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¿Qué tan confiables son las predicciones de confiabilidad del módulo de potencia?

Curiosamente, las cifras de fiabilidad solo tienen sentido durante la vida útil de un producto, que en última instancia está limitada por los mecanismos de desgaste.

Gráfico que ilustra la curva en forma de "bañera" de la tasa de fallos del MTBF en función del tiempo.

La conocida curva de la "bañera" ilustra esto, mostrando una tasa de fallos que permanece relativamente constante durante un período, normalmente de unos pocos años, entre un período inicial de mortalidad infantil y el desgaste.

En casos extremos, como un misil con una vida útil que se mide en minutos, la fiabilidad absoluta es esencial durante ese breve periodo, incluso si su MTBF equivalente se calcula en millones de horas. También deben tenerse en cuenta la temperatura de funcionamiento y las condiciones ambientales. Por ejemplo, la base de datos de fiabilidad común MIL-HDBK-217 define diferentes entornos, desde ‘Tierra benigna’ hasta ‘Aerotransportada no habitada’, y proporciona distintas metodologías de cálculo, como el número de piezas y el nivel de tensión de las mismas, factores que influyen en las estimaciones del MTBF.

Una suposición fundamental es que las fallas durante la vida útil son aleatorias y, por lo tanto, siguen una distribución exponencial. Esto significa que la probabilidad de que una sola pieza sobreviva hasta la cifra de MTBF es de solo alrededor de 0,37., si no se desgasta primero. En una gran población de unidades en servicio las 24 horas del día, los 7 días de la semana, digamos 1000, si cada una tiene un MTBF de un millón de horas, durante su vida útil, fallarán alrededor de nueve unidades por año. desde el primer año. Esto podría molestar al usuario final, quien equipara un MTBF de un millón de horas con 114 años entre fallos. Sin embargo, esta es la realidad, y si se confía en las cifras de MTBF, entonces se deben prever las consecuencias de posibles tiempos de inactividad, almacenamiento de repuestos y costos de retrabajo si fallaran nueve unidades cada año.

Determinación del MTBF

Analicemos cómo se obtiene la cifra de MTBF. En teoría, el campo real de MTBF podría observarse en los informes de fallos de los clientes. Sin embargo, en el caso de productos de bajo coste, es posible que el fabricante no esté informado y que se desconozcan las condiciones exactas de uso, incluso para el cliente. Por ejemplo, el ciclo de trabajo operativo puede ser variable y el estrés derivado de factores externos, indefinido. Un fabricante de módulos puede realizar pruebas de fiabilidad aceleradas a altas temperaturas. Aun así, no existe un consenso general sobre el factor de aceleración exacto, e incluso así, normalmente se deben probar cientos de módulos durante muchos meses para obtener un MTBF con un nivel de confianza aceptable. El fabricante también debe decidir si simular condiciones reales con ciclos de potencia, carga y temperatura, lo que puede dar lugar a un resultado muy diferente.

El método menos preciso (pero paradójicamente el más práctico) para determinar el MTBF consiste en utilizar cálculos estándar establecidos. Esto permite comparar productos de diferentes fabricantes, asumiendo condiciones de funcionamiento idénticas. Sin embargo, los distintos estándares de fiabilidad pueden generar resultados muy diferentes. Estudios que comparan cálculos realizados con diferentes métodos y estándares, como MIL-HDBK-217, Telcordia SR332, IEC 61709 (Siemens SN29500) y British Telecom HRD4/5, han encontrado discrepancias significativas. De hecho, un estudio mostró una diferencia en el MTBF calculado de más de 10:1 utilizando los métodos MIL y Telcordia, para el mismo convertidor CC/CC en condiciones idénticas.1

El mejor uso de las cifras de MTBF

Dadas estas inconsistencias, las cifras de MTBF publicadas para los módulos de potencia son, por lo tanto, principalmente útiles como métrica comparativa más que como predicción definitiva del rendimiento real en condiciones reales. En una próxima publicación de nuestro blog, analizaremos los factores ambientales y de estrés eléctrico que contribuyen a las tasas de fallos reales y examinaremos las medidas adoptadas por fabricantes como Flex Power Modules para maximizar la fiabilidad en condiciones reales.

1. Directrices para comprender la predicción de fiabilidad, Asociación Europea de Fabricantes de Fuentes de Alimentación, www.epsma.org