破壞工程師 Part 2

以前曾經聽過同行的說過:產品好不好,輸出短路一下就見真章.

真的? 還假的?

在公司裡面,供應BLDC無刷馬達的高壓電源供應器(DC380V 6A)已經測了近兩周了.我也想來試試看,當輸出達2000W的高壓電源,突然被短路時,結果會是怎樣? 搞破壞正是我的專長,ㄎㄎ!!很早以前就想這樣試了,只是苦無機會做這檔事.

這次動用不少設備,Agilent桌上型5位半電表,Fluke電流勾表與溫度表,IDRC AC功率表還有IDRC AC SOURCE

燈泡與電阻組成2000W的負載,還要電扇散熱.好像有點不環保?!

安全起見,人在遠處(2M以上),啟動短路測試

DC電流勾表先歸零後,開始記錄最大max值

以下事情請勿輕易嚐試,除非您有超過95%的把握...

為了安全起見,當然不是手拿著線材,直接對380V的電路做短路. 


我的安排是這樣的:
拉兩條粗線到25A的電磁開關上,電磁開關的作動是用一個旋鈕開關做ON/OFF控制,此控制信號是220V規格的,安排到另一個獨立的AC電源插座上.

測試時,電源供應器在全額負載下,這時,突然旋鈕開關切到ON,電磁開關往下吸,立刻造成輸出瞬間短路的情形.
由於V=380Vdc,R約只有0.01歐姆左右,瞬間的電流應該要超過數百Amp以上.如果控制電路的反應不夠快,肯定會有大災難出現的.

我們另外在高壓輸出處掛一支DC電流勾表,監看短路的瞬間,最大電流會爬升到多少?

就是今天早上,所有測試工具都準備妥當了,代表危險的警示燈也亮了,大夥的神經開始緊繃了.



第一次短路試驗開始

只聽到一個Braker跳脫的聲響,原來接到負載的線上,還有一個6A的Braker做保護,瞬間短路當然就是他先啟動機械保護了.把Braker移除,再試一下.

第二次短路試驗開始

5 4 3 2 1 短路!!
高壓的電源供應板整個斷電,原來AC側的8A保險絲斷了!!看了一下電流勾表,顯示瞬間的最大電流不到12A.這個值很重要,意即電流一超過設定的極限Limit值時,整個輸出是馬上被OFF掉的.再換上10A更大規格的保險絲.

FUSE不是噴熔式燒毀,代表保護是正確且即時的

第二次測試時,最大電流到11.6A就啟動保護機制了

第三次短路試驗開始

好緊張 5 4 3 2 1 短路!!

這次換AC220V供電的AC SOURCE受不了,直接進入保護模式.因為短路發生時,我們設計的保護電路反應很快,這也導致整個AC供應電壓的瞬間陡降,但是仍未到達電流的保護臨界點.

整個電路經過此次的短路測試,結果完全PASS,
這也讓我們對自己設計的產品更有信心

整個測試過程非常順利,而且只有一枚FUSE損壞斷開.這也驗證了整個電路的強健性Robust是夠的,真的很棒!! 真棒!!

破壞工程師今天就做到這裡,謝謝指教 !!

破壞工程師 我的另一個職稱

大部分的工業產品在設計之初,都是先假設在理想狀況(ideal case)動作的.
也就是說:所有的狀況都是在最佳下運作.

不過,真實的狀況卻是很殘酷的.AC電壓會變動,馬達轉久了會發熱,負載會變化,周圍的溫度有溫升,還有人為的不當操作等等.這都會使原本乾淨簡潔的電路變得異常複雜,而控制器的程式也因為影響條件的增多,進而增加其中的不確定性.

我的任務就是把這些問題預先暴露出來,提早解決問題.

所以,馬達若是轉在額定的10000RPM,我就把它往上加速.提高到11000RPM或是12000RPM,看看結果是怎麼樣?哪邊溫升最快?哪個零件首先失效?最後的對策如何?

高壓的電源供應可輸出1000W時,我硬把功耗提高到1250W或更高,看看MOSFET是否受得了?散熱器的散熱速度夠嗎?需要強制冷卻嗎?
借由這些現象去思考對策,不僅可以增加產品的信賴度,同時,也大大地提升了我們的設計能力.

2015年9月初 正在測試輸出1KW的高壓電源

情況是操到1.7KW時還是頭腦壯壯,選用的零件超規了.
可是到1.8KW時就再見了,零件的上限就在這裡

2KW的負載不容易找,只好用燈泡與高功率電阻來撐場面.
我想突然把強制散熱風扇停掉,不曉得哪個零件會先受不了

在電路當中加入保護的FUSE,我們可以由FUSE融斷的樣子,推算出電路板損壞的情況.例如,FUSE整個炸開,那一定是瞬間大電流造成的.如果FUSE斷開了,可是僅僅斷了其中的0.5mm時,這可能是長時間在額定電流附近工作,最後才陣亡的.

保險絲斷了,一定要找出原因來.否則"鐵定"一斷再斷

哇!!整個炸開了,這下損失大了!!

燒壞掉的功率模組IPM,每次都是慘痛的教訓,一定要小心!!

還記得幾年前在台中測試鍊條荷重250Kg的吊車時,我故意在鏈條上打一個死結,好狠啊!!!

讓可承受2噸的鏈條無法通過.第一次測試時,電流過載控制器跳脫,第二次測試時,鏈條斷裂,但控制板安然無恙!!

電子零件被惡搞,機器胡亂操作,不按照常理輸入,這些都是我經常在做的事,所以稱"破壞工程師"一點都不為過.只是,下班後,我就不再做這些事了.