werkt. Bij gebrek aan andere betrouwbare specificaties, geeft dit de gebruiker een goede basis voor een vergelijking.
PULS hecht een groot belang aan MTBF en levensduur van zijn producten
PULS maakt van de betrouwbaarheid van zijn producten een zeer hoge prioriteit. Daarom zijn de data voor MTBF en levensduur in groot detail beschreven in de datasheets voor elk product en gespecifieerd onder verschillende werkomstandigheden. Daarnaast is er een in-house richtlijn bij PULS die zegt dat elk product van de DIMENSION serie een minimum levensduur van 50.000h moet bereiken bij vollast, nominale netspanning 120V/230V en een omgevingstemperatuur van +40°C. Dit vraagt natuurlijk extra aandacht in het productieproces. Maar de gebruiker heeft het voordeel dat hij eender welk product uit de DIMENSION reeks kan gebruiken en kan vertrouwen op gespecifieerde en uniforme minimumwaarden. Als u naar de waarden voor betrouwbaarheid kijkt, merkt u een duidelijk verschil met andere elektronische voedingen.
