Расчет надежности блока питания.

Надежность является физическим свойством изделия, которое зависит от количества и качества входящих в него элементов, а также от условий, в которых оно эксплуатируется и от ряда других причин.

Если все параметры радиоэлектронного устройства соответствуют требованиям нормативно-технической документации – ГОСТам, ОСТам, ТУ, то такое его состояние называют работоспособным. Событие, состоящее в нарушении работоспособности электронных блоков, называют отказом. В зависимости от причин и характера проявления неисправности различают несколько видов отказов.

Для большинства элементов РЭА интенсивность отказов неодинакова в различных промежутках времени. Зависимость интенсивности отказов от времени можно разделить на три периода:

1 период—этап приработки элементов,

2 период — этап нормальной работы,

3 период—до полного износа.

Период приработки характеризуется высокой интенсивностью отказов. В этот период выходят из строя элементы со скрытыми дефектами из-за нарушения технологического процесса их изготовления и действия систематических и случайных факторов, снижающих качество и надежность этих элементов. Период приработки элементов должен быть относительно мал.

Второй период соответствует длительному этапу нормальной работы. Для большинства радиоэлектронных блоков характерно постоянство интенсивности отказов в период нормальной работы аппаратуры. Это объясняется отсутствием старения материалов элементов во втором периоде.

Третий период показывает, что интенсивность отказов резко возрастает вследствие износа и старения элементов, связанных с окончанием их срока службы.

Время эксплуатации аппаратуры не достигает времени полного износа.

Полными считаются отказы, до устранения которых невозможно использование аппаратуры по назначению. При частичных отказах можно использовать аппаратуру, но с пониженной эффективностью. Частичный отказ обычно связан с ухудшением одной или нескольких характеристик прибора.

В случае, когда отказ того или иного элемента радиоэлектронных блоков вызван отказом другого ее элемента, то такие отказы называются зависимыми. При отсутствии такой связи отказы считаются независимыми.

Интенсивность отказов радиоэлектронной аппаратуры , состоящей из определенного количества n различных элементов, в общем случае выражается формулой (2.6)

(2.6)

где – интенсивность отказов элемента;

– коэффициент, зависящий от вибрации, (для наземной РЭА);

– поправочный коэффициент, зависящий от воздействия механических факторов;

– поправочный коэффициент, зависящий от воздействия влажности и температуры;

– поправочный коэффициент, зависящий от давления воздуха;

f (Т, Кн) - поправочный коэффициент, который зависит от температуры поверхности элемента (Т) и коэффициента нагрузки (Кн).

Определим поправочные коэффициенты К для источника питания цифрового вольтметра.

При стационарных условиях эксплуатации аппаратуры выбираем по справочнику:

коэффициент вибрации ,

ударные нагрузки ;

коэффициент влияния влажности принимаем при влажности 60-70% и температуре 20 ;

коэффициент влияния атмосферного давления по справочнику =1,1

Так как при выполнении ВКР не предусмотрено выполнение расчетов параметров всех элементов, то условно принимаем суммарный коэффициент по формуле (2.7)

= (2.7)

Коэффициентом нагрузки Кн называют отношение действительного значения воздействующего фактора к его номинальному или максимально допустимому значению.

Например, для резисторов Кн определяется по формуле (2.8)

Кн= , (2.8)

где – номинальная мощность

Р –фактическая мощность, рассеиваемая на электрорадиоэлементе.

Так как расчетного значения фактической мощности нет, то условно принимаем значение коэффициента нагрузки для всех групп элементов в статическом режиме:

Кн =0,2 для транзисторов и полупроводниковых диодов;

Кн =0,5 для конденсаторов и резисторов;

Исходя из этих допущений, выбираем значения поправочного коэффициента = f(Т, Кн)

Общая интенсивность отказов радиоэлектронной аппаратуры определяется по формуле (2.9)

(2.9)

где – интенсивность отказов первого, второго и n-го элементов с учетом всех воздействующих факторов.

 

 

Величина интенсивности отказов связана с другой характеристикой – средней наработкой до отказа и определяется по формуле (2.10)

1/ч) (2.10)

Средняя наработка времени до отказа определяется по формуле(2.11)

(2.11)

где – количество возникших отказов.

Расчет надежности производим табличным методом в следующем порядке:

2.6.1 На основании данных перечня элементов заполняем графы 1 -3 таблицы 2.2, содержащие наименование, тип и количество элементов

2.6.2 Графу 4 заполняем на основании данных, содержащихся в условиях работы электронной аппаратуры (температуру окружающей среды для зарядного устройства принимаем 20 )

2.6.3 Графа 5 заполняется исходя из значения коэффициента нагрузки Кн для всех групп элементов в статическом режиме

2.6.4 По данным, содержащимся в технических условиях на радиокомпоненты, определяем максимальное значение параметра, определяющего надежность, а также конструктивную характеристику всех компонентов (для транзистора - кремниевый, для конденсатора - керамический и т.д.). Эти данные внесены в графы 6 и 7 таблицы 2.2

2.6.5 Поправочный коэффициент для всех типов элементов с учетом работы в стационарных (полевых) условиях принимаем =1,18

Эти данные занесены в графу 8 таблицы 2.2.

2.6.6 По графикам, учитывающим коэффициент влияния в зависимости от коэффициента нагрузки и температуры, определяем значения коэффициента , используя t и из граф 4 и 5 таблицы 2.2. Эти данные занесены в графу 9 таблицы 2.2.

Рисунок 2.2 - Зависимость для транзисторов

Рисунок 2.3 - Зависимость для конденсаторов

 

 

Рисунок 2.4 - Зависимость для полупроводниковых диодов

Рисунок 2.5 - Зависимость для резисторов

Принимаем значения = f(Т, Кн):

= f(Т, Кн) для резисторов металлодиэлектрических - 0,3;

= f(Т, Кн) для резисторов объемных композиционных - 0,36;

= f(Т, Кн) для диодов импульсных – 0,1;

= f(Т, Кн) для транзисторов кремниевые – 0,2;

= f(Т, Кн) для транзисторов полевых – 0,3;

= f(Т, Кн) для конденсаторов керамических – 0,12.

= f(Т, Кн) для конденсаторов полупроводниковых оксидных – 0,26.

= f(Т, Кн) для интегральных микросхем - 0,15;

= f(Т, Кн) для печатной платы - 0,1

Эти данные заносим в графу 9 таблицы 2.2

2.6.7 Интенсивность отказов для каждого типа элементов, работающих в одинаковых условиях, рассчитываем по формуле (2.12)

(2.12)

Результаты внесены в графу 11 таблицы 2.2

2.6.8 Интенсивность отказов для каждой группы компонентов, работающих в одинаковых условиях, рассчитывается по формуле (2.13). Результаты внесены в графу 12 таблицы 2.2.

(2.13)

2.6.9 Выбираем значения интенсивности отказов электрорадиоэлементов для источника питания цифрового вольтметра по таблице 2.3

Таблица 2.3 - Интенсивность отказов элементов источника питания цифрового вольтметра

Наименование элемента		Наименование элемента
Транзисторы кремниевые	0,5	Резистор металлодиэлектрический	0,03
Резистор объемный композиционный	0,087
Конденсатор полупроводниковый оксидный	0,035	Конденсатор керамический	0,15
Диод	0,2	Плата печатной схемы	0,7
Интегральная микросхема	0,013	Пайка печатного монтажа	0,01

Эти данные занесены в графу 10 таблицы 2.2.

2.6.10 По окончании заполнения таблицы, необходимо просуммировать все результаты колонки 12, и получить общую интенсивность отказов.

 

Таблица 2.2- Расчет интенсивности отказов элементов источника питания цифрового вольтметра

Наименование	Тип	Кол-во n	Температура окружающей среды t,°С	Коэффициент нагрузки	Номинальное значение параметра определяющего надёжность	Конструктивные характеристики			λ0,1/ч *10^-6	λi= k α λ0 *10^-6	λс= λin *10^-6
Резистор	МЛТ -0,125			0,5	Pн=0,125Вт	металлизированный лакированный теплостойкий	1,18	0,5	0,043	0,025	0,2
С2			0,5	Pн=0,125Вт	прецизионные тонкопленочные резисторы	1,18	0,5	0,043	0,025	0,025
СП3-19а			0,5	Pн=0,5Вт	металл. керам.	1.18	0,5	0,043	0.025	0,025
Конденсатор	К50-12			0,5	Uн=50В	электролитический алюминиевый	1,18	0,26	0,035	0,01	0,03
К73-17			0,5	Uн=63В	полиэтилентерефталатные	1,18	0,26	0,035	0,01	0,02
КД-1			0,5	Uн=100В	керамический	1,18	0,12	0,015	0,02	0,02
Диод	КД906А			0,2	Imax=100мА	кремниевый	1,18	0,1	0,2	0,023	0,046
Диод выпрямительный	КД522Б			0,2	Imax=1А	1,18	0,1	0,2	0,023	0,069
Стабилитрон	КС139А			0,2	Imax=70мА	кремниевый	1,18	0,1	0,1	0,01	0,02
КС168А			0,2	Imax=45мА	1,18	0,1	0,1	0,1	0,1
КС515А			0,2	Imax=53мА	1,18	0,1	0,1	0,1	0,1
Транзистор	КТ502Г			0,2	Pн=0,35Вт	кремниевый	1,18	0,2	0,5	0,118	0,118
КТ361Г			0,2	Pн=0,15Вт	1,18	0,2	0,5	0,118	0,236
Микросхема	КР142ЕН2Б			0,2	Iпит=1,5А		1,18	0,15	0,013	0,002	0,002
Печатная плата				0,5	-	стеклотекстолит	1,18	0,1	0,7	0,083	0,083
Пайка	-			0,5	-	оловяно-свянцовый	1,18	0,01	0,01	1*10^-5	0,00082
Итого	1,05286

 

Интенсивность отказов ремонтируемого функционального узла – источник питания цифрового вольтметра оказалась равной

= ч,

После преобразования полученного результата к виду по формуле (2.14)

(2.14)

определяем среднюю наработку на отказ

= 949,793 ч.

 

Среднее время наработки на отказ источника питания цифрового вольтметра соответствует техническим условиям, следовательно, условия надежности выполнены.

Для повышения надежности радиоэлектронных блоков бытовой аппаратуры необходимо:

- Разрабатывать новые схемы узлов и блоков повышенной надежности;

- Обеспечивать надежную защиту элементов от воздействия внешних и внутренних факторов;

- Осуществлять правильный выбор режимов работы деталей при снижении температуры, уменьшении влияния вибрации и влажности;

- Осуществлять входной контроль качества материалов и элементов;

- Обеспечивать организацию технологического процесса монтажа и ремонта электронных блоков бытовой аппаратуры;

- Повышать квалификацию обслуживающего персонала.