影響高頻開關電源系統(tǒng)可靠性的因素主要有電源模塊的可靠性,,高頻開關電源模塊的熱備份數(shù)量對可靠性的改善等。由于電源系統(tǒng)的交直流配電使用的元,、器件較少,分析時可認為其可靠度RP(t)=1。
1高頻開關電源模塊的可靠性分析
高頻開關電源模塊可靠度為RS(t)=Ri(t)=
模塊的失效率為λs=λi
從以上公式可以看出,高頻開關電源模塊使用的元,、器件越多,其可靠性越差,。根據(jù)文獻[1]可計算出電源模塊的失效率λs,。
模塊的MTBF為MTBFS=Rs(t)dt=dt=
從提高電源模塊可靠性的角度看,電源模塊使用的元,、器件數(shù)量越少越好,特別是失效率較高(如電解電容等)的元,、器件應盡量少用,。
2電源模塊不同熱備份數(shù)量的可靠性計算
一個電源系統(tǒng)有n個電源模塊,這個電源系統(tǒng)按N+k方式設計(n=N+k,,N為保證正常供電必須的模塊數(shù)量,,k為熱備份模塊數(shù)量,n為模塊總數(shù)),,這時可以計算熱備份模塊數(shù)量k對系統(tǒng)可靠性的影響,。
2.1n個電源模塊系統(tǒng),k=0,,N=n時,,系統(tǒng)的MTBFN+0
無熱備份模塊的可靠度為RN+0(t)=RS(t)n,其
MTBFN+0為MTBFN+0=RS(t)ndt=MTBF0
2.2n個電源模塊系統(tǒng),,k=1,,N=n-1時,系統(tǒng)的MTBFN+1
k=1時,,系統(tǒng)可靠度為RN+1(t)=RN+0(t)+n
RS(t)n-1[1-RS(t)]1,,其MTBFN+1為MTBFN+1=RN+1(t)dt=MTBF0
2.3n個電源模塊系統(tǒng),k=2,,N=n-2時,,系統(tǒng)的MTBFN+2k=2時,系統(tǒng)可靠度為RN+2(t)=RN+1(t)+RS(t)n-2[1-RS(t)]2,,其MTBFN+2為MTBFN+2=RN+2(t)dt=MTBF0
圖1電源模塊不同熱備份數(shù)量對可靠性的影響曲線
2.4n個電源模塊系統(tǒng),,按N+k方式設計。n=N+k,,N為保證正常供電必須的模塊數(shù)量,,k為熱備份模塊數(shù)量,,n為模塊總數(shù),這時,,系統(tǒng)的MTBFN+k系統(tǒng)可靠度為RN+k(t)=RN+(k-1)(t)+RS(t)n-k·[1-RS(t)]k,,其MTBFN+k為MTBFN+k=RN+k(t)dt=MTBF0
2.5n個電源模塊系統(tǒng),k=n-1,,N=1時,,系統(tǒng)的MTBFN+(n-1)
k=n-1時,系統(tǒng)可靠度為RN+(n-1)(t)=
1-[1-RS(t)]n,,其MTBFN+(n-1)為MTBFN+(n-1)=RN+(n-1)(t)dt=MTBF0
3電源模塊不同熱備份數(shù)量的可靠性分析
根據(jù)以上計算公式,,可求出n個電源模塊組成的系統(tǒng)中,保證N個模塊正常運行的可靠度RN+k(t),。對于不同模塊數(shù)量n(3~10個),,不同的熱備份數(shù)量k(0~9個),在電源配電系統(tǒng)其可靠度RP(t)=1的條件下,,電源模塊不同熱備份數(shù)量對可靠性的影響曲線如圖1所示,。
4結語
通過以上對高頻開關電源可靠性指標MTBF的分析計算,可得出如下結論:
4.1電源模塊的可靠性與電源模塊的電路設計,,生產(chǎn)工藝,,元、器件質量與數(shù)量等多種因素有關,。從提高電源模塊可靠性的角度看,,電源模塊使用的元、器件數(shù)量越少越好,,特別是失效率較高(如電解電容等)的元,、器件應盡量少用。
42對于由n個模塊組成的高頻開關電源系統(tǒng),,電源系統(tǒng)按N+k方式設計,。n=N+k,N為保證正常供電必須的模塊數(shù)量,,k為熱備份模塊數(shù)量,,n為模塊總數(shù),這時,,系統(tǒng)的MTBFN+k為MTBFN+k=RN+k(t)dt=MTBF0
4.3對于由n個模塊組成的高頻開關電源系統(tǒng),,電源系統(tǒng)按N+k方式設計。n=N+k,,N為保證正常供電必須的模塊數(shù)量,,k為熱備份模塊數(shù)量,n為模塊總數(shù)。在模塊總數(shù)不變的情況下,,保證正常供電必須的模塊數(shù)量N越少,,熱備份模塊數(shù)量k越多,系統(tǒng)的MTBFN+k越長,。4.4對于由n個模塊組成的高頻開關電源系統(tǒng),,在模塊總數(shù)n不變的情況下,熱備份模塊數(shù)量為k的系統(tǒng)較熱備份模塊數(shù)量為k-1的系統(tǒng)的平均無故障時間長MTBF0,。
4.5對于高頻開關電源系統(tǒng),,系統(tǒng)可靠性按N+k熱備份方式設計,k為熱備份模塊數(shù)量,,其數(shù)值的多少與電源系統(tǒng)可維修時間,、電網(wǎng)的供電質量、電源負荷的重要程度等因素有關,。對用戶而言,,如果可以保證電源系統(tǒng)的維修時間小于蓄電池的帶載放電時間,這時采用N+1方式,,一般可以保證電源系統(tǒng)的正常供電,。否則應考慮增加熱備份模塊的數(shù)量。