三.元器件的选用
电子元器件在时应重点考虑的及确保应用可靠性所采取的有效措施有以下几点:
1)降额使用 经验表明,元器件失效的一个重要原因,是由于它工作在允许的应力水平之上,因此为了提高元器件可靠性,延长使用寿命,必须使实际使用应力低于其规定的额定应力。
2)热设计 电子元器件的热失效是由于高温导致元器件的材料劣化而造成的,因此在元器件的布局、安装等过程中,必须充分考虑到热的因素,采取有效的热设计
3)动态设计前面已经讲过,不再详细描述。
另外,对于我们电子镇流器上用的元器件,有两个非常关键,选择是否恰当直接关系到镇流器的可靠性,这里我必须着重谈一谈:
第一是功率晶体管,功率晶体管是做开关作用的,因此,开关晶体管驱动电路设计合理与否,直接关系到晶体管的温升程度,转换效率和使用寿命。又由于晶体管的开关参数和放大倍数还要受到温度、电压、电流等因素的,并非是一个常数。比如在低温时,放大倍数会变小,存储时间变短,如果选择的放大倍数太小,存储时间太短,则在低温时,灯可能点不亮,如果选用放大倍数过大,存储时间长的晶体管,低温启动问题解决了,但在高温时,就可能出现过饱和,导致晶体管开关损耗大幅增加,温升过高,导致晶体管损坏。事实证明,电子镇流器最终失效形式几乎都表现为功率晶体管烧坏,因此三极管选得好不好直接决定镇流器的可靠性。
我们最初选用的是13005系列或国内的DK55系列晶体管,为了兼顾低温启动不困难和高温不出现过饱和,我们对晶体管的外围驱动元件比如磁环,基极限流电阻及晶体管的存储时间ts进行了细致的分档和配对使用,这对提高晶体管的可靠性起到一定作用,但是管理成本和检验成本却大大增加了。后来我们改选带抗饱和的晶体管,取得了比较理想的效果。图3为带抗饱和的晶体管的电路图,图中NPN是主晶体管,D为续流保护二极管,PNP型晶体管作为有源抗饱和。当NPN管饱和导通以后,当基极驱动电压高于Vbe(PNP)+Vces(NPN)时,PNP管导通,将基极驱动电流分流,使NPN晶体管不会出现深饱和。这样,NPN管选用大的放大倍数,外电路元件的不一致带来的过驱动,导致的过饱和现象得到自动抑制,改善了开关特性,提高了大批量生产的工艺宽容性。对解决低温时要求驱动过强,以利于灯的启动,高温时不因过驱动烧管也很有效。另经实验证实,选用该晶体管后,晶体管工作温度降低了20度左右,因此电子镇流器选用这种晶体管后不仅降低了成本,而且提高了可靠性。
第二个关键元器件是电解电容寿命的选取,大家都知道电子镇流器整流后都需要用一个容量比较大的电解电容进行滤波,电解电容的容量、漏电流、损耗角将随时间和温度发生变化,时间越长,容量将变得越来越小;使用温度越高,漏电流、损耗角将变得越来越大,最终电解液耗尽,电解电容干枯。因此电解电容的好差直接关系到电子镇流器的可靠性和寿命。市场上电解电容有105℃ 1000小时至8000小时不等。如果错误选择105℃ 1000小时的电容,则镇流器其它参数设计得再好也没用,它的寿命也只有半年到一年。因此,电解电容应选择漏电流和损耗角小,长寿命的电容,一般选8000小时/105℃,这样镇流器才不会因为电容的早早失效而失效。
四.生产过程的控制
有句熟话:“产品的品质是设计和制造出来的,而不是检验出来的。”因此为了更有效的控制产品的主要失效模式,必须根据生产过程中各道工序对产品质量与可靠性的影响程度,设定关键工序的质量和可靠性控制点,对其重点控制。我们华佳公司按电子镇流器的工艺流程,运用SPC统计过程控制,对制造过程的关键点进行动态统计和,及时发现过程工艺是否出现了异常或偏离了正常变化范围,确保生产的一致性和稳定性。
五.对整机进行可靠性验证试验
首先按照产品的特点,建立一套完整的可靠性控制程序,然后在新产品试生产阶段,进行可靠性验证试验,及时调整不符合或影响产品可靠性的元器件,确保新产品达到程序要求的可靠性指标。
我们华佳公司程序要求取样品100只,在40-50℃的温度应力及±10%额定电压的电应力下,按照定时截尾试验6号方案进行试验,试验满足MTBF>30000小时即为试生产合格。在以后的批量生产中还会视实际情况做可靠性增长试验。
我们华佳公司按照上面一些经验和要求,对电子镇流器产品进行可靠性管理,取得了比较好的效果,使用寿命4-5年,几乎与电感镇流器相齐平。最后,我也真诚的希望我们电子镇流器同行都对自己的产品进行可靠性管理,共同打造好这个庞大的市场。