搜档网
当前位置:搜档网 › 元器件对电源系统可靠性的影响

元器件对电源系统可靠性的影响

元器件对电源系统可靠性的影响
元器件对电源系统可靠性的影响

元器件对电源系统可靠性的影响

发布日期:2005-10-20作者:温小云师宇杰牛忠霞裴伟来源:微计算机信息

摘要:从质量等级的概念入手,通过比较采用不同质量等级的元器件的电源系统的平均故障间隔时间,详细论述了元器件质量等级对系统可靠性的影响。最后阐明了如何正确选择及合理使用元器件,它是实现高可靠性水平系统设计的基础。

关键词:质量等级元器件平均故障间隔时间可靠性

一.前言

电子元器件是电子、电气系统的基础部件,是能够完成预定功能并不能再分割的电路的基本单元。由于电子元器件的数量、品种众多,所以它们的性能、可靠性、费用等参数对整个系统性能、可靠性、寿命周期费用等技术指标的影响很大。

电子元器件的可靠性分为固有可靠性和使用可靠性两部分。固有可靠性主要靠设计和制造等工作来保证,这是元器件生产商的任务。但是国内外失效分析资料表明,有近一半的元器件失效并非由于元器件本身的固有可靠性不高,而是由于使用者对元器件选择不当或使用有误造成的。元器件一般都有若干质量等级。质量等级是指元器件装机使用之前,按产品执行标准或供需双方的技术协议,在制造、检验及筛选过程中对其质量的控制等级。质量等级不同,器件的可靠性水平也不同,通常,质量等级越高,其可靠性水平也越高。因此对元器件的质量等级选择不当会造成其可靠性水平不符合要求。此外,元器件的使用不当,也容易造成其电性能失效,如在使用中对元器件性能把握不够、未考虑降额设计、测试时方法不当或测试仪器接地不当等情况都大大增加了元器件的使用故障率。

本文采用元器件计数法预计某电源的平均故障间隔时间(MTBF),通过对使用不同质量等级的元器件的电源的MTBF进行比较,详细论述了元器件质量等级对可靠性的影响,并阐述了如何正确选择和合理使用元器件。可靠性预计是以GJB/Z299B-98《电子设备可靠性预计手册》文件要求为依据进行的。部分可靠性数据,是通过询问厂商、参考有关资料、采用相似产品法或相似电路法等手段拟定的。统计的元器件的种类及数量来源于电源系统的主管设计师。质量等级采用符合国军标的相应系数。元器件工作环境类别选

取(恶劣地面固定)。

二.不同质量等级的元器件对电源系统可靠性的影响

元器件可靠性是系统可靠性的基础。系统的可靠性,在相当大的程度上取决于元器件的可靠性。而元器件的质量直接影响其失效率,不同质量等级对可靠性失效率的影响程度以质量系数来表示。在

GJB/Z299B-98《电子设备可靠性预计手册》中给出了不同质量等级对应的质量系数值。下面分别采用高质量等级和低质量等级的元器件对电源系统进行可靠性预计,再对各自计算出来的MTBF进行比较。

采用不同质量等级的元器件对电源预计概况如表1所示。

分别将/h代入式中,可以分别得到电源的平均故障间隔时间如表2所示:

表2 不同质量等级元器件的电源的MTBF比较

从上表可看出,电源系统采用高质量等级的元器件,其平均故障间隔时间是使用低质量等级的元器件的6倍。即可无故障地使用六年的电源,若使用质量等级低的元器件,此电源仅用一年就会故障。由此可见,在其他条件相同的条件下,由于质量的差异,可造成系统的可靠性相差甚远。质量等级越低,对应质量系数值就越大,表明元器件的失效率越高,可靠性也就越低。因此,元器件的质量等级选择非常重要。质量等级跟元器件的功能、性能参数一样,是选择元器件的基本依据之一。

三.元器件的选择

元器件的选择不当会造成所购买的元器件可靠性水平不符合要求,从而影响到系统的可靠性,因此,必须对元器件的选择进行控制。控制原则为:元器件的技术性能、质量等级、使用条件等应满足产品要求;要优先选用经实践证明质量稳定、可靠性高、有发展前途且供应渠道可靠的标准元器件,杜绝使用已淘汰的元器件;在产品设计时,应最大限度的压缩元器件的品种、规格及其生产厂点。

3.1国产电子元器件的选用

若选用国产元器件,应根据设备的质量和可靠性要求优先在按国家标准(GB)、国家军用标准(GJB)、“七专”技术条件(QZJ)、电子工业部标准(SJ)组织生产并经质量认证列入合格产品目录的器件中选用。

“七专”管理方法生产的产品,器件型号上标有(G)词头。对于“七专”产品,应尽可能在“推荐品种”、“保留品种”和“试用品种”中选用推荐品种。在实际选择时,可以首先查阅“七专”元器件数据手册或优选目录,确定器件型号与质量等级或失效率等级的对应关系,再根据器件型号采购。

对于国军标系列产品的选择,应优先查阅国家颁布的QPL表或各工程型号的PPL表,确定器件的型号和对应的质量等级。

3.2进口电子元器件的选用

国外元器件在质量、可靠性方面是分为不同档次的,即根据元器件不同的可靠性特性划分为不同的质量等级。为了确保军用设备和系统所用元器件的可靠性,国外形成了一整套军用元器件的QPL表。列入QPL 表中的元器件都是经过鉴定合格的生产厂家生产并通过质量鉴定的合格产品,具有良好的质量和可靠性保证。所以,当可靠性要求高的军用场合需要选用进口器件时,原则上尽量选用列入QPL中的产品。

另外,在选用进口元器件时,可以参考国外同类机构制定的优选元器件清单中的元器件。如参考美国国家航空宇航局(NASA)制定的优选元器件清单,或参考欧洲空间局(ESA)的优选元器件清单进行选择。目前,在采购进口元器件时出现的问题中,有一些就是所提的采购清单中没有将元器件的型号规格写完整。因此,在采购元器件时,一个最基本的要求就是要将器件的各种特性要求在器件的型号规格中用相应的字母或数字完整的表达出来,即必须采用器件的政府命名型号。

3.3根据电子元器件质量等级与质量系数选用

国军标GJB/Z299B《电子设备可靠性预计手册》列出了各类电子元器件(包括半导体集成电路、半导体分立器件、电子管、电阻器、电容器、继电器、开关、印制电路板、连接器、石英谐振器、电机等)根据不同级别的标准组织生产和质量认证所对应的可靠性质量等级及质量系数,质量系数越大表示器件的失效率越高,可靠性水平越低。美国的各类电子元器件的质量等级和质量系数可以查阅美国军用手册MIL-HDBK-217F《电子设备可靠性预计》。

四.元器件的正确使用

能否正确使用元器件已成为影响电子元器件、设备。系统可靠性的重要问题,应引起元器件使用者和可

靠性工作者的高度重视。

(1)深入掌握所使用元器件的性能,并严格控制新器件的使用;

(2)降额使用,包括电压、电流、功率等电应力方面,也包含温度、振动、冲击等环境应力方面;(3)在元器件的布局、安装过程中必须采取有效的热设计和环境保护设计;

(4)必须考虑辐射的影响,在必要时采用抗辐射加固的半导体器件;

(5)在器件的设计上和使用中都应该采取抗静电措施;

(6)在调试过程中,应注意仪器仪表的正确使用,在结构设计及装配和安装时对半导体器件和集成电路带来的机械损伤引起重视;

(7)对储存和保管问题予以重视并采取相应的措施。

参考文献

[1]曾声奎,赵廷弟等.系统可靠性设计分析教程.北京航空航天大学出版社,2001

[2]GJB/Z 299B-98 电子设备可靠性预计手册

相关主题