电源设备可靠性的研讨

作者：时间：2011-03-27来源：网络收藏

2?4有效度（可用度）A

A的定义为：电子系统使用过程中（尤其在不间断连续使用条件下）可以正常使用的时间和总时间的比例（通常以百分比来表示）。即：

A=MTBF/（MTBF＋MTTR）

A值越接近于100％，表示电子系统有效工作的程度越高。

实际上，设备MTBF受到系统复杂程度，成本等多方面因素的限制，不易达到很高的数值。尽量缩短MTTR也同样可以达到增加A的目的。对于高失效率单元，采用快速由备份单元代替失效单元的冗余式设计，可以在MTBF不很高的情况，使MTTR接近于0，这样，也可以使A近于100％。

2?5可靠度R（t）

可靠度R（t）是衡量电子系统可靠性的最基本的指标。可从可靠度R（t）的定义中导出故障概率F（t）。即：

F（t）=1－R（t），或R（t）=1－F（t）。

可以看出，对于R（t）和F（t）来讲，其值均为时间量t的函数。极端来讲，t=0时，任何系统的R（t）=1，〔F（t）=0〕。在t=∞时，任何系统的R（t）=0，〔F（t）=1〕。R（t）和F（t）只有在指定的时间范围以内才有具体的意义。在实际使用中常用年可靠度P来表示。

年可靠度P的定义为：电子系统在规定的环境条件下，在1年的时间内，完成规定功能的概率。例如P=0.9，就说明系统在一年内有90％的可能不出现故障。（也即有10％的可能会出现故障）。如果在一个地点有10台同类设备，则平均1年会有1台设备可能需要进行维修。

国际通信卫星系统有关可靠度R（t）的参考数据如表4所列。

2.6失效率λ，平均无故障工作时间MTBF和可靠度R（t），故障概率F（t）之间的数学关系

依据λ，MTBF，R（t），F（t）的定义和基本数学表达式，经数学运算以后，可得出以下的相互数学关系（运算过程从略）。

（1）MTBF=1/λ或λ=1/MTBF，

即λ和MTBF互为倒数关系。

（2）R（t）=e－λt或R（t）=e－t/MTBF=1/et/MTBF，

即R（t）和λ之间为指数关系。

（3）F（t）=1－R（t）或R（t）=1－F（t），

这样，λ，MTBF，R（t）三个指标，可以通过上述换算，从一个量算出另两个量的对应数值。在不同的场合，以上三个指标都可能在衡量电子系统可靠性时交替使用。

3提高系统可靠性的途径

3?1认真从事系统可靠性的设计

电子系统的可靠性模型，大体上有以下三种形式：

（1）串联系统的可靠性模型

串联系统模型如图1所示。串联系统是指它的每一个元件对于系统的正常工作都是必须的，不可或缺的；任何一个元件的失效，将导致系统工作不正常。这是一种较常见和简单的系统。

如果系统有N种元件，每种元件的失效率为λi(i=1～N)，则串联系统的总失效率：

λ?=n1λ1＋n2λ2＋……nNλN

总的无故障工作时间：

MTBF?=1/λ?=1/[n1λ1＋n2λ2＋……nNλN]

年可靠度：P=1/e8760·λ?=1/e8760/MTBFN。(因每年共8760h)。

例（1）：优质的交流参数稳压电源单元的MTBF0=20万h，如果每台铁路信号屏用10只电源单元。则每屏交流电源部分的MTBF=MTBF0/10=2万h。相当于年可靠度P=0.645=64.5％。即年故障概率F=1－P=35.5％。也就是每台电源屏每年有35.5％的可能性需要维修。如果一个车站有10台信号屏，则每年有3～4台交流参数稳压电源单元有可能出故障，就是很正常的情况。这也和某部门有100台电源单元，大都连续工作的故障概率相仿。