如何提高电源系统设计的可靠性.doc
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1、如何提高电源系统设计的可靠性虽然乍一看电源可能不如微处理器或DSP那么迷人,但它们是电子系统的必要组成部分,因为任何电源故障都会导致系统停止运行。其糟糕的性能会影响给定产品的质量。因此,系统设计人员非常关注直接供电故障和性能不佳。换句话说,任何系统中电源的可靠性都至关重要。可靠性和故障在研究提高电源可靠性的过程之前供应,首先要了解其定义以及可靠性和故障率之间的区别。根据CUI的白皮书,可靠性是指在特定条件下运行的供应在给定时间段内正常工作的概率。失败率是在给定时间单位内失败的单位的百分比。如图1所示,它遵循“浴缸”曲线,并由工程师分为三个关键阶段,包括婴儿死亡率,使用寿命和磨损。虽然婴儿死亡率
2、是由于工艺差和质量差的部件造成的,但第二阶段是使用寿命,它使故障率保持在低水平并保持恒定,以使供应保持较长时间的正常运行。在磨损阶段,即第三阶段也是最后阶段,当其部件达到其使用寿命时,供应失败。图1:如图所示,故障率归类于三个关键阶段:婴儿死亡率,使用寿命和磨损(由CUI提供)。虽然可以肯定地预测特定转换器将在期望的规格内运行多长时间或在多少小时后运行失败是有争议的,CUI建议使用概率技术确定供应的预期寿命或失败。根据白皮书,供应的可靠性取决于许多因素。其中的关键是声音设计,具有足够的利润,组件质量,散热考虑,老化和制造过程。该公司使用以下公式计算组件的可靠性:从本质上讲,组件的选择对于电源的
3、整体可靠性至关重要。因此,建议必须使用固有可靠的组件来显着降低故障风险。例如,根据CUI的经验,电容器是电源中的常见故障点,因此使用寿命更长的电容器有助于提高产品的可靠性。然而,它确实增加了总体成本,因为质量组件成本更高。同样,磁性元件(变压器和电感器)也需要特别注意。另一个可以提高可靠性的因素是使用低于额定规格的元件。例如,当在55C下使用时,额定在85C下可靠运行的组件将具有显着改进的性能。通常情况下,温度每降低10C,组件的寿命就会翻倍(图2)。图2:温度对组件预计寿命的影响(由CUI提供)。 br此外,CUI建议三种方法来确定故障率。这些包括预测,评估和观察。在参考白皮书中更详细地讨论
4、了每种方法。预测采用以下标准数据库之一的组件故障率和预期寿命。这些是MIL-HDBK-217(美国海军),HRD5(英国电信)和Telcordia(以前是Bellcore)。由于MIL-HDBK-217专注于军事和商业应用,并产生MTBF数据,因此CUI更喜欢用它来计算其AC/DC和DC/DC转换器模块的MTBF。有趣的是,电源制造商更喜欢提供故障率的倒数,即平均故障间隔时间(MTBF)和平均故障时间(MTTF)。因此,根据全球营销副总裁杰夫施纳贝尔(Jeff Schnabel)的说法,MTBF和MTTF基本上是相同的衡量标准,因为它们都是故障率的倒数。然而,Schnabel补充道,“MTBF
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