Top 5 Causas de Falhas em Fontes de Alimentação em 2020 — Insights e Prevenção

Introdução a Falhas em Fontes de Alimentação:

Fontes de alimentação são a espinha dorsal de todos sistemas eletrônicos. Qualquer obstrução no fornecimento significa parada do sistema. Falha pode acontecer por vários motivos. No entanto, precauções podem evitar falhas de fonte e assim falhas de sistema.

Dados baseados em estudos da Excelsys e Power Clinic (dados de >12.000 modelos de >1.600 empresas) e estudo do Dr. Ray Ridley (Ridley Engineering) baseado em grupo LinkedIn "Power Supplies" com >6.000 membros. Dados abrangem todos tipos de sistemas eletrônicos em campos industrial, médico, militar e científico.

Causas Mais Comuns de Falha em Fonte de Alimentação:

Maioria das falhas inegavelmente relacionadas à temperatura. Muitas listadas aqui. Lei fundamental da física: para cada 10°C que mantém temperatura da fonte abaixo de 40°C, dobra o MTBF (tempo médio entre falhas). Similarmente, para cada 10°C de aumento, MTBF reduz à metade. MTBF é tempo previsto entre falhas inerentes de sistema eletrônico ou média aritmética entre falhas.

Vimos aumento no uso de chassi plástico vs metálico, impactando termal e capacidade eletromagnética. Objetivo: gestão térmica correta ao redor do sistema de fonte.

• Capacitores

Quase todas tecnologias de capacitores têm falhas se não projetados adequadamente. Capacitores facilmente estressados e propensos a falha. Falhas por: vazamento, capacitores inchados, explosões ou curto-circuitos, capacitância reduzida ou ESR em circuito aumentado. Calor excessivo também danifica junto com envelhecimento, polaridade reversa, dano na montagem.

Para evitar falha por capacitores: use capacitores de alta qualidade. Mantenha livres de superaquecimento, monitore correntes de ripple para garantir não sobrecarregados.

• Componentes de Potência

Componentes de comutação de potência ou MOSFETs também parte majoritária e podem causar falha. MOSFET (Transistor de Efeito de Campo Metal-Óxido Semicondutor) dispositivo de três terminais: source, gate, drain. Usado para amplificar e comutar sinais eletrônicos.

MOSFET de potência dispositivo semicondutor de potência muito comum, especialmente para fontes chaveadas DC-DC. Podem falhar se calor não dissipado, sobretensão de drain, sobrecorrente de drain, sobretensão de gate, ou diodo antiparalelo interno sobrecarregado. Foco: projeto adequado, derating de componentes e testes.

• CIs de Controle

CIs de controle facilmente mal aplicados ou mal usados, afetando fonte. Pode ser por operação de clock incorreta ou layout PCB impróprio causando ruído/oscilação indesejada. Atenção a: limitação de corrente, drive de gate, espaçamento, soft-start, medição de loops de controle.

Se falha no CI, afeta diretamente MOSFETs, importante garantir CI não falhe.

• Causas Ambientais

Causa mais comum de falha. Inclui: ingresso de umidade, surtos e transitórios, surtos induzidos em linha de força, raios, cargas reativas como drives de motor regenerativo, carregamento de bateria, supercapacitores.

Algumas falhas por efeitos ambientais evitáveis com projeto/teste adequados ou extensões protetoras.

• Ventoinhas (Fans)

Não surpreende, ventoinhas na maioria dos sistemas. Parte fisicamente móvel incorporada e mais propensa a falhas. Ventoinhas difundem calor para evitar superaquecimento. Usuários adicionam ventoinhas se sistema não tem pré-instaladas. Mas problema não absolve, apenas muda de posição. Outro problema: ventoinhas substitutas de qualidade inferior na cadeia. Certifique-se que sistema livre de substitutos inferiores.

Por outro lado, sistema sem ventoinha tem benefícios. Pode selar contra umidade e poeira. Instalação externa: selar contra umidade e chuva. Remover ventoinha aumenta confiabilidade em 25% e evita falhas. Evite ventoinha a menos que necessário. Excelsys lançou fonte sem ventoinha com 600W saída.

Conclusão:

Existem toneladas de outras causas mas estas são mais prevalentes. Para evitar, dê atenção à fonte desde construção e projeto. Use componentes legítimos testados ou fornecedores com garantia.