Inleiding tot Voedingstoringen:

Voedingen zijn de ruggengraat van alle elektronische systemen. Elke storing in de voorziening betekent dat je elektronisch systeem tot stilstand komt. Voedingstoringen kunnen om diverse redenen ontstaan. Toch zijn er een paar voorzorgsmaatregelen die je kunt nemen om voedingstoringen en dus systeemstoringen te voorkomen.

De data in dit artikel is gebaseerd op studies uitgevoerd door Excelsys en Power Clinic (die data over voedingstoringen hebben verzameld van meer dan 12.000 modellen van meer dan 1600 verschillende bedrijven). Het gebruikt ook een studie van Dr. Ray Ridley van Ridley Engineering, gebaseerd op input van zijn LinkedIn-groep „Power Supplies”. Deze groep telt meer dan 6.000 leden. Deze data is gebaseerd op alle typen elektronische systemen gebruikt in industriële, medische, militaire en wetenschappelijke velden.

Meest Voorkomende Oorzaken van Voedingstoring:

De meeste voedingstoringen zijn onmiskenbaar gerelateerd aan temperatuur. Je vindt er veel hiervan. Een van de fundamentele wetten van de natuurkunde stelt dat voor elke 10°C die je de temperatuur van je voeding onder de 40°C kunt houden, je de gemiddelde tijd tussen fouten (MTBF) verdubbelt. Op dezelfde manier, voor elke 10°C toename van de voedingstemperatuur, wordt je MTBF gehalveerd. MTBF (Mean Time Between Failures) is de voorspelde tijd tussen inherent fouten van een elektronisch systeem of het rekenkundig gemiddelde van de tijd tussen fouten van een systeem.

In de loop van de tijd zien we een toename in het gebruik van plastic chassis ten opzichte van metalen chassis, wat invloed heeft op thermiek en elektromagnetische compatibiliteit. Je doel moet zijn om het thermische beheer rond je voedingssysteem te optimaliseren.

• Condensatoren

Bijna alle condensatortechnologieën hebben enkele gebreken als ze niet correct ontworpen zijn. Condensatoren kunnen gemakkelijk overbelast raken en zijn vatbaar voor storing. Condensatoren kunnen falen om diverse redenen en zo je voeding laten falen. Dit kan omvatten: lekkage, opgewonden condensatoren, explosies of kortsluitingen, verminderde capaciteit of verhoogde in-circuit ESR. Overmatige hitte veroorzaakt ook condensatorschade, naast veroudering, omgekeerde polariteitsschade, schade tijdens assemblage, enz.

Om storing door condensatoren te voorkomen, moet je ervoor zorgen dat je voedingssysteem hoogwaardige condensatoren gebruikt. Houd je condensatoren vrij van oververhitting, bekijk golfstromen (ripple currents) om te zorgen dat ze niet overbelast zijn.

• Vermogenscomponenten

Vermogensschakelcomponenten of MOSFET's zijn ook een groot deel van voedingssystemen en kunnen soms de oorzaak van storing zijn. Een MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) is een driedraads component met source, gate en drain. Het wordt gebruikt voor het versterken en schakelen van elektronische signalen in een elektronisch apparaat.

De power MOSFET is een heel veelvoorkomend vermogens-halfgeleidercomponent, gebruikt vooral voor DC-naar-DC schakelvoedingen. Ze kunnen storing veroorzaken als warmte niet correct wordt afgevoerd, bij drain-overvoltage, drain-overstroom, gate-overvoltage, of als de interne anti-parallele diode overbelast wordt. De focus moet liggen op correct ontwerp, derating van componenten en testen om te zorgen dat je apparaat niet faalt.

• Control IC's

Control IC's kunnen gemakkelijk verkeerd toegepast of misbruikt worden en zo je voeding beïnvloeden. Dit kan zijn door onjuiste klokoperatie of onjuiste PCB-layout die ongewenste ruis of oscillatie kan veroorzaken. Je moet de nodige aandacht geven aan stroombegrenzing, gate drive, afstanden, soft-start modi en het meten van de regellussen.

Als er een fout in je IC zit, zal dit direct de MOSFET's beïnvloeden, daarom is het belangrijk om ervoor te zorgen dat je control IC niet faalt.

• Omgevingsfactoren

Dit is de meest voorkomende oorzaak van voedingstoring. Omgevingsfactoren omvatten vochtinfiltratie, golven en transiënten, geïnduceerde netgolven en transiënten, bliksemslagen en reactieve lasten zoals regeneratieve motoraandrijvingen, batterijlading, supercondensatoren, enz.

Sommige van deze storingen door omgevingsinvloeden kunnen worden voorkomen door correct ontwerp en testen of door beschermende uitbreidingen aan je systemen toe te voegen.

• Ventilatoren

Dit mag geen verrassing zijn, ventilatoren zitten in de meeste systemen. Ze zijn het fysiek bewegende deel geïntegreerd in voedingssystemen en zijn eigenlijk meer vatbaar voor fouten en storingen. Ventilatoren worden gebruikt om warmte van een systeem af te voeren om oververhitting te voorkomen. Gebruikers voegen zelf ventilatoren toe aan een systeem als het niet met voorgeïnstalleerde ventilatoren komt. Toch lost dit het probleem niet op, maar verplaatst het van de ene naar de andere positie. Een ander probleem is de productie van vervangende ventilatoren in de leveringsketen. Je moet ervoor zorgen dat je voedingssysteem vrij is van dergelijke substandaard vervangers.

Aan de andere kant heeft een ventilatorloos systeem zijn voordelen. Je kunt een ventilatorloos systeem afdichten tegen vocht en stof. Bij installatie van systemen buitenshuis kun je het afdichten tegen regen en vocht. Het weglaten van de ventilator kan de betrouwbaarheid van je systeem met 25% verhogen en helpt storingen te voorkomen. Probeer een ventilator in je voedingssystemen te vermijden tenzij het noodzakelijk is. Excelsys heeft daadwerkelijk een ventilatorloos voedingssysteem uitgebracht dat 600 W uitgangsvermogen biedt.

Conclusie:

Er zijn talloze andere oorzaken van voedingstoringen, maar dit zijn de meest voorkomende. Om deze te voorkomen, moet je ervoor zorgen dat je voedingssysteem vanaf het ontwerp en de constructie de juiste aandacht krijgt. Probeer legitieme componenten te gebruiken die vooraf getest zijn of zoek leveranciers die garantie bieden.