TEHNIKO VELEUILITE U ZAGREBU Elektrotehniki odjel

Komunikacijska i raunalna tehnika

Logistiko ininjerstvo

Seminarski rad

Proraun pouzdanosti sklopa prema priruniku MIL-HDBK-217F

Ime i prezime: Dalibor Smetiko

Broj indeksa: 0246009194

Nastavnik: Dr.sc. Mladen Barkovi, dipl.el.ing.

Zagreb, 2010

Sadraj:1. Uvod.......................................................................................................................................2

2. Zadatak...................................................................................................................................3 2.1. Shema spoja.....................................................................................................................3 2.2. Podaci o elementima........................................................................................................4 2.3. Podaci o elemetima iz prirunika MIL-HDBK-217F......................................................5 2.3.1. Integrirani krug ....................................................................................5 2.3.2. Tranzistor..............................................................................................7 2.3.3. Infracrvena LED ..................................................................................9 2.3.4. Otpornici ............................................................................................10 2.3.5. Kondenzatori ......................................................................................12 2.3.6. Prekida .............................................................................................14 2.3.7. Lemna mjesta .....................................................................................15 2.4. Ovisnost intenziteta otkaza o temperaturi......................................................................16 2.5. Ovisnost intenziteta otkaza o uvjetima okoline.............................................................17 2.6. Ovisnost intenziteta otkaza o faktoru uenja.................................................................18 3. Zakljuak..............................................................................................................................19 4. Literatura..............................................................................................................................20

1. Uvod

2

Za izradu ovog seminarskog rada koristit emo prirunik ''Military Handbook Reliability Prediction Of Electronic Equipment'' (MIL-HDBK-217F). U njemu je opisan postupak primjene metode prorauna pouzdanosti elektronikih ureaja, te pripadajui koeficijenti za svaki element posebno. Intenzitet otkaza, za svaku grupu elementa, rauna se prema razliitom modelu jer se u obzir moraju uzeti imbenici specifini za odreeni elemenet. Postoji opi model za proraun intenziteta otkaza, slian za veinu elemenata:

=b*Q*E*T*A*R*S*C

b temeljni intenzitet otkaza Q faktor kvalitete elemenata E faktor sredine (osim temperature) T temperaturni faktor A faktor primjene (impulsni ili kontinuirani rad) R faktor intenziteta struje (kod tiristira); faktor otpornosti (kod otpornika) S faktor elektrinog stresa C faktor konstrukcije spoja (izvoda)

Faktori Q i E se pojavljuju u svim modelima, a ostali po potrebi, ako utjeu na dotini element. Model za proraun intenziteta otkaza mikroelektronikih elemenata (IC) je specifian i rauna se za svaki IC na razliit nain.

2. Zadatak

3

MIL-HDBK-217F, proraunati pouzdanost sklopa po izboru. Sklop treba imati najmanje 20 elektronikih elemenata. Pretpostaviti najnie radno optereenje svih elemenata. Analizirati zavisnosti te tabelarno i grafiki pokazati zavisnost intenziteta otkaza sklopa od:a) radne temperature okoline (od 200C do 800C, s korakom od po 100C), b) uvjeta primjene za okoline GB, GM, NS i AIC (za temperaturu od 300C) c) faktora uenja (vremena u proizvodnji), za raspon vrijednosti u tablici prirunika (ako u

sklopu postoje integrirani krugovi). Za rijeavanje ovog zadatka odabrao sam infracrveni odailja.

2.1 Shema sklopa

Slika 1: Infracrveni odailja

4

2.2. Podaci o elementima:

Element (oznaka ili vrijednost) Integrirani krugovi 4046 Tranzistori 2N2222A Diode Infracrvena LED Otpornici 1k 22R 1,5k 270k 150k 5,1k 100R 270R Kondenzatori 47u 0,2u 0,047u 100pF 100u 25pF Ostalo Prekida Lemna mjesta

Pozicija Ni IC1 Q1 D1,D2 R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 C1 C2 C3 C4 C5 C6 S1 1 1 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 46 Ukupno: 65

Tabela 1: Popis elemenata

5

2.3. Podaci o elementima iz prirunika MIL-HDBK-217F: U sljedeim tabelama prikazani su podaci o kojma ovisi intenzitet otkaza pojedinog sklopa i pripadajue formule za njegov izraun prema priruniku MIL-HDBK217F.

2.3.1. Integrirani krug

=(C1*T+C2* E)*Q*L

C1, C2 faktori otkaza elementa ovisni o sloenosti sklopa T temperaturni faktor E faktor sredine Q faktor kvalitete L faktor uenja

Fakto Faktor Element otkaza (C1) Temperat urni faktor (T) r otkaz a (C2) Faktor uenja (L) Faktor kvalitete (Q) Faktor okoline (E)

IC 4046

0.020

2.0

0.005 6

1.0

1.0

4.0 (GM)

Tabela 2: Podaci za izraun intenziteta otkaza integriranog kruga

6

Faktor Okolina okoline (E) (GB) (GM) (NS) (AIC) 0.50 4.0 4.0 4.0

Tabela 3: Ovisnost faktora okoline integriranog kruga o uvjetima okoline

Faktor Godine uenja (L) 0.1 0.5 1.0 1.5 2.0 2.0 1.8 1.5 1.2 1.0

7

Tabela 4: Ovisnost faktora uenja integriranog kruga o godinama u proizvodnji

2.3.2. Tranzistor

=b*T* A*R*S*Q*E

b temeljni intenzitet otkaza T temperaturni faktor A faktor primjene (impulsni ili kontinuirani rad) R faktor intenziteta struje S faktor elektrinog stresa Q faktor kvalitete E faktor sredine

Fakto b Element [otkaza / 10 sati]6

Fakto r snag e (R) Faktor el.stre sa (S) Faktor kvalitete (Q) Faktor okoline (E)

Temperatu rni faktor (T)

r primj e ne(A )

2N2222A

0.00074

2.3

1.5

0.77

0.16

2.4 (JAN)

9.0 (GM)

8

Tabela 5: Podaci za izraun intenziteta otkaza tranzistora

Faktor Okolina okoline (E) (GB) (GM) (NS) (AIC) 1.0 9.0 9.0 13

Tabela 6: Ovisnost faktora okoline tranzistora o uvjetima okoline

9

2.3.3. Infracrvena LED

=b*T*Q*E

b temeljni intenzitet otkaza T temperaturni faktor Q faktor kvalitete E faktor sredine

b Element [otkaza / 106 sati] Infracrvena LED (IRLD) 0.0013

Temperat urni faktor (T)

Faktor kvalitete (Q)

Faktor okoline (E)

3.0

2.4 (JAN)

8.0 (GM)

10

Tabela 7: Podaci za izraun intenziteta otkaza infracrvene LED

Faktor Okolina okoline (E) (GB) (GM) (NS) (AIC) 1.0 8.0 5.0 4.0

Tabela 8: Ovisnost faktora okoline infracrvene LED o uvjetima okoline

2.3.4. Otpornici

=b*R*Q*E

b temeljni intenzitet otkaza R faktor otpornosti Q faktor kvalitete E faktor sredine

11

b Element [otkaza / 106 sati] Otpornik, 1k 0.0034

Fakto r otpor nosti (R) 1.0 1.0 (M) 11 (GM) Faktor kvalitete (Q) Faktor okoline (E)

Otpornik, 22

0.0034 1.0

1.0 (M)

11 (GM)

Otpornik, 1,5k Otpornik, 270k Otpornik, 150k Otpornik, Tabela 9: Podaci za izraun intenziteta otkaza otpornika 5,1k Otpornik, 100 Otpornik, 270

0.0034

1.0

1.0 (M)

11 (GM)

0.0034

3.0

1.0 (M)

11 (GM)

0.0034

3.0

1.0 (M)

11 (GM)

0.0034

1.0

1.0 (M)

11 (GM)

0.0034

1.0

1.0 (M)

11 (GM)

0.0034

1.0

1.0 (M)

11 (GM)

12

b Temperatura [C] [otkaza / 106 sati] 20 30 40 50 60 70 80 0.0034 0.0034 0.0035 0.0037 0.0038 0.0041 0.0048

Tabela 10: Ovisnost baznog intenziteta otkaza otpornika o temperaturi okoline

Faktor Okolina okoline (E) (GB) (GM) (NS) (AIC) 1.0 8.0 5.0 4.0

Tabela 11: Ovisnost faktora okoline otpornika o uvjetima okoline

13

2.3.5. Kondenzatori

=b*CV*Q*E

b temeljni intenzitet otkaza CV faktor kapacitivnosti Q faktor kvalitete E faktor sredine

14

Fakto b Element [otkaza / 106 sati] r kapa citivn osti (CV) Kondenzator, 47F Kondenzator, 0.2F Kondenzator, 0.047F Kondenzator, 100pF Kondenzator, 100F Tabela 12: Podaci za izraun intenziteta Kondenzator, 25pF 0.0007 1 0.137 1.0 (M) 9 (GM) Faktor kvalitete (Q) Faktor okoline (E)

0.0007 0.075 1 0.0007 1 0.0007 1 0.0007 1 0.0007 1 0.064

1.0 (M)

9 (GM)

1.0 (M)

9 (GM)

0.032

1.0 (M)

9 (GM)

0.149

1.0 (M)

9 (GM)

0.028

1.0 (M)

9 (GM)

otkaza kondenzatora

15

b Temperatura [C] [otkaza / 106 sati] 20 0.0007 1 30 0.0007 3 40 0.0007 5 50 0.0007 7 Tabela 13: Ovisnost baznog intenziteta otkaza kondenzatora o temperaturi okoline 60 0.0007 9 70 Okolina 80 0.0008 1 Faktor 0.0008 okoline 3 (E) (GB) (GM) (NS) (AIC) 1.0 9.0 5.0 4.0

Tabela 14: Ovisnost faktora okoline kondenzatora o uvjetima okoline

16

2.3.6. Prekida

=b*CYC*L*C*E

b temeljni intenzitet otkaza CYC broj uklapanja/isklapanja po satu L faktor elektrinog stresa C faktor oblika kontakata

Fakto b Element [otkaza / 106 sati] Prekida 0.040 1 1 Ciklusi/sa t (CYC) r stres a (L) Faktor kontak ata(C) Faktor okoline (E)

1.5

18 (GM)

E faktor sredine

17

Tabela 15: Podaci za izraun intenziteta otkaza prekidaa Okolina

Faktor okoline (E) (GB) (GM) (NS) (AIC) 1.0 18 8 10

Tabela 16: Ovisnost faktora okoline prekidaa o uvjetima okoline

2.3.7. Lemna mjesta

=b*Q*E

b temeljni intenzitet otkaza Q faktor kvalitete E faktor sredine

18

b Element [otkaza / 106 sati] Lemna mjesta 0.0000 5

Faktor kvalitete (Q) 1.0

Faktor okoline (E) 7.0 (GM)

Broj lemnih mjesta (Ni) 46

Tabela 17: Podaci za izraun intenziteta otkaza lemnih mjesta

Faktor Okolina okoline (E) (GB) (GM) (NS) (AIC) 1.0 7.0 4.0 4.0

Tabela 18: Ovisnost faktora okoline lemnih mjesta o uvjetima okoline

2.4. Ovisnost intenziteta otkaza o temperaturi

19

Temp. [C] [otkaza/10 ^6]

20 1.88695

30 1.88704

40 1.90033

50 1.92681

60 1.94010

70 1.97979

80 2.07228

Tabela 19: Ovisnost intenziteta otkaza sklopa o temperaturi okoline

Slika 2: Graf ovisnosti intenziteta otkaza sklopa o temperaturi okoline

Na grafu je prikazana ovisnost intenziteta otkaza sklopa o temperaturi okoline. Iz grafa moemo vidjeti da intenziteta otkaza raste s porastom temperature, odnosno pouzdanost sklopa s porastom temperature pada.

2.5. Ovisnost intenziteta otkaza sklopa o uvjetima okoline

Uvijeti okoline [otkaza/10 ^6]

GB

GM

NS

AIC

0.14573

1.88870 4

0.97776

1.48971

Tabela 20: Ovisnost intenziteta otkaza sklopa o uvjetima okoline

20

Slika 3: Graf ovisnosti intenziteta otkaza sklopa o uvjetima okoline

Na grafu je prikazana ovisnost intenziteta otkaza o uvjetima okoline. Na grafu vidimo da intenzitet otkaza sklopa raste, odnosno pouzdanost pada im se uvijeti okoline nepovoljniji.

2.6. Ovisnost intenziteta otkaza o faktora uenja

Faktor uenja [otkaza/10 ^6]

2

1.8

1.5

1.2

1

1.90944

1.90496

1.89824

1.89152

1.88704

Tabela 21: Ovisnost intenziteta otkaza sklopa o faktoru uenja

Slika 4: Graf ovisnosti intenziteta otkaza sklopa o faktoru uenja

Na grafu je prikazana ovisnost intenziteta otkaza o faktoru uenja integriranih krugova (u ovom sluaju o samo jednom integriranom krugu). Sa grafa se moe oitati da intenzitet otkaza sklopa raste im je faktor uenja vei. Faktor uenja ovisi o godinama u proizvodnji.

21

4. ZakljuakKada radimo proraun pouzdanosti, elimo da na sklop ima to veu pouzdanost, odnosno da je intenzitet otkaza naeg sklopa to manji, kao i cijena njegove izrade. Kao to je vidljivo iz prethodnih izrauna intenzitet otkaza ovisi o mnogo imbenika. Jedan od najbitnijih je odabir kvalitetnih komponenata. Naravno nisu najkvalitetnije komponente uvijek i najisplativije. Sve ovisi o tome s kakvom pouzadnosti smo mi zadovoljni i koliko e nas to stajati, odnosno koliko novanih sredstava imamo na raspolaganju. Temperatura i uvjeti okoline takoer su vrlo bitni imbenici kod izrauna pouzdanosti sklopa. S porastom temperature pada pouzdanost sklopa. Za loije uvjete okoline loija je i pouzdanost. Sa stajalita ininjera najkvalitetnije rijeenje je uvijek i najbolje, meutim kako se danas gotovo sve gleda sa ekonomskog aspekta mi kao ininjeri moramo pronai ravnoteu izmeu najkvalitetnijeg i najekonominijeg rjeenja.

22

5. Literatura1. Dr. sc. Mladen Barkovi, dipl. el. ing.: Logistika potpora elektronikim sustavima. Zagreb, 2006. 2. ''Military Handbook Reliability Prediction Of Electronic Equipment'' (MILHDBK-217F), 1991.

23