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危险:UXC -这七个危险包括爆炸的电容器可以杀死你的电源供应

定时炸弹藏在老化的电源里;他们只是在倒计时

美好的英国独立电视台电视剧1979年称为“危险:UXB”描绘了危险的冒险的一个虚构的皇家工程师隧道公司分散在伦敦解除或摧毁数以千计的未爆炸的炸弹(UXBs)渗透到城市的表面在二战闪电战。一两年后,我在美国公共广播公司(PBS)看到了这个系列,它是一个13集的“杰作剧场”(Masterpiece Theater)系列。吸引人的东西,我清楚地记得大约40年后看到的。

奇怪的是,让我想起这个系列的是约翰•戴森(John Dyson)在领英(LinkedIn)上发表的一系列精彩帖子。戴森是Advance Product Services (APS)的业务开发经理,这家英国公司专门从事旧电源的维修、翻新和更换。戴森经常发布旧电源的照片。死的。现在你可能会认为旧的、失效的电源没有什么值得注意的,但戴森发布的照片显示,由于组件故障、忽视和彻底的滥用,严重损坏的电源灾难性地死亡。

戴森照片中描述的电源故障让我想起了电视剧《危险:UXB》(Danger: UXB),因为许多照片显示了爆炸和严重烧毁的组件,照片中有一个重要的反复出现的主题:故障始于电容器爆炸。因此,我发热的大脑立即意识到,今天运行的每一个电源都包含多个uxc——未爆炸的电容器。许多电容器内部都有小计时器,倒计时直到爆炸。

戴森的这一系列文章让我特别感兴趣的是,它们描述了供电系统在提供了几十年的可靠服务后,已经消失了。他们老死了。

戴森的一些帖子中的电源因组件故障而失效;其他人则死于从电源干线的保护电路中偷袭而来的尖峰和电涌;有些死于焊点老化和脆化;还有一些则是由于灰尘和污垢的累积使冷却系统不堪负荷,或者是水和污染侵蚀了电路板的痕迹,或者在它们之间形成了导电通道。旧的电力供应系统似乎有无数种死法,APS花了20年时间修复这些旧的供电系统,对我们来说更好的是记录和拍摄故障。

根据APS的记录,几个月前,戴森的一篇文章提供了七封免费电子邮件,列出了电源故障的七大原因。我认为这是一个不可抗拒的提议,也是APS建立电子邮件营销列表的一个绝妙方法。(营销人员,你们注意到了吗?)

我请求了电子邮件系列,然后将7封APS电子邮件连接到本文中。以下是对APS七大故障模式的简要解释:

1.电解电容器失败:对于任何熟悉老化电源的工程师来说,这是显而易见的。湿电解电容器干燥和相关故障是年龄相关电源故障的最常见原因。我看过无数的照片,照片上的小型电解过滤电容器膨胀并撕裂其金属通气顶部,或者将电解液的内脏喷射到电容器周围干燥、坚硬的水坑中。我已经换掉了我的一份这些坏掉的电容器,它们在机械和电力方面都失灵了。根据APS的说法,更换失效的电解电容器是任何电源维修人员的首要任务。关于电解电容故障的APS电子邮件中包含了几段关于减少电解电容故障的建议,但这些组件在几十年的运行后仍然会干枯并出现故障。

这电解电容器似乎是刚从烧烤。(图片来源:APS)

  1. 薄膜电容器失败:薄膜电容器比电解电容器可靠得多,但它们仍然会随着时间的推移而失效。早在20世纪70年代,惠普的许多部门,包括我在科罗拉多州工作过的惠普台式电脑部门,都使用了来自一家名为Rifa的公司的薄膜电容器生产线,用于电力线上的EMI/RFI抑制。几十年来,这些旧电容器的塑料外壳仅仅因为老化而破裂。裂缝使水渗入电容器。许多使用了这些电容器的旧惠普计算设备的收藏家发现,当他们在几年或几十年里第一次打开这台旧设备时,这些旧电容器里的水会变成蒸汽,伴随着一声巨响,猛烈地爆炸电容器。APS有许多类似爆炸电容器的照片。在开关半导体上的金属化聚酯缓冲帽也被发现由于dV/dt过高而失效。APS建议在这些应用中使用聚丙烯薄膜电容器。

薄膜电容器爆炸时具有冲击力。(图片来源:APS)

  1. 失败的表面贴装,多层陶瓷电容器(MLCs):这一点让我很惊讶,尽管我知道热应力和机械应力对smd(表面贴装设备)的影响。较大的SMD MLCs(特别是1812和2220尺寸,根据APS)安装在玻璃纤维或复合电路板上时,由于电路板和焊接电容之间的热膨胀系数的差异,容易因机械应力而失效。由此产生的热感应机械应力会导致电容器开裂并产生内部短路。当这些电容器用于滤波电源轨时,当电容器短路时电源发生爆炸。APS建议您应该避免在经历热循环的电路板上使用大型SMD mlc,并且永远不要在会弯曲或机械变形的地方使用SMD mlc。根据我的经验,几乎所有的电路板设计今天经历一些热循环和许多经历某种形式的机械应力,所以在这里继续谨慎。
  1. 功率MOSFET失败:根据APS的说法,功率半导体是最不容易由于老化而发生故障的组件组,假设它们在最大的电气和热额数内使用。然而,这些组件占发送到APS的所有服务返回故障的一半以上。为什么这两种说法都是正确的?通常情况下,这是因为半导体的最大额定值被超过了,但不一定是因为设计错误。这些功率半导体也会因为其他部件故障、尖峰或突波、过热或机械应力而失效。想想失败的缓冲网络,它允许尖峰穿过,冷却停止旋转的风扇。APS电子邮件描述了MOSFET电源故障,包含了一长串过去20年观察到的技术故障。
  1. 光耦合器老化:这是另一个让我惊讶的失败模式,尽管我已经知道光耦合器老化…很多年了。光耦合器通常用于连接电源转换器电路通过一次到二次隔离屏障。随着这些光电器件的老化,它们的电流传输比(CTR)随着时间的推移逐渐下降,有时甚至到了电路失效的地步。光耦合器内部由一个红外LED和一个光耦合光电晶体管或光检测IC组成。实验分析表明,光耦合器内部LED的工作电流是目前为止最主要的老化因素。为了延长使用寿命,APS建议降低LED驱动电流,并允许至少50%的余量来考虑CTR随时间的退化。
  1. 峰值和激增:电源线尖峰和电涌会导致供电故障,这并不奇怪。在APS所在的英国,雷击对电网造成的能量波动相对较小。重工业开关设备、大型复印机和激光打印机、暖通空调系统、电动机和晶闸管驱动的设备都因向电网中驱动尖峰和浪涌而臭名昭著。即使这种瞬变不会造成瞬间的灾难性电源故障,重复暴露于电尖峰和电涌也会对电子元件产生退化性影响。APS称之为“瞬态老化”,它会显著降低长期供电的可靠性。如果你想避免或至少减少现场保修失败,那么仅仅满足峰值和噪声标准是不够的。你必须超越这些标准。APS处理这一故障机制的电子邮件包含了一长串的建议。
  1. 环境因素:冷却风扇不只是吸入空气。它们还会把灰尘、棉绒、灰尘和一长串空气中的污染物拖入电源,这可能会导致可靠性问题,因为它会用一层厚厚的尘垢绝缘层覆盖在风扇本该冷却的部件上。隔热组件会过热并失效。在极端情况下,风扇本身会堵塞和卡住。没有得到冷却。水分以水侵入的形式(风暴、管道爆裂、工业清洗)甚至凝结也会在电源故障中发挥作用。湿气可以与污垢和污染结合形成腐蚀化合物,腐蚀电路板的痕迹。物理冲击和振动会导致焊点断裂、连接失败和电路板轨道分层。所有这些过程都可能导致过早断电。

这是另一个爆炸的薄膜电容器,伴随着一个物理损坏的变压器。(图片来源:APS)

七封APS“杀手”电子邮件包含了这些致命故障机制的更多技术细节。如果你想要完整的描述,就在APS上注册,获得该公司的免费电子邮件系列。强烈推荐。你可以注册这些邮件在这里

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