为什么开关电源经过充分验证后还是会不断出现故障问题？

机械工业出版社E视界 2021年4月28日浏览：1752

从传统的试验测试验证角度来看，无论是环境试验，还是可靠性试验，均是根据国家规范、行业规范或产品技术规格书要求条件制定的，虽然进行了正常条件范围、极端条件及其组合的充分验证，但产品交付现场使用后，还是会不断地会出现故障问题。

一方面，规范规定的使用环境不同于真实的使用环境，真实环境的影响往往是若干综合环境的累积结果，是实验室无法精确模拟的。而且真实环境应力的量值与往往通过拍脑袋的办法、以规范的形式规定的试验量值，也是有所差别的，甚至差别很大。同时，产品通过传统试验考核后，批量产品的耐环境能力也会存在一定的离散型。

另一方面，尽管传统试验方法可以发现产品薄弱环节，通过改进使其环境适应性和可靠性得到提高，但这种方式的优化过程既耗时费钱费力，费效比极低。

这时，高加速应力试验技术出现了，高加速可靠性增长测试技术是利用超产品规格应力的方法暴露产品的设计和工艺薄弱环节，采取优化措施，改善可靠性，达成产品可靠性增长，使产品变得更健壮，而不是确定产品的可靠性。

高加速应力试验并不是一项新的试验技术，其基本原理早在1969年就已经存在，自出现至今已有50多年历史了，只是早期由于在严格保密下使用而不被业界所知。

高加速应力试验一般的操作顺序是：析出、检测、分析、纠正和验证。析出是使潜在或不可检测的薄弱环节变成明显的或可检测的缺陷的加速应力手段，检测是对析出缺陷的确定，分析是找出发生缺陷的根本原因，纠正是实施缺陷优化的措施，验证是对优化措施进行确认。将高加速试验案例入库管理，建立产品设计原则，横向推广意义更大。

高加速应力试验的过程及结果如下图所示，从图上可知，高加速应力试验实际上就是使用产品的超规格应力，使产品承受应力与其强度的交叉重合部分加大，激发薄弱环节或潜在缺陷析出，通过分析故障模式及故障机理，实施故障解决措施，这个改进过程就是在提高产品的强度，旨在减小产品承受超规格应力与其强度的交叉重合部分，降低故障发生。提升后的产品强度与产品规格内极限应力相比，工作裕度获得较大提升，可靠性得到增长，产品更健壮。

为什么开关电源经过充分验证后还是会不断出现故障问题？的图1

用于薄弱环节或潜在故障析出的加速应力有很多，如电压、电压变化、电流、电流变化、温度、温度变化、湿度和振动等应力。试验结果表明，在试验应力选择上没有哪一种应力是最有效的，为了有效筛选，通常同时施加多种组合应力，缺陷与典型应力关系的韦恩图如下图所示。

为什么开关电源经过充分验证后还是会不断出现故障问题？的图2

灵活应用高加速试验技术，首先需要突破思维的禁锢，深刻理解高加速应力的基本原理和方法，实施超规格应力开展试验，发掘产品薄弱环节。产品的应力和强度在实际使用中并非一成不变，随着产品内器件老化疲劳导致产品的强度降低，应力与强度的交叉重叠加大，故障开始发生。大多数产品在高加速应力中暴露的薄弱环节，如果不加以改进，几乎都会变为现场故障，这些情况已经经历过数千次的验证。

高加速应力试验发现产品的薄弱环节并非产品常规故障，不能按产品故障处理流程处理，更不能因超规范而成为拒绝寻找改进的理由，而是根据暴露薄弱点分析故障模式和故障机理，只有故障模式和故障机理是重要的，而所采用的激发应力及应力裕量与真实使用应力的关系则毫无意义。根据产品设计方案、实际应用场景、优化费效比及可接受的产品故障率等决定是否对薄弱点进行优化或解决。

目前，国内很多开关电源公司已经开展了高加速应力试验，发布了众多企业内部的加速试验规范和测试流程。事实上，很多公司仅仅流于形式，并未从根本上完全接受高加速应力试验理念，忽略了高加速应力试验的关键步骤，没有掌握高加速应力试验的灵魂，或受阻于进度和成本等种种原因限制，不能使高加速应力试验得到贯彻与落地执行，这种状况除了牵扯研发精力外没有任何好处。

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