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POWER
RELIABILITY
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- ELETTRONICA OGGI 456 - SETTEMBRE 2016
A
nche se non hanno il fascino e non ricevono le me-
desime attenzioni riservate ai processori e ai display,
gli alimentatori rivestono un ruolo di fondamentale
importanza per il funzionamento di qualsiasi sistema. Ob-
biettivo di questo articolo è analizzare l’affidabilità degli ali-
mentatori, le modalità di misura di questo parametro e tecni-
che da utilizzare per il suo miglioramento.
Prevedere la durata degli alimentatori
In primo luogo è utile dare le seguenti definizioni:
•
Affidabilità, R
(t)
:
probabilità che un alimentatore sia ancora
operativo dopo un determinato periodo di tempo
•
Tasso di guasto (failure rate), :
numero di unità che si gua-
stano in un determinate periodo di tempo – il tasso di guasto
è più elevato nelle fasi iniziali (burn-in) e di usura (wear-out),
come riportato in figura 1
•
MTTF, 1/ :
Mean Time To failure
•
MTBF (Mean Time Between Failure):
questo parametro,
solitamente utilizzato al posto dell’MTTF, risulta utile nel caso
di apparecchiature che dopo aver subito un guasto vengono
riparate e rimesse in servizio. Anche se MTTF è più corretto,
dal punto di vista matematico, i due termini (tranne che in
alcuni casi) sono equivalenti e MTBF è quello più utilizzato
nell’industria della potenza.
L’affidabilità di un alimentatore dipende da molteplici fattori:
un progetto affidabile e “prudente” che preveda margini ade-
guati, componenti di qualità con valori nominali opportuni;
progetto termico che contempli il fenomeno di derating e un
processo di produzione coerente con gli obiettivi prefissati.
Per il calcolo dell’affidabilità, ovvero la probabilità che un
componente non si guasti dopo un determinato periodo di
tempo, si utilizza la formula seguente:
R
(t)
= e
- t
Per esempio, un componente caratterizzato da un tasso di gua-
sto intrinseco di 10
-6
guasti/ h ha una probabilità del 90.5% di
non guastarsi entro le prime 100.000 ore. Questa percentuale
scende al 60,6% entro le prime 500.000 ore e si riduce al 36,7%
dopo 1 milione di ore di utilizzo (Fig. 2).
Osservazioni di natura prettamente matematica possono rive-
lare spunti decisamente interessanti. In primo luogo i guasti, in
presenza di un tasso di guasto costante, hanno un andamento
di tipo esponenziale, quindi solo il 37% delle unità facenti parte
di un gruppo di grandi dimensioni funzionerà per il tempo
previsto dal suo MTBF. In secondo luogo, per un singolo
alimentatore, la probabilità che funzioni per il tempo previsto
dall’MTBF nominale è del 37% e in terzo luogo la sua durata
uguaglierà quella dell’ MTBF nominale con un livello di confi-
denza del 37%. Inoltre è anche possibile osservare che la metà
dei componenti di un gruppo si guasterà dopo un periodo pari
al 69% dell’MTBF.
La formula appena sopra riportata e la curva di figura 2 pos-
sono essere adattate per calcolare l’affidabilità di un sistema
mediante l’espressione:
R
(t)
= e
- At
Dove
A
è la somma dei tassi di guasto di tutti i componenti:
✡
=
1
n
1
+
2
n
2
+…+
i
n
i
Calcolo del tasso di guasto
Per il calcolo del tasso di guasto è possibile utilizzare tre meto-
di: previsione (in fase di progettazione), valutazione (durante la
produzione) e osservazione (durante il ciclo di vita).
L’approccio previsionale contempla l’uso di database stan-
dard che riportano i tassi di guasto dei componenti e la durata
prevista, come ad esempio il manuale MIL-HDBK-217 per
applicazioni militari e commerciali o lo standard Telcordia per
applicazioni telecom.
Affidabilità degli alimentatori:
alcune considerazioni
A cura di CUI
Il progetto di un alimentatore affidabile non è un
compito semplice in quanto richiede una notevole
attenzione in tutte le fasi del ciclo di sviluppo:
dall’analisi al progetto, dalla scelta dei componenti
alla produzione, dal collaudo all’installazione finale