MTBF是对电源工作寿命的预测吗?

日期:2020-01-24

计算出的故障率不能衡量预期的电源现场寿命,其他指标可能更重要。
作者:Robin JefferyTDK-Lambda EMEA
 
MTBF的定义通常容易引起误解。MTBF或平均无故障时间不是产品或系统使用寿命的预测。相反,它是对正常运行期间连续故障之间的时间的预测。这对于可能需要维修并重新投入使用的系统或产品尤为重要,但是,返还和维修许多低成本电源的经济成本排除了这一点。
为了计算预测数量,使用标准数据库定义系统中使用的每个零件的故障率。然后计算MTBF数,它是所有零件失效率之和的倒数。
MTBF = 1 /所有零件故障的总和
零件数量越大,MTBF值越低。请记住,这仅适用于零件整个寿命中故障率稳定的部分。可以使用具有三个不同时间段的浴盆曲线(见图1)来最好地说明这种可靠性。
 

1:可靠性浴缸曲线
 
在初始部署期间,存在一定数量的早期故障,也称为“婴儿故障”,随着时间的推移会迅速减少。可以通过稳健的设计流程,分阶段进行的评估以及对所有新组件供应商的全面审核,来减轻这些早期故障。在整个过程中,详细的组件评估对于新技术、新封装类型和所有电解电容器系列至关重要。此外,在制造过程中进行全面的测试和筛查程序还可以识别婴儿故障。
最初的故障发生后,会有一段稳定期。这是产品的使用寿命,其中只会发生随机故障。在这里,这些故障的发生率是可预测的,并且在这里适用MTBF编号。在第三阶段,随着零件的老化,故障将开始增加,并且磨损阶段开始。
使用寿命内的随机故障由指数分布描述,其中λ=故障率,R(t) =可靠性期望值与时间的函数关系。
R(t) = eגt = e–t /  MTBF
当时间(t)达到MTBF编号时:
R(t) = e –t /  MTBF = e-1  = 0.368 (36.8%)
作为时间函数的可靠性期望值R(t)为37%。换句话说,在计算出的MTBF数下,预计只有37%的零件仍在工作。因此,如果计算出的AC-DC电源的MTBF为300,000小时,则该产品将持续300,000小时的可能性只有37%。
 
可用的MTBF数据库
有许多可用的预测标准。比较两种产品时,必须确保使用相同的标准和条件。以下是一些使用最广泛的列表:
 

 
以TDK-Lambda的RWS150-B工业电源为例,计算得出的数字如下:
RCR-9102      444,089 hours
RCR-9102B   218,172 hours
Telcordia 2,235,743 hours Ta=25°C
Telcordia       1,063,230 hours Ta=40°C
 
请注意,RCR-9102B和Telcordia之间的差异是10倍,而RCR-9102和RCR-9102B之间的差异是2倍以上。
 
MTBF预测与电解电容器寿命的关系
电源中最限制寿命的组件通常是电解电容器。电容器制造商将在其数据表中给出描述寿命与温度关系的曲线。
对于外壳温度为105°C的电解电容器,Telcordia给出的MTBF值为36,000,000小时。但是,使用制造商的寿命曲线,数据可能表明在105°C下少于10,000小时。显然,MTBF数不能保证产品的使用寿命。
 
电源的MTBF预测与实际情况
在这种情况下,我们将使用MTBF数为500,000小时的(可修复)电源。计算产品三年内失效的概率,我们得到4.9%。Reliability = e-t/MTBF
t = 3年 = ~ 25,000小时
MTBF是500,000小时
因此,t/MTBF = 0.05
可靠性 = e-0.05 = 95.1 (4.9%失效率)
 
遵循电子行业最佳实践的公司将在5年内获得不到0.25%的回报率。
 
总结
MTBF预测指的是可修复的产品,可以将其返回现场,直到达到磨损阶段。该计算试图预测产品故障率。如果使用相同的计算方法,则可用于将一个产品与另一个产品进行比较。
已经证明,计算出的故障率不能衡量预期电源现场寿命。但是,大多数电源制造商确实提供了其电解电容器寿命数据。确保数据覆盖最坏的情况,并且测量条件反映电源将如何冷却。
 
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