Power electronics do’s and don’ts…

Tonnie Telgenhof Oude Koehorstinfo@nedap-uv.comwww.nedap-uv.com

www.nedap.com

1

Do’s and don’ts……

IntroductieSpec’s & reviewsOntwerp TestenLevensduurtesten

2

12 marktgroepen765 medewerkers181 miljoen omzet

3

Nedap UV

DrinkwaterNew York12000 lampen2,7 MW

AfvalwaterChicago

920 lampen0,92 MW

4

Business plan SpecificatieReview

5

Optimalisatie koelingdoor simulatie

6

Koelen halfgeleiders

7

Koelen halfgeleiders

Bij 400V: 2-3 mm

8

KruipwegPol. degr. 2: x 1,2Pol. degr. 3: x 1,4

mm.

kVp

9

Afscherming 11.7kW DC/AC converter

PCB onder transformatoren afschermenMicroprocessor + circuits afschermen 4 lagen printkaart

10

Afscherming 11.7kW DC/AC converter

PCB onder transformatoren afschermenVerliezen in PCB voorkomen (skin effect)

11

HS Diodes

12

Overslag door tinkorrel tijdens functietest

13

Design Maturity TestA method to demonstrate a MTBF value is the Design Maturity Test (DMT).The objective of the DMT is to discover potential design deficiencies and to demonstrate that the observed MTBF within a stated confidence interval is equal to the specified interval.The calculated MTBF (at nominal setting) is 370000 hrs. The demonstrated MTBF in the DMT shall be shown to be equal to the calculated/specified MTBF or more, with a 90% confidence level.The following formula [1] and chi‐square table will be used to calculate the demonstrated MTBF.

Demonstrated MTBF=                                                                                                       [source: MIL standard 781]

Where T = Total test time  r = Total number of failuresV = Degrees of freedom = 2r+2

Chi‐square table: (at 90% confidence level)

V x2 1 2.712 4.613 6.254 7.785 9.246 10.65

Demonstrated MTBF (192 units)

0

200000400000

600000

800000

1 3 5 7 9 11Months

MTB

F H

rs. No failure

1 failure

2 failures

14

Highly Accelerated Life Test-100 tot +200 ºC70º C / min.

0-50 grms / BW-10 kHz.tot 300 kg

15

Resultaten HALT

na 2:40 uur vibration step tot 35 grmsafbreken kunststof bevestiging 

16

Resultaten HALT

Na 4:17 uurtot 35 grms / ‐20...65°Cafbreken SMD condensator

17

Resultaten HALT

bij 15 grmsonderbreken batterij clip 4ms.

18

Resultaten HALT

na 0:49 uur25 grmsafbreken spoel

19

Resultaten HALT

20

Resultaten HALT

21

Resultaten HALT

na 4:30 uur45 grms / ‐25..+55°Csoldering onderbroken 

22

Resultaten HALT

na :27 uur80°CPolySwitch onderbroken 

23

Resultaten HALT

na 0:49 uur25 grmsconnector los 

24

25

Corrosie Ventilator

26

Ventilator PCB

Verbeteringen vanuit HALT:

Gebruik “locking” connector systemenOndersteun PCB voldoendeRTV kit voor “grote” leaded componenten

max. 20 gram per soldering (dubbelzijdige print).Print-in-print: “full plated surface”Let op derating

27

Derating

MOSFET’sIGBT’s

SingleEventBurn-out

Comparing the relative significance of factors that affect SEB failure rates shows design options for mitigating SEBs are limited

Bron: Jonathan Dodge -Power Electronics Technology

28

Derating

MOSFET’sIGBT’s

SingleEventBurn-out

TO-247 MOSFET or IGBT failure rates at 100°C reveal the strong dependency of SEB on voltage stress Bron: Jonathan Dodge -Power Electronics Technology

29

Derating

FilmcondensatorPulsbelasting/overbelasting

Filmcondensatoren voor resonantiecircuits (ontsteekcircuits) Bron: TDK -Epcos

30

Blijf componenten spec’s checken !

versie 2012 versie 2015

31

Levensduur testen

14 jaar continue 80W UV lamp driver3 elektrolytische condensatoren vervangen

32

Levensduur testen

Apart gebouw i.v.m. risico / verzekering

33

Levensduur testen

Testen relais300.000 x90A

34

Veiligheid

Blijf kritisch, ook bij adviesaan klanten…

900°C

35

Veiligheid

Blijf kritisch, ook bij adviesaan klanten…

Luchtweg < 1 mm

36

Veiligheid

Blijf kritisch, ook bij adviesaan klanten…

Luchtweg < 1 mm

Ondersteuning ontbreekt

37

EMC

Blijf kritisch, ook bij adviesaan klanten…

netspanning

Lamp Driver controls2kV L-GND surge test

38

Veiligheid

Maar ook bij eigenontwerp en testsystemen.

Oorzaak: Aansluit klem niet voldoende vast.

39

Overspanning

40

Verpakking producten…..

41

Veiligheid

Mogelijkeclaims

42

Veiligheid

Mogelijkeclaims

43

Veiligheid

Mogelijkeclaims

44

RTFM

45

Blijf kritisch en check alle foutmogelijkhedenVeiligheid en EMC aspecten, vanaf eerste designBetrouwbaarheid en levensduur

Maak goede analyses

46

Power electronics do’s and don’ts…

Tonnie Telgenhof Oude Koehorstinfo@nedap-uv.comwww.nedap-uv.com

www.nedap.com

47