可靠性预计报告

(2)、电阻 ◆ 对于进口电阻，其工作失效率预计模型为：
λP=λbπEπQπTπS 式中：λP——工作失效率，10-6／h； λb——基本失效率，10-6／h； πE——环境系数（取一般地面固定，即 GF1） ； πQ——质量系数（取 3.0，即执行军用规范但无可靠性指标的产品） ； πT——温度系数（取平均温度为 40℃） ； πS—— 电应力系数； 使用该模型进行预计的器件主要有片式膜电阻（0805 及 0603 规格各阻值） ，该器件由 台湾国巨(Yageo) 生产，精度可达±1%或±5%，工作温度：-55～155℃，按进口元器件 模型进行预计。
图 2. 0.5S 级三相智能电能表可靠性框图Biblioteka 电源管理 电能计量LCD显示
红外通讯
存储器
RS485
实时时钟
2 可靠性数学模型：
组成 0.5S 级三相智能电能表的各个部件之间是串联关系， 设每个部件的可靠度为 Ri， 则系统的可靠度 RS 为：
RS＝R1 R2 Rn Ri
i 1
三、 可靠性预计的依据和元器件质量等级
0.5S 级三相智能电能表中使用的元器件均符合工业标准并进行筛选， 依据 GJB/Z 299C 进行预计， 国产元器件的可靠性预计采用 299C 应力法， 进口元器件的可靠性预计采用 299C 进口件应力法。元器件质量等级是依据元器件的选用、采购、批检验控制和 FRACAS 系统 运行情况来确定的。
(3)、电容 ◆ 对于进口电容，其工作失效率预计模型为：
λP=λbπEπQπTπSπch
式中：λP——工作失效率，10-6／h； λb——基本失效率，10-6／h； πE——环境系数（取一般地面固定，即 GF1） ； πQ——质量系数（取 3.0，即执行军用规范但无可靠性指标的产品） ； πT——温度系数（取平均温度为 60℃） ； πS——电应力系数； πch ——表面贴装系数（取 1.3，即为无引线片式类瓷介电容） 采用该预计模型的元器件有胆电容、铝电解电容和片式电容： ① 铝电解电容选用日本红宝石和韩国三和品牌的长寿命电容 YXF/WL 系列 （105℃） ， 使用寿命≥4000h；漏电流：< 3μA，额定电压：≥16V，工作温度：-40~+105℃。 稳压之前的电容工作电压 VS=12V，额定电压为 VM=35V，稳压之后的电容工作电压 VS=5V，额定电压为 VM=16V。 ② 片式电容采用日本 TDK 生产的 0805 系列， 精度可达±5%、 ±10%， 工作温度： -55～ 125℃。生产工艺先进，可按进口元器件进行预计。 编号 ① ② 名称 铝电解电容 400μF-12000μF 片式电容 各规格 0.005 0.0004 1.5 1.5 3.0 3.0 1.6 1.1 0.6 0.4 1.0 1.0 0.0216 0.0008 规格 ＜400μF λb 0.003 πE 1.5 πQ 3.0 πT 1.6 πS 0.6 πch 1.0 λP 0.0130
n
大部分电子产品在偶然故障期的失效均服从指数分布，假定 0.5S 级三相智能电能表 及其部件的失效也服从指数分布，则系统的总失效率λS 计算公式为：
λ
S
λ 1 λ 2 λ n λ i
i＝1
n
0.5S 级三相智能电能表平均故障间隔时间 MTBF 的计值为： MTBF=1/λS（小时）
(4)、变压器 对于国产变压器，其工作失效率预计模型为：
λP=λbπEπQπK 式中：λP——工作失效率，10-6／h； λb——基本失效率，10-6／h； πE——环境系数； πQ——质量系数； πK——种类系数； ① 变压器采用 220H 型，由变压器厂生产，TM=120℃，两路次级和一路自藕输出， 各回路之间有足够的绝缘强度，实际工作时输入功率 Wi=1.2W，消耗功率 Wt=1W， 工作环境温度为 TS=40℃，绝缘等级为 E， ⊿T=7.5WI/(Wt)0.6，热点
温度 THS=TS+1.1⊿T =40 + 1.1× 7.5 ×1.2 / 10.6 = 49.9℃。 编号 ① 名称 220H λb 0.0202 πE 2.0 πQ 1.0 πK 5.0 λP 0.202
(5)、继电器 对于国产继电器，其工作失效率预计模型为：
λP=λbπEπQπC1πCYCπΓπAπC 式中：λP——工作失效率，10-6／h； λb——基本失效率，10-6／h（感性负载，S=5/60=0.0833=0.1，工作环境温 度为 TS=40℃，额定温度 TM=85℃。 ） ； πE——环境系数（取 1.5，即 GF1） ； πQ——质量系数（取 1.0，即负荷 SJ2386、SJ2456 的产品） ； πC1——触点形式系数（取 1.0，即 1 刀单掷） ； πCYC——动作速率系数（取 0.1，即动作速率≤1 次每小时） ； πΓ—— 额定负载系数（取 2.0，即触点负载额定值≥10A） ； πA—— 应用系数（取 0.4，即中功率） ； πC —— 结构系数（取 3.2，即磁保持继电器） ； 电表中选用的继电器为 G5Q-14，一般情况下负载为感性，最大负载电流 10A，允许
编号 ① ② ③ ④
名称 UDP78F1166 M24C512 ESAM 模块 MAX13085
πQ 6.0 6.0 6.0 6.0
C1 0.0084 0.0143 0.0084 0.0088
C2 0.0023 0.00019 0.0003 0.00013
πT 0.230 0.230 0.230 0.230
p b i
i 1
n
式中：λp 为工作失效率的预计值； λb 为基本失效率； πi (i=1、2、3...n)，它是影响失效率的质量因子、环境因子、温度因子、电应力 因子等一系列修正系数； 不同类型的元器件其预计模型是不同的。下边针对该产品所使用的不同的元器件所对
应的预计模型，对各元器件进行失效率预计。
1
压敏电阻为 MYG20K510，510V±20%，由西无电公司生产，工业级
② 热敏电阻为 MZ11-04B401-701RW，由深圳新三宝公司生产。 编号 ① ② 名称 压敏电阻 热敏电阻 λP=λbπEπQπR 式中：λP——工作失效率，10-6／h； λb——基本失效率，10-6／h； πE——环境系数（取一般地面固定，即 GF1） ； πQ——质量系数； πR—— 阻值系数 使用该模型进行预计的器件还有精密电阻： 精密电阻为 1R0/1W，工业级 编号 ① 名称 精密电阻 λb 0.0325 πE 1.5 πQ 1.0 πR 1.0 λP 0.04875 λb 0.04 0.045 πE 2.5 2.5 πQ 1.0 1.0 πT 1.45 1.75 λP 0.1450 0.1969
πE 1.8 1.8 1.8 1.8
λP 0.03658 0.022638 0.014832 0.013548
◆ 对于国产 IC，其工作失效率预计模型为：
λP=πQ【C1πTπV+（C2+C3）πE】πL 式中：λP——工作失效率，10-6／h；
πQ——质量系数，对应质量等级（取 B2 级，即符合 GB/T4589.1 的Ⅰ类 产品） ； C1 和 C2——电路复杂度失效率（估算 IC 内部所含门数所得） ； C3 —— 封装复杂度失效率； πT—— 温度应力系数（结温 Tj 取平均温度 43℃） ； πV —— 电压应力系数； πE—— 环境系数（取一般地面固定，即 GF1） ； πL—— 成熟系数（取 1.0，即符合相应的标准或技术条件，已稳定生产 的产品） 采用此预计模型的器件有： ① 计量芯片 ATT7022C 为上海钜泉科技有限公司生产，内含约 10 万个门，44 脚塑 料扁平封装，成熟产品，工作电压 VDD = 5V，功耗 P ≤ 35 mW。 ② 三端稳压器 CJ78L05，内含约 100 个晶体管，3 脚塑料贴片封装，成熟产品，工 作电压 Vs = 12V，功耗 P ≤ 350 mW。 编号 ① ② 名称 ATT7022C CJ78L05 πQ 1.0 1.0 C1 0.6260 0.6083 C2 0.0194 0.0544 C3 0.1670 0.0174 πT 0.30 0.57 πV 1.0 1.0 πE 2.4 2.4 πL 1.0 1.0 λP 0.63516 0.519051
可 靠 性 预 计 报 告
（本报告未经许可不得复制） NO.130003
产品名称：0.5S 级三相智能电能表 型 号：
生产单位： 检测单位： 检测日期：
编制： 审核： 批准：
一、 0.5S 级三相智能电能表的硬件组成
0.5S 级三相智能电能表（以下简称"仪表"）主要用于工业电量的分时计费，更好地均衡 电网负荷。仪表采用汉化液晶显示，具有有功电能计量、远红外通信、485 通信、远程控制 断送电、每日零点电量自动冻结、24 点整点电量冻结等功能。 0.5S 级三相智能电能表主要分为控制，计能计量，存储器，实时时钟、通讯，显示，电 源和其它等八部分组成。 图1 0.5S 级三相智能电能表的功能原理框图
(1)、单片集成电路 ◆ 对于进口 IC，其工作失效率预计模型为：
λP=（ C1πT +C2πE）πQ 式中：λP—— 工作失效率，10-6／h； C1—— 电路复杂度失效率； πT—— 温度应力系数（结温 Tj 取平均温度 43℃） ； C2—— 封装复杂度失效率； πE——环境系数（取一般地面固定，即 GF1） ； πQ——质量系数（取 C-1 级，即按制造商规定的生产和试验流程制造 和试验的工业级产品） ； 采用该预计模型的元器件有： ① 单片机 UDP78F1166 为日本 NEC 公司生产，内含约 120 万个晶体管，100 脚扁平 封装，进口成熟产品，工作电压 Vs = 5V，功耗 P = 50 mW。 ②存储器 EEPROM 采用 ST 公司的 M24C512，内含 64K 字节存储单元，8 脚扁平(FP) 封装，进口成熟产品，工作电压 Vs = 5V，功耗 P ≤ 10 mW。 ③ESAM 模块采用国网公司的专用芯片，芯片由国外封装，内置专用软件，内含约 100 万个门，8 脚 DIP 直插封装，成熟产品，工作电压 Vs = 3.6V，功耗 P ≤ 50 mW。
编号 ①
名称 片式膜电阻
λb 0.0005
πE 1.4
πQ 3.0
πT 1.0
πS 0.6
λP 0.0013
◆ 对于国产电阻，其工作失效率预计模型为：
λP=λbπEπQπT 式中：λP——工作失效率，10-6／h； λb——基本失效率，10-6／h； πE——环境系数（取一般地面固定，即 GF1） ； πQ——质量系数； πT—— 温度系数。 使用该模型进行预计的器件主要有压敏电阻、热敏电阻：
本预计未包括非电部件。 四、 应用环境类别及环境系数的确定
0.5S 级三相智能电能表安装在环境平均温度 40℃、无湿度控制的一般地面环境。在 GJB/Z 299C 中，不同类别的元器件环境系数取值不同，详细的取值情况见附录可靠性预计 结果报表。
五、 可靠性预计计算
1. 元器件的失效率预计模型
依据 GJB/Z 299C，元器件的失效率预计模型为：
二、 可靠性预计模型 1 可靠性结构框图
对0.5S级三相智能电能表的功能进行分析，可知系统中的任何部件，如果失效， 都将导致0.5S级三相智能电能表无法正常运行， 只有当这些部件都能正常工作时， 0.5S 级三相智能电能表才能正常工作，因此0.5S级三相智能电能表属于可靠性串联结构模 型，如图2所示。
◆ 对于国产电容，其工作失效率预计模型为：
λP=λbπEπQπcvπch 式中：λP——工作失效率，10-6／h； λb——基本失效率，10-6／h； πE——环境系数（取一般地面固定，即 GF1） ； πQ——质量系数； πCV——电容量系数 πch ——表面贴装系数（取 1.3，即为无引线片式类瓷介电容） 。 使用该模型进行预计的器件主要有安规电容： 编号 ① 名称 λb πE πQ πCV πCV λP