单相智能电表的可靠性预计及电源模块的可靠分析

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1、分类号:TP9310710-2015124013硕士学位论文单相智能电表的可靠性预计及电源模块的可靠分析杨涛导师姓名职称冯兴乐教授申请学位类别工学硕士学科专业名称信息与通信工程论文提交日期2018年4月2日论文答辩日期2018年5月28日学位授予单位长安大学ReliabilityPredictionofSingle-phaseSmartMeterandReliabilityAnalysisofPowerSupplyModuleAThesisSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：YangTaoSupervisor：Prof.FengXing

2、leChang’anUniversity,Xi’an,China摘要如何准确预计智能电能表的寿命，为电表轮换周期提供有效的参考价值；如何提高其可靠性，保证其各项功能的正常运行，设计出高可靠性长使用寿命的智能电能表仍是当前电能计量行业所研究的热点问题。本文以西安某公司研发的单相智能电能表为研究对象，首先开展可靠性预计方法研究。第一步，通过对比分析预计方法和预计手册，本文选择适合单相智能电能表的预计方法——元器件应力法和预计手册——TelcordiaSR-332手册。第二步，以该预计方法和预计手册为理论依据，分析不同元器件的固有失效率，对各类敏感应力参数如电应力和温度应力等进行测量

3、和计算，最终通过工作失效率计算公式得到电能表的平均无故障运行时间(MeanTimetoFailure，MTTF)及各个模块的MTTF。第三步，通过分析发现电能表的失效率服从指数分布，构成其电子元器件的失效率服从γ分布，采用γ累积分布函数的反函数计算电能表置信度为90%的失效率，进而计算该电能表可靠度为90%的可靠寿命为9.701年，该可靠寿命可以为电能表的轮换周期提供有效参考。其次，通过对预计结果进行分析发现电源模块的失效率偏高为146.313FITS，单相智能电能表的现场反馈数据进行统计分析发现电源模块出现无法上电的故障。因此本文以电源模块为研究对象开展可靠性分析思路的研究，

4、提出故障模式影响及危害度分析（FailureModeEffectsandCriticalityAnalysis，FMECA）与可靠性强化试验相结合的可靠性分析思路以提高产品的可靠性。该方法第一步以电源模块的失效率为基础对电源模块进行定量FMECA，穷举了所有元器件的短路、断路、参数漂移和过应力等故障模式对电源模块造成的影响，并通过每种故障模式的失效率、故障模式频数比、故障影响概率和工作时间来计算其危害度。第二步，分析出变压器T601短路和电源稳压芯片N603过电应力等Ⅰ类严酷度故障模式的危害度较高。第三步，参考电源模块的失效率计算过程、FMECA表格的故障原因、电能表校准检测流

5、程和现场故障原因分析结果选择温度应力为主要应力，电应力和湿度应力为辅助应力来设计电源模块的可靠性强化试验方案，并按照试验方案完成低温步进试验、高温步进试验和快速温变试验，激发电源模块TS2电源芯片引脚烧毁等潜在故障。最后一步，通过对激发出的故障进行故障机理分析并进行添加RC滤波电路、增加隔离距离和添加放电点等电路改进来提高电源模块的可靠性。I最后，试验证明FEMCA与可靠性强化试验相结合的可靠性分析思路能够有效激发产品故障，提高产品的可靠性，具有一定的工程应用价值。关键词：单相智能电能表，可靠性预计，可靠性分析，FMECA，可靠性强化试验IIAbstractPredicting

6、single-phasesmartmeters’lifeaccuratelyprovideseffectivereferenceformeterreplacementcycle.Improvingsingle-phasesmartmeters’reliabilityensuresnormaloperationofitsfunctionsanddesignsthesingle-phasesmartmeterswithhighreliabilityandlongservicelife.Allofthemhavebecomethehotissuesinelectricenergyme

7、teringindustry.Takingthesingle-phasesmartmeterdesignedbyacompanyinXi'anastheresearchobject,thispapercarriesouttheresearchofreliabilitypredictionmethodfirstly.Inthefirststep,bycomparingthepredictionmethodandmanual,thispaperselectsthepredictionmethod