動作信頼性：産業用電源の重要な指標

電源の動作信頼性を最大限に高めるには、用途の環境に合わせて設計することが重要です。過酷な産業環境は、設計の不十分な電源にとって致命的となるさまざまな条件が存在します。気候に関連したストレスには、極端な高温および低温、温度変動、ほこり、湿気、塩水噴霧などの水分が含まれます。機械的ストレスには、衝撃および振動が含まれます。 また、電気的ストレスには電圧のサージやディップ、過渡現象が含まれます。

これらのストレスをいくつか詳しく見てみましょう。

• 電気的ストレスには、サージ、サグ、スパイクのような入力電圧の頻繁もしくは極端な変動が含まれます。これらは電源の特にコンデンサや半導体にストレスを与え、早期故障の原因となります。AC/DC電源では、質の悪い入力AC電力が高調波歪み、電気ノイズ、入力電力の過渡的な乱れを引き起こし、電源コンポーネントにストレスを与え、時間の経過とともに劣化させることになります。
  
  多くの産業環境では、多くの原因から発生する高レベルの電磁干渉（EMI）が存在します。典型的なEMI発生源には、可変周波数ドライブ（VFD）やパワーインバーターのようなスイッチング装置、溶接機やプラズマカッターのような産業用機器、産業用発電機、さらには他の電源も含まれます。 高レベルのEMIは、電源の信頼性に重大な影響を与える可能性があります。
  
  他の電気的ストレスには、1つ以上のACサイクルがAC/DC電源の入力に供給されない欠落サイクルが含まれます。これは、配電ネットワークにおける一時的な故障、中断、またはスイッチング操作によって発生することがあります。欠落サイクルは、コンポーネントの老朽化と劣化を加速させるDC電力のドロップアウトを引き起こす可能性があります。


• 温度の極端な変化。過度の温度または温度変動は、故障の一般的な原因です。その大部分は、異なる材料の熱膨張係数（CTE）の差によって生じる熱応力によるものです。温度の極端な変化は、電気部品と機械部品の両方に影響を与えます。


• 衝撃と振動は、産業環境によく見られる特徴です。これは、電子部品と機械部品に機械的ストレスを引き起こす可能性があります。このよくある結果として、はんだ接合部の亀裂、ネジや他の留め具の緩み、金属疲労などが挙げられます。

産業用電源の動作信頼性を測定するには、長期間にわたって指定された条件下で安定して動作する能力を評価する必要があります。動作信頼性を評価する方法はいくつかありますが、MTBF（平均故障間隔）などの統計的信頼性測定は、実際の動作寿命の指標として適切ではありません。

MTBFは信頼性の一般的な指標を提供するのみで、故障の種類やその原因を特定するものではありません。さらに重要なのは、MTBFは通常、電源が使用される多様で過酷な環境を完全には再現していない、制御された試験条件下で計算されることです。実際の信頼性は、用途の環境に大きく影響されます。

RECOMの顧客の経験に基づくと、ほとんどの初期故障は、部品の老朽化ではなく、入力電圧のサージが原因であるため、MTBFや類似の計算ではこれを適切に考慮することができません。

産業用電源においては、高い動作信頼性が重要な基準となります。このブログでは、動作信頼性に影響を与える要因と、過酷な産業環境での長寿命を保証するためにRECOMが電源に組み込んでいる設計機能について検討しました。