LED drivers. Betrouwbaarheid, levensduur en omgevingsvariabelen. Tom van Rossum 2 december 2014

LED drivers Betrouwbaarheid, levensduur en omgevingsvariabelen Tom van Rossum 2 december 2014

LED drivers  Betrouwbaarheid en verwachte levensduur  Testmethoden  Mean Time Between Failure  Demonstrated Mean Time Between Failure  Omgevingsvariabelen

Temperatuur als omgevingsvariabele OUTDOOR LED DISPLAY Bij zonnig weer is meer licht nodig  hogere uitsturing van de LED’s  meer warmte ontwikkeling in het display cabinet

De omgevingstemperatuur is bij zonnig weer toch al hoger

Trilling als omgevingsvariabele

QUAD bike LED light bar

Betrouwbaarheid en verwachte levensduur  Betrouwbaarheid geeft aan dat een product lange tijd blijft voldoen aan de gebruikseisen



Afhankelijk van condities en omstandigheden; temperatuur, vochtigheid, trillingen en belasting

 Levensduur is de verwachte tijdsperiode dat een product blijft voldoen aan de gebruikseisen onder normale condities

Betrouwbaarheid testen De volgende testen worden door de fabrikant uitgevoerd;



Omgevingstest



Mechanische testen : schokken, trillingen en valsnelheid



Thermische schoktest en tracing



Stress test

Klimatologische test  Hoge temperatuur met 100% belasting  Overbelasting  Lage temp. opstarten  Hoge temperatuur met hoge vochtigheid  Temperatuurbeveiliging  Veroudering

Mechanische test – schokken / trillingen Test condition: Sine Wave Frequency : 10 Hz ~ 500 Hz Sweep Time : 10 min/sweep cycle Acceleration : 2G~5G, Orientation: X.Y.Z Test Time: 1 hour in each axis Sample Condition :1 Set 1 Carton (Packed) Test condition: RANDOM Waveform : RANDOM (unit G2/Hz or GRMS Frequency : 5Hz / 0.01g /Hz 20Hz / 0.02g /Hz 500Hz / 0.02g /Hz Orientation: X.Y.Z Test Time: 1 hour in each axis Sample Condition :1 Set 1 Carton (Packed)

Mechanische test – schokken / trillingen

Mechanische test - valsnelheid

Thermische schoktest

Tracing

Stress test 

Duur test



Het testen van de stabiliteit van de voeding



Verzwaarde condities; testen met hoge belasting / temperatuur



Waar liggen de grenzen ?

Stress test

Testen / conclusie  Testen vinden plaats onder extreme condities om een hoge betrouwbaarheid te garanderen

 De testen van de fabrikant moeten alle mogelijke situaties nabootsen  Deze zijn bepalend voor het uiteindelijke ontwerp van het product

 Dit is de bevestiging dat het product voldoet aan richtlijnen

MTBF  De betrouwbaarheid van een compleet systeem is moeilijk te meten Van een component is wel de levensduur te voorspellen middels de MTBF We spreken dan over de gemiddelde tijd tussen 2 storingen  De MTBF gaat uit van een toepassing onder normale omstandigheden Bij hoge temperatuur en overbelasting gaat deze waarde omlaag

MTBF Mean Time Between Failures

MTBF rekenmodellen 

MIL-HDBK-217F Internationale Militaire en commerciële toepassingen

de som van alle componenten bepaalt de waarde stress analyse 

Telcordia SR-332 / Bellcore Toepassingen in de Telecommunicatie Burn- in van componenten en laboratoriumtesten

MTBF berekenen  Levensduur van een apparaat is naar verwachting 20.000 uur Dit over 27,6 maanden  24 uur/dag  7 dagen/week  356 dagen/jaar  De MTBF van dit zelfde apparaat is 60.000 hours 150 apparaten zijn in bedrijf gedurende 20.000 uur. 50 stuks gaan het laatste uur defect MTBF = 150 x 20.000 uur = 3.000.000 uur voor alle apparaten / 50 = 60.000 uur MTBF

MTBF / temperatuur

MTBF Calculator

Wat als de MTBF niet goed genoeg is?  Zorg voor een stabiele opstelling, voldoende ventilatie en belast niet maximaal  Redundantie; Het dubbel uitvoeren van de installatie / componenten

 Status monitoren  Gemiddelde reparatietijd verkorten MTBF/MTBF+MTTR

Mean Time Between Failures (conclusie)  MTBF is niet hetzelfde als betrouwbaarheid  In MTBF is geen slijtage van componenten opgenomen

 MTBF wordt berekend bij een fictieve temperatuur – niet de werkelijke temperatuur  MTBF wordt berekend bij een fictieve belasting – niet de werkelijke belasting  N.B.: Elke 10 graden temperatuur stijging leidt tot een ongeveer een halvering van de levensverwachting

DMTBF  Demonstrated Mean Time Between Failure

 Temperatuur heeft de meeste invloed op betrouwbaarheid en levensduur  Bij DMTBF worden hogere temperaturen gebruikt  De methode met de hoogste voorspellende waarde om de levensduur te bepalen

Verwachte levensduur

Verwachte levensduur 

Burn-in van componenten voorkomt vroegtijdige uitval Afhankelijk van de fabrikant



De tussentijdse uitval is in het algemeen laag Bepalend zijn de installatie en bedrijfsomstandigheden



Wat veroorzaakt de uitval in het laatste stuk van de curve ? Veroudering van de passieve componenten

Burn-in berekenen  Gewenst is een MTBF van 100.000 uur zonder uitval 10 samples, 40 °C temperatuur Ta is de omgevingstemperatuur bij volledige belasting

 Totale gewenste burn-in tijd / bemonstering hoeveelheid = 7575 uur = 316 dagen

Condensator / levensduur  De condensator is het meest kritieke component  Belangrijkste parameters zijn - Temperatuur - Rimpelstroombelasting - Aansluitspanning  Elke 10°C toename van de omgevingstemperatuur geeft een halvering van de levensduur 

Bedrijfstemperatuur van de condensator is hoger dan de omgevingstemperatuur

 Opm.: Elco’s verouderen sneller als ze lang niet onder spanning staan

Condensator / levensduur

Conclusie  MTBF volgens MIL-STD-217F is een betere benadering dan Telcordia SR332  De levensduur van de electrolytische condensator geeft een reële voorspelling omdat dit de zwakste component is.

 Kennis van de belangrijkste parameters (temp. , rimpelstroombelasting , aansluitspanning) geven een goede schatting van de levensduur  DMTBF is betrouwbare informatie om de levensduur te bepalen

De-rating  De betrouwbaarheid is te verhogen door onder de maximale waarde van elk component te blijven die staat gespecificeerd. Te denken valt aan

- spanning - stroom - temperatuur

De-rating van componenten

De-rating Power Supply  Temperatuurbereik van -30°C tot 70°C

 De-rating vanaf 40°C - 50°C

Vochtigheid Relatieve vochtigheid van driver in bedrijf  20% ~ 90% RH

Een verhouding die aangeeft hoeveel waterdamp lucht bevat ten opzichte van de maximale hoeveelheid waterdamp die de lucht kan bevatten. Opm.1: Een relatief vochtige omgeving maakt dat de kans op de statische elektriciteit afneemt. Opm.2: Vocht mag niet condenseren op de electronica  Ingieten in hars

IP beschermingsklasse  International Protection Rating volgens IEC60529  1e cijfer beschermingsgraad tegen aanraking en indringen van voorwerpen en stof  2e cijfer geeft bescherming tegen water/vocht  Opm.1: Voor buiten toepassingen is minimaal IP 65 nodig  Opm.2: Gebruik buiten aansluitdraden in combinatie met waterproof connector

IP beschermingsklasse Voorbeelden

IP21 Druipwaterdicht IP22 Aanrakingsveilig IP23 Regenwaterdicht IP44 Spatwaterdicht IP54 Stofvrij IP55 Spuitwaterdicht IP67 Waterdicht IP68 Drukwaterdicht

IP beschermingsklasse

Vragen?  Op de Koning & Hartman stand staan we u graag te woord.  Mailen mag ook [email protected]

Dank voor uw aandacht.!