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전원 공급 장치의 수명 및 신뢰성 조사

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작성일 2019-05-24 00:00

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민웰 영문 링크 : https://www.meanwell.com/kr/newsInfo.aspx?c=5&i=739

2008년, 민웰은 최초의 LED 전원 공급 장치인 CLG-150 시리즈를 공식적으로 출시하고 잠재적인 LED 시장에 발을 들여놓았습니다. 현재까지 LED 관련 제품의 판매 수량은 셀 수 없을 정도로 많습니다. 특별한 기회를 얻은 민웰은 2008년에 제조된 CLG-150 제품을 여러 개 받았습니다. 자세한 조사 및 분석을 수행하였으며, 그 결과는 아래와 같습니다.

부품의 수는 전원 공급 장치의 전력량과 토폴로지에 따라 수십에서 수백 개가 될 수 있습니다. 각 부품은 필요에 따라 디자인에 적용됩니다. 정확한 수명 보장 및 신뢰성 평가 방법은 LED 산업의 노하우입니다. 기본적으로 수명 평가는 중요한 부품(예: 팬, 전해 커패시터 등)에 의해 결정됩니다. 정확한 제품의 수명 및 품질 평가를 위해 민웰 설계의 수명 평가는 ORT(지속적인 신뢰성), DMTBF, 열 충격 등의 검증을 통과해야 합니다.

이 글은 주로 전해 커패시터의 수명 검증 및 평가에 대한 논의를 위한 글입니다. 알루미늄 전해 커패시터는 작동 조건(예: 온도, 부하)에 따라 영향을 잘 받을 수 있습니다. 장시간 작동 후에는 정전 용량이 감소하고 유전 손실 계수(tanδ)가 증가하여 결국 수명에 영향을 미칩니다. 이러한 현상을 확산 효과라고 하며, 이는 전해질이 밀봉재로 확산된 후 외부로 퍼지는 것을 의미합니다. 일반적으로 알루미늄 전해 커패시터의 수명은 Arrhenius(화학 확산의 반응 속도) 법칙을 사용하여 평가할 수 있습니다. 작동 기간이 지나면 전해질이 건조되어 정전 용량이 감소하고 ESR이 증가합니다. 주위 온도가 10℃ 상승하면 수명이 절반으로 단축됩니다. 반면 온도가 10℃ 떨어지면 수명은 2배 이상 늘어날 수 있습니다.

수명과 고장률의 관계는 아래와 같습니다(튜브 곡선 차트).

1. 초기 오작동 기간

초기 오작동을 방지하기 위해 민웰 공장에서는 100% 소성 테스트를 실시하여 불량 부품을 선별해냅니다. 그 결과, 판매된 대부분의 전원 공급 장치는 이미 우발적인 오작동 기간에 들어갔습니다.

2. 우발적인 오작동 기간

각 전원 공급 장치의 안정성과 신뢰성은 MTBF와 관련이 있으며, 기본적으로 이 기간의 고장률은 매우 낮으며, 고장률은 사용자의 설치, 작동 조건(주변 온도, 용량 감소, 공기 흐름, 진동 등)에 따라 결정됩니다.

3. 소비 오작동 기간

우발적인 오작동 기간이 지나면 제품은 소비 오작동 기간에 진입하며, 이 기간 동안 대부분의 고장은 부품 노후화와 관련됩니다(예: 팬, 전해 커패시터).

수명과 부하, 온도의 관계

추가로 논의할 위의 튜브 곡선 차트를 기반으로 우발적 오작동 기간은 사용자의 설치 및 애플리케이션 조건(예: 주변 온도, 정격 감소, 환기, 위반 등)과 관련됩니다. 다른 외부 요인과는 별도로 다음 논의에서는 주변/케이스 온도, 부하 조건 및 수명 간의 관계에만 중점을 둡니다.

민웰은 유명한 전해 커패시터 제조업체의 방식을 사용하여 제품의 수명 검증을 수행합니다. 예를 들어, CLG-150 시리즈는 완전 포팅 제품이며, 출력 커패시터는 유명한 일본 브랜드의 10000시간/105℃ 전해 커패시터로 설계되었습니다. 수명 대 부하 대 온도에 대한 설명은 다음과 같습니다.

A. 사용 수명, 부하 및 주변 온도 간의 관계 - (그림 1)

● 수명과 부하의 관계의 경우, 주변 온도가 55℃이고 부하가 100%일 때 수명은 약 35Khrs이지만; 부하가 75%로 감소할 경우, 수명이 1.6배 더 길어질 수 있습니다.

● 수명과 주변 온도의 관계에서 부하가 75%에서 작동하고 주변 온도가 55℃일 때 수명은 약 57Khrs입니다. 주변 온도를 45℃로 줄이면 수명이 두 배(114Khrs)가 됩니다.

B. 사용수명과 케이스온도의 관계 - (Pic2)

포티드 모델은 캐패시터 내부 온도 측정이 어렵기 때문에 외부 케이스 온도를 대신 사용합니다. 케이스 온도가 55℃ 이하일 경우 수명은 약 100Khrs입니다. 단, 케이스 온도가 70℃까지 올라가면 수명이 35Khrs로 단축됩니다.

Pic1 – 수명 대 부하 대 주변 온도 Pic2 – 수명 대 외부 케이스 온도

전기적 성능 및 신뢰성 분석

시판된 지 10년이 지난 CLG-150(2008년 12월 생산. 가로등에 적용)을 통해 제품의 전기적 성능 및 신뢰성을 분석한 주요 내용은 아래와 같습니다.

• 전기 성능 분석 - 주요 사양.

중요 전기 항목

전기 사양

실제 측정 값

E.F.F

89%

90.1%

P.F

0.95

0.967

리플 & 노이즈

150mv

109mv

설정 시간

3000ms

1660ms

상승 시간

80ms

23ms

유지 시간

50ms

56ms

돌입 전류

65A

46.6A

내전압

I/P-O/P:3.75KVAC I/P-FG:2KVAC O/P-FG:0.5KVAC : TEST OK

절연 저항

I/P-O/P, I/P-FG, O/P-FG:

100M Ohms / 500VDC

I/P-O/P:22.4GΩ

I/P-FG: 20.6GΩ

O/P-FG:30 GΩ

간략한 요약:

1. 10년 사용 후에도 최대 부하 효율, 전력 공장은 여전히 사양을 준수했으며, 이는 전력 부품(예: MOSFET, 변압기 등)이 여전히 정상적으로 작동한다는 것을 의미합니다.

2. 전압 리플, 설정 시간, 유지 시간은 여전히 사양을 준수하며, 이는 입력 및 출력 측 커패시터의 수명이 과도하게 소모되지 않음을 의미합니다.

3. HI-pot과 절연 모두 안전 요구 사항을 준수하여, 즉, 서지 내성, 절연, 방수 등의 기본 기능이 정상으로 유지되었음을 의미합니다.

• 신뢰성 특성 분석 – 전해 커패시터 정전용량

위치

사양

실제 측정 값

입력 커패시터

150u/450V 105℃

D=0.24

NCC CLA

C:129.6uf

D:0.08

ESR:0.574Ω

보조 전원 커패시터

C120

22u/50V 105℃

D=0.1

NCC KY ESR=0.7Ω

C:20.9uf

D:0.06

ESR:0.43Ω

C55

100u/25V 105℃

D=0.14

NCC KY ESR=0.22Ω

C:89.4uf

D:0.09

ESR: 0.16Ω

C42

22u/50V 105℃

D=0.19

RUB. YXM

C:19.9uf

D:0.08

ESR:2.2Ω

C52

47u/35V 105℃

D=0.12

RUB. ZLH ESR=0.22Ω

C:48.13uf

D:0.06

ESR:0.183Ω

출력 커패시터

C105

330u/50V 105℃

D=0.1

NCC KY ESR=0.22Ω

C:312uf

D:0.025

ESR:0.037Ω

C106

330u/50V 105℃

D=0.1

NCC KY ESR=0.22Ω

C:313uf

D:0.025

ESR:0.04Ω

C107

330u/50V 105℃

D=0.1

NCC KY ESR=0.22Ω

C:312uf

D:0.025

ESR:0.04Ω

C108

120u/63V 105℃

D=0.09

YXG-LLC ESR=0.25Ω

C:111.7uf

D:0.032

ESR:0.101Ω

간략한 요약:

정전 용량, D 값(분산 계수), ESR 값(등가 직렬 저항)은 부품 사양을 준수하므로, 설계 및 부품 선택이 장기적인 사용 신뢰성에 적합하다는 것을 의미합니다.

요약:
민웰의 설계 및 부품 선택의 우선순위는 장기적인 신뢰성입니다. 현재 관련 신뢰성 테스트(온도 상승 한계, ORT 번인, 열충격, 진동, 염수 분무 등)와 10년 동안 사용되는 제품에 대한 평가(전기적 성능, 절연, 수명 등)를 통해, 내부 테스트의 신뢰성과 제품의 품질이 우수하다는 것이 입증되었습니다. LED 드라이버의 신뢰성과 수명을 보장하기 위해서는 고효율 설계를 채택하고 고품질 전해 콘덴서를 선택하는 것이 핵심 요소이며, 신뢰할 수 있는 LED 드라이버를 선택하는 것은 조명기구의 수명을 업그레이드하는 주요 지표 중 하나라는 점은 말할 것도 없습니다.

민웰은 우수한 고객 서비스와 함께 최고의 가성비를 갖춘 제품을 제공하기 위해 총체적인 품질 보증 및 고객 만족 정책을 계속 지켜나갈 것입니다.

수명 평가 및 보증서는 민웰 공식 웹사이트를 참조하시기 바랍니다.

상기 제품 문의는 아래 연락처로 연락 바랍니다.

☎ 민웰두성 : 02-2107-3800

☎ 두성시스템 : 02-6679-3727

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