镇流器等效试验技术快速评估

作者：裘永兴  陈建灿                    杭州鸿雁电器有限公司

摘要：本文阐述了可靠性试验技术的基本原理和方法。给出了镇流器产品的经验快速评估方法和试验时间等效换算法。

关键词：镇流器    加速等效试验    快速评估

随着我国绿色照明工程的日益深入，人们对绿色照明产品的需求日益增大，特别是高品质电子镇流器以其卓越的性能、适中的价格、功率因数高、能效高、灯电流波峰比低、良好的电磁兼容性；不污染电网；不会干扰其他工业、科研、医疗、射频设备、计算机系统等正常工作的特点及优越性将逐步替代电感镇流器和普通高功率因数电子镇流器。但是，目前评估镇流器质量的方法很多，有国家规定的技术方法，企业自行规定的评估镇流器的寿命指标。难免有些差异性，本文介绍本公司测试中心用于综合考核电子镇流器的可靠性指标评估的综合方法。

一、加速寿命试验（快速循环通断）

加速试验是在保证不改变产品失效机理（电子元器件缓慢的物理化学变化，功能、特性逐渐退化等）的前提下,通过强化试验条件(如增大应力,提高温度、电压和电流等) 使受试产品加速失效,以便在较短时间内获得必要信息,以评估产品在正常条件下的可靠性或寿命指标。针对同一镇流器,无论是在加速试验下还是正常工作试验条件下获得的产品可靠性或寿命指标应基本相同,同时,加速试验获得的有关信息可以等效转化为正常工作试验下的相应信息。针对机械产品,常用的方法是通过提高产品承受的应力达到加速试验的目的。

1．方法：如以工作电压作为加速应力：工作电压可选为 260V、250V、240V。节能灯的测量参数能指示节能灯的失效机理发展的测量参数确定为：功率、功率因数、光通量。测试周期为每天试验时间为24h，其中工作时间10min，停止时间5min，因此镇流器每天的工作次数为96次，为了确保镇流器的失效数不过分的集中在某些测量周期内。可将测试周期确定为：前三次测量周期为300次约3天，此后，测量周期为200次，约两天。失效判据的测量数据出现以下情况时判断为失效：功率偏差不大于额定功率的10%功率因数偏差不大于标称值的±0.05   光通量小于首次测量值的90% 

2．评估：对试验数据的整理分析对失效数据的分析方法可分为两种：一种是概率图纸估计法，另一种是数值解析法。为了对数据的分布有更直观、形象的了解，一般采用第一种方法。

（1）    在对数正态概率纸上，绘制在电压水平为V₁（250v），V₂(260v)，V₃(240v)负荷下的寿命分布直线。如下图

（2）    在对数正态概率纸上，绘制由电压水平为V1、V2、V3负荷下的寿命分布线，如图1

（3）在对数正态概率纸上预测正常电压下的寿命分布

（4）估计寿命特征

求得T0条件下的寿命分布后，换算出正常工作条件下的可靠性数量特征。

寿命分布服从指数分布时：

指数分布的概率密度函数为：f(t)=λe^-λt

λ—1/θ（θ为平均寿命）

可靠度函数为：

             R（t）=e^-λt

t—时间或开关次数

可靠度寿命为ρ=-2.303logR/λ

可靠度与时间的关系大致如下图所示：

   R

                                       t 

加速系数的计算：

 以电压为加速变量，并适合与逆幂律，其加速系数为：

τ=（）φ

其中φ=

Vi是加速条件下的高温和高压，

V0是基准条件下的电压

t1(0.5)是1应力下的中位寿命

快速循环测试的测试方法将来的发展趋势可能会缩短循环周期来加速测试过程。

二、高温高压测试

1．温度应力对产品的影响

当讨论产品寿命时,一般采用"10℃规则"的表达方式。具体应用时可以表示为当温度上升10℃时，产品寿命就会减少一半；当周围环境温度上升20℃时，产品寿命就会减少到四分之一。这种规则可以说明温度是如何影响产品寿命（失效）的。

高温对产品的影响：由于各种材料的膨胀系数不同，因而导致材料之间的粘结和迁移；固定电阻器的阻值发生变化；电路的稳定性随温度梯度的差异而发生变化；电感过热；使镇流器的寿命明显缩短等。

在镇流器做高温的同时，提升电压应力，能较好地暴露元器件表面和体内的潜在缺陷，更能反应出元器件的早期失效情况。对于镇流器内的二极管和三极管分立器件，在高温高压下（几倍到几十倍于额定功耗值）使PN结发热，从而引起整个晶体管发热，以达到温度极限，这样可以使具有潜在缺陷的器件提早失效。

典型的高温高压试验条件是，温度为+60℃～70℃，电压220V～250V做耐久性试验。正常情况下，一般最基本的产品能持续点200小时以上。我公司优质电子镇流器能持续点1500小时左右。

三、振动试验

正弦振动试验的目的是在试验室内模拟一般电子产品包括镇流器在运输、储存、使用过程中可能经受到的正弦振动及其影响。各类车辆由于它的行驶速度，轨道情况、路面状况和车辆负荷的不同，其振动频率与振幅也不同一般情况下，汽车、火车运行过程中产生的振动加速度小于5.6g，振动频率范围为2～8Hz，坦克在战斗行驶时，振动加速度达到10 g左右，振动频率范围为10～500 Hz，民航飞机最大振动加速度一般为20 g左右，振动频率大多在30 Hz以下。这些数据就是电子元器件实际所处的振动环境，那么振动对镇流器产品的影响主要有:

(1)对结构的影响：

主要是指变形、弯曲、产生裂纹、断裂和造成部件之间的相互撞击等。这种破坏又可分为由于振动所引起的应力超过产品结构强度所能承受的极限而造成的破坏，以及长时间的振动（例如107次以上应力循环的振动）使产品发生疲劳而造成的破坏。这种破坏通常是不可逆的。

(2)对工作性能的影响：

主要是指振动使运动部件动作不正常、接触部件接触不良，从而导致工作不正常、不稳定，这种影响的严重程度，往往取决于振动量值的大小，而且这种破坏通常不属于永久性的破坏。因为在许多情况下，一旦振动停止，工作就能恢复正常。这种破坏往往是可逆的。

(3)对工艺性能的影响

这种影响主要是指螺钉松动，连接件或焊点脱开等。这种破坏通常在一个不太长的振动时间内(例如半小时)内就会出现。

一般镇流器产品在低频模拟运输时需要评估，即结构的影响，工艺性能的影响，上述的种种影响，特别是当镇流器的固有频率和激励频率相等引起共振而导致响应幅值急剧增大时，会更迅速和更严重的发生。

对镇流器做振动试验的严酷等级也由三个参数共同确定，即频率范围、振动幅值和耐久试验的持续时间（按扫频循环数或时间给出）。对每一参数，参照GB/T2423.10，根据已知的环境来规定试验要求。

按照一般的程序，优先采用扫频耐久来找出失效的共振点，但在某些情况下，耐久试验的持续时间长到足以保证疲劳寿命相当时，采用定频耐久。扫频正弦振动所需加速度量值要比随机振动大得多，用同样振动量值达到同一筛选度，扫频正弦振动所花的时间比随机振动长得多。

四、测试方法的整体精确度

本公司测试中心评估的上述几种测试方法在平时经常运用，已摸索到产品可靠性的一些规律。我公司每一批电子镇流器包括各种规格的节能灯，从研发到入库前都经过不同的可靠性试验，该产品质量稳步提高。从当然涉及到评估镇流器的可靠性测试方法还有很多，如低温低压试验，综合潮湿试验，温度交变试验等等。对这些测试方法进一步要做的工作就是尝试将它们涉及到的程序更详细的描述出来。

国民经济和科学技术的发展，对产品的质量提出了越来越高的要求，不仅要求镇流器具有良好的技术性能，而且希望它能作到"高可靠、长寿命"。这就是产品的可靠性，正确评估镇流器可靠性的方法显得非常重要，特别是在一些用量很大，要求教高的场合，如工业、科研、医疗、射频设备、正确又快速评估其性能，可靠性极其重要。

参考文献：

1．《可靠性试验》电子工业出版社

2．《电工电子产品环境试验》中国标准出版社