Реальний промисловий кейс, що пояснює, чому плати живлення виходять з ладу через короткочасні перевантаження за струмом, та як моніторинг струму в реальному часі запобігає повторним пошкодженням.
I. Огляд проекту: постійного струму (DC/DC) силовий блок у промисловому автоматизованому обладнанні
У цьому проекті використовується DC/DC силовий блок, призначений для промислової автоматизованої системи керування, який перетворює промислове живлення 24 В на напруги 5 В та 3,3 В для мікроконтролера (MCU), модулів зв’язку та інтерфейсів датчиків.
Обладнання працює цілодобово на об’єкті, а навантаження часто змінюється залежно від умов експлуатації.
II. Симптоми на об’єкті: випадкові відмови блоків, які важко відтворити
Після 1–3 тижнів експлуатації на об’єкті у деяких одиниць почали спостерігатися відмови силового блоку, зокрема:
Перегріті та пошкоджені MOSFET-транзистори на вхідному боці
Локальні сліди опікання на друкованій платі (PCB)
Перед відмовою система не видає попереджень і не реєструє помилок
Збої виникали випадково серед одиниць, що ускладнювало їх відтворення під час короткотривалих лабораторних тестів.
III. Початкова діагностика та неправильна оцінка ситуації
Спочатку інженерна команда зосередилася на номінальних значеннях потужнісних компонентів і спробувала:
Використовувати MOSFET-транзистори з вищим номінальним струмом
Покращити відведення тепла
Змінити частоту перемикання DC/DC-перетворювача
Однак ці зміни призвели до зростання вартості без усунення збоїв.
IV. Аналіз кореневої причини: система не реєструвала короткочасні перевантаження за струмом
Після подальшого аналізу даних, отриманих на місці, справжня причина проблеми поступово стала зрозумілою:
Кілька модулів запускалися одночасно під час ввімкнення живлення або скидання.
Навантаження змінилося швидко протягом короткого періоду.
Промислова електромережа на місці виникнення події пережила тимчасові коливання.
Ці фактори в поєднанні призвели до повторюваних короткочасних перевантажень струму в силових пристроях.
Оскільки система спиралася виключно на запобіжники та захист від перевищення температури:
Захист від тимчасового перевантаження струму не був активований.
МКУ не міг зареєструвати аномалію.
Проблема проявилася лише у вигляді спалення плати після тривалого накопичення.
V. Практичне рішення: додавання моніторингу струму в реальному часі
Замість збільшення розмірів компонентів остаточне рішення передбачало встановлення моніторингу струму на високій стороні (high-side) у ланцюзі вихідного сигналу DC/DC, що дозволяє:
Вимірювання струму та потужності в реальному часі
Виявлення аномальних пускових струмів
Контрольована послідовність подачі живлення або обмеження струму
Це змінило режим роботи системи від пасивної стійкості до проактивного захисту.
VI. Результати: значне покращення надійності
Після впровадження та серійного виробництва:
Більше не було зареєстровано жодного випадку виходу з ладу плат живлення
Температура компонентів живлення значно знизилася
Система пройшла тривалу польову перевірку
Найважливіше — поведінка системи живлення стала видимою й керованою.
VII. Практичні висновки для інженерів та покупців
У промисловому обладнанні перегоряння плати живлення часто є не проблемою окремого компонента, а наслідком відсутності в системі можливості вимірювання струму в реальному часі.
Для проектів, пов’язаних із:
Промислове забезпечення електроенергією
Обладнанням, що працює тривалий час
Проектами з високими вимогами до надійності
Впровадження контролю струму більше не слід розглядати як «необов’язкову оптимізацію», а радше як невід’ємну частину базового проектування.
EN
