導(dǎo)語：如何才能寫好一篇電路的可靠性設(shè)計(jì)，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

關(guān)鍵詞：監(jiān)控系統(tǒng)；硬件電路板；可靠性

中圖分類號(hào)：TN79 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2013）06-0097-02

常規(guī)意義上的監(jiān)控系統(tǒng)主要有硬件部分以及軟件部分所構(gòu)成。同時(shí)，在現(xiàn)階段的實(shí)際工作當(dāng)中，各種電子裝置與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)所設(shè)置的電路板裝配方式仍然以印刷電路板為主。在印刷電路板的作用之下，電路板負(fù)擔(dān)著完成電子設(shè)備大量應(yīng)用功能的工作任務(wù)。由此，不難發(fā)現(xiàn)，即便電路原理圖能夠保障設(shè)計(jì)的正確與有效，但由于印制電路板設(shè)計(jì)的誤差，也勢(shì)必會(huì)對(duì)整個(gè)電子設(shè)備應(yīng)用的可靠性產(chǎn)生極為不利的影響。從這一角度上來說，電子設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)中硬件電路板的可靠性設(shè)計(jì)是至關(guān)重要的工作內(nèi)容之一，本文試對(duì)其作詳細(xì)分析與說明。

1 監(jiān)控系統(tǒng)硬件可靠性指標(biāo)

在整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)硬件當(dāng)中，系統(tǒng)所對(duì)應(yīng)的可靠性指標(biāo)主要涉及以下幾個(gè)方面：

①可靠度以及可靠度函數(shù)。可靠度指標(biāo)主要是指產(chǎn)品在（0，t）時(shí)間范圍之內(nèi)不發(fā)生失效反應(yīng)的概率，而可靠度函數(shù)則是建立在既定工作時(shí)間、產(chǎn)品故障前運(yùn)行時(shí)間基礎(chǔ)之上的函數(shù)關(guān)系。

②故障分布函數(shù)以及故障密度。故障分布函數(shù)主要是指產(chǎn)品在運(yùn)行條件以及運(yùn)行時(shí)間均表現(xiàn)為恒定狀態(tài)下，喪失規(guī)定功能的總概率函數(shù)，而故障密度所指的則是在t時(shí)刻后的一個(gè)單位時(shí)間內(nèi)，出現(xiàn)故障產(chǎn)品數(shù)與總產(chǎn)品數(shù)之間的對(duì)應(yīng)比值。

③失效率函數(shù)。該指標(biāo)主要是指在條件既定狀態(tài)下，產(chǎn)品在某時(shí)刻后單位時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)失效的概率。

④平均壽命指標(biāo)。對(duì)于不可修復(fù)的產(chǎn)品而言，該指標(biāo)是指在產(chǎn)品發(fā)生故障之前所對(duì)應(yīng)的工作時(shí)間。而對(duì)于可修復(fù)的產(chǎn)品而言，該指標(biāo)是指在產(chǎn)品前一次發(fā)生故障與本次故障之間的工作時(shí)間間隔。

⑤指數(shù)分布指標(biāo)。主要是其壽命的指數(shù)分布的服從特征。

2 監(jiān)控系統(tǒng)硬件電路板的可靠性分析

對(duì)于監(jiān)控系統(tǒng)而言，壽命是衡量硬件電路板可靠性的關(guān)鍵指標(biāo)之一。在現(xiàn)階段的可靠性工程當(dāng)中，針對(duì)監(jiān)控板而言，比較常見的壽命分布模式可以分為以下幾種類型：二項(xiàng)分布、泊松分布、指數(shù)分布、正態(tài)分布、對(duì)數(shù)正態(tài)分布。由于監(jiān)控系統(tǒng)當(dāng)中的監(jiān)控板主要是由相關(guān)電子元器件所構(gòu)成的。結(jié)合有關(guān)電子器件的失效理論可以得出：絕大部分電子設(shè)備與裝置的壽命分布呈現(xiàn)出明顯的指數(shù)分布狀態(tài)，針對(duì)于監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控板而言同樣如此。

結(jié)合上述分析，在有關(guān)監(jiān)控系統(tǒng)可靠性框圖的構(gòu)建過程當(dāng)中，需要結(jié)合監(jiān)控板所運(yùn)行任務(wù)的差異性做出相應(yīng)的考量，主要可以分為以下兩種情況：首先，從基本任務(wù)的角度上來說，整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)所對(duì)應(yīng)的可靠性框圖最為核心的思想在于保障監(jiān)控系統(tǒng)整體運(yùn)行的正常與規(guī)范。在剔除各種運(yùn)行故障的基礎(chǔ)之上，確保監(jiān)控系統(tǒng)功率輸出的正常與有效。其次，從特殊任務(wù)的角度上來說，整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)所對(duì)應(yīng)的可靠性框圖最核心的思想在于保障整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的不停機(jī)性。對(duì)于監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控板而言，即便當(dāng)中的一部分出現(xiàn)了運(yùn)行故障，但仍然需要將整個(gè)系統(tǒng)的輸出功率限制在一定的允許范圍當(dāng)中，可適當(dāng)允許系統(tǒng)的運(yùn)行功能有所降低，但需要最大限度的避免因無功率輸出而引發(fā)的停運(yùn)事故。

對(duì)于我國而言，現(xiàn)階段針對(duì)電子設(shè)備所采取的可靠性計(jì)算方法可基本概括為：首先對(duì)相關(guān)電子元器件所對(duì)應(yīng)的失效率數(shù)值加以判定，進(jìn)而計(jì)算得出各個(gè)模塊分別對(duì)應(yīng)的失效率數(shù)值，最后將可靠性框圖當(dāng)中所涵蓋的模塊所對(duì)應(yīng)失效率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，由此獲取最為精確與全面的可靠性數(shù)值。

對(duì)于監(jiān)控系統(tǒng)硬件電路板而言，首先，在有關(guān)監(jiān)控系統(tǒng)硬件電路板分立元器件可靠性的計(jì)算過程當(dāng)中，電阻裝置、電容設(shè)備、以及二極管裝置均屬于監(jiān)控系統(tǒng)硬件電路板中分立元器件的組成部分。以電容裝置為例，其在正常運(yùn)行狀態(tài)下所對(duì)應(yīng)的工作失效率模型可按照如下方式進(jìn)行構(gòu)建，如式（1）：

失效率（單位：10-6/h）=基本失效率×環(huán)境系數(shù)×質(zhì)量系數(shù)×電容量系數(shù)×串聯(lián)電阻系數(shù)×種類系數(shù) （1）

在該計(jì)算模型當(dāng)中，相關(guān)的失效率及系數(shù)取值大小均可通過對(duì)電路板所處工作環(huán)境的判定，以及相關(guān)元器件在出廠狀態(tài)下的理論參數(shù)來進(jìn)行判定，最終可計(jì)算得出電容器所對(duì)應(yīng)的工作失效率數(shù)值。

其次，在有關(guān)監(jiān)控系統(tǒng)硬件各模塊電路的可靠度計(jì)算過程當(dāng)中，首先需要完成對(duì)各個(gè)模塊當(dāng)中所涵蓋電路工作失效率數(shù)值的計(jì)算，進(jìn)而將所計(jì)算得出的電路失效率數(shù)值進(jìn)行匯總處理，得到的是相對(duì)于單獨(dú)運(yùn)行模塊而言的失效率。在此基礎(chǔ)之上，通過對(duì)可靠度計(jì)算公式的應(yīng)用，即可計(jì)算得出監(jiān)控系統(tǒng)硬件電路板當(dāng)中相關(guān)模塊的可靠度取值情況。

3 監(jiān)控系統(tǒng)硬件電路板（PCB）設(shè)計(jì)檢查要點(diǎn)與布

線原則

①根據(jù)電子學(xué)設(shè)計(jì)的邊界條件（空間真空環(huán)境），對(duì)重點(diǎn)發(fā)熱元器件在印制電路板的位置和發(fā)熱等情況，建立數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行EDA仿真熱分析，計(jì)算元器件、印制板的溫度，檢驗(yàn)元器件工作溫度范圍是否滿足要求，檢驗(yàn)元器件的結(jié)溫是否滿足降額要求；發(fā)熱量大的元器件通過熱管等散熱器件將熱量引出，元器件的散熱途徑（導(dǎo)熱散熱途徑和輻射散熱途徑）是否通暢和連貫，同時(shí)，應(yīng)盡可能使導(dǎo)熱路徑最短；對(duì)于熱功耗大的元器件，應(yīng)在器件下面與電路板接地部分設(shè)計(jì)熱過孔，填充金屬材料，實(shí)現(xiàn)熱傳導(dǎo)功能。

②一般情況下，首先應(yīng)對(duì)電源線和地線進(jìn)行布線，以保證電路板的電氣性能。在條件允許的范圍內(nèi)，盡量加寬電源、地線寬度，它們的關(guān)系是：地線>電源線>信號(hào)線，通常信號(hào)線寬為：0.2～0.3 mm，最細(xì)寬度可達(dá)0.05～0.07 mm，電源線一般為1.2～2.5 mm。

4 硬件電路板信號(hào)完整性設(shè)計(jì)

在監(jiān)控系統(tǒng)硬件電路板設(shè)計(jì)的過程中，對(duì)于電路板信號(hào)的完整性設(shè)計(jì)也是影響其可靠性的關(guān)鍵因素，因此必須要注重電路板信號(hào)完整性的設(shè)計(jì)。其中應(yīng)當(dāng)遵循的準(zhǔn)則包括以下幾個(gè)方面：

①在進(jìn)行正式的設(shè)計(jì)工作之前，必須要對(duì)所使用的元器件以及相關(guān)的工藝進(jìn)行科學(xué)的選擇，并且據(jù)此進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的確定，才能確保設(shè)計(jì)的科學(xué)性與合理性。

②預(yù)布線階段是對(duì)電路板層疊誤差和接地信號(hào)等問題進(jìn)行處理的階段，這一階段主要是對(duì)各種可能出現(xiàn)的問題以及計(jì)算誤差進(jìn)行科學(xué)的處理，以此保證線路層疊的有效性。同時(shí)，盡可能讓接地層與電源層成對(duì)布放，這樣能夠更加有效的保證信號(hào)的完整性。對(duì)于信號(hào)的完整性規(guī)劃需要根據(jù)信號(hào)參數(shù)以及其必須的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)范圍進(jìn)行仿真模擬，才能從中找到最為理想的參數(shù)范圍，并且將此范圍作為布線的最終依據(jù)，成為PCB布線的主要約束條件。

③串?dāng)_是信號(hào)線之間不希望有的耦合，鄰近信號(hào)線的耦合會(huì)導(dǎo)致串?dāng)_而且改變信號(hào)線的阻抗。我們必須減少串?dāng)_。比如我們可以根據(jù)相鄰平行信號(hào)線的耦合分析來確定信號(hào)線間距或平行線長度。

④對(duì)于信號(hào)延遲以及其產(chǎn)生的影響是在布線時(shí)必須要充分考慮的關(guān)鍵問題，因此在實(shí)際的工作中，我們可以利用終端接線器的使用來對(duì)信號(hào)的完整性質(zhì)量進(jìn)行控制，從而有效的減少信號(hào)延遲所帶來的不利影響。

⑤轉(zhuǎn)換器是設(shè)計(jì)工作中常用的一種設(shè)備，轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度越慢則信號(hào)完整性越好，同時(shí)利用不同的驅(qū)動(dòng)技術(shù)也可以完成不同的轉(zhuǎn)換任務(wù)，所以我們可以在設(shè)計(jì)過程中，利用新的可編程技術(shù)，充分利用不同驅(qū)動(dòng)技術(shù)的優(yōu)越性，使其作用能夠充分發(fā)揮，以此來提升信號(hào)的完整性。

⑥當(dāng)簡單的布線以及裝配工作完成之后，需要進(jìn)行完整的電路板測試，將其測試結(jié)果與仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，從中發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)過程中存在的不足之處，以此作為依據(jù)，為后續(xù)的設(shè)計(jì)工作提供更充分的數(shù)據(jù)參考。

5 結(jié) 語

隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，集成電路和新型器件的應(yīng)用也日漸廣泛，從另一方面來說，這也使得電路板的設(shè)計(jì)日漸復(fù)雜，因此對(duì)于電路板設(shè)計(jì)的可靠性要求也越來越高。監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)成為現(xiàn)代社會(huì)中必不可少的硬件設(shè)備，對(duì)于監(jiān)控系統(tǒng)電路板的設(shè)計(jì)工作，必須要對(duì)其可靠性的相關(guān)因素進(jìn)行充分的考慮，才能確保各項(xiàng)設(shè)計(jì)成果的有效性，從而保證產(chǎn)品性能的安全性和完整性，促進(jìn)相關(guān)工作的持續(xù)開展。

參考文獻(xiàn)：

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[3] 孫林.電氣安全智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].神州，2013，（3）.

篇2

【關(guān)鍵詞】現(xiàn)代電子設(shè)備 可靠性 設(shè)計(jì)

在電子信息技術(shù)不斷發(fā)展的過程中，高性能的元器件和超大規(guī)模的集成電路開始不斷朝著微細(xì)化的方向發(fā)展，同時(shí)在信號(hào)電平和電源電壓下降的情況下，導(dǎo)致電子設(shè)備對(duì)環(huán)境的干擾和外界應(yīng)力變得越來越敏感，而且內(nèi)部功率密度和電場強(qiáng)度的提高讓電子設(shè)備需要更好的熱耗散和功率耗散的途徑。在這樣的環(huán)境下，傳統(tǒng)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)已經(jīng)不能有效滿足現(xiàn)代電子設(shè)備的可靠性需求，所以就必須要去尋找更加適用、有效和系統(tǒng)的技術(shù)途徑。在電子設(shè)備的設(shè)計(jì)階段實(shí)施可靠性設(shè)計(jì)是保證電子設(shè)備可靠性最有效的手段，和生產(chǎn)階段以及測試階段相比它的成本低，可以采用的技術(shù)也很多。所以加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)代電子設(shè)備可靠性設(shè)計(jì)的演講具有非常重要的作用。

一、電子元器件的可靠性選用

電子元器件的可靠性是電子設(shè)備系統(tǒng)可靠性的基礎(chǔ)。為了能夠讓電子設(shè)備的可靠性和使用壽命得到有效提高，最重要的環(huán)節(jié)就是要選擇正確的電子元器件。

（一）選擇質(zhì)量和可靠性符合相關(guān)規(guī)范要求的電子元器件。研制生產(chǎn)企業(yè)可以制定出電子元器件的優(yōu)選清單，而行業(yè)的主管部門也應(yīng)該要制定出電子元器件的合格產(chǎn)品清單。電子設(shè)備的設(shè)計(jì)人員在選擇電子元器件時(shí)就應(yīng)該盡量從這兩個(gè)清單上去選擇。電子元器件產(chǎn)品要想列入到合格產(chǎn)品清單需要滿足相關(guān)的條件，這樣才能有效保證電子元器件的可靠性和質(zhì)量。

（二）選擇電子元器件型號(hào)和品種的原則。要盡量選擇通用元器件和標(biāo)準(zhǔn)器件，對(duì)非標(biāo)準(zhǔn)元器件和新品種元器件的選擇要謹(jǐn)慎。對(duì)元器件制造技術(shù)的成熟性也要重視；另外還需要對(duì)生產(chǎn)廠家的質(zhì)量控制能力、產(chǎn)品質(zhì)量信譽(yù)以及制造工藝水平進(jìn)行考察。

（三）電子元器件封裝形式的選擇。對(duì)于集成電路和半導(dǎo)體分立器件來說，如果用封裝材料來分主要就有塑料、金屬以及陶瓷封裝這幾種形式。塑料封裝的成本較低，但是耐濕性、耐久性以及耐熱沖擊能力不好，散熱也不容許，所以在高可靠的應(yīng)用場合要優(yōu)先選擇金屬封裝或者陶瓷封裝。如果從封裝形式來分就有插裝和表面貼裝這兩種形式。從可靠性來分析的話，表面貼裝要更有優(yōu)勢(shì)一些。

二、電子線路的可靠性設(shè)計(jì)分析

（一）簡化設(shè)計(jì)。因?yàn)榭煽啃允请娐返膹?fù)雜性函數(shù)，所以讓電路的復(fù)雜性下降則能夠有效提高電路的可靠性。在滿足規(guī)定功能的基礎(chǔ)上，要對(duì)電力結(jié)構(gòu)進(jìn)行盡量的簡化，最大程度的減少電子元器件使用的品種和類型，提高電子元器件的復(fù)用率。這也是讓電路可靠性得到有效提高的一種比較簡單和實(shí)用的措施。

（二）低功耗設(shè)計(jì)。電子系統(tǒng)正在向著高密度和小型化發(fā)展，這樣就使得電子系統(tǒng)的內(nèi)部熱功率密度加大，可靠性則會(huì)降低。要讓電子系統(tǒng)內(nèi)部的溫升減少，降低電路的功耗是最有效的措施。可以盡量選擇低功耗的元器件；在規(guī)定功能有效完成的情況對(duì)邏輯電路進(jìn)行最大程度的簡化，同時(shí)可以盡量讓軟件來完成硬件的功能，這樣系統(tǒng)的硬件數(shù)量就能有效減少。

（三）保護(hù)電路設(shè)計(jì)。電子系統(tǒng)在實(shí)際的運(yùn)行中可能會(huì)受到外界干擾信號(hào)以及各種應(yīng)力的影響，這樣電路就不能正常工作，情況嚴(yán)重時(shí)還會(huì)損壞內(nèi)部器件。所以在設(shè)計(jì)電路時(shí)，要根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)一定的保護(hù)電路。

（四）靈敏度分析。電子元器件對(duì)電路可靠性的影響主要取決于這個(gè)元器件造成電路性能變化的靈敏度，和電子元器件本身的質(zhì)量沒有關(guān)系，所以在設(shè)計(jì)電路時(shí)，需要分析靈敏度，這樣就能夠確定出哪些電子元器件或者子電路會(huì)對(duì)電力的性能造成比較明顯的影響，從而來對(duì)它進(jìn)行重點(diǎn)的設(shè)計(jì)。通過現(xiàn)有的邏輯模擬器或者電路模擬器就能有效完成靈敏度的分析。分析靈敏度也是提高電路可靠性的一個(gè)比較有效和經(jīng)濟(jì)的方式。

（五）均衡設(shè)計(jì)。在對(duì)電子系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要先將電子系統(tǒng)分成多個(gè)電路塊，這樣才能夠完成各種不同的功能。在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分割的時(shí)候，要注意電路結(jié)構(gòu)和功能的均衡性。每一塊電路的功能應(yīng)該要比較完整，各個(gè)電路之間的連接應(yīng)該要盡量減少，這樣互連對(duì)電路可靠性的影響才會(huì)減小；電路中元器件的數(shù)量相差不能過大，如果局部元器件過多的話就可能會(huì)帶來一些不可靠的因素。

（六）三次設(shè)計(jì)。三次設(shè)計(jì)主要包括參數(shù)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及容差設(shè)計(jì)。參數(shù)設(shè)計(jì)主要利用正交設(shè)計(jì)法，結(jié)合著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)從而來找出穩(wěn)定性比較好的合理參數(shù)組，它是三次設(shè)計(jì)的核心；系統(tǒng)設(shè)計(jì)就是一般的設(shè)計(jì)；而容差設(shè)計(jì)是當(dāng)確定了系統(tǒng)的最佳參數(shù)組合后，和組成系統(tǒng)的各個(gè)元器件容差進(jìn)行合理的規(guī)劃，讓產(chǎn)品能夠?qū)崿F(xiàn)物美價(jià)廉。采用此設(shè)計(jì)能夠讓產(chǎn)品具有很好的信噪比，而且元器件的忍受能力也比較強(qiáng)，系統(tǒng)能夠在長時(shí)間內(nèi)正常的工作。所以在元器件質(zhì)量相同的情況下，采用三次設(shè)計(jì)的電路可靠性更好一些。

（七）降額和冗余設(shè)計(jì)。一般整機(jī)在使用器件的過程中，主要是根據(jù)產(chǎn)品手冊(cè)中的電壓、電流、功率的額定值以及散熱條件來進(jìn)行。如果電子系統(tǒng)是在比較惡劣的環(huán)境下工作或者要求使用壽命比較長，為了讓這類電子設(shè)備的可靠性提高就需要對(duì)電子元器件進(jìn)行降額使用。降額設(shè)計(jì)主要是通過線路設(shè)計(jì)讓電子元器件在設(shè)備中承受的壓力比規(guī)定的額定應(yīng)力值低。而冗余設(shè)計(jì)主要是在系統(tǒng)或者設(shè)備的關(guān)鍵電路部位設(shè)計(jì)相關(guān)的功能通道，當(dāng)其中一個(gè)功能通道發(fā)生故障時(shí)，也可以采用其他的來代替，這樣系統(tǒng)或者設(shè)備就能正常工作，從而來提高系統(tǒng)或者設(shè)備的可靠性。

三、印制電路板的可靠性設(shè)計(jì)分析

現(xiàn)在很多電子設(shè)備基本上還是采用的以印制電路板為主的裝配方式，經(jīng)過相關(guān)的實(shí)踐證明可以發(fā)現(xiàn)，如果電路原理圖設(shè)計(jì)是正確的，但是印制電路板的布線設(shè)計(jì)卻不適當(dāng)，也可能會(huì)對(duì)器件的可靠性產(chǎn)生影響。設(shè)備中的印制電路板主要是通過空氣流動(dòng)來散熱的，所以在實(shí)際的設(shè)計(jì)過程中要對(duì)空氣流動(dòng)途徑進(jìn)行研究，對(duì)印制電路板或者元器件進(jìn)行合理的配置，這樣才能提高電子設(shè)備的可靠性。

四、結(jié)束語

隨著電子信息技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代電子設(shè)備可靠性的要求也在不斷提高，而通過可靠性設(shè)計(jì)則能夠讓電子設(shè)備的可靠性得到有效保證。在進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)時(shí)，首先要選擇合理和可靠的電子元器件，其次還需要對(duì)電子線路和印制電路板進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)，這樣才能夠讓電子設(shè)備的可靠性得到有效保證。

參考文獻(xiàn)：

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關(guān)鍵詞：時(shí)統(tǒng)；可靠性；比例組合法

Abstract：At present，the SB-123time unified equipment is used by us in our ship.This equipment is out of order frequently because it was in use for a long time and the components are ageing.In this paper ，I will introduce a way to design the reliability of the new time unified equipment and distribute the reliability of each modules. The design starts with actual demand of the experiment mission and on a basis of the reliability reliability of the SB-123 time unified equipment.

Key words：time；unified；reliability

1 前言

目前某型測量船使用SB-123時(shí)統(tǒng)系統(tǒng)，因使用時(shí)間過長、元器件老化加劇、海上特殊的自然環(huán)境等原因，系統(tǒng)可靠性退化嚴(yán)重。隨著高密度試驗(yàn)任務(wù)要求的不斷提高，該系統(tǒng)平均故障間隔時(shí)間800h的設(shè)計(jì)指標(biāo)也已不能滿足實(shí)際需要，設(shè)計(jì)新一代高可靠性時(shí)統(tǒng)系統(tǒng)成為亟待解決的問題。

2 系統(tǒng)可靠性模型

2.1 系統(tǒng)可靠性框圖

SB-123時(shí)統(tǒng)系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)已趨于成熟，新一代時(shí)統(tǒng)系統(tǒng)的物理模型與SB-123系統(tǒng)基本一致，分為頻標(biāo)單元、頻標(biāo)切換單元、時(shí)碼產(chǎn)生單元、時(shí)碼切換單元、時(shí)碼放大單元及輸出轉(zhuǎn)接單元，其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

考慮到各部件的相關(guān)性，電源系統(tǒng)為獨(dú)立的單元，不計(jì)入本文的可靠性設(shè)計(jì)模型中。為提高可靠性，頻標(biāo)單元與頻標(biāo)切換單元對(duì)頻率源進(jìn)行三選二智能切換，為時(shí)碼產(chǎn)生單元提供標(biāo)準(zhǔn)的工作頻率。時(shí)碼產(chǎn)生單元與時(shí)碼切換單元對(duì)時(shí)碼進(jìn)行三選二智能切換，輸出標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)至?xí)r碼放大單元，通過輸出轉(zhuǎn)接單元至全船各用戶。該系統(tǒng)的可靠性框圖如圖2所示。

其中S1為頻標(biāo)單元的可靠性表征，G1表決器為頻標(biāo)切換單元的可靠性表征，S1與G1表決器構(gòu)成三選二表決系統(tǒng)G1；S2為時(shí)碼產(chǎn)生單元的可靠性表征，G2表決器為時(shí)碼切換單元的可靠性表征，S2與G2表決器構(gòu)成三選二表決系統(tǒng)G2；S3、S4分別為時(shí)碼放大及輸出轉(zhuǎn)接單元的可靠性表征。由此可知，該系統(tǒng)是由三選二表決系統(tǒng)與串聯(lián)系統(tǒng)構(gòu)成的混合型系統(tǒng)。

2.2 系統(tǒng)可靠性數(shù)學(xué)模型

時(shí)統(tǒng)設(shè)備中的電路設(shè)計(jì)主要基于線性組件，并由可編程邏輯器件、接插件、電容電阻等組成。其故障原因大多由于偶然沖擊引起系統(tǒng)失效，通常認(rèn)為在很短的時(shí)間間隔內(nèi)不會(huì)發(fā)生多次沖擊，且在一定的時(shí)間間隔內(nèi)每次沖擊是彼此獨(dú)立的。故系統(tǒng)可靠性基于指數(shù)分布建立數(shù)學(xué)模型，并取可靠度作為特征量對(duì)系統(tǒng)可靠性進(jìn)行量化。

4 結(jié)束語

本文從某型測量船實(shí)際需求出發(fā)，以SB-123時(shí)統(tǒng)系統(tǒng)的可靠性表現(xiàn)為基礎(chǔ)，通過比例組合法，對(duì)適應(yīng)高密度試驗(yàn)任務(wù)的新一代時(shí)統(tǒng)系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行了設(shè)計(jì)并對(duì)各個(gè)單元的可靠度進(jìn)行了重新分配。后續(xù)將對(duì)復(fù)雜電磁環(huán)境下及海上特殊自然環(huán)境下元器件的可靠性退化規(guī)律進(jìn)行探討，旨在為后續(xù)電路設(shè)計(jì)及元器件選型提供參考。

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【關(guān)鍵詞】機(jī)載同步；激光測距機(jī)；可靠性設(shè)計(jì)；分析和探究

1 引言

新形勢(shì)下，隨著科學(xué)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，機(jī)載同步激光測距機(jī)的開發(fā)和應(yīng)用也日益受到人們的廣泛關(guān)注和重視。機(jī)載同步激光測距機(jī)，主要通過發(fā)送和接收激光回波信號(hào)來判斷被測目標(biāo)的具置距離，被廣泛應(yīng)用于高壓電網(wǎng)架設(shè)、石油開采、道路建設(shè)及軍事部門等多個(gè)領(lǐng)域。通過對(duì)機(jī)載同步激光測距機(jī)可靠性設(shè)計(jì)的分析和探討，解決機(jī)載同步激光測距機(jī)關(guān)鍵技術(shù)中存在的問題，能夠進(jìn)一步推動(dòng)機(jī)載同步激光測距機(jī)的普及應(yīng)用，并發(fā)揮出更為重要的作用。

2 機(jī)載同步激光測距機(jī)的可靠性設(shè)計(jì)

2.1 機(jī)載同步激光測距機(jī)的設(shè)計(jì)要求

根據(jù)火控總體的主要技術(shù)指標(biāo)規(guī)定，機(jī)載同步激光測距機(jī)的工作波長應(yīng)該保持在1.06um，測程在200m～10km，并在最大測程時(shí)，能見度必須達(dá)到15km，測距精度為±10m，重復(fù)的頻率最好設(shè)定在1Hz左右。機(jī)載同步激光測距機(jī)的連續(xù)工作時(shí)間，要求每工作10s，間隔30s，總共循環(huán)5次。在通訊方式上，可以選用RS422，工作溫度穩(wěn)定在-30℃～﹢55℃之間，并保證重量在2.5kg左右，MTBF達(dá)500h。

2.2 機(jī)載同步激光測距機(jī)的組成、功能及設(shè)計(jì)特點(diǎn)

機(jī)載同步激光測距機(jī)的功能組成，主要有激光器件、激光發(fā)射電源、激光接收放大器、距離信息處理器和光學(xué)系統(tǒng)，以及低壓電源等幾個(gè)部分。且在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上，具有結(jié)構(gòu)一體化、分艙隔離的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，在系統(tǒng)電路上，具有高低壓、強(qiáng)弱信號(hào)和信號(hào)與電源彼此之間相互隔離的設(shè)計(jì)特點(diǎn)。

（1）激光器件

激光器件是產(chǎn)生1.06um激光輻射的核心器件，通過在性能指標(biāo)、剛性和絕緣性，以及體積、重量上，對(duì)激光器件實(shí)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，要求激光器件通過自然冷卻的方式，選擇非金屬材料作為聚光腔的設(shè)計(jì)材料，選擇染料片作為調(diào)Q元件，避免調(diào)Q軟件的干擾。

（2）激光發(fā)射電源

包括工作時(shí)序控制電路、主高壓形成電路和氙燈觸發(fā)電路，以及放電電路等在電路內(nèi)的激光發(fā)射電源的主要功能，是為激光器件提供電源，保證激光器件正常工作，除此之外，激光發(fā)射電源還能夠提供復(fù)位信號(hào)給信息處理器。

（3）激光接收放大器

在探測到激光回波信號(hào)時(shí)，激光接收放大器還能夠?qū)⑵溥M(jìn)行放大和處理，從而發(fā)出關(guān)門信號(hào)，在距離信息處理器接收后，按要求完成操作。激光接收放大器在集成對(duì)數(shù)放大器技術(shù)的應(yīng)用基礎(chǔ)上，不但促使其體積僅為常用電路1/4，同時(shí)也促使激光接收放大器的可靠性和抗干擾能力得到有效提高。

（4）距離信息處理器

距離信息處理器包括光取樣電路、門控電路、計(jì)數(shù)電路和晶振電路等電路在內(nèi)，主要用于處理和發(fā)送距離信息。在AMD可編程邏輯技術(shù)的基礎(chǔ)上，距離信息處理器的高集成性、抗干擾性有了進(jìn)一步提高，而且在功耗方面，也有所降低。

（5）光學(xué)系統(tǒng)

光學(xué)系統(tǒng)，包括發(fā)射和接收光學(xué)系統(tǒng)兩個(gè)部分。發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)主要用于壓窄激光器件發(fā)射激光脈沖的發(fā)散角，促使機(jī)載同步測距機(jī)的能量密度得到提高，而接收光學(xué)系統(tǒng)，則能夠通過會(huì)聚的形式，將反射回來的光束聚集在雪崩光電探測器的光敏面上。

（6）低壓電源

低壓電源主要由兩個(gè)部分組成，即變壓器和±12V直流電壓與±5V直流電壓形成的電路共同組成。通過低壓電源，能夠?qū)蜗嚯娫础⒔涣?15V電源轉(zhuǎn)換為機(jī)載同步激光測距機(jī)所需要的電源，維持激光測距機(jī)正常工作。

2.3 機(jī)載同步激光測距機(jī)的工作原理

機(jī)載同步激光測距機(jī)的工作原理，主要包括發(fā)射光束、接收并轉(zhuǎn)換光束、關(guān)門信號(hào)和開門信號(hào)等幾個(gè)步驟，大概分析如下。

（1）發(fā)射光束

在激光發(fā)射電源的基礎(chǔ)上，Nd：YAG固體激光器能夠產(chǎn)生工作波長為1.06um單脈沖激光束，并接受發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)對(duì)發(fā)散角進(jìn)行壓窄和擴(kuò)展，由導(dǎo)向光學(xué)系統(tǒng)發(fā)射給目標(biāo)。

（2）接收并轉(zhuǎn)換光束

由接收光學(xué)系統(tǒng)接收反射回來的單脈沖激光束，并在通過濾波后，再將單脈沖激光束會(huì)聚到雪崩光電探測器上實(shí)現(xiàn)光回波脈沖向電脈沖的轉(zhuǎn)換。

（3）關(guān)門信號(hào)

經(jīng)由激光接收放大器放大、處理，將回波關(guān)門信號(hào)發(fā)送給距離信息處理器。

（4）開門信號(hào)

在距離信息處理器發(fā)射激光脈沖的同時(shí)，距離信息處理器會(huì)從光取樣電路上接收到到開門信號(hào)，并通過激光發(fā)射電源獲取同步復(fù)位信號(hào)，讓數(shù)字電路處于等待執(zhí)行狀態(tài)。當(dāng)開門信號(hào)被執(zhí)行，電子門打開，計(jì)時(shí)器開始測量間隔脈沖，直到回波關(guān)門脈沖返回，電子門關(guān)閉，計(jì)時(shí)器同時(shí)停止工作。

2.4 機(jī)載同步激光測距機(jī)的設(shè)計(jì)及關(guān)鍵技術(shù)

（1）電磁兼容性

電磁兼容性，是機(jī)載同步激光測距機(jī)可靠性設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù)之一。在1Hz激光測距機(jī)中，觸發(fā)干擾經(jīng)常出現(xiàn)，給整機(jī)其他電子線路造成了很大的電磁干擾。通過采取屏蔽觸發(fā)變壓器，控制輻射干擾范圍，或是采取觸發(fā)回路與其他電路電隔離，預(yù)防傳導(dǎo)干擾，或是在布局上進(jìn)行分區(qū)隔離、在易受干擾的元件上加設(shè)濾波等幾種方式，能夠有效降低觸發(fā)干擾的發(fā)生。

（2）熱設(shè)計(jì)

機(jī)載同步激光測距機(jī)是通過自然冷卻的形式散發(fā)元件工作時(shí)產(chǎn)生的熱量的，為了保證機(jī)載同步激光測距機(jī)能夠長時(shí)間工作，防止溫度過高損壞元件，在激光器件的通道設(shè)計(jì)上，需要注重其傳導(dǎo)散熱的良好性能。

（3）降額設(shè)計(jì)

在脈沖激光測距機(jī)的日常工作中，很多元件往往需要在超負(fù)荷的狀態(tài)下工作，長此以往，很容易降低元件使用壽命，對(duì)元件造成損壞。為此，在進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該注重元件的耐壓、功耗及變化率等方面的設(shè)計(jì)。

（4）可靠性設(shè)計(jì)

根據(jù)《航空機(jī)載設(shè)備可靠性維修性工程應(yīng)用手冊(cè)》來看，有源器件與平均故障間隔時(shí)間主要呈曲線關(guān)系變化，激光測距機(jī)的平均無故障時(shí)間MTBF大概在900h，在手冊(cè)的可靠性等級(jí)之中。

（5）連續(xù)無故障時(shí)間（MTBF）

機(jī)載同步激光測距機(jī)的可靠性設(shè)計(jì)，要求MTBF值達(dá)到500h。根據(jù)不同的情況，需要考慮分析的差異也不同。

例如：某激光測距機(jī)主要由A、B、C、D四個(gè)構(gòu)件構(gòu)成，連續(xù)無故障時(shí)間T=480h如下所示，現(xiàn)為提高該激光測距機(jī)的可靠性，要求將X材料換掉，由Y材料代替，預(yù)計(jì)改進(jìn)后的連續(xù)無故障時(shí)間能否達(dá)到可靠性要求？

A.1100h B.2000h C.2050h D.6000h

根據(jù)分析，激光測距機(jī)主要是材料發(fā)生變化，對(duì)于只需對(duì)X、Y材料做抗拉試驗(yàn)、彈性模量、系統(tǒng)剛度、強(qiáng)度和熱膨脹系數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù)，以及材料密度、伸長率等進(jìn)行分析，得出Y材料可使D的T提高20%。因此，

新T（D）=6000×（1+20%）=7200h

改進(jìn)后的整體產(chǎn)品T=1/（1/1000+1/2000+1/2050+1/6000）=504h

3 結(jié)束語

通過對(duì)機(jī)載同步激光測距機(jī)的可靠性設(shè)計(jì)的研究，能夠在加深人們對(duì)機(jī)載同步激光測距機(jī)的認(rèn)識(shí)和了解的同時(shí)，幫助提高機(jī)載同步激光測距機(jī)的抗干擾能力，降低能耗，延長其使用壽命，從而進(jìn)一步推動(dòng)機(jī)載同步激光測距機(jī)的普及應(yīng)用。

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篇5

關(guān)鍵詞：單片機(jī) 可靠性 抗干擾 硬件 軟件

中圖分類號(hào)：TP368.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2013）07-0011-01

1 引言

由于單片機(jī)靈活小巧、智能方便等特點(diǎn)，其在多個(gè)領(lǐng)域受到科技工作者的歡迎，如在工業(yè)控制、儀器儀表、測控等方面應(yīng)用非常普遍。統(tǒng)計(jì)顯示，以單片機(jī)作為核心的自動(dòng)控制系在我國已占到所有微機(jī)測控系統(tǒng)的90%。

單片機(jī)系統(tǒng)運(yùn)用如此之廣，但其工作環(huán)境卻相當(dāng)惡劣，實(shí)時(shí)控制的現(xiàn)場工作環(huán)境相當(dāng)復(fù)雜，自動(dòng)控制系統(tǒng)需要全天滿負(fù)荷地運(yùn)行。這樣的環(huán)境與需求對(duì)單片機(jī)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性提出了較高的要求，因此可靠性的設(shè)計(jì)是對(duì)單片機(jī)控制系統(tǒng)最基本、最重要的設(shè)計(jì)，也是現(xiàn)今單片機(jī)研究非常重要的一個(gè)方面。

2 單片機(jī)系統(tǒng)可靠性

可靠性的定義是產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和時(shí)間內(nèi)能夠完成規(guī)定功能的能力。硬件的可靠性顯示了設(shè)計(jì)者按照用戶的要求來確定硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)，從而體現(xiàn)其執(zhí)行功能的正確程度；軟件的可靠性則顯示了設(shè)計(jì)者按照用戶的要求來確定軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)，從而體現(xiàn)其執(zhí)行功能的正確程度；硬件與軟件綜合起來的可靠性體現(xiàn)的就是系統(tǒng)的可靠性。

3 提高硬件可靠性

在單片機(jī)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與制造過程中，設(shè)計(jì)者可采用如下的一些方法與措施來提高硬件系統(tǒng)可靠性，從而來增強(qiáng)整個(gè)系統(tǒng)抗干擾的能力。

（1）干擾源抑制。對(duì)于不同的干擾源，應(yīng)采取不同的措施來起到抑制干擾的作用。如可以給電機(jī)加上濾波電路，給繼電器接點(diǎn)兩端并接火花抑制電路；如可以在控硅兩端并接RC抑制電路，以減小可控硅所產(chǎn)生的噪聲；如可以在繼電器線圈增加續(xù)流二極管，以消除斷開線圈時(shí)所產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)干擾；還可以在系統(tǒng)中加入氣體放電管等元件，從而防止雷擊干擾。（2）元器件選用。元器件的質(zhì)量、性能與可靠性是提高硬件系統(tǒng)可靠性的基本保證，重點(diǎn)選擇集成度高、可編程的邏輯器件，這樣可以使得在保證元器件質(zhì)量的同時(shí)盡量減少數(shù)量。另外在選擇元器件的時(shí)候，在滿足系統(tǒng)性能的情況下盡量選擇外時(shí)鐘頻率低的芯片；并且所有的元器件應(yīng)經(jīng)過老化與高低溫的測試，必須測試合格后再使用。（3）控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是影響系統(tǒng)可靠性非常重要的方面。在設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件的機(jī)構(gòu)時(shí)，不僅要考慮各類的元器件工作速度是否匹配，高速與低速器件不應(yīng)混用；還要考慮各類的器件工作溫度特性是否匹配，若工作溫度相差大，兩者要分開使用；另外還要考慮在模擬輸出的通道上加裝調(diào)零電路，來提高測控的精度；以及數(shù)字I/O通道的加光電耦合器，要切斷主機(jī)和前后通道的聯(lián)系，將噪聲排除在主機(jī)系統(tǒng)外。（4）接地設(shè)計(jì)。不同的電路接地方式不同。高頻電路（高于10MHz）應(yīng)采用就近多點(diǎn)接地的方式，避免各地線之間的耦合；低頻電路（少于1MHz）應(yīng)采用一點(diǎn)接地的方式，減少地環(huán)路的出現(xiàn)；頻率在1MHz至10MHz之間時(shí)，以上兩種接地方式均可采用。但若采用一點(diǎn)接地的方式，其地線的長度不應(yīng)超過波長的1/20。另外，注意交流地與信號(hào)地不能共用；小信號(hào)前置放大電路本身應(yīng)采用一點(diǎn)接地的方式；A/D前置放大電路則一般浮空；單片機(jī)與大功率器件之間的地線應(yīng)單獨(dú)接地。（5）屏蔽和去耦設(shè)計(jì)。屏蔽方面，應(yīng)使用金屬盒，對(duì)容易干擾與擾的部件、電路進(jìn)行屏蔽，使干擾的電磁波短路接地。去耦方面，由于數(shù)字電路信號(hào)在電平轉(zhuǎn)換的過程中會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊電流，同時(shí)在傳輸線與電源內(nèi)阻上產(chǎn)生壓降，從而對(duì)電路形成嚴(yán)重的干擾。設(shè)計(jì)者應(yīng)在電路中配置去耦電容，一方面提供與吸收集成電路在開門瞬間所充放的電能量，另一方面則是濾掉集成電路中的高頻噪聲。

4 提高軟件可靠性

在單片機(jī)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)與制造過程中，設(shè)計(jì)者可采用如下的一些方法與措施來提高軟件系統(tǒng)可靠性，從而來增強(qiáng)整個(gè)系統(tǒng)抗干擾的能力。

（1）數(shù)字濾波技術(shù)。在單片機(jī)系統(tǒng)的所有輸入信號(hào)中，一般均會(huì)含有各種各樣的噪聲與干擾，它們分別來自被測信號(hào)源本身、傳感器與外界干擾等。數(shù)字濾波技術(shù)可以將上述的噪聲與干擾削弱或消除。所謂的數(shù)字濾波，即是通過某些計(jì)算與判斷程序來減少干擾信號(hào)的比重，因此它是一種軟件濾波。（2）指令冗余技術(shù)。當(dāng)PC受到干擾出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，原定程序就會(huì)脫離正常的軌道，出現(xiàn)“亂飛”的現(xiàn)象。如當(dāng)亂飛至某雙字節(jié)指令時(shí)，若取指令的時(shí)刻正好落在操作數(shù)上，則會(huì)誤將操作數(shù)當(dāng)作操作碼，最終程序?qū)⒊霈F(xiàn)混亂。這時(shí)應(yīng)采用指令冗余技術(shù)，在一些雙字節(jié)與三字節(jié)的指令后面插入兩個(gè)單字節(jié)的指令NOP，或者在一些起到程序流向決定作用的指令前插入兩條NOP指令，這樣便能使亂飛的PC指針恢復(fù)正常。（3）軟件容錯(cuò)技術(shù)。軟件容錯(cuò)技術(shù)包括數(shù)據(jù)容錯(cuò)和程序容錯(cuò)兩方面的技術(shù)。數(shù)據(jù)容錯(cuò)技術(shù)常采用的措施是在重要的數(shù)據(jù)上增加冗余位，從而加大數(shù)據(jù)和代碼間的漢明距離，增強(qiáng)檢錯(cuò)與糾錯(cuò)能力。程序容錯(cuò)技術(shù)則要是指指令容錯(cuò)，即為前面所述的指令冗余技術(shù)。（4）睡眠抗干擾技術(shù)。CPU在很多的情況下都是處于等待的狀態(tài)的，此時(shí)它雖然沒有工作，但是卻是清醒的，很容易受到干擾。如果CPU在沒有進(jìn)行正常工作時(shí)休眠，在必要時(shí)由中斷系統(tǒng)喚醒它，則可以大大降低其所受到的干擾，也大大降低功耗。

5 結(jié)語

單片機(jī)系統(tǒng)可靠性的設(shè)計(jì)是整個(gè)控制系統(tǒng)安全運(yùn)行的基礎(chǔ)保障，也是系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)環(huán)節(jié)。實(shí)踐表明，我們的科技工作者必須要認(rèn)真分析單片機(jī)的工作環(huán)境與性能要求，客觀合理地對(duì)其系統(tǒng)的軟件與硬件進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)，使得系統(tǒng)能夠最大限度避免外界干擾的影響以及干擾所引起的其他非正常運(yùn)行，保證系統(tǒng)可以長期可靠地工作。本文從單片機(jī)可靠性分析入手，論述提高其可靠性的措施，并提出了增強(qiáng)單片機(jī)系統(tǒng)可靠性的硬件和軟件的設(shè)計(jì)方法。本文旨在拋磚引玉，為讀者提供思路，希望能在后期挖掘出更多的新的設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)

[1]任曉榮.單片機(jī)系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)測量與控制，2003，（11）.

[2]曲桂芳，野錦德.提高單片機(jī)測控系統(tǒng)可靠性的若干措施[J].天津通信技術(shù).2001，（2）：20-24.

篇6

【關(guān)鍵詞】開關(guān)電源 可靠性 三防設(shè)計(jì)

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，開關(guān)電源已經(jīng)應(yīng)用于人們生活的方方面面，人們對(duì)開關(guān)電源的的可靠性要求也在不斷的提高，開關(guān)電源的可靠性是保證設(shè)備正常運(yùn)行的關(guān)鍵。為此如何設(shè)計(jì)出可靠性性能高的開關(guān)電源成為相關(guān)研究者重點(diǎn)研究的方向。

1 開關(guān)電源可靠性設(shè)計(jì)

1.1 供電方式的選擇

集中式供電系統(tǒng)和分布式供電系統(tǒng)是開關(guān)電源主要兩種供電方式，其中集中式供電系統(tǒng)會(huì)由于輸出間和傳輸距離不同的偏差，容易造成壓差，給整個(gè)供電的質(zhì)量造成影響，另外，集中式供電系統(tǒng)采用一臺(tái)電源集中供電，一旦該電源發(fā)生故障就會(huì)影響整個(gè)供電系統(tǒng)，分布式供電系統(tǒng)相比集中式供電系統(tǒng)供電質(zhì)量具有一定的優(yōu)勢(shì)，其供電電源和負(fù)載距離比較近，能夠有效改善動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，除此之外，還具有能源損耗小，傳輸效率高，節(jié)約能源的優(yōu)點(diǎn)，因此分布式供電星相比集中式供電具有一定的可靠性。在設(shè)計(jì)開關(guān)電源時(shí)，出于可靠性的考慮，通常都應(yīng)用分布式供電系統(tǒng)，

1.2 電路拓?fù)溥x擇

開關(guān)電源的拓?fù)涞慕Y(jié)構(gòu)非常多，有推挽式、半橋、全橋、單端正激式，單段反激式，雙管正激式，雙單端正激式、雙正激式等八種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，雙橋或者半橋正激式電路開關(guān)能夠滿足電源最大的輸入電壓，所以在選擇開關(guān)管時(shí)比較容易，單端反激式、單端正激式、推挽式雙端正激式、電路拓?fù)洌溟_關(guān)管的承受電壓大約是2倍的輸入電壓，給開關(guān)管選擇帶來很大的困難。全橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和推挽式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)容易出現(xiàn)單向偏磁飽和現(xiàn)象，容易造成開關(guān)管損壞，半橋電路本身具有自動(dòng)抗不平衡的特點(diǎn)，可以有效改善開關(guān)管損壞的現(xiàn)象。所以根據(jù)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，為了保證開關(guān)電源的可靠性通常選用雙管正激式電路或者半橋電路。

1.3 控制策略

電流型PWM控制主要是中小功率電源中應(yīng)用的方法，其在電壓控制方面具有以下優(yōu)勢(shì)：

（1）比電壓型控制速度快，并且不出出現(xiàn)電流過大損壞開關(guān)管的現(xiàn)象，降低了短路故障和過載現(xiàn)象；

（2）比電壓型紋波穩(wěn)定；

（3）容易補(bǔ)償，環(huán)路穩(wěn)定；

（4）快速的瞬態(tài)響應(yīng)和優(yōu)良的電網(wǎng)電壓調(diào)整率。經(jīng)過實(shí)踐證明50W開關(guān)電源采用電流控制，輸出紋波大約為25mV，遠(yuǎn)遠(yuǎn)比電壓控制型優(yōu)良。

硬開關(guān)技術(shù)往往會(huì)受到開關(guān)損耗的影響，一般情況下，其開關(guān)頻率都在350kHZ之下，利用諧振原理的軟開關(guān)技術(shù)，可以將開關(guān)的損耗降低到零。軟開關(guān)技術(shù)具有諧振變換器和PWM變換器的優(yōu)點(diǎn)，可以應(yīng)用于大功率帶能源中。

1.4 元器件

元器件能夠直接影響開關(guān)電源的可靠性，通常開關(guān)電源中元器件失效主要有以下幾種原因。

1.4.1 質(zhì)量問題

制造質(zhì)量出現(xiàn)問題，解決的方法只有一個(gè)就是嚴(yán)格的選擇元器件，避免不成熟、劣質(zhì)的元器件投入使用，選擇有知名度的廠家，最大限度的避免因元器件質(zhì)量問題影響開關(guān)電源的可靠性。

1.4.2 器件可靠性問題

器件可靠性是常見的基本失效問題，主要和元器件的工作應(yīng)力水平有關(guān)，因此需要選擇可靠性良好的元器件，在選擇元器件時(shí)將早期失效。密封性能不合格。穩(wěn)定性差、電參數(shù)不合格、外觀不合格的元器件剔除。在應(yīng)用元器件之前進(jìn)行非破壞性試驗(yàn)進(jìn)行篩選，通過非破壞性試驗(yàn)可以明顯降低元器件可靠性的問題，在進(jìn)行非破壞性試驗(yàn)時(shí)需要讓普通電容器和電阻在室溫條件下，嚴(yán)格按照技術(shù)要求進(jìn)行測試。

1.4.3 設(shè)計(jì)問題

為了有效降低設(shè)計(jì)問題導(dǎo)致的元器件失效，因此在選擇元器件時(shí)最好選用硅半導(dǎo)體，盡量少用褚半導(dǎo)體或者避免使用褚半導(dǎo)體，；最好使用集成電路，盡可能降低分離器件的數(shù)目；盡量使用玻璃封裝或者金屬封裝、陶瓷封裝的器件，杜絕使用塑料封裝的器件；設(shè)計(jì)的原則一般是不使用電位器，但是如果無法避免，就需要對(duì)電位器最好封裝措施，對(duì)于在惡劣環(huán)境下。例如潮濕、煙霧等，在設(shè)計(jì)時(shí)不要選用率電解電容，由于鋁電解電容自身的特性，導(dǎo)致其容易在惡劣的環(huán)境中發(fā)生腐蝕，進(jìn)而影響設(shè)備的正常運(yùn)行。在航天設(shè)備中應(yīng)用的元器件因?yàn)槌３Ｊ艿娇臻g粒子的影響，容易導(dǎo)致鋁電解電容發(fā)生分解。因此在選擇時(shí)盡量不要選用率電解電容。

1.4.4 能源損耗問題

能源損耗問題和元器件的工作應(yīng)力沒有關(guān)系，主要和元器件的工作的時(shí)間有關(guān)，例如鋁電解容易如果長時(shí)間運(yùn)行，鋁電解電容的電容液就會(huì)會(huì)被破壞，相應(yīng)的電電容容量就會(huì)降低，電解液沒損失40%，電容量就會(huì)下降20%。如果點(diǎn)容易的芯子出現(xiàn)干涸，就無法在繼續(xù)運(yùn)行，因此為了避免這種情況的發(fā)生，在設(shè)計(jì)開關(guān)電源時(shí)，最好注明率電解電容的更換時(shí)間，在使用達(dá)到更換時(shí)間時(shí)，強(qiáng)制對(duì)其進(jìn)行跟換。

1.5 安全設(shè)計(jì)和三防設(shè)計(jì)

安全性是開關(guān)電源重要的一項(xiàng)性能指標(biāo)，如果開關(guān)電源不具有安全性就不可能實(shí)現(xiàn)預(yù)定的功能，還特別容易發(fā)生安全事故，從而導(dǎo)致發(fā)生無法挽回的重大損失。因此開關(guān)電源必須要具有很高的安全性，那么在設(shè)計(jì)開關(guān)電源時(shí)，需做好防止觸電燒傷的措施，對(duì)于防觸電可以將輸出端設(shè)計(jì)為空，對(duì)于防燒傷控制其暴露在外面的機(jī)殼以及散熱性等零件不要讓去其溫度超過60度。在開關(guān)設(shè)計(jì)時(shí)，密封的要求也非常高，因此對(duì)于要求密封的器件做好相應(yīng)的密封措施了對(duì)于暴露在空氣中的結(jié)構(gòu)，不要設(shè)計(jì)凹陷的結(jié)構(gòu)，做好防潮防腐蝕措施，對(duì)于開關(guān)的電源結(jié)構(gòu)可以應(yīng)用密封或者半密封的形勢(shì)隔絕不利的因素，在組建表面涂覆準(zhǔn)用的防潮、防霉菌、防鹽霧氫氣，避免任何對(duì)開關(guān)電源不利的因素，保證開關(guān)電源的可靠性。

2 結(jié)束語

開關(guān)電源的可靠性和開關(guān)電源設(shè)備的性能息息相關(guān)，因此保證開關(guān)電源的可靠性保證開關(guān)電源的設(shè)備的正常運(yùn)行，選擇合適的元器件，合適的拓?fù)潆娐窙]做好安全設(shè)計(jì)和三防設(shè)計(jì)可以有效提高開關(guān)電源的可靠性。

參考文獻(xiàn)

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篇7

關(guān)鍵詞：機(jī)電產(chǎn)品；可靠性；探討

引言

隨著技術(shù)的迅速發(fā)展，機(jī)電產(chǎn)品在國防、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)、科研和民用等方面的應(yīng)用種類越來越多，而且都離不開電源技術(shù)和其它技術(shù)的應(yīng)用。如果在其應(yīng)用中忽略了可靠性管理，機(jī)電產(chǎn)品的質(zhì)量也不會(huì)得到保證。可靠性是產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。所以，可靠性是產(chǎn)品質(zhì)量的時(shí)間指標(biāo)，是產(chǎn)品性能能否在實(shí)際使用中得到充分發(fā)揮的關(guān)鍵之一。機(jī)電產(chǎn)品的可靠性是設(shè)計(jì)出來的、生產(chǎn)出來的。可靠性設(shè)計(jì)必須與機(jī)電產(chǎn)品的功能設(shè)計(jì)同步進(jìn)行。因此，設(shè)計(jì)人員必須明確可靠性設(shè)計(jì)的目的并掌握可靠性設(shè)計(jì)的方法。

下面僅對(duì)機(jī)電產(chǎn)品的可靠性進(jìn)行部分簡要探討。

1 可靠性設(shè)計(jì)

1.1 可靠性設(shè)計(jì)的目的

可靠性設(shè)計(jì)的目的一般包括以下幾個(gè)方面：

——目的任何國家的產(chǎn)品的先進(jìn)性和可靠性對(duì)其國際貿(mào)易、國際聲譽(yù)和國際地位都有很大的影響，因此，各國政府都很重視產(chǎn)品的可靠性問題；

——經(jīng)濟(jì)目的對(duì)銷售而言，產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性水平是其占領(lǐng)市場份額和獲得信譽(yù)的關(guān)鍵性因素；對(duì)生產(chǎn)而言，生產(chǎn)設(shè)備的可靠性故障會(huì)影響生產(chǎn)，造成經(jīng)濟(jì)損失；因此，各廠家和用戶都很重視產(chǎn)品的可靠性問題；

——軍事目的軍用設(shè)備的可靠性直接關(guān)系到戰(zhàn)斗的成敗，人員的傷亡，甚至國家的安全，因此，各國都很重視軍用產(chǎn)品的可靠性問題。

1.2 可靠性設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想

可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)是在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中采取相應(yīng)的措施，以提高產(chǎn)品的可靠性并達(dá)到可靠性指標(biāo)的一門技術(shù)。為此應(yīng)當(dāng)充分注意以下幾個(gè)方面：

——充分估計(jì)現(xiàn)有的技術(shù)水平，盡量采用成熟的、定型的、標(biāo)準(zhǔn)的原材料、元器件、電路和工藝來完成設(shè)計(jì)；

——準(zhǔn)確掌握產(chǎn)品在運(yùn)輸、儲(chǔ)存和使用中可能遇到的環(huán)境條件，采取相應(yīng)的可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)，以便使產(chǎn)品增強(qiáng)對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力；

——應(yīng)當(dāng)充分滿足設(shè)計(jì)與工藝制造、調(diào)試檢測和維護(hù)使用的相互要求；

——可靠性定量活動(dòng)應(yīng)當(dāng)貫穿于產(chǎn)品研制的全過程，包括可靠性分析、預(yù)計(jì)、論證、指標(biāo)的確定和分配、設(shè)計(jì)、制造、調(diào)試檢測和維護(hù)使用等；

——重視和加強(qiáng)設(shè)計(jì)階段的可靠性管理，在設(shè)計(jì)中，必須貫徹和執(zhí)行可靠性設(shè)計(jì)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范、產(chǎn)品可靠性要求事項(xiàng)、可靠性工作和可靠性審查程序等管理措施。

1.3 可靠性與維修性指標(biāo)的論證和確定

可靠性與維修性指標(biāo)的論證應(yīng)當(dāng)特別注意以下兩個(gè)問題：

——被論證的機(jī)電產(chǎn)品應(yīng)該具有哪些可靠性與維修性指標(biāo)用來表征產(chǎn)品可靠性的數(shù)量特征有很多，對(duì)被論證的機(jī)電產(chǎn)品應(yīng)該根據(jù)其用途選用適當(dāng)?shù)目煽啃耘c維修性指標(biāo)，例如對(duì)可修復(fù)的連續(xù)工作的機(jī)電產(chǎn)品，應(yīng)以規(guī)定時(shí)間內(nèi)的可靠度或平均無故障工作時(shí)間和平均維修時(shí)間作為主要可靠性指標(biāo)；

——決定機(jī)電產(chǎn)品可靠性與維修性指標(biāo)的高低應(yīng)當(dāng)根據(jù)使用要求、成本和研制進(jìn)度來決定機(jī)電產(chǎn)品可靠性與維修性指標(biāo)的高低，例如軍用機(jī)電產(chǎn)品的可靠性與維修性指標(biāo)過低，不僅會(huì)喪失戰(zhàn)機(jī)，而且還將處于被動(dòng)挨打狀態(tài)；而可靠性與維修性指標(biāo)過高，不僅會(huì)延長研制周期，而且還將增大研制經(jīng)費(fèi)。

1.4 可靠性指標(biāo)和性能指標(biāo)的關(guān)系

可靠性指標(biāo)和性能指標(biāo)的關(guān)系應(yīng)當(dāng)特別注意以下3點(diǎn)：

——可靠性是產(chǎn)品質(zhì)量的時(shí)間指標(biāo)；

——如果達(dá)不到可靠性指標(biāo)的最低要求，性能指標(biāo)再好也沒有實(shí)際使用價(jià)值，反之亦然；

——性能指標(biāo)的裕量是保證可靠性指標(biāo)的必要條件。

1.5 可靠性增長

任何產(chǎn)品初期的可靠性不可能達(dá)到預(yù)期的水平，都需要一個(gè)經(jīng)過不斷地采取各種糾正措施的增長過程。可靠性增長應(yīng)當(dāng)把握以下3個(gè)主要因素：

——產(chǎn)品的反饋，特別應(yīng)該重視用戶的意見；

——產(chǎn)品可靠性故障的檢測與分析；

——采取相應(yīng)的糾正措施并進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。

2 元器件的選擇與使用

元器件是機(jī)電產(chǎn)品可靠性的基礎(chǔ)之一，很多機(jī)電產(chǎn)品的失效是由于元器件的性能和質(zhì)量問題造成的。例如，國內(nèi)某煉鋼廠用中頻爐熔煉鋼鐵，其中頻電源是利用晶閘管全橋逆變獲得的，每個(gè)橋臂上的晶閘管均并有阻容吸收電路。熔煉過程中，由于阻容吸收電路中的電容被擊穿導(dǎo)致晶閘管失去保護(hù)而被擊穿，從而造成直通故障和快速熔斷器熔斷，中頻爐斷電，正在熔煉的鋼鐵凝結(jié)在爐中，造成極大損失。由此可以看出元器件的選擇與使用的重要性。

2.1 元器件的選用原則

元器件的選用要遵循下述原則：

——根據(jù)產(chǎn)品要實(shí)現(xiàn)的功能要求和環(huán)境條件，選用相應(yīng)種類、型號(hào)規(guī)格質(zhì)量等級(jí)的元器件；

——根據(jù)元器件使用時(shí)的應(yīng)力情況，確定元器件的極限值，按降額設(shè)計(jì)技術(shù)選用元器件；

——根據(jù)產(chǎn)品要求的可靠性等級(jí)，選用與其適應(yīng)的并通過國家質(zhì)量認(rèn)證合格單位生產(chǎn)的元器件；

——盡量選用標(biāo)準(zhǔn)的、系列化的元器件，重要的關(guān)鍵件應(yīng)選用軍用級(jí)以上元器件；

——對(duì)非標(biāo)準(zhǔn)的元器件要進(jìn)行嚴(yán)格的驗(yàn)證，使用時(shí)要經(jīng)過批準(zhǔn)；

——根據(jù)國家或本單位的元器件優(yōu)選手冊(cè)選用。

2.2 器件封裝結(jié)構(gòu)和質(zhì)量等級(jí)的選擇

2.2.1 器件封裝結(jié)構(gòu)的選擇

環(huán)氧樹脂塑封器件為非氣密性結(jié)構(gòu)，易受潮氣、鹽霧和其它腐蝕性氣體的侵蝕而失效。因此，對(duì)使用環(huán)境苛刻的產(chǎn)品，應(yīng)當(dāng)選用金屬、陶瓷或低熔點(diǎn)玻璃封裝的器件。

2.2.2 質(zhì)量等級(jí)的選擇

質(zhì)量等級(jí)是指元器件裝機(jī)使用前，在制造、檢驗(yàn)和篩選過程中質(zhì)量的控制等級(jí)。我國電子元器件分為a，b，c三個(gè)質(zhì)量層次，每個(gè)質(zhì)量層次包含幾個(gè)質(zhì)量等級(jí)，每個(gè)質(zhì)量等級(jí)都有相應(yīng)的質(zhì)量系數(shù)。

質(zhì)量等級(jí)的選擇原則為：

——對(duì)可靠性要求高的產(chǎn)品，優(yōu)先選用通過生產(chǎn)線軍用標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證并已上qpl（質(zhì)量認(rèn)證合格產(chǎn)品目錄）表的元器件；

——關(guān)鍵件、重要件、分配可靠性高、基本失效率高的元器件應(yīng)當(dāng)選用質(zhì)量等級(jí)高的元器件；

——其它元器件可按其生產(chǎn)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，參照國標(biāo)中質(zhì)量等級(jí)順序選用。

2.3 降額設(shè)計(jì)

2.3.1 降額設(shè)計(jì)的依據(jù)

電子元器件在使用或貯存過程中，總存在著某種比較緩慢的變化。這種變化發(fā)展到一定程度時(shí)，會(huì)使元器件的特性退化、功能喪失，即失效了。而這種變化的快慢，與溫度和施加在元器件上的應(yīng)力大小直接相關(guān)。為此，應(yīng)當(dāng)對(duì)元器件實(shí)行降額設(shè)計(jì)。

2.3.2 降額等級(jí)

對(duì)不同的元器件，應(yīng)用在不同的場合，實(shí)行不同的降額等級(jí)：

——Ⅰ級(jí)降額，是最大降額，應(yīng)用于最關(guān)鍵設(shè)備；

——Ⅱ級(jí)降額，是中等降額，應(yīng)用于重要設(shè)備；

——Ⅲ級(jí)降額，是最小降額，應(yīng)用于一般設(shè)備。

2.3.3 降額注意事項(xiàng)

降額注意事項(xiàng)如下：

——有些元器件的應(yīng)力是不能降額的，如電子管的燈絲電壓、繼電器線圈的吸合電流；

——有些元器件應(yīng)力的降額是有限度的，如薄膜電阻器的功率減到10％以下時(shí)，二極管的反向電壓減到60％以下時(shí)，失效率將不再下降；

——有些電容器的降額可能發(fā)生低電平失效，即當(dāng)電容器兩端電壓過低時(shí)呈現(xiàn)開路失效。

2.3.4 降額系數(shù)

降額系數(shù)是依靠試驗(yàn)數(shù)據(jù)和使用的環(huán)境來確定的。確定降額系數(shù)的方法如下：

——模型及基本失效率與溫度、降額系數(shù)之間的關(guān)系曲線；

——減額曲線給出了為保證元器件可靠工作所選擇的降額系數(shù)與溫度之間的函數(shù)關(guān)系，當(dāng)在該減額曲線上工作的半導(dǎo)體結(jié)溫達(dá)到其最高結(jié)溫時(shí)，其失效率仍然較高；

——應(yīng)用減額圖，即在減額曲線的下方，通過試驗(yàn)找到一條半導(dǎo)體結(jié)溫較低的減額曲線；

——各種元器件的減額因子參見國家標(biāo)準(zhǔn)。

3 三防設(shè)計(jì)

任何機(jī)電產(chǎn)品都是在一定的環(huán)境下工作的，而潮濕、鹽霧和霉菌會(huì)降低材料的絕緣強(qiáng)度，引起漏電，從而導(dǎo)致故障。因此，必須采取防止或減少環(huán)境條件對(duì)機(jī)電產(chǎn)品可靠性影響的各種方法，以保證機(jī)電產(chǎn)品工作中的性能。例如，國內(nèi)某廠家生產(chǎn)的ups，由于沒有采用三防設(shè)計(jì)，在沿海和潮濕地區(qū)應(yīng)用時(shí)多次發(fā)生故障，致使該廠家的維修費(fèi)用過高，幾乎到了無利可圖的地步。由此可以看出采用三防設(shè)計(jì)的重要性。為此應(yīng)當(dāng)充分注意以下幾個(gè)方面。

3.1 防潮設(shè)計(jì)

防潮設(shè)計(jì)的原則如下：

——采用吸濕性小的元器件和材料；

——采用噴涂、浸漬、灌封、憎水等處理；

——局部采用密封結(jié)構(gòu)；

——改善整機(jī)使用環(huán)境，如采用空調(diào)、安裝加熱去濕裝置。

3.2 防霉設(shè)計(jì)

防霉設(shè)計(jì)的原則如下：

——采用抗霉材料，例如無機(jī)礦物質(zhì)材料；

——采用防霉劑進(jìn)行處理；

——控制環(huán)境條件來抑制霉菌生長，例如采用防潮、通風(fēng)、降溫等措施。

3.3 防鹽霧設(shè)計(jì)

防鹽霧設(shè)計(jì)的原則如下：

——采用防潮和防腐能力強(qiáng)的材料；

——采用密封結(jié)構(gòu)；

——岸上設(shè)備應(yīng)當(dāng)遠(yuǎn)離海岸。

4 抗震設(shè)計(jì)

任何機(jī)電產(chǎn)品都要經(jīng)過從廠家到用戶的裝運(yùn)過程，特別是在振動(dòng)場合下應(yīng)用的機(jī)電產(chǎn)品，必須采取防止或減少振動(dòng)環(huán)境條件對(duì)機(jī)電產(chǎn)品可靠性影響的各種方法，以保證機(jī)電產(chǎn)品工作中的性能。例如，國內(nèi)某個(gè)著名研究所在上世紀(jì)60年代購入一臺(tái)幾十萬元的真空熔爐設(shè)備，在廠家驗(yàn)收合格后運(yùn)往北京。然而經(jīng)過多次調(diào)試，其高壓電源均調(diào)不到額定值，只好丟棄在庫房中。后來被另一個(gè)研究所以廢品的價(jià)格買走，打開高壓電源的油箱后發(fā)現(xiàn)高壓變壓器的初級(jí)繞組三相進(jìn)線中有一根斷裂。這很可能是該產(chǎn)品從廠家到北京的裝運(yùn)過程中發(fā)生的。由于沖擊和振動(dòng)會(huì)引起材料的機(jī)械強(qiáng)度降低，甚至?xí)l(fā)生材料斷裂，從而導(dǎo)致故障。為此應(yīng)當(dāng)充分注意以下幾個(gè)方面：

——印制板上各元器件引腳線長應(yīng)當(dāng)盡量短，以增加抗振動(dòng)能力；

——印制板應(yīng)當(dāng)豎放并進(jìn)行加固；

——較重的器件應(yīng)當(dāng)進(jìn)行加固；

——懸空的引線不宜拉的過緊，以防振動(dòng)時(shí)斷裂；

——運(yùn)輸機(jī)電產(chǎn)品時(shí)，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)防震措施；

——振動(dòng)場合應(yīng)用的機(jī)電產(chǎn)品，應(yīng)當(dāng)采用防震措施。

5 電磁兼容性設(shè)計(jì)

電磁兼容性是指電子設(shè)備在電磁環(huán)境中正常工作的能力。電磁干擾是對(duì)電子設(shè)備工作性能有害的電磁變化現(xiàn)象。電磁干擾不僅影響電子設(shè)備的正常工作，甚至造成電子設(shè)備中的某些元器件損害。因此，對(duì)電子設(shè)備的電磁兼容技術(shù)要給予充分的重視。既要注意電子設(shè)備不受周圍電磁干擾而能正常工作，又要注意電子設(shè)備本身不對(duì)周圍其他設(shè)備產(chǎn)生電磁騷擾，影響其他設(shè)備正常運(yùn)行。

例如，國內(nèi)某廠家生產(chǎn)的二氧化碳激光器刻標(biāo)機(jī)，由于對(duì)電磁兼容性設(shè)計(jì)重視不夠，每當(dāng)二氧化碳激光器刻標(biāo)機(jī)運(yùn)行時(shí)，其周圍的計(jì)算機(jī)等電子設(shè)備便無法工作。這主要是因?yàn)槎趸技す馄骺虡?biāo)機(jī)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的空間電磁輻射干擾所致。為此應(yīng)當(dāng)充分注意以下幾個(gè)方面。

5.1 電磁兼容性控制

電磁兼容性控制主要包括以下各項(xiàng)：

——落實(shí)電磁兼容性管理機(jī)構(gòu)的職責(zé)、權(quán)限和實(shí)施；

——電磁兼容性的預(yù)測和分析；

——制定項(xiàng)目的電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)；

——進(jìn)行項(xiàng)目的頻譜管理；

——制定電源、結(jié)構(gòu)、工藝、布局等電磁兼容性的要求；

——擬制電磁兼容性試驗(yàn)大綱。

5.2 電磁兼容性設(shè)計(jì)指標(biāo)

電磁兼容性設(shè)計(jì)指標(biāo)可以參照相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)。

5.3 電磁兼容性設(shè)計(jì)方法

電磁兼容性設(shè)計(jì)方法主要包括以下各項(xiàng)。

5.3.1 抑制騷擾源

抑制騷擾源的主要方法如下：

——限制騷擾源的電壓、電流變化率；

——限制騷擾源的電壓、電流幅?；

——限制騷擾源的頻率；

——直流電源的去耦；

——交流電源變壓器的電磁屏蔽；

——對(duì)感性負(fù)載的騷擾源采取相應(yīng)措施；

——采用獨(dú)立電源。

5.3.2 切斷干擾的耦合通道

切斷干擾的耦合通道的主要方法如下：

——完整的電磁屏蔽以切斷空間干擾的耦合通道；

——合適頻譜的濾波以切斷線路傳導(dǎo)干擾的耦合通道；

——適當(dāng)?shù)慕拥匾越档偷鼐€干擾的耦合通道；

——采用適當(dāng)?shù)膶?dǎo)線以傳輸不同性質(zhì)的信號(hào)；

—

—注意元器件的布局，以降低干擾耦合；

——應(yīng)用布線技術(shù)，以降低干擾耦合；

——采用電磁、光電、機(jī)械等隔離技術(shù)，切斷干擾的耦合通道。

5.3.3 提高敏感電路的抗干擾能力

提高敏感電路的抗干擾能力的主要方法如下：

——選用具有高抗干擾能力的元器件；

——采用完整的電磁屏蔽；

——采用合適的濾波技術(shù)；

——限制電路的帶寬；

——采用合理的去耦措施；

——采用合理的接地。

5.4 電磁兼容性試驗(yàn)驗(yàn)證

電磁兼容性試驗(yàn)驗(yàn)證可以參照相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

6 安全性設(shè)計(jì)

安全性是保證機(jī)電設(shè)備能夠可靠地完成其規(guī)定功能，同時(shí)保證操作和維護(hù)人員的人身安全的重要特性。例如，國內(nèi)某廠家生產(chǎn)的ups有兩個(gè)性能和參數(shù)不同的端口，但是卻采用了兩個(gè)相同的電連接器。操作人員匆忙中插錯(cuò)了電連接器，造成該電源燒毀。對(duì)此如有防差錯(cuò)的安全性設(shè)計(jì)，就不會(huì)發(fā)生這種災(zāi)難性后果。安全性設(shè)計(jì)主要有以下幾項(xiàng)內(nèi)容。

6.1 防止電危險(xiǎn)的安全性設(shè)計(jì)

防止電危險(xiǎn)的安全性設(shè)計(jì)主要包括：

——設(shè)計(jì)操作方便的電源開關(guān)，以便能及時(shí)切斷電源；

——全部外露金屬件都要可靠接地；

——設(shè)置過壓、過流和漏電保護(hù)裝置；

——設(shè)置高壓電容器自動(dòng)放電裝置；

——電源和高壓部位應(yīng)當(dāng)設(shè)置明顯標(biāo)志，如電源進(jìn)出線的‘火’‘零’‘地’，蓄電池的‘正’‘負(fù)’，以防誤操作；

——特別要注意高壓部件的絕緣設(shè)計(jì)；

——露天使用的機(jī)電產(chǎn)品應(yīng)設(shè)置避雷裝置；

——多個(gè)電連接器，應(yīng)有防差錯(cuò)設(shè)計(jì)。

6.2 防止機(jī)械危險(xiǎn)的安全性設(shè)計(jì)

防止機(jī)械危險(xiǎn)的安全性設(shè)計(jì)主要包括：

——運(yùn)動(dòng)部件應(yīng)當(dāng)加防護(hù)和限位裝置以保證人身安全；

——設(shè)備的邊角應(yīng)當(dāng)導(dǎo)圓以防傷人；

——門、抽屜以及其它運(yùn)動(dòng)部件，應(yīng)當(dāng)加連鎖裝置以防意外脫落；

——有危險(xiǎn)的部位，應(yīng)當(dāng)設(shè)置明顯標(biāo)志。

6.3 防止火災(zāi)和爆炸危險(xiǎn)的安全性設(shè)計(jì)

防止火災(zāi)和爆炸危險(xiǎn)的安全性設(shè)計(jì)主要包括：

——有爆炸危險(xiǎn)的物資，對(duì)其使用、運(yùn)輸和存儲(chǔ)都應(yīng)有相應(yīng)的安全措施；

——有易燃危險(xiǎn)的物資，應(yīng)有相應(yīng)的防范措施；

——對(duì)電氣設(shè)備，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)維護(hù)和檢修，以防引起火災(zāi)；

——盡量采用阻燃性好的材料；

——設(shè)置滅火裝置。

6.4 防止輻射危險(xiǎn)的安全性設(shè)計(jì)

防止輻射危險(xiǎn)的安全性設(shè)計(jì)主要包括：

——微波輻射功率密度大于10mw/cm2，應(yīng)當(dāng)加裝防護(hù)衰減裝置；

——磁通量大于0.1t，應(yīng)當(dāng)加裝防護(hù)衰減裝置；

——因?yàn)榧す膺M(jìn)入人眼的密度不能大于

5×10－6j/cm2，因此，產(chǎn)生激光的部位應(yīng)設(shè)置明顯標(biāo)志；

——x射線每周累計(jì)照射量一般不能大于5.58×10－2c/kg。

7 使用與定期維護(hù)

最后，正確使用與定期維護(hù)也是提高機(jī)電產(chǎn)品可靠性的重要內(nèi)容。為此應(yīng)當(dāng)充分注意以下幾個(gè)方面。

7.1 機(jī)電產(chǎn)品

使用機(jī)電產(chǎn)品時(shí)，首先應(yīng)當(dāng)了解它的工作原理，其次應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格遵循它的使用程序，最后應(yīng)當(dāng)對(duì)其進(jìn)行定期維護(hù)，這樣才能提高機(jī)電產(chǎn)品的可靠性。

7.2 電源

移動(dòng)機(jī)電產(chǎn)品的電源是油機(jī)和蓄電池，它們的性能好壞是整個(gè)機(jī)電產(chǎn)品可靠工作的前提。為此，應(yīng)當(dāng)對(duì)油機(jī)和蓄電池正確使用與定期維護(hù)。

7.3 電器

電器是供電系統(tǒng)中的重要元器件。電器觸頭的燒蝕和絕緣性能的下降，往往導(dǎo)致重大事故。為此，應(yīng)當(dāng)對(duì)電器進(jìn)行定期維護(hù)。

7.4 活動(dòng)連接件

在振動(dòng)場合下使用的機(jī)電產(chǎn)品，其活動(dòng)連接件易松動(dòng)，特別是導(dǎo)電的活動(dòng)連接件松動(dòng)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致事故的發(fā)生。為此，應(yīng)當(dāng)對(duì)活動(dòng)連接件進(jìn)行定期維護(hù)。

7.5 供電線纜

供電線纜是電能傳遞的路徑，電能的主要參數(shù)是電流和電壓。電流在供電線纜中流動(dòng)時(shí)會(huì)發(fā)熱，發(fā)熱將導(dǎo)致供電線纜絕緣強(qiáng)度降低，嚴(yán)重的會(huì)引起供電線纜火災(zāi)。電壓對(duì)供電線纜的絕緣形成應(yīng)力，應(yīng)用中的供電線纜絕緣性能在不斷下降，一旦電壓的應(yīng)力超過絕緣的承受能力，會(huì)造成絕緣擊穿而發(fā)生故障。特別是位于金屬走線槽口處的線纜應(yīng)當(dāng)增加保護(hù)套，以防長期磨損而可能發(fā)生對(duì)地短路的故障。

篇8

【關(guān)鍵詞】：單片機(jī); 抗干擾; 控制狀態(tài); 冗余技術(shù)

隨著電子技術(shù)和微型計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展，促進(jìn)了微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。中小規(guī)模的單片機(jī)控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)及日常生活中的智能機(jī)電一體化產(chǎn)品得到了廣泛的應(yīng)用。在單片機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)過程中，我們不單要突出設(shè)備的自動(dòng)化程度及智能性，另一方面也要重視控制系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性，否則就無法體現(xiàn)控制系統(tǒng)的優(yōu)越性。

1. 系統(tǒng)受到干擾的主要原因和現(xiàn)象

由于單片機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用系統(tǒng)的工作環(huán)境往往是比較惡劣和復(fù)雜的，其應(yīng)用的可靠性、安全性就成為一個(gè)非常突出的問題。單片機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用必須長期穩(wěn)定、可靠地運(yùn)行，否則將導(dǎo)致控制誤差加大，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使系統(tǒng)失靈，甚至造成巨大的損失。

影響單片機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用的可靠、安全運(yùn)行的主要因素是來自系統(tǒng)內(nèi)部和外部的各種電氣干擾，以及系統(tǒng)結(jié)果設(shè)計(jì)、元器件選擇、安裝、制造工藝和外部環(huán)境條件等。這些因素對(duì)控制系統(tǒng)造成的干擾后果主要表現(xiàn)在下述幾個(gè)方面。

（1） 數(shù)據(jù)采集誤差加大。干擾侵入單片機(jī)控制系統(tǒng)測量單元模擬信號(hào)的輸入通道，疊加在有用信號(hào)之上，會(huì)使數(shù)據(jù)采集誤差加大，特別是當(dāng)傳感器輸出弱信號(hào)時(shí)干擾更加嚴(yán)重。

（2） 控制狀態(tài)失靈。微機(jī)輸出的控制信號(hào)常依賴某些條件的狀態(tài)輸入信號(hào)和這些信號(hào)的邏輯處理結(jié)果。若這些輸入的狀態(tài)信號(hào)受到干擾，引入虛假狀態(tài)信號(hào)，將導(dǎo)致輸出控制誤差加大，甚至控制失常。

（3） 數(shù)據(jù)受干擾發(fā)生變化。單片機(jī)控制系統(tǒng)中，由于RAM存儲(chǔ)器是可以讀/寫的，故在干擾的侵害下，RAM中的數(shù)據(jù)有可能被竄改。在單片微機(jī)系統(tǒng)中，程序及表格、常數(shù)存于程序存儲(chǔ)器中，避免了這些數(shù)據(jù)受到干擾破壞，但對(duì)于內(nèi)RAM、外擴(kuò)RAM中的數(shù)據(jù)都有可能受到外界干擾而變化。根據(jù)干擾竄入的途徑、受干擾數(shù)據(jù)的性質(zhì)不同，系統(tǒng)受損壞的情況也不同．有的造成數(shù)據(jù)誤差．有的使控制失靈，有的改變程序狀態(tài)，有的改變某些部件（如定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，串行口等）的工作狀態(tài)等。

（4） 程序運(yùn)行失常。單片機(jī)控制系統(tǒng)中程序計(jì)數(shù)器的正常工作，是系統(tǒng)維持程序正常運(yùn)行的關(guān)鍵所在。如果外界干擾導(dǎo)致計(jì)數(shù)器的值改變，破壞了程序的正常運(yùn)行。由于受到干擾后計(jì)數(shù)器的值是隨機(jī)的，因而導(dǎo)致程序混亂。通常的情況是程序?qū)?zhí)行一系列毫無意義的指令，最后進(jìn)入"死循環(huán)"，這將使輸出嚴(yán)重混亂或系統(tǒng)失靈。

2. 系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)的分析和方法

單片機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用的可靠性技術(shù)涉及到生產(chǎn)過程的方方面面，不僅與設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)、安裝、維護(hù)有關(guān)，還與生產(chǎn)管理、質(zhì)量監(jiān)控體系、使用人員的專業(yè)水平與素質(zhì)有關(guān)。這里主要是從技術(shù)角度分析提高系統(tǒng)可靠性的最常用方法。

導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定的內(nèi)部因素主要有以下三點(diǎn)：

（1） 元器件本身的性能與可靠性。元器件是組成系統(tǒng)的基本單元，其特性好壞與穩(wěn)定性直接影響整系統(tǒng)性能與可靠性。因此，在可靠性設(shè)計(jì)當(dāng)中，首要的工作是精選元器件，使其在長期穩(wěn)定性、精度等級(jí)方面滿足要求。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，電子元器件的可靠性不斷提高，現(xiàn)在小功率晶體管及中小規(guī)模IC芯片的實(shí)際故障大約為10×10-9/h。這為提高系統(tǒng)性能與可靠性提供了很好的基礎(chǔ)。

（2） 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。包括硬件電路結(jié)構(gòu)和運(yùn)行軟件設(shè)計(jì)。電路設(shè)計(jì)中要求元器件或線路布局合理以消除元器件之間的電磁耦合相互干擾，優(yōu)化的電路設(shè)計(jì)也可以消除或削弱外部干擾對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響，如去耦電路、平衡電路等。同時(shí)也可以采用冗余結(jié)構(gòu)，也稱容錯(cuò)技術(shù)或故障掩蓋技術(shù)，它是通過增加完成同一功能的并聯(lián)或備用單元〔包括硬件單元或軟件單元〕數(shù)目來提高系統(tǒng)可靠性的一種設(shè)計(jì)方法。當(dāng)某些元器件發(fā)生故障時(shí)也不影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。對(duì)于消減外部電磁干擾，可采用電磁兼容設(shè)計(jì)，目的是提高單片機(jī)系統(tǒng)在電磁環(huán)境中的適應(yīng)性，即能保持完成規(guī)定功能的能力。常用的抗電磁干擾的硬件措施有濾波技術(shù)、去耦電路、屏蔽技術(shù)、接地技術(shù)等。

軟件是微機(jī)系統(tǒng)區(qū)別于其它通用電子設(shè)備的獨(dú)到之處，通過合理編制軟件可以進(jìn)一步提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。常用的軟件措施主要有：一是信息冗余技術(shù)，對(duì)單片機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用而言，保持信號(hào)信息和重要數(shù)據(jù)是提高可靠性的主要方面。為防止系統(tǒng)故障等原因而丟失信息，常將重要數(shù)據(jù)或文件多重化，復(fù)制一份或多份"拷貝"，并存于不同空間，一旦某一區(qū)間或某一備份被破壞，則自動(dòng)從其它部分重新復(fù)制，使信息得以恢復(fù)。二是時(shí)間冗余技術(shù)，為提高單片機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用的可靠性，可采用重復(fù)執(zhí)行某一操作或某一程序，并將執(zhí)行結(jié)果與前一次結(jié)果進(jìn)行比較對(duì)照來確認(rèn)系統(tǒng)工作是否正常。只有當(dāng)兩次結(jié)果相同時(shí)，才被認(rèn)可，并進(jìn)行下一步操作。

若兩次結(jié)果不相同，可再次重復(fù)執(zhí)行一次，當(dāng)?shù)谌谓Y(jié)果與前兩次之中的一次相同時(shí)，則認(rèn)為另一結(jié)果是偶然故障引起的，應(yīng)剔除。若三次結(jié)果均不相同，則初步判定為硬件永久性故障，需進(jìn)一步檢查。這種辦法是用時(shí)間為代價(jià)來換取可靠性，稱為時(shí)間冗余技術(shù)，也稱為重復(fù)檢測技術(shù)。三是故障自動(dòng)檢測與診斷技術(shù)，對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)，為了保證能及時(shí)檢測出有故障裝置或單元模塊，以便及時(shí)把有用單元替換上去，就需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行在線測試與診斷。這樣做的目的有兩個(gè)：一是為了判定動(dòng)作或功能的正常性；二是為了及時(shí)指出故障部位，縮短維修時(shí)間。四是軟件可靠性技術(shù)：單片機(jī)控制系統(tǒng)運(yùn)行軟件是系統(tǒng)要實(shí)行的各項(xiàng)功能的具體反映。軟件的可靠性主要標(biāo)志是軟件是否真實(shí)而準(zhǔn)確地描述了要實(shí)現(xiàn)的各種功能。因此對(duì)生產(chǎn)工藝過程的了解程度直接關(guān)系到軟件的編寫質(zhì)量。提高軟件可靠性的前提條件是設(shè)計(jì)人員對(duì)生產(chǎn)工藝過程的深入了解，并且使軟件易讀、易測和易修改。五是失效保險(xiǎn)技術(shù)：有些重要系統(tǒng)，一但發(fā)生故障時(shí)希望整個(gè)系統(tǒng)應(yīng)處于安全或保險(xiǎn)狀態(tài)。此外，還有常見的數(shù)字濾波、程序運(yùn)行監(jiān)視及故障自動(dòng)恢復(fù)技術(shù)等。

（3） 安裝與調(diào)試。元器件與整個(gè)系統(tǒng)的安裝與調(diào)試，是保證系統(tǒng)運(yùn)行與可靠性的重要措施。盡管元器件選擇嚴(yán)格，系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)合理，但安裝工藝粗糙，調(diào)試不嚴(yán)格，仍然達(dá)不到預(yù)期的效果。

導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定的外因是指單片機(jī)控制系統(tǒng)所處工作環(huán)境中的外部設(shè)備或空間條件導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行的不可靠因素，主要包括以下幾點(diǎn)：一是外部電氣條件，如電源電壓的穩(wěn)定性、強(qiáng)電場與磁場等的影響；二是外部空間條件，如溫度、濕度，空氣清潔度等；三是外部機(jī)械條件，如振動(dòng)、沖擊等。

為保證系統(tǒng)可靠工作，必須創(chuàng)造一個(gè)良好的外部環(huán)境。例如：采取屏蔽措施、遠(yuǎn)離產(chǎn)生強(qiáng)電場干擾的設(shè)備；加強(qiáng)通風(fēng)以降低環(huán)境溫度；安裝緊固以防振動(dòng)等。

元器件的選擇是根本，合理安裝調(diào)試是基礎(chǔ)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)是手段，外部環(huán)境是保證，這是可靠性設(shè)計(jì)遵循的基本準(zhǔn)則，并貫穿于系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試、運(yùn)行的全過程。為實(shí)現(xiàn)這些準(zhǔn)則，必須采取相應(yīng)的硬件或軟件方面的措施，這是可靠性設(shè)計(jì)的根本任務(wù)。

中小規(guī)模的單片機(jī)控制系統(tǒng)在開發(fā)過程中，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用中的工作環(huán)境，采用以上的系統(tǒng)抗干擾優(yōu)化設(shè)計(jì)的措施與方法，基本能有效地提高單片機(jī)系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性，充分地體現(xiàn)單片機(jī)控制系統(tǒng)在不增加控制成本的情況提高機(jī)電設(shè)備的自動(dòng)化性能與智能性的優(yōu)越所在。

參考文獻(xiàn)

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篇9

蒙特卡羅方法是容查分析方法的一種,被大量應(yīng)用于電路防真分析。蒙特卡羅方法的本質(zhì)思想是假定所研究問題是若干已知概率分布的隨機(jī)變量的函數(shù),并據(jù)此建立一個(gè)數(shù)學(xué)模型;對(duì)隨機(jī)變量進(jìn)行反復(fù)抽樣,并根據(jù)模型計(jì)算每次抽樣下的相關(guān)統(tǒng)計(jì)量,當(dāng)抽樣足夠大的時(shí)候,統(tǒng)計(jì)量的平均值可作為問題的近似解,而解的可能覆蓋范圍可用統(tǒng)計(jì)量的標(biāo)準(zhǔn)偏差來計(jì)算。

關(guān)鍵詞:電源可靠性容差分析仿真

容差分析實(shí)例:

以下以一車載電源為例,展開蒙特卡羅分析,蒙特卡羅分析是容差分析的一種具體方法。

如圖是由LM317等構(gòu)成的充電器電路。它是采用LM317的恒流充電電路,其輸入電壓Ui為+17～+30V,輸出電壓U。最大為13.8V,電流為1A。輸出電壓與被充電電池的充電終止電壓一致,由分壓電阻R1和R2進(jìn)行設(shè)定。用R6檢測輸出電流,再通過Q1和Q2自動(dòng)調(diào)整LM317使其輸出電壓與電池端子電壓一致,輸出約0.35A的恒定電流。R6阻值可按下式確定,即R6=UBE/1A=0.7V/0.35A≈2Ω,電路中選用2Ω。

對(duì)于電源電路,輸出電壓的穩(wěn)定值是電路設(shè)計(jì)最為關(guān)心的指標(biāo)。輸出電壓的穩(wěn)定值由R1和R2電阻所決定,因此對(duì)R1和R2兩個(gè)參數(shù)進(jìn)行分析,他們實(shí)際電路取值為240Ω和1.9KΩ,選擇電阻精度為1%,輸出電壓要求為5.0V +/-0.2。如果電阻R1和R2公差精度等級(jí)由1%放寬到5%,輸出電壓要求仍然為5.0V +/-0.2。

根據(jù)傳統(tǒng)電路設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),無法對(duì)電路參數(shù)和穩(wěn)定性之間的影響做定量的分析,因此工程師一般就采用低公差高穩(wěn)定性的高成本元器件,雖然對(duì)性能沒有影響,穩(wěn)定性也有所保證,但是元器件成本較高,這樣做勢(shì)必造成產(chǎn)品成本提高,制造困難。

蒙特卡羅分析利用一種統(tǒng)計(jì)分析方法,分析電路元件的參數(shù)在一定數(shù)值范圍內(nèi)在按照指定的誤差分布變化時(shí)對(duì)電路特性的影響。對(duì)電路進(jìn)行蒙特卡羅分析時(shí),一般要進(jìn)行多次仿真分析。首先按電路元件標(biāo)稱值進(jìn)行仿真,然后在電路元件參數(shù)標(biāo)稱值基礎(chǔ)上加減一個(gè)δ值進(jìn)行仿真分析,所去的值取決于所選擇的δ概率分布類型。

蒙特卡羅參數(shù)仿真器參數(shù)設(shè)置主要有以下幾個(gè)部分:

1、蒙特卡羅分析次數(shù)。最小值必須大于等于2

2、模型參數(shù)公差設(shè)置。即選擇公差范圍百分比

3、輸出節(jié)點(diǎn)選擇

Multisim 軟件在蒙特卡羅性能參數(shù)設(shè)置:電阻R1和R2為電路中需要進(jìn)行蒙特卡羅仿真的雙參數(shù),電阻值分別為240Ω和1.9KΩ。本例僅以選擇電阻精度等級(jí)角度(精度等級(jí)由1%放寬到5%)來說明Multisim 仿真方法在定量進(jìn)行容差分析中的蒙特卡羅分析中的應(yīng)用。蒙特卡羅分析精度與仿真次數(shù)(抽樣次數(shù))直接相關(guān),抽樣次數(shù)直接在“分析參數(shù)”中按照需要設(shè)定。假設(shè)本例中30次已經(jīng)能夠滿足統(tǒng)計(jì)精度要求,則在運(yùn)行次數(shù)中設(shè)定30次.在對(duì)該電路仿真前同時(shí)按照要求設(shè)定公差,此例中電阻R1和R2公差設(shè)置為5%。

輸出波形是仿真后得到的30條輸出電壓響應(yīng)曲線,如圖(Car Power Supplier Monte Carlo Analysis)所示。

根據(jù)圖示蒙特卡羅分析,可以得出:基于Multisim仿真方法,對(duì)電路參數(shù)進(jìn)行定量分析,證明該電路電阻R1和R2公差精度等級(jí)由1%放寬到5%完全能夠滿足系統(tǒng)工作的要求。

結(jié)論:

容差分析作為電路系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)與分析的一個(gè)重要環(huán)節(jié),提供了同時(shí)研究多個(gè)變量對(duì)一個(gè)輸出變量的效應(yīng)的方法。這些實(shí)驗(yàn)有一系列運(yùn)行或檢驗(yàn)組成,其中對(duì)輸入變量進(jìn)行有目的更改,并在每次運(yùn)行后收集數(shù)據(jù)。特別是在開發(fā)階段通過防真軟件(Saber, Multisim)的容差分析技術(shù)和方法的應(yīng)用研究,可以實(shí)現(xiàn)在電路設(shè)計(jì)階段中對(duì)元器件公差選擇和最終電路的輸出特性分布做出預(yù)測,并得到批量生產(chǎn)時(shí)產(chǎn)品的系統(tǒng)性能可靠性以及電路參數(shù)變化對(duì)系統(tǒng)性能的影響,由此為電路可靠性設(shè)計(jì)和研究提供了一種有效的方法。

參考文獻(xiàn):

[1]熊偉、侯傳教、梁青、孟濤. 電路設(shè)計(jì)及仿真應(yīng)用. 清華大學(xué)出版社.

篇10

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們的生活變得越來越便利。現(xiàn)下一些電子產(chǎn)品逐漸融入了人們的生活中，那么我們?cè)谶M(jìn)行電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)的時(shí)候就需要進(jìn)行一定的可行性分析，以及生產(chǎn)過程中的可靠行設(shè)計(jì)。換言之，可靠性設(shè)計(jì)就是在生產(chǎn)前期進(jìn)行測試，通過實(shí)驗(yàn)，總結(jié)出這件產(chǎn)品的質(zhì)量和可能遇到的問題。總之，任何一件電子產(chǎn)品的生產(chǎn)過程都要有可靠性設(shè)計(jì)以及可靠性測試的過程。鑒于此，本文是對(duì)電子產(chǎn)品的可靠性測試進(jìn)行了分析，僅供參考。

【關(guān)鍵詞】電子產(chǎn)品 可靠性設(shè)計(jì) 測試

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們生活舒適度逐漸提高，電子產(chǎn)品逐漸成為人們?nèi)粘Ｉ钪械闹匾a(chǎn)品。電子產(chǎn)品種類逐漸增多，功能更加實(shí)用化，普通大眾已經(jīng)對(duì)電子產(chǎn)品具有一定的依賴性，電子產(chǎn)品使用率逐漸提升。人們對(duì)電子產(chǎn)品的使用性能要求不斷提高，這就要求電子產(chǎn)品可靠性必須要提升。在未來電子產(chǎn)品的可靠性工作也會(huì)越來越重要。

1 電子產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)概述

1.1 電子產(chǎn)品可靠性定義

電子產(chǎn)品的可靠性就是指電子產(chǎn)品在固定的時(shí)間以及環(huán)境下，能否達(dá)到設(shè)計(jì)之初的目標(biāo)以及設(shè)計(jì)的要求，它是檢驗(yàn)電子產(chǎn)品是否合格的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，更是評(píng)估一件產(chǎn)品的可靠性水平的固定值。我們?cè)谶M(jìn)行可靠性測試的時(shí)候，就需要對(duì)電子產(chǎn)品的壽命以及重要零件的進(jìn)行試驗(yàn)，通過實(shí)驗(yàn)的到的數(shù)據(jù)對(duì)電子產(chǎn)品的可靠性進(jìn)行檢測和對(duì)比，這樣我們就能夠?qū)﹄娮赢a(chǎn)品進(jìn)行對(duì)比，根據(jù)數(shù)據(jù)反應(yīng)的問題進(jìn)行改進(jìn)，打造出符合時(shí)展以及市場需要的產(chǎn)品。可靠性試驗(yàn)更能夠使研發(fā)者了解生產(chǎn)出來的產(chǎn)品與設(shè)計(jì)之初的差距，使其存在的差距進(jìn)行不斷的縮小。

1.2 電子產(chǎn)品可靠性技術(shù)指標(biāo)

電子產(chǎn)品的可靠性我們可以使其以數(shù)學(xué)中的函數(shù)表達(dá)出來，換言之，可靠性就是電子產(chǎn)品的使用能力與時(shí)間變化或環(huán)境變化之間的對(duì)比。就目前而言我們?cè)谶M(jìn)行可靠性測試的時(shí)候大多數(shù)是以產(chǎn)品的使用壽命、失敗率等等一系列數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，然后通過專門的方法和儀器進(jìn)行對(duì)比，這樣我們就能夠在產(chǎn)品大批量生產(chǎn)之前對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行全方位綜合性的評(píng)價(jià)。總的來說，可靠性測試就是我們進(jìn)行產(chǎn)品升級(jí)和研發(fā)的重要指標(biāo)。

1.3 電子產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)注意問題

（1）選擇固定的電路或者具有一定標(biāo)準(zhǔn)的使用結(jié)構(gòu)；

（2）在試驗(yàn)的時(shí)候，要著重簡化路和相關(guān)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)；

（3）在進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)和技術(shù)檢測的時(shí)候，應(yīng)該在以往的試驗(yàn)中繼承其優(yōu)點(diǎn)；

（4）在分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)的時(shí)候，站在全局的觀念以及在多方面進(jìn)行考慮；

（5）我們?cè)谠囼?yàn)的過程中，要采用最新的檢測技術(shù)還有，我們需要不斷的創(chuàng)新，改進(jìn)試驗(yàn)的技術(shù)。

2 電子產(chǎn)品可靠性測試

可靠性測試是通過我們?cè)谝欢ǖ臈l件下以及固定的環(huán)境下，使用專門的試驗(yàn)方法對(duì)相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行試驗(yàn)，通過試驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)產(chǎn)品的性能評(píng)估。通過可靠性測試，我們能夠得出相關(guān)的產(chǎn)品信息以及在日后大批量生產(chǎn)的時(shí)候提供有用的數(shù)據(jù)和信息。還有我們能夠通過測試了解相關(guān)產(chǎn)品的漏洞，還有就是知曉其存在的問題。最后，我們能夠其存在的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)點(diǎn)放大和缺點(diǎn)規(guī)避。我們針對(duì)此類問題的解決方法有如下三種：

2.1 “測試――問題記錄――再測試”模式

這種當(dāng)時(shí)較為常見，就是這件產(chǎn)品經(jīng)過研究和生產(chǎn)出來，直接進(jìn)行測試，然后在測試的時(shí)候發(fā)現(xiàn)問題，把相關(guān)的問題進(jìn)行一定的記錄，然后進(jìn)行一次性的試驗(yàn)，最后總結(jié)發(fā)現(xiàn)的問題，進(jìn)行一次性的修復(fù)。把相關(guān)的問題解決后在進(jìn)行測試。

2.2 “測試――改進(jìn)――再測試”模式

這種相比第一種方法就比較復(fù)雜和麻煩，但是這種方法最有效。我們將生產(chǎn)出來的產(chǎn)品記性試驗(yàn)，當(dāng)?shù)谝淮伟l(fā)現(xiàn)問題的時(shí)候，就停止試驗(yàn)解決相關(guān)的問題，然后在進(jìn)行試驗(yàn)，在整個(gè)試驗(yàn)的過程中我們分析發(fā)生問題的原因，然后根據(jù)相關(guān)問題進(jìn)行解決。增長產(chǎn)品的可靠性，這種方法具有一定的局限性，只適用于發(fā)生問題較少的情況。當(dāng)然，解決問題的效率也比較大。

2.3 “含延緩改進(jìn)的測試――改進(jìn)――再測試”模式

此方法是集一、二之長處，也就是說在試驗(yàn)的時(shí)候更夠，總結(jié)其中的問題以及對(duì)產(chǎn)生問題的原因進(jìn)行分析，在集中改進(jìn)問題的時(shí)候，能夠有針對(duì)性的解決問題，既提高產(chǎn)品的質(zhì)量，有提高了產(chǎn)品的可靠性。此類方法能夠使這些優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行集中。

我們?cè)谟浶钥煽啃栽囼?yàn)的時(shí)候大多數(shù)是通過上述的三種方法進(jìn)行試驗(yàn)，通過測試能夠增強(qiáng)我們產(chǎn)品的質(zhì)量，也提高了電子產(chǎn)品的可靠性。我們?cè)谶M(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)后，還需要進(jìn)行多方位的試驗(yàn)。下面我們就對(duì)類似相關(guān)的試驗(yàn)記性了分析和改進(jìn)。

（1）依據(jù)不同的目的。我們?cè)谶M(jìn)行相關(guān)產(chǎn)品研究的時(shí)候，應(yīng)該本著破壞小的試驗(yàn)先進(jìn)行，把破壞性嚴(yán)重的放到后期。還有我們不斷的改進(jìn)試驗(yàn)方法，不斷的縮短試驗(yàn)的時(shí)間，我們應(yīng)該在最快的情況下得到相關(guān)的數(shù)據(jù)，最初的數(shù)據(jù)不能夠符合測試結(jié)果，就需要我們放棄后續(xù)的試驗(yàn)工作，這樣能夠有效的節(jié)約試驗(yàn)的成本。

（2）依據(jù)實(shí)際遇到的環(huán)境因素。我們?cè)谠囼?yàn)的時(shí)候，要模擬出電子產(chǎn)品遇到的多種因素，更要充分表現(xiàn)出更加真實(shí)的環(huán)境。我們應(yīng)該確保這件產(chǎn)品的試驗(yàn)過程更加真實(shí)。

（3）依據(jù)能對(duì)產(chǎn)品產(chǎn)生的最大影響。這個(gè)就是對(duì)產(chǎn)品試驗(yàn)的過程進(jìn)行研究，我們應(yīng)該充分的研究這個(gè)過程中的每種因素。舉個(gè)例子，當(dāng)我們進(jìn)行防水試驗(yàn)的時(shí)候，會(huì)在產(chǎn)品內(nèi)滯留一些濕氣，當(dāng)進(jìn)行低溫測試的時(shí)候，潮濕的水汽遇冷就會(huì)凝結(jié)成水，對(duì)產(chǎn)品造成了巨大的影響。所以造成的危害就會(huì)加劇。

3 可靠性的改進(jìn)

可靠性就是產(chǎn)品的相關(guān)的質(zhì)量，可靠性的試驗(yàn)就顯得十分重要，我們需要在試驗(yàn)的過程總不斷的進(jìn)行相關(guān)的改進(jìn)工作，通過試驗(yàn)，我們能夠發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品中存在的問題，我們?yōu)榱耸钱a(chǎn)品的質(zhì)量符合市場的需要沒就需要對(duì)相關(guān)的質(zhì)量進(jìn)行改進(jìn)，其次我們可以通過可靠性的試驗(yàn)，總結(jié)相關(guān)的問題和相類似的原因，我們能夠通過對(duì)產(chǎn)生相關(guān)問題的原因進(jìn)行改造。我們就可以依據(jù)試驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行產(chǎn)品相關(guān)的質(zhì)量提升。

4 結(jié)束語

隨著電子產(chǎn)品越來越廣泛的應(yīng)用到社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域，其使用條件變得越來越嚴(yán)酷，電子產(chǎn)品的可靠性測試在其產(chǎn)品質(zhì)量的提高上發(fā)揮了重要的作用，隨著人們對(duì)電子產(chǎn)品性能要求的逐漸提高，電子產(chǎn)品必須要經(jīng)過嚴(yán)格的可靠性測試，避免后續(xù)出現(xiàn)各類故障，降低故障發(fā)生率，提升產(chǎn)品可靠性。

參考文獻(xiàn)

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