Güç Tankları'nda Şok ve Titreşim Direnişi için Tasarım

Güç malzemeleri elektronik sistemlerin yaşam alanıdır, ham giriş gücünü askeri radarlara kadar her şeyi çalıştıran gerilimlere dönüştürmektir.Bu sistemler talep edilen ortamlarda çalışmalıdır - endüstriyel robotlarda veya titreşim direncine yönelik tasarım - bu nedenle mekanik şoka ve sürekli titreşimlere karşı güç tedarik yeteneği, uzun vadeli bir ihtiyaç altında bir güvenilirlik sağlamak için kritik bir mühendislik disiplini haline gelir.

Bu makale şok ve titreşimin temel fiziklerini araştırıyor, uzun süre süren yoğun mekanik strese maruz kalmadan önce bile güvenilir bir şekilde enerji tedarik eden maddi ve üretim seçenekleri, detaylar malzeme ve üretim seçenekleri.Bu ilkeleri uygulayarak mühendisler, uzun süren mekanik strese maruz kalmalardan sonra bile güvenilir bir şekilde enerji tedarik edebilir.

Güç malzemelerindeki Şok ve Titreşim Anlamak

Mekanik Şok Nedir?

Mekanik şok, çok kısa bir süre boyunca uygulanan ani, yüksek yoğunluklu bir kuvvete işaret eder. Ortak kaynaklar, taşıma, patlayıcı patlamalar veya nakliye sırasında aniden ivme değişiklikleri içerir. Güç malzemeleri sırasında şok, kırılabilir seramik kapasitörler, displace ağır manyetik bileşenler veya hatta bir şok olayının ciddiyetini kırabilir.

Titreşim nedir?

Titreşim, dakikalar, saatlerce veya yıllar boyunca son verebilecek periyodik veya rastgele osilasyon hareketi içerir. Gerçek dünya ortamlarındaki döner makine, araç motorlarından, uçak türbülansından veya hatta akustik gürültüyü heyecanlandırır. Sürekli vibrasyon, metaldeki yorgunluk başarısızlıklarına neden olabilir, gevşek taşıyıcılar, kontaklar, ve yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş

Şok ve Titreşim Hasarı Güç Tankları Nasıl

Şok ve vibrasyon tarafından başlatılan birincil başarısızlık mekanizmaları şunlardır:

  • [FONT:0)Lead ve satılan yorgunluk – Tekrarlanan bükme stresi zamanla ortaya çıkan çatlaklara neden olur.
  • [FONT:0]Component kırıklık[Dönetici: 1) - Seramik kapasitörler, direnççiler ve IC paketleri yüksek G-forces altında kırılır.
  • [FONT:0) Büyük parçaların yerleşmesi[Dönetici: 0,4,0) - Transformers, indüktörler ve elektroliz kapasitörler, bağlantıları kırmak veya kısa devrelere neden oluyor.
  • [FONT:0)Fastener gevşekleştirici[DÜDÜT:1) – Titreşimlerin veya cıvataların vibrasyonun, özellikle doğru kilitli değilse.
  • [FONT:0)İçsel ya da kısa ([Dön 1: 1) – Wires chafe veya enkaz uçarak yollara doğru hareket eder.
  • [FONT:0]Zorlu çatlakları [Döneticileri) kırar, canlı devreleri nem veya kirleticilere maruz bırakabilir.

Bu başarısızlık modlarını anlamak, tasarım sırasında doğru karşıtlamaları seçmek için gereklidir.

Mekanik Tasarım Stratejileri

Dağıtıp işleme sistemleri

Güçlü bir montaj sistemi, savunmanın ilk hattıdır. Hedef, enerji absorbe eden uyumlu malzemeler kullanarak titreşim veya şok kaynağından elde etmektir.

Elastomerik Grommets ve Washers

Genişleme vidaları etrafında yerleştirilen lastik veya silikon grommets, yüksek frekanslı titreşimleri yüksek frekanslı titreşimler için yumuşak bir arayüz sağlar. Uygulanması gereken düşük maliyetli ve kolay, ancak sınırlı defleksiyon aralığına sahip olsalar da.

Wire-Rope Isolators

Yüksek enerji şoku ve çok eksenli titreşim için, tel-rope, olağanüstü barajlar sunar. İki metal plaka arasında oluşmuş paslanmaz çelik kablolardan oluşur ve büyük yerindenleri idare edebilir ve askeri ve havacılık güç malzemeleriyle ortak olabilirler.

Viscoelastic Damping Mounts

Bu parçalar, metal para paraları ile bir baraj malzemesi birleştirir (örneğin, poliurethane). Hem yüksek baraj ve yük desteği sağlarlar, onları daha ağır güç malzemeleri için ideal hale getirirler.

Mounting Point Placement

Güç tedarikinin çevresinin etrafında bile yukarı doğru bir şekilde dağılması, bükme anlarını azaltır. İdeal olarak, tepeler en ağır bileşenlerin merkezine yakın olmalıdır. Aşırı yükleme veya cantilevered tasarımları kaçının.

Enlosure Design

Korumanın kendisi şok yükleri altında deformasyona direnmek için sağlam ve güçlü olmalıdır. İnce duvarlı metal flex ve iç bileşenlere stres gönderebilir.

  • Metalleri (örneğin 1.5 mm çelik veya 2 mm alüminyum) kullanın veya termoplastikleri güçlendirin.
  • Sertleştirici kaburgalar ekleyin, korrugations veya aşırı kilo olmadan katılığı artırmak için iç yapısal kirişler ekleyin.
  • Birden çok bağlantılı olan şasiye güvenli bir şekilde, kilit yıkamacılar veya iplik açma bileşikleri kullanarak.
  • Kapak veya kapak, yakın aralıklarda vidalarla sıkı bir şekilde bağlanır ( yüksek performanslı ortamlarda latches yoktur).
  • İç bileşenler ve muhafaza duvarları arasında yeterli bir tespit için tasarım, tahta flexleri olup olmadığını etkiler.

Çaşır ve Encapsulation

Potting, güç tedarik montajını sağlam veya yarı katı bir bileşik ile doldurur (epoxy, poliurethane, silikon) bileşenleri taklit etmek ve mekanik enerji absorbe etmek için.Bu teknik hem şok hem de vibrasyona karşı son derece etkilidir.

  • Bu parçalar arasındaki bağıl hareketi ortadan kaldırır, yorgunluktan kaçınır.
  • Bu termal çiftler, muhafazaya, ısı dağılımına yardımcı olur.
  • Mikroorganizme nem ve kirleticilere karşı çevresel olarak mühür sağlar.

Ticaret-offlar artan ağırlık, onarım zorluğu ve potansiyel termal genişleme stresi içerir. Silikon jelleri yeniden işlenebilir bir alternatif sunarken, epoxy en yüksek sertlik sağlar.

Elektrik Tasarımı

Yüksek Güvenilirlik için gerçekleştirilen zimleme seçimi

Tüm bileşenler mekanik stres altında eşit değildir. Mühendisler yüksek uygulamalar için tasarlanmış parçalar belirtmeli:

  • [FONT:0)Kaptancılar[[DÜDÜT:1): Yüksek şok için polimer elektrolitik veya seramik X7R/X8R daha düşük derece Y5V. Multikat Seramik kapasitörler (MLCC) esnek bir sonlandırmaya sahip olmalıdır (Yüksek şok için, Tantal polimer kapaklarını yüksek titreşim puanlarıyla göz önünde bulundurmalıdır.
  • [FONT:0)Inductors ve transformatörler[DÜDÜT 1: 1): Sıcaklık ile bileşenleri seçin mekanik güç sağlar. Toroidal çekirdekler EE çekirdeklerinden daha az çatlaklara eğilimlidir.Yerel montaj ile Pot çekirdekler üstün şok direnci sunar.
  • [FONT:0)Bağlantılar[Döneticiler[Döncüler): Olumlu tutma özellikleri ile kilitlenen bağlantıları seçin (örneğin, vida-lock, bayonet). kablo çıkışlarında susuyor.
  • [FONT:0]Semiconductors [[Dönetici: Yüzey destekli cihazlar (SMDs) genellikle yüksek hacimli ortamlar için delik paketlerinden daha az sağlamdır.Melekler gerekli olduğunda, SOT-23) yerine DPAK'yı kullanın ve yüksek satılan yüksek vücut boyutlarından kaçınır.
  • [FONT:0]Screw terminalleri ve otobüs barları): Belleville çamaşırları veya plastik kilit yamalarla vibrasyona dayanıklı lugs sağlayın.

Basılı Devre Kurulu (PCB) Layoutoutoutoutout

PCB, güç tedarikinin yapısal arka kemiğidir. İyi bir düzen stres konsantrasyonlarını azaltır:

  • [FONT:0)Board kalınlığı[[DÜT:1): 2.0 mm veya kalın CFOD'yi daha fazla flexural hidroksit için kullanın. 2 oz'un bakır ağırlığı veya daha fazla yardımcı olur.
  • [FONT:0)Mounting de delikler[Döneticiler: Üst katta ağır parçalara yakın olan delikler yerleştirin.İkisinden daha fazla montaj noktası kullanın. Mekanik stresleri dağıtmak için zemin uçak alanı var.
  • [FONT=0)Component Orient[[[Dönetici: Pozisyon uzun bileşenler (transformers, kapasitörler) bu yüzden vibrasyonun yönsel olup olmadığının ana titreşim eksenleriyle uyumlu.
  • [FONT:0)Heavy bileşenleri[[Dönetici: Güvenli: Ek mekanik destekle - yapıştırıcı bağ (RTV silikon) veya nokta uçları.Gluing large cleors to the board using a structural yapıştırıcısı önemli barajlar ekler.
  • [FONT:0]Through- delege satering[Dönetici]: Kolesterol parçaları için, üzerinde yeterli liderlik süresi ve yönetim kurulunun bazı esnekliğine izin vermek için.
  • [FONT:0]Strain rahatlama[[Dönetici:))[Döneticileri veya panzları kullanın.Mantıya çıkışları kısa tutun ve onları kablo bağlantılarıyla kapat.

Termal Yönetim ve Titreşimle İlişkisi

Heat exacerbates mekanik yorgunluk, yumuşatarak ve ürperticileri hızlandırır. Tersine, vibrasyon ısısink fins veya çatlaklar termal arayüz malzemeleri yerleştirebilir.

  • Vidalar ve ilkbaharlar ile ısıtın, vibrasyon altında gevşek olan kliplerden ziyade.
  • Tedavi sonrası esnek kalan termal yapıştırıcılar veya faz değiştirme malzemeleri kullanın.
  • Fan bıçakları dinamik olarak dengeli ve güvenli bir şekilde monte edilir; daha uzun yaşam için kol taşıma yerine top taşıma fanları kullanın.
  • Davranışlı güç malzemeleri için, katı bir arka plaka kullanarak termal pedler üzerinde baskı sağlar.

Malzeme ve İmalat Seçenekleri

PCB Altstrates ve Laminatlar

Standart FR-4, yüksek çözünürlükte güç malzemeleri için, daha yüksek çözünürlükte laminatları göz önünde bulundurmaktadır:

  • [FONT=0) Yüksek-Tg FR-4[DÜT:1) (180°C+): termal ve mekanik stres altında yeniden yapılanma ve çatlaklara karşı daha iyi direniş.
  • [FONT=0)Polyimide[[Dönemli: [Dönüşük sıcaklık ve titreşim döngüleri için).
  • [FONT:0) Metal-core PCBs[[Dönetici veya bakır temel): Mükemmel sertlik ve ısı yayılabilir, ancak bileşenlerle termal uyum sağlamak için dikkatli bir tasarım gerektirir.

Satmak ve Ortak Dondurma

Önde gelen satıcılar standarttır, ancak daha fazla çırpıcılar için daha fazla tunç vardır. Üst sürüm ürünler hala teneke-lead (Sn63-Pb37) kullanıyor. ek olarak, birçok üretici depoda (BGA paketleri için) veya yapıştırıcı (büyük pasif bileşenler için) satış yapan ortaklar için.

Conformal Kaplama

Conformal kaplamalar (arilic, poliurethane, silikon) nemlere karşı koruma sağlar, ancak aynı zamanda iyi teller ve küçük 380 bileşeni yerinde tutmakla küçük bir miktar mekanik destek ekler. Ancak birincil fayda, vibrasyon altında yıkım veya kondensasyona neden olan kısa devreleri önler.

Hızlı ve

Her zaman kilitli donanım kullanın: Ahşap kilit fındık, iplik açma bileşikleri (Loctite 242/271), bölünmüş kilit çamaşırlar veya termoplastik konutlarda vidalar için, çarşaflardan kaçınmak için pirinç eklemeleri kullanın. Spring lavabolar (Belleville) malzemeleri yerleşmek için sabit bir yük sağlar.

Test Standartları ve Geçerlilik

Endüstri Standartları

Birkaç standart, güç malzemeleri için şok ve vibrasyon test yöntemlerini tanımlar. En yaygın referanslar şunlardır:

  • [FONT=0]MIL-STD-810H[DD-810H[DDD:0] [FONTT:1] – Gürültü ve yöntem 516.8'i şok için içeren bir ABD askeri standart.
  • [FONT:0)IEC 60068-2-6[[Dönem: 1) Sinusoidal titreşim testi için uluslararası bir standart; tipik şiddet seviyeleri 10 yıllık hizmettir.
  • [FONT:0)IEC 60068-2-64[Döntgen: 1) Rastgele titreşim testleri.
  • [FONT:0)IEC 60068-2-27 – Belirtilen pul şekilleri ile şok testi (yarısı, çok-sırası, görülmüş).
  • [FONT=0]ASTM D4728[[DÜT:1) – Nakliye konteynerleri için rastgele vibrasyon testleri genellikle güç tedarik paketlemesine uygulanır.

Özel bir güç tedarikini tasarlarken, mühendis, son kullanım ortamına dayanan geçerli standartı seçmeli: tüketici elektronikleri sadece bir düşüş testi gerektirebilir, ancak havacılık ürünleri 20 G RMS'ye kadar titiz titreşim gerektirir.

Şok Test Prosedürleri

Şok testi genellikle güç tedarikini şok masasında bir test odasına yükseltmektedir (kampiyon kulesi veya pnömatik eylemci). Ünite, elektriksel performans kaybına maruz kalmaz (örneğin, 11 ms için yarım-sine 50 G), her iki olumlu ve olumsuz yönde yapılır.

Titreşim Test Prosedürleri

Elektrodinamik veya hidrolik sallayıcılar üzerinde test yapılır. Güç tedariki, kullanım yönündeki salak masaya bağlanır. Testler şunları içerir:

  • [FONT:0]Sinusoidal süpürücü[DÜT:1) – Sürekli bir yerinden 5 Hz'den 500 Hz'ye kadar sürekli bir yerinden veya yeniden frekansları tanımlamak için hızlanır.
  • [FONT=0)Random vitreus[Dönetici:0)[Döneticileri gerçek dünya rastgele girişleri taklit eden geniş bir spektrum profili.
  • [0]Fatigue testi[[Dönetici:0)[Dönetici:0)[Dön test[Dönetici: 1) • Satışlı ortak başarısızlığı hızlandırmaya yönelik yüksek döngüsü testi.

Acelerated Life Testi (ALT)

Titreşimli sıcaklık bisikleti kombinasyonlama, tek başına test edilmemiş gecikme kusurları ortaya çıkarabilir. Bu Yüksek Hızlı Yaşam Testi (HALT) yöntemi zayıf noktaları bulmak için tasarım sınırlarının ötesinde birimi iyi bir şekilde itiyor. Herhangi bir başarısızlık tasarımda analiz edilir ve düzeltilir.

Uygulama-Specific Design Örnekleri

Askeri ve Havacılık Gücü

Bu birimler ciddi şok ( 50'ye kadar G veya daha fazla) ve vibrasyon (yaklaşık 10 G RMS rastgele) tasarımlar genellikle sert bir kapsam, ağır alüminyum şapel ve kırmızı çekmeler kilitli kalıplar. birçok durumda, güç tedariki sert bir plaka ile donatılmıştır.

Industrial and Railway Power Materials

Demiryolu standartları (EN 50155) uzun süredir rastgele titreşim profilleri empoze eder. kompresörler veya konveyörler için endüstriyel güç malzemeleri sürekli düşük frekanslı titreşim ile karşı karşıya kalır.Burada, nakavt ve sağlam montaj, vida terminalleri ve koruma ile birlikte, birçok metal bir muhafazayı gazla-baplı kapaklar ile birlikte, ingresyon önlemeyi önlemek için kullanır.

Tıbbi Güç Malzemeleri

Tıbbi ekipman (defibrillers, hasta monitörleri) kazara ve taşıma vibrasyonuna dayanmalıdır, ancak aynı zamanda mevcut gereksinimleri de önceliklendirir. Tasarımcılar küçük boyut ve ışık ağırlığına öncelik verir, böylece yüksek hacimli ve vibrasyon elastomerleri kullanırlar. Birçok tıbbi malzeme önemli ölçüde toplanır ve kilitlenebilir.

Otomotiv ve Elektrikli Araç (EV) Güç Tankları

EV'lerde şarj cihazı modülleri ve DC-DC dönüştürücüler yol titreşimi ve rastgele etkilerden yoksundur. Tipik ihtiyaç, yüksek termal bisikletle 5-20 G rastgele titreşimdir. Bu güç malzemeleri konfor kaplama, vidaya dayanıklı ısıtılır ve vitreo-grad parçaları AEC-Q200'e uygundur.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Güç malzemeleri şok ve vibrasyon direnci için tasarlayın, mekanik montaj, elektrik bileşeni seçimi, PCB düzeni, malzeme seçimleri ve titiz geçerliliği anlamak için, başarısızlık mekanizmalarını anlamak ve kanıtlanmış karşıtlamaları uygulamak - izolasyon parçaları, kalın tahtalar, bileşen, bağ ve potting - en zorlu ortamlarda hayatta kalan güç malzemeleri oluşturabilir.Bu önlemlerin maliyeti, arazi hatalarının maliyetinden çok daha az, onarım masraflarını anlamak, onarımda ölçülmelidir.

Elektronik sistemler daha entegre hale gelir ve sert koşullarda çalışırken, güç tedarik tasarımında mekanik sağlamlığın önemi sadece bütünsel bir görüşe sahip mühendisler yetiştirmektir - güç tedarikinin sadece elektrik devresi olarak değil, dinamik yüklere maruz kalan mekanik bir montaj olarak- kritik uygulamalar talep ettiği güvenilirliği teslim edecektir.