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电源可靠性预测:艺术和科学结合的产物-hth华体会

hth华体会 军事 2011年02月05日
本文摘要:数据手册是组件、模块或系统性能的全面、经过测试和验证的信息的最终信息库。对于电源装置(PSU),数据手册为工程师提供了大量的性能参数,包括纹波和噪声、效率、调整精度、隔离电压、电磁辐射等。获得的信息的数量和细节为用户在任何等同的应用中建立预期的性能赢得了很大的信心。但是另一个最重要的性能参数,电源可靠性呢?事实上,今天著名制造商收购的电源装置(PSU)寿命非常长。 它的寿命是在可靠性标准规定的测试条件下准确预测的(如MIL-HDBK-217或Telcordia)。

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数据手册是组件、模块或系统性能的全面、经过测试和验证的信息的最终信息库。对于电源装置(PSU),数据手册为工程师提供了大量的性能参数,包括纹波和噪声、效率、调整精度、隔离电压、电磁辐射等。获得的信息的数量和细节为用户在任何等同的应用中建立预期的性能赢得了很大的信心。但是另一个最重要的性能参数,电源可靠性呢?事实上,今天著名制造商收购的电源装置(PSU)寿命非常长。

它的寿命是在可靠性标准规定的测试条件下准确预测的(如MIL-HDBK-217或Telcordia)。更重要的是,经验指出,除了这些严格定义的参数外,PSU优质电源单元还获得超长寿命。

然而,系统设计者仍然面临一个问题:当在这些测试条件之外的条件下运行时,他们如何热情地预测供电单元(PSU)的平均寿命?各种罕见的因素可能会超过这些条件,如热、冲击和振动、电源电压的瞬态波动、电解电容器的老化等。这可能会导致过早过热。因此,数据表的标准寿命评级很少局限于现实世界的产品。同时,无法控制最终产品的可靠性是不可接受的。

品牌声誉是一项宝贵的资产。处理和维修的环境和成本也是一种浪费。

那么,系统设计工程师如何热情地预测COTS供电单元的可靠性呢?而且,最有效的最大化信心水平的方法是什么?与新COTSPSU的寿命密切相关的最常用值是故障前的平均时间(MTTF)或平均故障间隔时间(MTBF)。在恒定的工作(环境)温度下,故障前的平均时间(MTTF)通常为几千小时。当然,故障前的平均时间(MTTF)并没有给出从大量机组中随机抽取的任何单个机组的过热时间:MTTF是一个平均值。

一些装置的使用寿命比额定MTTF值长,而另一些装置不会过早过热。事实上,在电子设备操作者的条件下,假设故障率不变是不现实的,单个单元的寿命需要持续到MTTF值的概率只有37%。换句话说,在故障前的平均时间(MTTF)超过69%之后,一半的单元将过热,如图1的右图所示。

这是因为故障率恒定的故障与一个指数因子密切相关,如下式右图所示,该指数因子用于计算组件在等效时间后不会再次故障的可能性:R(t)=e-t其中:=组件的平均故障率PSU制造商使用基于高度加速测试的模型来预测其产品的故障率。他们不能在长期操作条件下进行PSU测试,而是等待对故障的仔细观察,因为收集统计显著性数据需要很多年。因此,他们将产品暴露在过低的温度、振动、电流和电压变形下,以使其快速过热。似乎必须使用合理的方法将加速试验结果转换为数据手册中的MTTF值;信誉良好的PSU制造商不应认真验证和完善自己的方法,以确保它们能够反映用户的真实体验。

因此,到目前为止,我们可能可以稍微信任一下制造商注册的数据表中的MTTF值。但由于受限于广泛的工作条件,在一系列有竞争力的产品中自由选择时,最糟糕的莫过于将其作为工具使用。

换句话说,MTTF限于在类似条件下测试的不同电源的比较寿命。然而,MTTF在任何等效应用中的实际值高度依赖于应用的操作员条件。温度对寿命的影响仅次于,但寿命不受输出和输入电流和电压的隐含水平、这些参数的变化率、机械变形等因素的影响。因此,虽然MTTF值是基于一系列典型和恒定的操作员条件计算的,但许多用户的应用程序会在以下条件下运行:充满变化且不同于典型值,即使应用程序具有恒定的条件,这些条件也完全不可能与数据手册的典型应用条件完全相同。

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因此,在任何等价的现实世界应用中估计故障率时,数据手册中的故障率和可靠性信息只能获得有限的效用。电源系统的设计者必须设计其终端产品的故障率,仅次于不可接受的故障率。

无论目标故障率是完全为零(在任务关键型应用中)还是每10,000小时一次(在低成本消费产品的情况下),设计者都必须有很高的信心,以便现场的实际故障率至少超过和低于目标。


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