Kegagalan berulang pada papan kuasa dalam peralatan industri

I. Latar Belakang Projek: Papan Kuasa DC/DC dalam Peralatan Automasi Industri

Projek ini melibatkan papan kuasa DC/DC yang digunakan dalam sistem kawalan automasi industri, yang menukar bekalan kuasa industri 24 V kepada voltan 5 V dan 3.3 V untuk unit mikropemproses (MCU), modul komunikasi, dan antara muka sensor.

Peralatan ini beroperasi secara 24/7 di luar tapak, dengan variasi beban yang kerap bergantung kepada keadaan operasi.

II. Gejala di Tapak: Kegagalan Papan Secara Rawak yang Sukar Diketepikan

Selepas 1–3 minggu operasi di tapak, beberapa unit mula mengalami kegagalan papan kuasa, termasuk:

Mosfet di sisi input menjadi terlalu panas dan rosak

Tanda pembakaran setempat pada papan litar bercetak (PCB)

Tiada amaran sistem atau kesilapan tercatat sebelum kegagalan berlaku

Kegagalan berlaku secara rawak di seluruh unit, menjadikannya sukar untuk diulang semula semasa ujian makmal jangka pendek.

III. Penyelesaian Masalah Awal dan Salah Tafsir

Pada mulanya, pasukan kejuruteraan memberi tumpuan kepada kadar komponen kuasa dan mencuba:

Menggunakan MOSFET dengan kadar yang lebih tinggi

Memperbaiki pembuangan haba

Menyesuaikan frekuensi pensuisan DC/DC

Namun, perubahan ini meningkatkan kos tanpa menghilangkan kegagalan.

IV. Analisis Punca Akar: Sistem Tidak Dapat Mengesan Arus Lebihan Transien

Setelah menganalisis data di lokasi secara lanjut, punca sebenar masalah ini secara beransur-ansur menjadi jelas:

Beberapa modul bermula secara serentak apabila dihidupkan atau diset semula.

Beban berubah dengan cepat dalam tempoh yang singkat.

Bekalan kuasa industri di lokasi mengalami turun naik sementara.

Faktor-faktor ini secara gabungan menyebabkan arus lebih jangka pendek berulang-ulang kepada peranti kuasa.

Oleh kerana sistem hanya bergantung kepada fius dan perlindungan suhu berlebihan:

Perlindungan terhadap arus lebih sementara tidak diaktifkan.

MCU tidak dapat merekodkan anomali tersebut.

Masalah ini hanya muncul sebagai kebakaran papan (board burn-out) selepas jangka masa yang panjang akibat pengumpulan beransur-ansur.

V. Penyelesaian Praktikal: Menambah Pemantauan Arus Secara Real-Time

Daripada meningkatkan saiz komponen secara berlebihan, penyelesaian akhir menambah pemantauan arus di bahagian tinggi (high-side) pada laluan keluaran DC/DC, membolehkan:

Pengukuran arus dan kuasa secara real-time

Pengesanan arus permulaan yang tidak normal

Jujukan kuasa terkawal atau penghadan arus

Ini mengubah sistem daripada ketahanan pasif kepada perlindungan proaktif.

VI. Keputusan: Peningkatan Ketara dalam Kebolehpercayaan

Selepas pelaksanaan dan pengeluaran pukal:

Tiada lagi kegagalan papan kuasa dilaporkan

Suhu komponen kuasa menurun secara ketara

Sistem berjaya lulus pengesahan medan jangka panjang

Yang paling penting, tingkah laku kuasa menjadi boleh dilihat dan dikawal.

VII. Panduan Praktikal untuk Jurutera dan Pembeli

Dalam peralatan industri, kerosakan papan kuasa sering kali bukan disebabkan oleh kegagalan satu komponen sahaja, tetapi merupakan akibat daripada sistem yang tidak mempunyai keupayaan pengesanan arus secara masa nyata.

Untuk projek yang melibatkan:

Bekalan Kuasa Industri

Peralatan yang beroperasi dalam tempoh yang panjang

Projek dengan keperluan kebolehpercayaan yang tinggi

Memperkenalkan pemantauan arus tidak lagi harus dianggap sebagai "pengoptimuman pilihan", tetapi sebaliknya merupakan sebahagian integral daripada reka bentuk asas.