RECOM 三年质量保证：要点指南
2020-6-3
RECOM 的所有产品提供至少三年质量保证，某些系列可享五年或更长时间，而一般行业标准仅为一年或两年。RECOM 如何证明三年质量保证的合理性，尤其是那些以前从未投放到市场的新产品？
其一是来自于相似产品的过往经验因为使用相同类型的结构和通用组件，譬如我们知道某些系列的 RMA（退货授权）率确实非常低，例如R1S 1W 隔离式 SMD DC/DC 系列每百万件不到 1 个RMA。因此当 RECOM 发布类似的 1W 产品时 (R1SX)，它们共享相同的拓扑结构和 QC 程序，虽然采用改善后的自动化制造工艺，但 1W 原始设计的可靠性足以证明相同的质量保证也适用于新的 1W 薄型系列。
另一种预测可靠性的方法是运用MTBF（平均故障间隔时间）。这是一种统计分析，将转换器各个组件的可靠性相加，然后施加可能影响整体可靠性的加速因素，例如环境应力（极端温度、冲击和振动、高湿度等）、机能性应力（组件的相互作用、精度差、开/关切换周期等）和成熟度（知名的和经过测试的设计或新方法）。举例来说，美国国防部军用手册—电子设备可靠性预测，它更广为人知的名称是 MIL-HDBK-217F，罗列了很长的组件类型清单及历史证明的可靠性数据。计算结果可能是一百万小时或者更高。
运用 MTBF 数据
一百万小时的 MTBF 并不表示转换器可以使用 114 年！MTBF 是衡量产品在生命周期内可靠性的统计指标，这是由损耗率而定的。要了解 MTBF 数据的方法是将想要有的故障率往回倒推。如果 1% 的转换器在连续使用三年后出现故障是可接受的，那么所需的 MTBF 等级为：
以 R1SX 为例，它在室温下的 MTBF 超过 2100 万小时，因此转换器在连续运行 3 年的统计故障率为 0.125%，或年故障率为大约每 2400中会有一个。
这是否意味着如果 MTBF 低于 300 万小时，每年会约有 1% 的转换器发生故障？在实践中并非如此。大多数转换器在正常运行期间并非负载100%。如果静态负载为最大额定负载的 50%-70%，应力就会更低、MTBF 增加，每年失效的部件更少。如果转换器只在工作日运作，光是这一点就可以降低运行时间，每年发生故障的部件也更少。另一方面，如果转换器是「24/7 永不间断」，内部温度将保持稳定也消除了开关转换器引起的电应力，从而提高了可靠性。计算出的 MTBF 小时数是指在最坏的情况下恒定全应力运行，因此根据额外的测试和评估，RECOM 也同样为 MTBF 小于 100 万小时的产品系列提供标准的三年保修（请见下一章）。
我们说过我们是根据数十年的制造经验和对如何使用转换器的了解来证明三年保修是合理的。 但是，如果我们没有任何同等的失效模式与影响分析 (FMEA) 可以依赖，没有如何使用产品的市场反馈，或者知道我们要何时采用新制作工艺，这个时候就可以藉助四个技术：DVT、PVT、HASS 和 HALT 测试。
DVT 和 PVT
设计验证测试 (DVT) 是根据实际操作条件来检查数据表列出的每个组件的限制。如果制造商给出的电阻器或二极管等组件的最高工作温度为 125°C，设计原则就是最坏情况的工作温度不超过 115-120°C（例如，最高环境温度下满载），以提供一定的安全裕度。一般都知道电容器的寿命取决于器件两端的电压和通过它的纹波电流，理想的情况是这些不应超过最大额定值的 70%。电解电容器通常被认为是可靠性中薄弱的一环，但通过降低工作条件（有效地「过度设计」组件），可以实现超过 20 年的计算寿命以及该寿命期间的高可靠性。类似的设计规则适用于有源组件的工作条件和满载时变压器的核心温度。DVT 确保在极端温度、电压和电流下，通过设计保持安全裕度。
生产验证测试 (PVT) 是更下一步，对生产批次进行抽样以比对 DVT 设计限制和性能表现。Recom 通常对每个新转换器部件至少测试 50 件，让测量精度有合理的可信度，然后生成可以列在数据表上的效率、调节和输出精度容差的平均和最大偏差的数据。对不同的输入/输出组合重复预认证测试，以对整个产品系列进行真实的分析。这涵盖了数千种 Recom 设计和构建的测试条件和全自动测试，大幅度地加快了整个过程，例如，先测试不同的输入电压和负载条件，然后整理数据并自动生成所需的性能图。
HASS 和 HALT
除了电气性能测试外，人工气候室还可用来执行高加速应力筛选 (HASS)。这包含了在各种工作应力下（例如最大或最小输入电压、满载、功率循环等），在极端高温和低温、温度循环或高温和高湿度组合下的长期测试。这些测试加速了转换器的老化效应，能让我们在 1000 小时的测试中模拟出经过多年连续运行的结果。
Recom 还拥有一个内部 HALT高加速寿命测试室（图 1）。
这种高性能 HALT 人工气候室使 DUT 承受极端温度和温度突变（液氮可快速冷却烘箱内的 DUT），而零件可以同时在随机振动台上摇晃。
HALT 是一个发现任何可能降低产品寿命或可靠性的设计缺陷的过程，方法是使用多种应力条件组合进行故障测试，并通过超出数据表规范来进行破坏，而这与 HASS 不同，因为后者会保持在 DUT 的工作极限内。
加速应力因子包括振动、热步进、热循环、高湿度、过电压、过电流以及任何其他可能暴露产品弱点的应力。另外可能需要安排多种应力环境以压缩失效前时间，例如温度循环加上振动应力。
研究表明大约 70% 的故障可以通过机械应力（全轴振动）和温度应力来检测，可以根据以下关系确定：
其中 D 是累积疲劳损伤，n 是应力循环次数，σ^α 是机械应力，其指数因子是由振动的严重程度决定。
为了确定我们的产品对机械冲击和振动的韧性，我们还有两个振动台（一个在维也纳，另一个在意大利的 Recom 姊妹公司 PCS），能透过编程提供具有可编程位移和 g²/Hz 加速度谱密度的正弦振动曲线，可测试重达 130kg 的产品。
图 3：振动台
机械应力测试不仅可以暴露全新设计的弱点，若结合了 HASS 和 PVT 的测试结果，还可以让任何现有产品有三年质量保证具可信度。
结论
Recom 以设计高效、符合成本效益和可靠的 AC/DC 和 DC/DC 电源而自豪，这包含了外接和板载电源。虽然所有制造商都表示他们提供可靠的产品，但 RECOM 为所有产品提供至少 3 年质量保证来支持这一主张。我们透过广泛的验证测试、生产 QC 和加速压力测试和筛选来确保高可靠性和长使用寿命，并根据测试协议记录提供准确的数据表信息。
RECOM: We Power your Products
另一种预测可靠性的方法是运用MTBF（平均故障间隔时间）。这是一种统计分析，将转换器各个组件的可靠性相加，然后施加可能影响整体可靠性的加速因素，例如环境应力（极端温度、冲击和振动、高湿度等）、机能性应力（组件的相互作用、精度差、开/关切换周期等）和成熟度（知名的和经过测试的设计或新方法）。举例来说，美国国防部军用手册—电子设备可靠性预测，它更广为人知的名称是 MIL-HDBK-217F，罗列了很长的组件类型清单及历史证明的可靠性数据。计算结果可能是一百万小时或者更高。
运用 MTBF 数据
一百万小时的 MTBF 并不表示转换器可以使用 114 年！MTBF 是衡量产品在生命周期内可靠性的统计指标，这是由损耗率而定的。要了解 MTBF 数据的方法是将想要有的故障率往回倒推。如果 1% 的转换器在连续使用三年后出现故障是可接受的，那么所需的 MTBF 等级为：
| Eq. 1: |  |
|---|
以 R1SX 为例，它在室温下的 MTBF 超过 2100 万小时，因此转换器在连续运行 3 年的统计故障率为 0.125%，或年故障率为大约每 2400中会有一个。
这是否意味着如果 MTBF 低于 300 万小时，每年会约有 1% 的转换器发生故障？在实践中并非如此。大多数转换器在正常运行期间并非负载100%。如果静态负载为最大额定负载的 50%-70%，应力就会更低、MTBF 增加，每年失效的部件更少。如果转换器只在工作日运作，光是这一点就可以降低运行时间，每年发生故障的部件也更少。另一方面，如果转换器是「24/7 永不间断」，内部温度将保持稳定也消除了开关转换器引起的电应力，从而提高了可靠性。计算出的 MTBF 小时数是指在最坏的情况下恒定全应力运行，因此根据额外的测试和评估，RECOM 也同样为 MTBF 小于 100 万小时的产品系列提供标准的三年保修（请见下一章）。
我们说过我们是根据数十年的制造经验和对如何使用转换器的了解来证明三年保修是合理的。 但是，如果我们没有任何同等的失效模式与影响分析 (FMEA) 可以依赖，没有如何使用产品的市场反馈，或者知道我们要何时采用新制作工艺，这个时候就可以藉助四个技术：DVT、PVT、HASS 和 HALT 测试。
DVT 和 PVT
设计验证测试 (DVT) 是根据实际操作条件来检查数据表列出的每个组件的限制。如果制造商给出的电阻器或二极管等组件的最高工作温度为 125°C，设计原则就是最坏情况的工作温度不超过 115-120°C（例如，最高环境温度下满载），以提供一定的安全裕度。一般都知道电容器的寿命取决于器件两端的电压和通过它的纹波电流，理想的情况是这些不应超过最大额定值的 70%。电解电容器通常被认为是可靠性中薄弱的一环，但通过降低工作条件（有效地「过度设计」组件），可以实现超过 20 年的计算寿命以及该寿命期间的高可靠性。类似的设计规则适用于有源组件的工作条件和满载时变压器的核心温度。DVT 确保在极端温度、电压和电流下，通过设计保持安全裕度。
生产验证测试 (PVT) 是更下一步，对生产批次进行抽样以比对 DVT 设计限制和性能表现。Recom 通常对每个新转换器部件至少测试 50 件，让测量精度有合理的可信度，然后生成可以列在数据表上的效率、调节和输出精度容差的平均和最大偏差的数据。对不同的输入/输出组合重复预认证测试，以对整个产品系列进行真实的分析。这涵盖了数千种 Recom 设计和构建的测试条件和全自动测试，大幅度地加快了整个过程，例如，先测试不同的输入电压和负载条件，然后整理数据并自动生成所需的性能图。
HASS 和 HALT
除了电气性能测试外，人工气候室还可用来执行高加速应力筛选 (HASS)。这包含了在各种工作应力下（例如最大或最小输入电压、满载、功率循环等），在极端高温和低温、温度循环或高温和高湿度组合下的长期测试。这些测试加速了转换器的老化效应，能让我们在 1000 小时的测试中模拟出经过多年连续运行的结果。
Recom 还拥有一个内部 HALT高加速寿命测试室（图 1）。
这种高性能 HALT 人工气候室使 DUT 承受极端温度和温度突变（液氮可快速冷却烘箱内的 DUT），而零件可以同时在随机振动台上摇晃。
HALT 是一个发现任何可能降低产品寿命或可靠性的设计缺陷的过程，方法是使用多种应力条件组合进行故障测试，并通过超出数据表规范来进行破坏，而这与 HASS 不同，因为后者会保持在 DUT 的工作极限内。
加速应力因子包括振动、热步进、热循环、高湿度、过电压、过电流以及任何其他可能暴露产品弱点的应力。另外可能需要安排多种应力环境以压缩失效前时间，例如温度循环加上振动应力。
研究表明大约 70% 的故障可以通过机械应力（全轴振动）和温度应力来检测，可以根据以下关系确定：
| Eq. 2: |  |
|---|
其中 D 是累积疲劳损伤，n 是应力循环次数，σ^α 是机械应力，其指数因子是由振动的严重程度决定。
为了确定我们的产品对机械冲击和振动的韧性，我们还有两个振动台（一个在维也纳，另一个在意大利的 Recom 姊妹公司 PCS），能透过编程提供具有可编程位移和 g²/Hz 加速度谱密度的正弦振动曲线，可测试重达 130kg 的产品。
图 3：振动台
机械应力测试不仅可以暴露全新设计的弱点，若结合了 HASS 和 PVT 的测试结果，还可以让任何现有产品有三年质量保证具可信度。
结论
Recom 以设计高效、符合成本效益和可靠的 AC/DC 和 DC/DC 电源而自豪，这包含了外接和板载电源。虽然所有制造商都表示他们提供可靠的产品，但 RECOM 为所有产品提供至少 3 年质量保证来支持这一主张。我们透过广泛的验证测试、生产 QC 和加速压力测试和筛选来确保高可靠性和长使用寿命，并根据测试协议记录提供准确的数据表信息。
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