Уточненный расчет надежности электронных устройств

Для уточненного расчета надежности электронных устройств необходимо иметь принципиальную и монтажную схему устройства, спецификацию элементов и статистические данные об их интенсивностях отказов, приводимые в справочной литературе или нормативно-технической документации. Кроме того, необходимыми являются сведения об электрических и тепловых режимах работы проектируемого устройства и режимах его эксплуатации.

Уточненный расчет надежности электронных устройств выполняют в следующей последовательности:

1. Устройство разбивается на отдельные функционально самостоятельные блоки.

2. Формулируется критерий отказов функциональных блоков и устройства в целом.

3. Составляется структурно-логическая схема (СЛС) надежности электронного устройства.

Под СЛС надежности понимается наглядное представление (графическое или в виде логических уравнений) условий, при которых работает проектируемый объект.

Простейшей формой СЛС надежности является последовательно-параллельная структура. На ней в последовательную цепочку соединяются элементы, отказ каждого из которых приводит к отказу устройства в целом. Параллельно на СЛС соединяются элементы, совместный отказ которых приводит к отказу устройства.

При проведении расчетов надежности электронных устройств будем полагать, что если не будет оговорено иное, то функциональные блоки электронного устройства на СЛС соединены последовательно и элементы этих блоков также соединены последовательно с точки зрения надежности.

4. Составляется расчетная таблица (табл. 5).

При этом первые три колонки аналогичны колонкам табл. 2, однако во 2-ую колонку вносится количество не только однотипных элементов, но работающих в одинаковых токовых и нагрузочных режимах.

Пересчет интенсивности отказов для различных условий и режимов использования комплектующих изделий учитывается с помощью поправочных коэффициентов:

l_р_i= , (13)

где а_і - коэффициенты влияния температуры, нагрузки, номинальных и других условий эксплуатации; l- табличное значение плотности вероятности отказов.

Зачастую при расчете надежности электронных устройств используют один или два поправочных коэффициента:

- а₁ - коэффициент, учитывающий влияние температуры и коэффициента нагрузки комплектующего изделия;

- а₂ - коэффициент, учитывающий влияние номинальных данных.

Значение коэффициента а₁ (заносится в колонку 7) определяется в соответствии с таблицами 6-8 в зависимости от температуры и коэффициента загрузки.

Коэффициент нагрузки (колонка 6) комплектующего изделия определяют как:

К_н=А_р / А_ном, (14)

где А_р - рабочее (расчетное или экспериментально определенное) значения контролируемого электрического параметра(колонка 4);

А_ном - номинальное (предельно допустимое) значение соответствующего параметра комплектующего изделия(заносится в колонку 5), взятого из нормативно-технической документации.

Контролируемым параметром комплектующего изделия А_р выбирают такой, который оказывает наибольшее влияние на его надежность:

• для конденсаторов контролируемый параметр - это приложенное к нему напряжение;

• для резисторов, транзисторов, трансформаторов – мощность;

• для диодов, контактов, реле и коммутационных элементов, а также штырей разъемов - сила протекающего через них тока.

Температура окружающей среды при которой эксплуатируется каждый элементэлектронного устройства, принимается из карт тепловых режимов. В случае их отсутствия температуру окружающей среды можно ориентировочно оценить исходя из следующих соображений. Если устройство эксплуатируется в лабораторных условиях (закрытое отапливаемое помещение) и внутри блока отсутствуют тепловыделяющие элементы (резисторы, трансформаторы и т. д.), то температуру среды можно принимать равной +20...25°С. Если устройство эксплуатируется на открытом воздухе и в нем нет тепловыделяющих элементов, то температуру окружающей среды можно принять равной +35 °С.

При наличии внутри блока тепловыделяющих элементов, температура окружающей среды принимается на 10... 15 °С выше по сравнению с блоками, в которых отсутствуют тепловыделяющие элементы.

Как указывалось выше, коэффициент а₂ учитывает влияние на интенсивность отказов различной технологии изготовления элементов с различными номинальными данными (заносится в колонку 8).

Это, в первую очередь, относится к резисторам и конденсаторам.

Для остальных элементов интенсивность отказов не зависит от коэффициента а₂, поэтому значение этого коэффициента для них может быть принято равным 1. Для полупроводниковых приборов, интегральных микросхем, коммутационных, моточных и соединительных элементов коэффициент а₂=1.

Значение поправочного коэффициента а₂для резисторов приведено в табл.9.

Значение коэффициент а₂для конденсаторов можно принимать от 0,5 до 10. При этом меньшие значения а₂выбираются при малых значениях номинальных напряжений Uн и емкостей С_н(в пределах технических условий).

Значение коэффициента отказов К_oi(колонка 11) показывает долевое участие в снижении надежности устройства i-огo элемента (группы эле-
ментов) и определяется выражением:

(15)