电子设备可靠性设计方法

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1、电子设备可靠性设计方法   1.可靠性预计　　电子设备的最大特点是其元器件寿命服从指数分布，即故障率为常数。所以，可用公式预计其可靠性指标。   电子设备均是由电阻、电容、二极管、三极管、集成电路等标准化程度很高的电子元器件组成，而对于标准元器件现已积累了大量的试验、统计数据，已有成熟的预计标准和手册。对于国产电子元器件，可采用国家军用标准GJB/Z299A—91《电子设备可靠性预计手册》进行预计；而对于进口电子元器件，则可采用美国军标MIL-HDBK-217E《电子设备可靠性预计》进行预计。   （1）元件计数法  这种方法适用于方案论证和初步设计

2、阶段。其通用计算公式为式中 λs——系统的总故障率（l/h）；     λgi——第i种元器件的通用故障率（l/h）；     πqi——第i种元器件的通用质量系数；     Ni——第i种元器件的数量；     n——设备所用元器件的种类数目。   （2）元器件应力分析法  适用于电子设备详细设计阶段，此时已具备了详细的元器件清单、电应力比、环境温度等信息。这种方法的预计结果比计数法要准确些。但计算比较繁琐。其计算公式为 λp=λb（πeπqπrπaπsπc）式中 λp——元器件工作故障率（l/h）；     λb——元器件基本故障率（l/h）； 

3、    πe——环境系数；     πq——质量系数；     πr——电流额定值系数；     πa——应用系数；     πs——电压应力系数；     πc——配置系数。   然后按下式求得系统的故障率（λs）：式中 λpi——第i种元器件的故障率（l/h）；     Ni——第i种元器件的数量；     N——系统中元器件种类数。   2.元器件的选择与控制   电子元器件的选择与控制是保证系统固有可靠性、减少元器件规格品种、降低保障费用的有效措施。   应根据电子设备可靠性要求确定本企业在元器件的选择与控制中应采取的具体措施。一般情况下，注

4、意做到：   1）建立元器件选用的控制机构；   2）制定元器件控制方案，控制标准和非标准元器件的使用，拟定元器件优选清单；   3）对转承制方的元器件选用进行控制；   4）进行必要的应力筛选。具体的筛选方法可参阅本书6.2节。   3.降额设计   降额设计是使电子元器件的工作应力适当低于其规定的额定值，从而达到降低基本故障率，保证系统可靠性的目的。电子元器件的故障率对电应力和温度应力比较敏感，因此降额设计是电子产品可靠性设计中的最常用的方法。   各类电子元器件，都有其最佳的降额范围。此时，工作应力的变化对其失效率有明显的影响，设计上也容易实现

5、，并且在设备体积、重量和成本方面不会付出太大的代价。   在电子元器件的最佳降额范围内，一般可分成三个降额等级：   1）Ⅰ级降额。级降额是最大的降额，适用于设备故障将会危及安全，导致任务失败和造成严重经济损失的情况。   2）Ⅱ级降额。   3）Ⅲ级降额。Ⅲ级降额是最小的降额，这种降额的可靠性增长效果和所花费的代价相比是最高的。   4.热设计   电子设备热设计的基本任务是：通过热设计在满足性能要求的前提下尽可能减少设备内部产生的热量；减少热阻；选择合理的冷却方式。   热设计的基本程序是：   1）首先明确设计条件，如设备的功耗、发热量、容许温

6、升、设备外形尺寸、设备放置的环境条件等；   2）决定设备的冷却方式，并检查是否满足原始条件；   3）分别对元件、线路、印制电路板和机箱进行热设计；   4）按热设计检查表进行检查，确定是否满足设计要求。   5.冗余设计   冗余是指系统或设备中具有多于一种手段执行同一种规定功能的能力。设置冗余可提高系统的可靠性，但同时又增加了系统的复杂性、重量和体积。一种工程经验认为：采用更可靠的元器件、简化设计和降额设计等方法仍不能满足系统可靠性要求时才考虑采用冗余。另一种工程经验则认为：当经费和进度都有限止时，采用成熟设计的冗余技术是实现高可靠性的有效途径

7、。因此，是否采用冗余全视具体场合而定。   冗余并非适用于所有的场合，一般在低层次和关键关节的情况下使用可获得较好的效果。同时，还需注意，某些冗余技术的采用需增加若干故障检测和冗余通道切换装置，它们的失效率应远低于受控部分时，才能发挥冗余技术的优越性。 　　冗余设计的主要任务是：   1）确定冗余等级；   2）选定冗余类型；   3）确定冗余配置方案；   4）确定冗余管理方案。   6.电磁兼容设计   系统的电磁兼容性的定义为：系统所有的电气及电子系统，包括其分系统、仪器、设备、组件、元件等，在执行预定的任务时遇到的各种电磁环境（系统内部的、外

8、部的、人为的及天然的）中，其性能不降低、参数不超出容许的上下限，而仍能协调地、有效地工作的能力。   随着技