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电源模块MTBF 与寿命的区别
点击次数:416 更新时间:2024-01-16

 

电源模块MTBF 与寿命的区别

所有电子设备的核心在于它们的电源。没有它,就不可能实现功能。因此,为了保持竞争力,电源制造商必须为客户提供高质量的产品。在描述产品质量时,可靠性是一个关键的指标,产品失效的速度通常用来衡量产品的可靠性。

随着时间的推移,商品的功能趋于衰退。产品的故障率在其整个使用寿命期间波动,通常遵循一个浴缸般的曲线,特别适用于电子产品的故障情况。浩南电子分析认为这条曲线大致可分为三个阶段。


1.早期失效期

初始阶段是早期失效期,发生在产品生命周期的开始。在此期间,产品经历了一个高失败率,主要是由于生产错误,可能没有检测到在装运前检查。在 CINCON,每个电源都经过严格的检查测试,以实现每个单元在发货前符合所有规格,有效地消除了早期故障。

2.稳定失效期

第二阶段为随机失效期或常因失效期。这也是正常的设计失败率。这个阶段被假定为产品投入使用的时期。预计这一时期的故障率将保持在低水平。因此几乎保持不变。

3. 磨损失效期

如果产品长期使用,随着材料的磨损,失效率开始上升,导致降解失效发生率增加。故障率随着时间的推移而加速,直到所有单元失效。

Bathtub curve

 


平均故障

间隔时间(MTBF)和寿命是产品设计阶段需要考虑的重要参数。它可以帮助找到问题的地方,通过识别过度强调的部分或找到更高的贡献者失败。同时,它们也是系统工程师选择合适电源的关键指标。可靠性工程师经常使用各种方法和标准来计算产品的 MTBF 值。可靠性预测标准有 MIL-HDBK-217F Telcordia SR332(Bellcore)等。这两个标准是目前市场上流行的可靠性标准,分别用于国防和通信领域。

MIL-HDBK-217是一个使用的标准,它由两种计算方法组成——一种是适用于后期设计阶段的零件应力分析预测,另一种是适用于早期设计阶段和提案制定阶段的零件计数可靠性预测。对于零件应力分析预测,可靠性是通过将各零件的失效率相加来确定的。每个部件的失效率都是单独评估的,并通过包括环境温度、电应力水平、基础失效率、额定功率、操作环境因数和部件质量因数等变量来计算。下面的简单方程是计算零件失效率 λp 的公式。

入P公式.png


以电源模块为例,如果其 MTBF = 1000K 小时(114) ,并不意味着每个模块可以工作114年而不发生故障。从 MTBF = 1/λ 可以看出,λ = 1/MTBF = 1/114年,即该功率模块的平均故障率约为0.88%/年。换句话说,平均每年有8.81000 PCS 发生故障。

使用寿命

在交流/直流电源的环境中,一个关键部件是内部的铝电解电容。然而,由于其固有的局限性和随着时间的推移逐渐恶化,这种电容器作为寿命短的元件出现。因此,铝电解电容在电源的整体可靠性方面具有重要的作用。通过评估该电容器的预期寿命,可以估计电源的预期寿命。

浩南电子分析认为电容器的寿命取决于各种应用特定的因素,其中一个关键因素是工作温度。这个因素在导致内部结构老化和电性能随着时间的推移而降低方面起着重要作用。在液体电解电容器的情况下,通过将元件温度降低10 °C,可以使预期寿命增加一倍。对于聚合物电容器来说,如果元件温度降低20 °C,寿命可以提高10倍。估算寿命的公式如下:

 

 

电容器温度影响寿命计算公式.png


MTBF 与生命周期有什么不同?

根据前面提供的资料,主要区别在于一个包括所有部件的故障率,而另一个侧重于电解电容器的寿命。此外,值得注意的是,MTBF 计算采用了各种方法。尽管存在这些差异,MTBF 和生命周期都是工程师评估产品可靠性的重要参数。