Hur gammal kan elektronik bli?
Ett av mina första jobb var en pappersmaskin med elektronrör i varvtalsregulatorerna. Den var rätt så gammal redan på sextiotalet och på den tiden var elektronrören (ECC83, EL34 och 807 – om nån minns dem) ganska förutsägbara och begreppet MTBF var gångbart. Långlivsrör kunde gå uppåt femtusen timmar. En del gick sönder så gott som omedelbart, infant mortality, och andra brukade hålla ungefär så länge som leverantören lovat. Badkarskurvan hade en direkt tillämpning och användes för det planerade underhållet. Billigare att byta rör tre gånger per år än att råka ut för oplanerade stopp. Det ändrade sig när halvledarna ersatte rören. Men det var inte det enda som ändrades …
FR4, genompläterade hål och 100% loduppflytning var viktiga under lång tid och de gamla handtejpade enkelsidiga pertinaxkorten försvann ur produktionen. MTBF ökade till zillioner timmar och det var verkligt sällan som halvledartester faktiskt påvisade några problem med transistorer och dioder även om de första transistorerna (germanium med negativ matningsspänning) inte var särskilt robusta. Temperaturkänsliga och med läckströmmar som gav väldigt ’lustiga’ fenomen. Men olika typer av sådana testare hade ju inköpts och då måste de ju också användas. Någon som minns och känner igen sig?
Detta ivriga testande av transistorer ledde inte sällan till att man eldade upp de stackars halvledarna. Och då hjälpte det inte att byta. Felet var ändå kvar och i stället för halvledarna blev det vanligt att börja titta på matningsspänningar, störningar på de förvånansvärt bredbandiga ingångarna och opålitliga mekaniska gränslägesgivare som hade väntat sig 220 V (jo, detta var före ’harmoniseringen´) och rejäla kontaktorspolar som last i stället för 24 V och någon enstaka milliampere.
Allt detta redde så småningom ut sig och medvetandet om ’Dry Circuits’ och bandbreddsbegränsningens betydelse växte och blev till slut en del av förlängda märgen hos elektronikkonstruktörer. CMOS och TTL bidrog till att systemen blev allt pålitligare och man måste nästan leta efter större tal än zillioner. Men så långt som till gogool insåg man att man inte skulle komma – och vem skulle kunna kontrollera den livslängden? Och till vem skulle denna Metusalem rapportera tillbaka. Inte ens Universum är så gammalt. Och det mesta tyder på att det inte blir det heller.
MTBF, MTTR, MTTF, availability och annat
MTBF, som hade många tolkningar och varianter och kunde ge upphov till de mest häpnadsväckande statistiska utredningar, där Weibull gjorde stora insatser, har numera inte alls den vikt och betydelse som den en gång hade och används sällan i rena elektroniksammanhang. Åtminstone så länge man håller sig inom det så kallade industriella temperaturområdet och rimliga förutsättningar i övrigt. Som fukt – där har höga ambitioner visat sig motverka sitt syfte ett antal gånger.
En viktig insikt, som statistiken förmedlar, är att man inte omedelbart får besked om förbättrad tillförlitlighet. Tabellen nedan, av Math Bollen, fena på elkraftstörningar och statistik, är talande:
Vi är nu en bra bit från detta med MTBF men siffrorna är tankeväckande. Om man har ett typiskt intermittent fel som uppträder en gång per månad – det är mycket – så måste man ändå vänta i 800 år innan man kan vara hyfsat säker på att man eliminerat det. Det är inte utan man tänker på gamle Metusalem igen.
Åter till dagens tema
Hur gammal kan elektronikutrustning bli innan den blir hopplöst otillförlitlig? Svaret är: förvånansvärt gammal. Ett halvsekel med enkelsidiga pertinaxkort är inte alls omöjligt. Ett aktuellt exempel är en pappersmaskinsdrift med ca 80 kretskort, pertinaxkorten sitter fortfarande kvar i maskinen:
Enkelsidiga kort, mycket diskreta komponenter, en del tveksamma (hand)lödningar, gott om plats och handtejpade ledarmönster med rejält tilltagna bredder – und Hast du mir gesehen! – ett par frihjulsdioder inlödda i efterhand. Det tänkte tydligen inte konstruktören på. De här korten är från 60-70-talen och utgör reserver för de ännu äldre pertinaxkorten, som är från sextiotalet. Och dock rör hon sig (pappersmaskinen), som Gallilei sa om jordklotet.
Den svaga punkten
Kontaktdonen, DIN 41 617 31-poliga stiftdon, finns i tre kvaliteter. En som klarar 50 matningscykler (svenska för Mating Cycles), en som klarar 200 och en som klarar 300. Det är bara att hoppas att underhållet under de regelbundet förekommande stoppen inte omfattar rengöring av korten varje gång. Det sliter snabbt ner kontaktdonen och när guldet nötts ner och grundförnicklingen kommer fram så påverkas funktionen negativt. Inte nog med det, just de felen försvinner kortvarigt när man utsätter korten för ännu en ”matningscykel” – det har lett till problem på fler än ett ställe genom att det problem man försöker lokalisera plötsligt inte finns längre. Detta var vanligt i kemiska industrier där svavel var ofta förekommande i atmosfären. Problemen har minskat, dels på grund av reducerade utsläpp men kanske ännu mer tack vare att underhållsivern avtagit. De här donen ska man inte ta ut i onödan. Så även om elektroniken klarar sig förvånansvärt bra så är det elektromekaniken som ger problem. Det är ganska vanligt att det är så. ’Men så enkelt kan det väl inte vara!’ är en invändning som jag hört flera gånger än jag tycker är önskvärt. Men så är det. Verkligheten har alltid sista säget.
Höga ambitioner är inte alltid bra
Det nämndes lite längre upp i texten (under MTBF etc) att höga ambitioner kan ge negativa resultat. Det har vi sett många exempel på. Det första var när man på ett gjuteri tyckte att den sotiga och oljebemängda inneluften inte skulle sugas in i den ’känsliga’ elektroniken. Med de ledarbredder och avstånd som gällde var det inget stort problem, egentligen. Men det kunde ju bli bättre. Under semestestoppet togs det därför upp ett hål i väggen så att apparatskåpen skulle få renare luft. Det var nog bra tänkt men när semestern var över fick jag ett samtal från den färgstarke gjuterichefen; ”Nu har jag snart ryggskott” började han. Jaha? Undrade jag. Jag var ju van vid en hel del från det hållet. Men ryggskott? ”Jo jag har försökt att vrida ändan fram! Men hur jag än försöker sitter den kvar där bak!”
Det var just den där utrustningen, som numera fick daggfrisk luft när man drog igång den, som krånglade. Det var inte så långt att åka men jag var inte på plats förrän efter lunch. Då fungerade allt. Hem igen – och nästa morgon ringde han igen; ”Va fan har du för dig!?” undrade han. Äh, äter frukost – svarade jag helt sanningsenligt. ”Skit i det och kom hit!” Den här killen resonerade inte. Han gav order.
Det tog ungefär lika lång tid som förra gången och när jag kom fram så funkade allt som det skulle. ”Nu får du gå vakt i natt! Men jag har fixat ett rum på Herrgårn. Det är ju ingen mening att du går här när grabbarna har gått hem. Men var på plats tidigt i morgon!”
Ja, så blev det. Allt verkade vara i ordning och maskinen gick igång. Men efter en halvtimme började problemen. Upp med skåpdörrarna. Ingen tvekan – det var daggfrisk morgonluft som strömmade emot mig. Fukt i analoga system, som dessutom är lite skitiga, är inte bra. Vi täppte till hålet med en kudde (jo, det är sant) och sedan hämtades luften från verkstadslokalen igen. Nu med ett filter i kanalen. Alla var nöjda och jag fick äta frukost i lugn och ro i fortsättningen.
Andra exempel där ’elmiljön’ i form av fukt eller extremt låg fukthalt har ställt till det är många. Isolerande mattor på ställverksgolv var/är ett säkerhetskrav – men inte bra när statiska urladdningar kan få logiken att spåra ur eller förstöras. Halvledande mattor känner många tveksamhet inför. Där fungerar joniseringsstavar med högspänning (helt ofarliga, kapacitiv koppling) mycket bra.
Ett extra lurigt fall var där konstruktören av en speciell strömriktare valt keramiska rörkondensatorer (man ser dem inte så ofta numera, det är keramikrör med silverskikt på in- och utsida) där vanlig plastfilm hade räckt mycket bra. Förbättring av kylningen under ett semesterstopp ökade RH så att det började bildas dendriter (silver diffunderade in och kortslöt kondensatorn) i keramiken. I just det här fallet medförde dendriterna att ett strömärvärde (300 A säkringar) kortslöts så att strömriktaren drog på full ström och knäckte säkringarna. Men innan säkringarna gick så brändes dendriterna bort så att inget annat spår än de havererade säkringarna återstod. DET jobbet var intressant. Och tog sin rundliga tid. Men ingen protest mot fakturan. Dom skulle bara våga …
Sammanfattning – även elektronik som långt ifrån uppfyller dagens krav kan leva länge
Enstaka haverier har säkert förekommit genom åren men på den här maskinen ligger de flesta originalreservdelarna kvar i förrådet – så det kan nog inte handla om fler haverier än ett vart tionde år. Och det är inte ökad haverifrekvens som har gjort att jag (som en av de få överlevande från Dazumal) ombetts titta på vad man kan göra för att göra systemet lite mindre olinjärt eller minska de spontana hastighetsvariationer man tycker sig se utan helt enkelt att det ställs större krav på snäva toleranser i gramvikt, fukthalt och andra papperstekniska parametrar. Det finns fortfarande mängder av sådana här system som nått både sin tekniska och ekonomiska livslängd. Man kan faktiskt påstå att säljarna av nya drivsystem gott kunde ha gjort ett bättre arbete. Att byta drivsystem med 20-30 års intervall, eller åtminstone se över det i detalj lite oftare än vad som sker, är inte orimligt.
Ha det bra i centrum eller periferi. Var den än ligger. Kommentarer läser jag gärna.
Gunnar Englund, GKE Elektronik AB
Läs kWh-mätarna och de höga elräkningarna
Läs Nätspänningen, harmoniseringen och Brexit.
Läs Stjärnor, deltan och andra metoder
Läs Svårt att koppla in en transformator?
Läs Djurgårdskalle och ljusbågen del 1
Läs Djurgårdskalle och ljusbågen del 2
Filed under: SvenskTeknik
Nu skall jag ta risken att nämna lågenergilamporna (alltså de som har ett litet lysrör i slingrig form) som till stor del såldes in med argumentet lång livslängd. Det är säkert fler än jag som kände sig grundlurade. Min känsla är att de gick sönder minst lika ofta som de gamla glödlamporna.
Den elektronik jag konstruerat har hållit förvånansvärt bra med undantag av den tiden då tantalbristen var som störst och jag, mot bättre vetande, satte in elektrolytkondingar.
Och så hade ju lågenergilamporna lite, men i alla fall: Amalgam (kvicksilver). Förbjudet i andra sammanhang sedan 1995, och så plötsligt dyker det upp i en ”miljövänlig” produkt…
Om ellytar:
Lite förvånad över att du säger att ellytar inte hållit. Vi hade ellytar i ett egenkonstruerat reglersystem som gick 8-12 timmar per dygn hos flertalet kunder, och 24/7 i c:a 20 år i sträck hos en kund. Vi talar om många tusentals ellytar totalt sett, och ingen behövde bytas under hela tiden. Vanliga billiga kinesiska ellytar man kan köpa för några tioöringar.
Med lite temperatur- och spänningsmarginaler (max 40 grader, 25V-lytar vid 12V drivspänning) ska de hålla i ett antal årtionden. Du måste haft väldig otur med dina.
Själv förvånas jag över hur gammal elektronik INTE blir. Då främst konsumentelektronik. Problemet är oftast att nätdelarna ger upp. Så gott som alltid switchat numera och det är första reservoarelektrolyten som ger upp. Dålig kvalitet på komponenter (tex CapXon elektrolyter) och även dålig kylning bidrar och sannolikt dåliga konstruktioner. Det tråkiga är att många apparater (LED-lampor, laddare, nätadapters) kan fortsätta fungera länge med en sådan kondensator som är helt kass. Konsekvensen blir att en sådan apparat får helt miserabla EMC-egenskaper och börjar störa kopiöst. Ibland blir funktionen lite lätt opålitlig. I sämre fall händer det redan efter något år. Det här är inget ovanligt som några få har otur med. Det finns en webplats, http://www.badcaps.net som tar upp det.
Ett konkret exempel var ett stort kommunalt bostadsbolag som satte in energisparande LED-belysning i trapphusen. När de var ca tre år gamla så fungerade inte längre inhämtning av mätvärden från elmätarna (via elnätet). Här var det elektrolyterna i lamporna som gett upp på löpande band. Bolaget reklamerade skräpet och samma junk sattes upp igen så om några år har väl även dessa lampor gått sönder. Jag fick med mig en lampa som undersöktes. Dålig kondensator i kombination med usel kylning. Byttes kondensatorn blev EMC-egenskaperna helt OK. Lampan lös f.ö. även om kondensatorn plockades bort.
D-Link hade en serie med routers där nätdelarna inte ens höll ett år och det var kondensatorer även där. Samma problem i ett vanligt fabrikat på digitalboxar som såldes när vi fick digitalteve. I en tid då alla verkar ha klimatångest kan man spekulera i hur stor miljöpåverkan allt skräp orsakar.
Ni som grejar med industrielektronik lever i en egen värld där ekonomer inte lyckats förstöra så mycket. 🙂
Oj vad jag älskar den kommentaren, Henrik
Jag hade tänkt fylla på med mina upplevelser av kondensatorer. Från Liljeholmens Kablelverks gamla papperslindor med PCB – som fortfarande håller toleranserna* till lytar som knappt tål halva märkspänningen och definitivt inte det överlagrade ripplet från PWM utan att ESR sticker iväg efter kort tid.
Men jag vilar på hanen. Anar att det finns mycket samlad erfarenhet hos läsarna och att vi kommer att se flera intressanta kommentarer här.
Tantaler har ju mycket låg ESR och det har betydelse i ljudsammanhang där intermodulationen ökar rejält när ESR i lytarna drar iväg. Eller vad säger STB?
Beträffande MBA: Jo, de har förstört rätt mycket inom industrin också. Ge dem bara lite tid så har vi nog inte mycket kvar av fungerande verksamhet i Sverige.
*Jag ska inte kasta dem i soptunnan. Lovar.
Jag är helt övertygad om att det finns flera sorters elektrolyter som håller god kvalité och har lång livslängd. Tyvärr har jag och de flesta andra konstruktörer ingen aning om hur man sållar agnarna från vetet.
Vi använde industriklassade moderkort från IEI för ett antal år sedan. Även de konstruktörerna hade uppenbarligen problem att hitta bra kondingar för det tog inte många år innan de var rundade eller till och med börjat läcka. Returerna från kunderna kom lika säkert som ett brev på posten. (Alltså, det finns lustigt nog några kort som fortfarande fungerar. Ungefär motsvarande frekvensen av brev som inte kommer fram.)
För egen del använder jag helst keramiska och tantal där det är möjligt och tar bara till elektrolyt när det inte går att undvika. Som Valutronic säger så väljer jag också lite högre spänning och gärna från något känt märke från en serie som påstås hålla länge. För de små volymer jag hanterar gör det inget om priset på några enstaka komponenter blir högre. Ett enda driftstopp kostar mer än ”överpriset” på alla komponenterna i hela serien av kort.
D-Link är för övrigt ett riktigt kasst fabrikat. Jag hade en router från dem som bytte en bokstav i ett FTP-kommando när det skickades från internet till det lokala nätet. Jag blev inte trodd av deras support, men till slut lyckades jag övertala en kille på deras ”second line” support att testa enligt mina instruktioner. Han bekräftade felet. En vecka senare fick jag beskedet att inga fler uppdateringar av firmware var planerade och att felet därför inte skulle åtgärdas. Gissa vem som aldrig tar i en D-Link igen?
För övrigt så kan jag inte annat än hålla med HenrikO. Problemet är säkert större än vad vi anar.
Gunnar: Tyvärr har jag inte jobbat mycket med ljud, men visst skiter sig det mesta med funktionen av en konding när ESR ökar för mycket. Som kuriosa kan jag nämna att jag hört att kapacitansen är något spänningsberoende och att man kan få för låg kapacitans om man överdimensionerar spänningståligheten för mycket. I verkligheten tror jag det bara är ett teoretiskt problem.
Ursäkta STB. Trodde du var djupt involverad i ljud.
Ryktet om kapacitansen har jag också hört. kanske är det en missuppfattning av kapacitansdiodens funktion. Jag ska genast kola på några kondingar. Resultat före de Stora Eldarnas tid. Hoppas jag.
OK, så här är det:
Mätte tre lytar med märkspänning 50 V. Genom att köra med 47,5 och 4,75 V (som ger 30 respektive 3,0 V vid 1 RC) och 10 k i serie mätte jag kapacitansen på det klassiska skolbokssättet.
Vid 47,5 V fick jag 1,02 5,58 och 58 uF (nominellt 1 4,7 och 47 uF).
Vid en tiondel av spänningen blev det 0,968 5,43 och 53,2 uF. Så en viss minskning av kapacitansen ser det faktiskt ut att finnas vid extremt låg spänning. Närmare bestämt mellan 3 och 8 procent lägre.
Detta kan ju vara intressant att känna till (jag hade inte en aaning) men kan knappast vara något att bekymra sig över eftersom lytar levereras med toleranser som ofta är -20/+50% och det dessutom är ganska sällan som man kör dem nere på en tiondel av märkspänningen. Själv försöker jag hålla mig på 60-70% och det har gått bra i ungefär femtio år – eller sextio.
Annars har jag en gammal moj på bänken där en lyt har indikerat att den inte vill jobba längre. Till skillnad från flertalet elektriska apparater som indikerar genom att släppa ut den magiska grå röken har den här indikerat genom att läcka ut elektrolyt som hänger som en stalaktit.
Jag måste bekänna en sak. Jag har ett gammalt kvicksilvervätt reedrelä som troligen innehåller något milligram Hg. Jag lovar att inte slänga det bland hushållssoporna och för säkerhets skull har jag ritat en dödskalle på det. För den här typen av mätningar är det ovärderligt – ingen kontaktstuds.
Ett litet förtydligande: När jag berättade om våra tusentals ellytar som inte gått sönder hör det till saken att de inte satt i switchade nätaggregat. Det var ”vanligt rippel” på 100 Hz, alltså. Och bara halva tillåtna rippelströmmen.
När vi bygger Hi-Fi-slutsteg har vi inbyggt nätagg med ringkärnetrafo med låga förluster, likriktning och ellytar (flera parallellt för extra hög rippeltålighet). Det första vi byggde (2006) har fortfarande inga spår av problem med ellytarna.
Externa nätagg är givetvis en helt annan sak, EU-direktiv kräver då så låga tomgångseffekter att den typen av nätdel inte är möjlig utan man tvingas ta till switchade nätaggregat, och hur ska man veta hur bra de är konstruerade? Att man använder undermåliga komponenter för att spara pengar är faktiskt lite löjligt. Skillnaden i pris är försumbar numera.
Vi gjorde en liten beräkning av hur mycket vi skulle spara på att sänka kraven på komponenterna till vårt stereoslutsteg:
Ersätt alla metallfilmsmotstånd mot enkla kolfilmsmotstånd, byt snabba lågbrusiga transistorer mot långsammare standardtyper och ersätt HEXFET:arna med vanliga bipolära effekttransistorer och man sparar… 3 kr och 24 öre! Det är knappt en promille (!) av priset på slutsteget. Och det skulle bli sämre ljud.
(http://valutronic.se/komponentkostnader.html)
Ärligt talat kan jag inte fatta att man låter ekonomer påverka valet av komponenter när skillnaden i kostnad mellan halvbra komponenter och förstklassiga är så löjligt liten.
När jag höll på med EMC-provning mötte jag ofta fall där det jagades kostnader in absurdum. Kostnaden för enskilda komponenter kollades noga. Att föreslå någon extra EMC-komponent möttes med motstånd, ve och fasa om någon skärmplåt krävdes på ett kretskort. Några få kronor för en produkt kan verka som en struntsak men när det blir jätteserier av något som ska ut på en enormt prispressad marknad, ja då genar man där det går.
När det gäller ”onödigt hög” spänningstålighet har jag hört att man gärna undviker det för elektrolyter med hänvisning till att man inte uppnår ett önskat formerande oxidskikt. Kanske är det bara en skröna eller något som hör historien till. Jag har hört lite olika om det där med att ”formera” elektrolyter, att det inte behövs på moderna. Samtidigt verkar det vara vanligt att mellanledskondingar i frekvensomriktare formeras regelbundet på omriktare som ligger i reservdelslager. En bekant, vi kan kalla honom Magnus, som jobbade i branschen berättade att han åkte runt med labbaggregat och livade upp elektrolyter med bestämda intervall.