《電子技術應用》
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電源模塊N+k工作方式對電源系統可靠性的影響
摘要: 影響高頻開關電源系統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量對可靠性的改善等。由于電源系統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
Abstract:
Key words :

影響高頻開關電源" title="電源">電源系統" title="系統">系統可靠性" title="可靠性">可靠性的因素主要有電源模塊" title="模塊">模塊的可靠性,高頻開關電源模塊的熱備份數量對可靠性的改善等。由于電源系統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量的可靠性計算

一個電源系統有n個電源模塊,這個電源系統按N+k方式設計(n=N+k,N為保證正常供電必須的模塊數量,k為熱備份模塊數量,n為模塊總數),這時可以計算熱備份模塊數量k對系統可靠性的影響。

2.1n個電源模塊系統,k=0,N=n時,系統的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,k=1,N=n-1時,系統的MTBFN+1

k=1時,系統可靠度為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,k=2,N=n-2時,系統的MTBFN+2k=2時,系統可靠度為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量對可靠性的影響曲線

 

2.4n個電源模塊系統,按N+k方式設計。n=N+k,N為保證正常供電必須的模塊數量,k為熱備份模塊數量,n為模塊總數,這時,系統的MTBFN+k系統可靠度為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,k=n-1,N=1時,系統的MTBFN+(n-1)

k=n-1時,系統可靠度為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量的可靠性分析

根據以上計算公式,可求出n個電源模塊組成的系統中,保證N個模塊正常運行的可靠度RN+k(t)。對于不同模塊數量n(3~10個),不同的熱備份數量k(0~9個),在電源配電系統其可靠度RP(t)=1的條件下,電源模塊不同熱備份數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,生產工藝,元、器件質量與數量等多種因素有關。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。

4?2對于由n個模塊組成的高頻開關電源系統,電源系統按N+k方式設計。n=N+k,N為保證正常供電必須的模塊數量,k為熱備份模塊數量,n為模塊總數,這時,系統的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,電源系統按N+k方式設計。n=N+k,N為保證正常供電必須的模塊數量,k為熱備份模塊數量,n為模塊總數。在模塊總數不變的情況下,保證正常供電必須的模塊數量N越少,熱備份模塊數量k越多,系統的MTBFN+k越長。4.4對于由n個模塊組成的高頻開關電源系統,在模塊總數n不變的情況下,熱備份模塊數量為k的系統較熱備份模塊數量為k-1的系統的平均無故障時間長MTBF0。

4.5對于高頻開關電源系統,系統可靠性按N+k熱備份方式設計,k為熱備份模塊數量,其數值的多少與電源系統可維修時間、電網的供電質量、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的正常供電。否則應考慮增加熱備份模塊的數量。

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