Приложение D (справочное). Список сбоев и методы их предотвращения

Приложение D
(справочное)

Список сбоев и методы их предотвращения

D.1 Общие положения

Список, представленный в таблицах D.1 - D.16, содержит описание моделей сбоев, методы их предотвращения, а также обоснование методов.

В целях подтверждения соответствия следует рассматривать как постоянные, так и непостоянные сбои.

Точный момент времени, когда происходит сбой, может иметь очень большое значение. Следует провести теоретический анализ и, при необходимости, испытания для определения наихудшего варианта развития событий, например в неподвижном состоянии системы, во время запуска системы или же во время ее работы.

D.2 Замечания о методах предотвращения сбоев

D.2.1 Подтверждение соответствия методов предотвращения сбоев

Соответствие всех методов предотвращения сбоев может быть подтверждено, только если составляющие детали функционируют в пределах установленных для них номинальных параметров.

D.2.2 Рост усов олова

Если применяются процессы и изделия без примеси свинца, то возможно возникновение коротких замыканий в цепи, вызванных усами олова (см. примечание 1). Следует оценивать (см. примечание 2) и учитывать риск, связанный с усами олова при применении методов предотвращения сбоя "короткое замыкание..." для любого компонента (см. примечания 3 и 4).

Примечания

1 Рост оловянного уса представляет собой явление, которое чаще всего связано с появлением при пайке чистых ярких оловянных окончаний. Похожие на иголки выступы могут вырастать до нескольких сотен мкм и могут вызывать короткие замыкания. Преобладающая теория утверждает, что усы олова появляются в результате растущих сжимающих напряжений в процессе перехода олова из жидкого в твердое состояние.

2 Приведенные ниже издания могут быть полезны при выполнении оценки:

Test Method for Measuring Whisker Growth on Tin and Tin Alloy Surface Finishes, JESD22A121.01, JEDEC Solid State Technology Association, 2500 Wilson Boulevard Arlington, VA 22201-3834, www.jedec.org/download/search/22a121-01.pdf.

Environmental Acceptance Requirements for Tin Whisker Susceptibility of Tin and Tin Alloy Surface Finishes, JESD201, JEDEC Solid State Technology Association, 2500 Wilson Boulevard Arlington, VA 22201-3834, www.jedec.org/DOWNLOAD/search/JESD201.pdf.

3 Например, если предполагается высокий риск роста усов, то применение метода предотвращения сбоев "короткое замыкание резистора" является бесполезным, так как необходимо рассматривать короткое замыкание между контактами этого компонента.

4 Случаи возникновения усов олова на печатных платах еще не наблюдались. Монтажные соединения, как правило, состоят из меди и не имеют оловянного покрытия. Контактные площадки могут быть покрыты оловянным сплавом, но производственный процесс, похоже, не способствует росту усов.

D.2.3 Короткие замыкания деталей, смонтированных на печатные платы

Короткие замыкания деталей, смонтированных на печатную плату, можно устранить, если только метод предотвращения сбоев "короткое замыкание между двумя смежными монтажными соединениями/контактными площадками" выполнен так, как описано в таблице D.2.

D.3 Модели сбоев

Таблица D.1 - Проводники/кабели

Рассматриваемый сбой	Предотвращается	Замечание
Короткое замыкание между двумя любыми проводниками	Короткие замыкания между проводниками: - постоянным (фиксированным) подключением и защитой от внешних повреждений, например, с помощью защитного короба или оплетки для кабелей; или - изолированием многожильных кабелей; или - размещением внутри электрического корпуса (см. замечание 1); или - индивидуальным экранированием с заземлением	1 Применимо, если и проводники и корпус соответствуют требованиям МЭК 60204-1
Разрыв любого проводника	Нет
Короткое замыкание любого проводника на оголенную проводящую деталь или на землю, или на защитную оплетку провода	Короткие замыкания между двумя проводниками, размещением внутри электрического корпуса (см. замечание 1)

Таблица D.2 - Печатные платы/сборки

Рассматриваемый сбой	Предотвращается	Замечание
Короткое замыкание между двумя смежными монтажными соединениями/контактными площадками	Короткие замыкания между смежными проводниками, с учетом замечаний 1-3	1 Материал печатной платы соответствует требованиям МЭК 61800-5-1. 2 Длины путей утечки и воздушные зазоры имеют размеры соответствующие, как минимум, МЭК 60664-1, со степенью загрязнения 2/категорией перенапряжения (категорией импульсных выдерживаемых напряжений) III. Если оба соединения на плате питаются от источника безопасного или защитного сверхнизкого напряжения, то применяются степень загрязнения 2/категория перенапряжения II при минимальном воздушном зазоре в 0,1 мм. 3 Сборка монтируется в кожух, защищающий от электропроводных загрязнителей, например в кожух со степенью защиты, как минимум, IP54, и сторона(ы) печатного проводника покрыта лаком с защитой от старения или защитным слоем, покрывающим все токоведущие пути. Примечания 1 Опыт показал, что паяльная маска является достаточным средством защиты. 2 Дополнительное покрытие защитным слоем, согласно МЭК 60664-3, может снизить размеры путей утечки и воздушных зазоров
Разрыв любого монтажного соединения	Нет	-

Таблица D.3 - Контактная колодка

Рассматриваемый сбой	Предотвращается	Замечание
Короткое замыкание между смежными клеммами	Короткое замыкание между смежными клеммами с учетом замечаний 1-2	1 Используемые клеммы и соединения соответствуют требованиям МЭК 61800-5-1. 2 Предусмотренное проектом, например, формирование термоусаживаемых трубок на местах соединений
Разрыв отдельных клемм	Нет	-

Таблица D.4 - Многоштырьковый разъем

Рассматриваемый сбой	Предотвращается	Замечание
Короткое замыкание между любыми двумя смежными контактными штырьками	Короткое замыкание между смежными контактными штырьками с учетом замечания 1. Замечание 2 также применимо, если разъем смонтирован на печатной плате	1 Используются наконечники или другие подходящие средства для многожильных проводов. Длины путей утечки и воздушные зазоры, а также все промежутки должны иметь размеры, соответствующие, как минимум, МЭК 60664-1 с категорией перенапряжения III. 2 Сборка должна быть смонтирована в кожух с минимальной степенью защиты IP54 (см. EN 60529), а сторона(ы) печатного проводника покрыта лаком с защитой от старения или защитным слоем, покрывающим все токоведущие пути в соответствии с МЭК 60664-3
Замененный или неправильно вставленный разъем, в случаях, когда это не предотвращается механическими средствами	Нет	-
Короткое замыкание любого проводника (см. замечание 3) на землю, токопроводящую часть или защитную оплетку	Нет	3 Центральная жила кабеля рассматривается как часть многоштырькового разъема
Разрыв в отдельных контактах разъема	Нет	-

Таблица D.5 - Электромеханические устройства (например, реле, контакторные реле)

Рассматриваемый сбой	Предотвращается	Замечание
Все контакты остаются в позиции "под напряжением", когда катушка обесточивается (например, по причине механического сбоя)	Нет	-
Все контакты остаются в позиции "без напряжения", когда подается питание (например, по причине механического сбоя, обрыва в катушке)	Нет
Контакт не размыкается	Нет
Контакт не замыкается	Нет
Одновременное короткое замыкание между тремя клеммами переключающего контакта	Одновременное короткое замыкание может быть предотвращено, если выполнены требования замечаний 1 и 2	1 Длины путей утечки и воздушные зазоры, а также все промежутки должны иметь размеры, соответствующие, как минимум, МЭК 60664-1:1992, со степенью загрязнения 2/категорией перенапряжения III. 2 Токопроводящие части, которые плохо закреплены, не могут обеспечить изоляцию между контактами и катушкой
Короткое замыкание между двумя парами контактов и/или между контактами и клеммой катушки	Короткое замыкание может быть предотвращено, если выполнены требования замечаний 1 и 2
Одновременное замыкание нормально разомкнутого и нормально замкнутого контактов	Одновременное замыкание контактов может быть предотвращено, если выполнены требования замечания 3	3 Используются контакты с принудительным замыканием и размыканием (или механически связанные контакты)

Таблица D.6 - Трансформаторы

Рассматриваемый сбой	Предотвращается	Замечание
Обрыв в отдельной обмотке	Нет	-
Короткое замыкание между разными обмотками	Короткие замыкания между разными обмотками могут быть предотвращены, если выполнены требования замечаний 1 и 2	1 Должны быть соблюдены требования соответствующих частей МЭК 61558. 2 Между разными обмотками применяется двойная или усиленная изоляция или защитный экран. Применяется испытание, проведенное в соответствии с МЭК 61558, раздел 18. Подходящие тестовые значения напряжений представлены в МЭК 61558-1, таблица 8а. Короткие замыкания в катушках и обмотках следует избегать, выполняя соответствующие шаги, такие как: пропитывание катушки таким образом, чтобы заполнить все пустоты между отдельными витками и корпусом катушки и сердечником; эксплуатация проводников обмотки при значениях характеристик изоляции и температуры внутри диапазона их номинальных значений, причем находящихся достаточно далеко от этих номинальных значений. 3 В случае короткого замыкания во вторичной обмотке не должно происходить перегревания выше установленной температуры эксплуатации
Короткое замыкание в одной обмотке	Короткое замыкание в одной обмотке может быть предотвращено, если выполнено требование замечания 1
Изменение эффективного коэффициента трансформации	Изменение эффективного коэффициента трансформации может быть предотвращено, если выполнено требование замечания 1. См. также указание в замечании 3

Таблица D.7 - Индуктивность

Рассматриваемый сбой	Предотвращается	Замечание
Разрыв	Нет	-
Замыкание	Короткое замыкание может быть предотвращено, если выполнены требования замечания 1	1 Катушка намотана отдельными слоями, покрытыми специальной эмалью или залитыми, с осевыми соединениями проводов и осевой конструкцией
Случайное изменение значения < L < LN + допустимое отклонение, где LN - это номинальное значение индуктивности (см. замечание 2)	Нет	2 В зависимости от типа конструкции, могут быть рассмотрены другие диапазоны значений индуктивности

Таблица D.8 - Резисторы

Рассматриваемый сбой	Предотвращается	Замечание
Разрыв	Нет	-
Замыкание	Короткое замыкание может быть предотвращено, если выполнены требования замечания 1 или 2	1 Используются пленочные резисторы или в виде обмотки с защитой от разматывания проволоки в случае повреждения, с осевыми соединениями проводов, осевой конструкцией и покрыты лаком. 2 Резисторы в технологии поверхностного монтажа должны быть выполнены из тонкой металлической пленки в корпусах типа MELF, miniMELF или MELF
Произвольное изменение значения < R < , где RN - это номинальное значение сопротивления (см. замечание 3)	Нет	3 В зависимости от типа конструкции, могут быть рассмотрены другие диапазоны значений резисторов

Таблица D.9 - Резисторные схемы

Рассматриваемый сбой	Предотвращается	Замечание
Разрыв	Нет	-
Короткое замыкание между любыми двумя соединениями	Нет
Короткое замыкание между любыми соединениями	Нет
Произвольное изменение значения < R < , где RN - это номинальное значение сопротивления (см. замечание 1)	Нет	1 В зависимости от типа конструкции, могут быть рассмотрены другие диапазоны значений резисторов

Таблица D.10 - Потенциометры

Рассматриваемый сбой	Предотвращается	Замечание
Разрыв отдельных соединений	Нет	-
Короткое замыкание между всеми соединения	Нет
Короткое замыкание между любыми двумя соединениями	Нет
Произвольное изменение значения < R < , где RN - это номинальное значение сопротивления (см. замечание 1)	Нет	1 В зависимости от типа конструкции, могут быть рассмотрены другие диапазоны значений потенциометров

Таблица D.11 - Конденсаторы

Рассматриваемый сбой	Предотвращается	Замечание
Разрыв	Нет	-
Замыкание	Нет
Произвольное изменение значения < С < CN + допустимое отклонение, где CN - это номинальное значение емкости (см. замечание 1)	Нет	1 В зависимости от типа конструкции, могут быть рассмотрены другие диапазоны значений емкостей
Изменение значения tg	Нет	-

Таблица D.12 - Дискретные полупроводниковые приборы (например, диоды, диоды Зенера, транзисторы, симисторы, запираемые тиристоры, биполярные транзисторы с изолированным затвором, регуляторы напряжения, кварцевые кристаллы, фототранзисторы, светоизлучающие диоды)

Рассматриваемый сбой	Предотвращается	Замечание
Разрыв любого соединения	Нет	-
Короткое замыкание между любыми двумя соединениями	Нет
Короткое замыкание между всеми соединениями	Нет
Изменение характеристик	Нет
Взрыв корпуса устройства	Может быть предотвращено, если выполнены требования замечания 1	1 Мощность короткого замыкания шины питания ограничена предельной прочностью корпуса устройства

Таблица D.13 - Оптроны

Рассматриваемый сбой	Предотвращается	Замечание
Разрыв отдельного соединения	Нет	-
Короткое замыкание между любыми двумя входными соединениями	Нет
Короткое замыкание между любыми двумя выходными соединениями	Нет
Короткое замыкание между любыми двумя соединениями входа и выхода	Короткое замыкание между входом и выходом может быть предотвращено, если выполнены требования замечаний 1 и 2	1 Фотоэлемент строится в соответствии с категорией перенапряжения III согласно МЭК 61800-5-1 и МЭК 60664-1:1992, таблица 1. Если используется источник питания безопасного или защитного сверхнизкого напряжения, то применяется степень загрязнения 2/категория перенапряжения II. 2 Принимаются меры для обеспечения защиты от избыточного повышения температуры изоляционного материала в результате внутреннего отказа

Таблица D.14 - Непрограммируемые интегральные схемы (ИС)

Рассматриваемый сбой	Предотвращается	Замечание
Разрыв каждого отдельного соединения	Нет	-
Короткое замыкание между любыми двумя соединениями	Нет
Константный сбой (т.е. короткое замыкание, приводящее к 1 и 0 на гальванически развязанном входе или отключенном выходе). Сигнал статического "0" и "1" появляется на всех входах и выходах - либо отдельно на каждом, либо одновременно	Нет
Паразитные колебания на выходах	Нет
Изменение значений (например, входного/выходного напряжения аналоговых устройств)	Нет
Примечание - В настоящем стандарте ИС с менее чем 1000 элементами, и/или с менее чем 24 выводами, операционные усилители, регистры сдвига, гибридные модули считаются несложными. Это определение субъективно.

Таблица D.15 - Программируемые и/или сложные интегральные схемы

Рассматриваемый сбой	Предотвращается	Замечание
Сбои всех или части функций	Нет	-
Разрыв каждого отдельного соединения	Нет
Константный сбой (т.е. короткое замыкание, приводящее к 1 и 0 на гальванически развязанном входе или отключенном выходе). Сигнал статического "0" и "1" появляется на всех входах и выходах - либо отдельно на каждом, либо одновременно	Нет
Паразитные колебания на выходах	Нет
Изменение значений (например, входного/выходного напряжения аналоговых устройств)	Нет
Не обнаруживаемые сбои в аппаратных средствах, которые остаются незамеченными из-за сложности интегральной схемы	Нет
Примечание - В настоящем стандарте ИС считается сложной, если она состоит из более чем 1000 элементов и/или имеет не менее чем 24 вывода. Это определение субъективно. В результате анализа должны быть идентифицированы дополнительные сбои, которые следует учитывать, если они влияют на выполнение функции безопасности.

Таблица D.16 - Датчики обратной связи движения и положения

Рассматриваемый сбой	Предотвращается	Замечание
Общие
Короткое замыкание между любыми двумя проводниками соединительного кабеля	Применима таблица D.1	-
Разрыв любого проводника соединительного кабеля	Нет
Входное или выходное константное значение "0" или "1" на одном или на нескольких входах/выходах одновременно	Нет
Разрыв или состояние высокого сопротивления на одном или на нескольких входах/выходах одновременно	Нет
Увеличение или уменьшение амплитуды выходного сигнала	Нет
Колебания на одном или нескольких выходах a)	Нет	Считается, что колебания на нескольких выходах выполняются в фазе
Изменение сдвига фаз между выходными сигналами a)	Нет	Например, из-за загрязнения диска устройства кодирования
Общие
Потеря крепления во время неподвижного состояния: - между корпусом датчика и рамой двигателя; - между валом датчика и валом двигателя	Подготовка FMEA и доказательство долгосрочной стойкости механических креплений	Выходной сигнал равносилен неподвижному состоянию. Если заявлена способность предотвратить сбой, то это значит, что монтаж корпуса датчика на корпус двигателя и вала датчика на вал двигателя, как правило, может выдержать превышение допустимого напряжения приблизительно в 20 раз. Также должна быть предоставлена специальная информация о техническом обслуживании
Потеря или ослабление крепления во время движения: - между корпусом датчика и рамой двигателя; - между валом датчика и валом двигателя	Подготовка FMEA и доказательство долгосрочной стойкости механических креплений	Возможные эффекты: - статическое смещение вала датчика; - динамическое сползание вала датчика; - неправильный выходной сигнал/сигнал нулевой скорости. Если заявлена способность предотвратить сбой, то это значит, что монтаж корпуса датчика на корпус двигателя и вала датчика на вал двигателя, как правило, может выдержать превышение допустимого напряжения приблизительно в 20 раз. Также должна быть предоставлена специальная информация о техническом обслуживании
Ослабление твердой меры a) (например, диска оптического датчика положения)	Нет	Выходной сигнал указывает на неправильное положение
Диод не светится	Нет	-
Дополнительно для датчиков вращения с синусоидальными и косинусоидальными выходными сигналами, генерация аналоговых сигналов
Статическое значение входного и выходного сигнала, для одного отдельного или для нескольких сигналов, переменная составляющая в напряжении источника питания	Нет	-
Изменение формы сигнала	Нет	Например, отсутствие синусоидального и косинусоидального сигнала, смещение сигнала
Замена синусоидального и косинусоидального выходного сигнала	Предотвращение сбоя возможно, если для выбора выходного сигнала из нескольких источников не применяются электронные компоненты	-
Дополнительно для инкрементного датчика вращения с прямоугольными выходными сигналами
Колебания на выходе	Нет	-
Остановки выходного сигнала	Нет	Например, из-за царапин на диске
Нулевой импульс не срабатывает, слишком короткий, слишком длинный или повторный	Нет	Например, из-за механических повреждений
Дополнительно для устройства кодирования с инкрементным и абсолютным сигналами
Неправильная смена положения при одновременно поданных инкрементном и абсолютном сигналах	Сбой может быть предотвращен, если инкрементные и абсолютные данные будут генерироваться независимо друг от друга	Например, применимо к синусоидальному или косинусоидальному датчику положения, обладающему дополнительными выходами для абсолютного положения и/или коммуникаций
Дополнительно для датчиков вращения с интерфейсом, основанным на процессоре
Сбои коммуникаций: - повторение; - потеря; - вставка; - неправильный порядок; - неверные данные; - задержка	Нет	Равнозначно модели сбоев для коммуникационных шин
Дополнительно для датчиков вращения, многооборотность
Неправильное число оборотов	Нет	Может не влиять на одиночные сигналы поворота
Дополнительно для датчиков вращения с синтезированными выходными сигналами
Неправильный выходной сигнал по причине отказа синтезирующего устройства	Нет	-
Дополнительно для датчиков вращения, в которых значение положения формируется счетчиком
Неправильное положение из-за ошибки подсчета	Нет
Дополнительно для линейных датчиков
Разбито крепление датчика чтения	Подготовка FMEA и доказательство долгосрочной стойкости механических креплений	Если заявлена способность предотвратить сбой, то это значит, что конструкция крепления датчика может выдерживать перенапряжения. Также должна быть предоставлена специальная информация о техническом обслуживании
Статическое смещение постоянной меры (например, полосы для оптического датчика положения)	Нет	-
Повреждение постоянной меры (например, полосы для оптического датчика положения)	Нет	Форма импульсов изменяется, импульсы вызывают отказ инкрементных датчиков
Дополнительно для кругового датчика положения с обработкой сигнала/генератором опорного напряжения
Перекрестные помехи генератора опорного напряжения	Нет	-
- Сбои центрального датчика времени; - На аналогово-цифровом преобразователе не начинается преобразование; - Неправильная синхронизация Выборки и Записи	Нет
Аналогово-цифровой преобразователь генерирует ошибочные значения	Нет
Аналогово-цифровой преобразователь не генерирует значения	Нет	Например, из-за перемодуляции, вызванной слишком высоким опорным напряжением или электромагнитным воздействием
Нет частоты на генераторе опорного напряжения	Нет	-
Неправильная частота на генераторе опорного напряжения	Нет
От генератора опорного напряжения не поступает периодический сигнал	Нет
Ошибка в коэффициенте усиления или колебания при обработке сигналов (Ref, Sin, Cos)	Нет
Воздействие магнитного поля на место установки	Надлежащее экранирование в месте установки	Например, из-за электромагнитного поля электромагнитного тормоза
а) Нет в круговом датчике положения.
Примечание - Настоящая таблица была сформирована, предполагая использование оптических датчиков. Если используются другие датчики (например, индуктивные), то применимы соответствующие сбои.