浅谈可靠性试验在测控装置产品设计验证中的必要性
【摘要】本文主要介绍测控类产品可靠性的重要性，以智能电动机保护器为例，通过建立HALT试验模型，施加外部环境应力进行缺陷筛选，从而达到提高产品可靠性设计的目的。
0.引言
电动机是国民经济各部门应用最多的动力机械，也是最主要的用电设备，它可以作为拖动各种生产机械的动力，但电动机在长期使用过程中可能会发生过载、断线、接地/漏电等一系列安全问题，轻则电动机损坏，重则人员伤亡，因此对电动机进行保护的控制器设备的运行可靠性就显得尤为重要。
ARD系列智能电动机保护器，具有过载、断相、不平衡、欠载、接地/漏电、堵转等保护功能。广泛应用于煤矿、石化、冶炼、电力、建筑等行业的配电领域。
ARD系列测控类产品对电动机的保护具有重要意义，可是ARD产品的使用环境一般比较恶劣，受到的外部的干扰非常频繁，如何保证其在使用中过程中的可靠性非常重要。
那么应该如何在早期发现产品的设计缺陷以提高产品的质量和可靠性呢？
1.HALT试验模型
HALT是一种发现缺陷的工序，它通过设置逐级递增的加严的环境应力，来加速暴露试验样品的缺陷和薄弱点，而后对暴露的缺陷和故障从设计、工艺和用料等诸方面进行分析和改进，从而达到提升可靠性的目的，最大的特点是设置高于样品设计运行限的环境应力，从而使暴露故障的时间大大短于正常可靠性应力条件下的所需时间。HALT试验一般是在超出规范极限以外进行，因此具有很高的试验效率。
推荐试验顺序为：低温-高温-快速热循环-振动-温度循环与振动。
2.HALT试验
2.1低温步进试验
低温激发的缺陷主要为：元器件参数漂移、环路稳定性、焊接不良，塑料件脆裂等。
试验方法：起始温度-10℃，温度步进增量10℃/min，接近极限温度时步长为-5℃/min，每个温度段持续时间10min，通过剧烈的温度变化来加速元件的老化，促使故障的暴露。
2.2高温步进试验
高温激发的缺陷主要有：粘贴不牢、电解电容漏液、元器件参数漂移、环路稳定性、焊接不良、绝缘能力下降、机械缺陷、塑料件软化等。
试验方法：起始温度55℃，温度步进增量10℃/min，接近极限温度时步长为5℃/min，每个温度段持续时间10min，通过剧烈的温度变化来加速元件的老化，促使故障的暴露。
2.3快速热循环试验
快速热循环激发的缺陷主要有：参数漂移和电路稳定、PCB板异常、元器件异常、焊接异常、连接异常等。
试验方法：在样品的上限和下限工作温度范围内，温度的变化速率为30℃/min,循环次数为3次，每个温度段持续时间10min，通过剧烈的温度交替冲击来加速元件的老化，促使故障的暴露。
2.4振动试验
振动激发的缺陷主要有：电路板连接开路、元器件引脚断裂、元器件脱落、接插件连接松动、焊接异常等。
试验方法：在参比工作条件下，温度 23℃；振动起始量级0Grms；振动步进增量10Grms，接近极限步长为5Grms，每个振动点段持续时间10min，试验过程中提供对产品的功能的监控来确定产品受外部振动应力的影响。需要说明的是一般的振动试验设备是以一个正弦波来模拟其受到的振动影响，而产品在使用过程中所遇到的振动影响其实是一系列的无序的随机的波形，在HALT试验中设备所提供的正是这种更贴合实际的随机震荡波，可以真实的再现产品在使用过程中所受的振动应力。
2.5温度与振动试验
综合应力使试验环境更加接近实际的使用环境，可以暴露更多的设计缺陷。
试验方法：在样品的上限和下限工作温度范围内，振动起始量5Grms,温度的变化速率为30℃/min, 振动步进增量10Grms，每个温度段持续时间10min。
2.6改进验证试验
在每个试验项目结束后，如果样品发生失效，需要查找原因进行改进，重新施加相同量级的应力进行试验，保证不发生同样的失效，其目的是验证改进的有效性和改进没有引入新的薄弱环节，然后在此基础上继续试验，直到满足结束条件为止。
3.结束语
在产品的设计阶段引入HALT试验，通过建立HALT试验模型，积累设计过程中的异常及异常改进数据库，可以最大程度的将产品的设计缺陷进行弥补，避免了产品的缺陷通过客户的使用来暴露问题，对今后的产品研发设计起到很好的很好的指导作用，对新产品的快速推出、迅速成熟有着不可估量的作用。
参考文献：
[1]陆延孝 《可靠性设计与分析》
[2]GB/T29309-2012《电工电子产品加速应力试验规程 高加速寿命试验导则》
