电源产品可靠度MTBF原理
MTBF指标和计算方法
MTBF指标和计算方法在当今的科技时代，各种设备和系统的可靠性成为了至关重要的考量因素。
而平均故障间隔时间（Mean Time Between Failures，简称MTBF）作为衡量产品可靠性的关键指标，对于评估设备或系统的稳定性、预测维护需求以及优化成本效益等方面都具有重要意义。
MTBF 到底是什么呢？简单来说，MTBF 指的是可修复产品在相邻两次故障之间的平均工作时间。
它反映了产品的耐久性和稳定性，数值越大，表明产品在规定时间内发生故障的频率越低，可靠性越高。
为了更清晰地理解 MTBF，让我们通过一个简单的例子来说明。
假设某台电脑在一段时间内共出现了 5 次故障，每次故障后的修复时间都很短，且相邻两次故障之间的工作时间分别为1000 小时、800 小时、1200 小时、900 小时和 1100 小时。
那么，这台电脑的 MTBF 就等于（1000 ＋ 800 ＋ 1200 ＋ 900 ＋ 1100）÷ 5 ＝ 1000 小时。
这意味着，平均来看，这台电脑每运行 1000 小时就可能会出现一次故障。
那么，MTBF 是如何计算的呢？一般来说，有以下几种常见的计算方法。
第一种是通过实测数据进行计算。
这就像我们刚才举的电脑的例子一样，通过记录设备或系统在实际运行过程中相邻两次故障之间的工作时间，然后取平均值来得到 MTBF。
这种方法的优点是基于真实的运行数据，结果比较可靠。
但缺点是需要较长的时间来收集足够多的数据，而且在实际操作中，可能会受到各种外部因素的干扰，导致数据的准确性受到一定影响。
第二种方法是通过预计的故障率来计算。
在产品设计阶段，根据零部件的可靠性数据和系统的架构，预估出产品的故障率。
然后，MTBF 就等于 1 除以故障率。
例如，如果预计某个产品的故障率为 0001 次/小时，那么 MTBF 就是 1 ÷ 0001 ＝ 1000 小时。
这种方法的优点是可以在产品开发早期进行估算，为设计和决策提供参考。
MTBF可靠度实验简介
MTBF简介随着伺服器的广泛应用，对伺服器的可靠性提出了更高的要求。
所谓“可靠性”，就是产品在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力；反之，产品或其一部分不能或将不能完成规定的功能是出故障。
概括地说，产品故障少的就是可靠性高，产品的故障总数与寿命单位总数之比叫“故障率”（Failure rate），常用λ表示。
例如正在运行中的100只硬碟，一年之内出了2次故障，则每个硬碟的故障率为0.02次/年。
当产品的寿命服从指数分布时，其故障率的倒数就叫做平均故障间隔时间（Mean Time Between Failures），简称MTBF。
即：MTBF=1/λ笔者最近看到一款可用于伺服器的WD Caviar RE2 7200 RPM 硬碟，MTBF 高达 120万小时，保修 5年。
120万小时约为137年，并不是说该种硬碟每只均能工作137年不出故障。
由MTBF=1/λ可知λ=1/MTBF=1/137年，即该硬碟的平均年故障率约为0.7%，一年内，平均1000只硬碟有7只会出故障。
上图所示为著名的“浴盆”曲线，左边斜线部分为早期故障率，其故障率一般较高且随着时间推移很快下降。
曲线中部为使用寿命期，其故障率一般很低且基本固定。
最右部为耗损期，失效率急速升高。
电子产品制造商一般通过测试、老炼、筛选等手段将早期故障尽量剔除，然后提供给客户使用。
当使用寿命期将尽，产品也即将进入故障高发期，需要报废或更新换代了。
温度与器件的寿命明白了MTBF和“浴盆”曲线的基本概念，我们对评估产品的使用寿命有了一定的掌握。
在合适工作条件下器件使用寿命期内的故障率很低。
广大电子爱好者都知道电子元器件的寿命，与工作温度是有密切关系的。
以电脑主板上常用的也常出故障的电解电容器为例，其寿命会受到温度的影响。
因此，应尽可能使电容器在较低的温度之下工作，如果电容器的实际工作温度超过了其规格范围，不仅其寿命会缩短，而且电容器会受到严重的损毁（例如电解液泄漏）。
供电系统可靠性指标MTBF的定义计算与比较
供電系統可靠性指標MTBF 的定義、計算與比較摘要比較資料中心基礎設施系統時，平均故障間隔時間MTBF 通常作為制定決策的關鍵依據。
供應商提供的數值通常具有誤導性，使得用戶無法進行有效的比較。
如果不瞭解或錯誤理解了這些數位背後隱含的可變因素和假設，難免做出錯誤的決定。
本文通過明確的假設情況分析，來說明MTBF 如何才能有效地用作系統規範和系統選擇的依據之一。
關鍵字：MTBF、定義、計算方法簡介避免資料中心和網路系統出現故障始終是頭等重要的任務。
如果短時間的停機可能會對業務的市場價值產生負面影響，那麼，支援這個網路環境的物理基礎設施就一定要可靠。
如何才能確信自己實施的解決方案是可靠的？MTBF（平均無故障工作時間）是比較可靠性最常用的指標。
不過，如果沒有透徹地瞭解 MTBF，可能就無法實現業務可靠性目標。
如果故障定義不明確或者假設不現實或被曲解，MTBF 就毫無意義。
本文說明應如何使用 MTBF，以及將 MTBF 用作規格和選擇依據時的限制。
本文還提供一個核對表，作為確保公平有效地進行跨系統比較的指導性原則。
MTBF 的比較性分析--現場資料評估法預測 MTBF 的方法有多種。
由於有如此多種可用的方法，似乎不可能找到使用同一方法的兩個系統。
不過，還是有一種方法可以適用於大多數系統的各種不同過程，即現場資料評估方法，此方法使用實際的現場故障資料，因此能夠提供比類比情況更準確的故障率評估。
對於小批量生產的產品或新產品，此資料可能找不到；不過，對那些已在現場獲得廣泛應用的產品，由於有大量的資料，使用此方法就容易了。
因此，對於跨系統比較，從現場資料評估開始比較是最合理也是最現實的。
本文還介紹了完成此方法的步驟，列舉並說明了各個步驟中可能影響結果的可變因素。
如果要進行比較的系統間的關鍵假設或可變因素發生變化，那麼評估這些變化對 MTBF 估計結果的可能存在的影響就非常重要了。
圖 1 說明現場資料評估過程的時間流程。
电子产品可靠性指标(产品MTBF MTTR 可用度 )
器件种类 电阻
器件数量 150
单个器件失效率（单 位：Fit）
2
失效率总和 300
电容
200
2
400
电感
25
6
150
接插件
3
50
150
集成电路
5
400
2000
其他
10
100
1000
总计
4000
MTBF=1/4000× 109 =250000小时＝28.54年 可用度A＝250000/（250000＋1）＝99.9996%
可用度
产品在一未知时刻，需要执行任务时，处于可工作或可使用状态的概率。 通常指可用度任务可用度，即MTBF/（MTBF＋MTTR），不考虑产品的储存时间、闲置时 间、路途时间；
主要可靠性指标定义
使用寿命
指产品在规定的使用条件下，设备能够完成预定功能的使用时间长度；
失效率
在规定的条件下和规定的时间内，产品失效总数与寿命总数之比。
提供可靠性指标设计报告和相关资料，作为市场竞争标的依据；
进行可靠性设计提升产品质量
在产品研发过程中开展可靠性指标设计活动，在设计上进行改进，保障产品设的研发质量； a. 在产品设计中进行MTBF设计，可以横向比较产品的故障概率情况，有利于简化设计，促进器件优 选工作，提升产品环境设计； b. 进行MTTR设计活动，有助于提升产品可维修性，包括产品的可拆卸、可安装、故障检测、故障识 别、故障修复、冗余等特性； c. 可用度反应了产品的综合可靠性能，是MTBF、MTTR指标的综合体现；
电子产品可靠性指标 ——MTBF MTTR 可用度
目录
可靠性指标介绍 主要可靠性指标定义 主要可靠性指标作用 浴盆曲线 失效分布及影响
MTBF简介
举例说明
二、通过MTBF我们可以了解该批产品的年 返修率 将10万小时换算为年（年＝8760小时），大 约是11.4年，带入公式求出每年产品的失效 率为 λ＝1/11.4年＝0.087年 结果是MTBF＝10万小时，该批产品的年返 修率是8.7%。
举例说明
三、MTBF＝45000小时的产品是否大约平均可以运 行5年多的时间不发生故障？45000小时≈5.13年） 根据以上学过的知识，当产品符合指数分布规律时， MTBF的可靠水平r＝0.368，带入失效数公式： N（r）＝100（1－r）％， N（r）＝100（1－0.368）％＝63.2% 结论是当产品运行了5年返修率约为总数的63.2%
举例说明
四、如果要求产品的可靠度为0.9以上，MTBF如何？ 已知设备服从指数分布，且失效率λ＝4× lO－4小时，请求出平均无故 障工作时间是多少？若要求90%不出故障，其使用时间应如何选择？ 解：对于指数分布带入公式：MTBF＝1/λ。可知其平均无故障时间为： MTBF＝1/ 4× lO－4＝2500小时 由于要求90%的把握不出故障（即可靠水平r＝90%）， 则根据可靠寿命公式： tr＝2.302（lg 1/r）/λ tr＝2.302× 0.0458/ 4× lO－4小时＝263.6小时 答：使用时间不应超过263小时。 如要求产品有90%的把握不出故障，其工作时间不超过MTBF的十分一。 定购方要注意可靠水平r对MTBF的影响
MTBF计算标准
MTBF计算方法： MIL-HDBK-217 美国国防部可靠性分析中心及Rome实验室 提出并成为行业标准，专门用于军工产品 MTBF值计算 GJB/Z299B和Bellcore GJB/Z299B是我国军用标准 Bellcore是由AT&T Bell 实验室提出并成为商 用电子产品MTBF值计算的行业标准。
可靠承载重托：关注产品的MTBF平均无故障时间（上）
可靠承载重托：关注产品的MTBF平均无故障时间（上）对MTBF的理解偶尔会有朋友咨询：产品的MTBF是80000小时，我用这个产品，能确保80000小时内不会出故障吗？这是个有点类似于一米的长度和一斤的重量哪个大的问题，好纠结。
MTBF（Mean Time Between Failure）：即平均故障间隔时间，是衡量一个产品（尤其是电器产品）的可靠性指标，单位为“小时”。
产品的故障总数与寿命单位总数之比为“故障率”，用λ表示，故障率的倒数就是MTBF，即：MTBF=1/λ。
以硬盘为例，查询希捷一款型号为“ST2000NX0263”2TB的硬盘规格书，MTBF指标为140万小时。
140万小时，约为160年，并不是说这种硬盘能用160年不出故障，由MTBF=1/λ可知，λ=1/ MTBF=1/160年，即这个型号硬盘的平均年故障率约为0.6%，一年内，平均1000只硬盘有6只会出故障。
产品质量的浴盆曲线前人已通过实践证明，大多数设备的故障率是时间的函数，典型故障曲线称之为浴盆曲线(Bathtub curve，失效率曲线) ，如下图。
曲线的形状呈两头高，中间低，具有明显的阶段性，可划分为三个阶段：早期的失效故障（随时间推移快速下降），使用寿命期的故障（故障率较低，且比较稳定），寿命后期的故障（接近产品的使用寿命，故障率剧增）。
由浴盆曲线可知，在早期失效期，产品在开始使用时，失效率很高，但随着产品工作时间的增加，失效率迅速降低，这一阶段失效的原因大多是由于设计、原材料或制造过程中的缺陷造成的。
因此，提高MTBF见效较快、投入较低，同时也是很多厂商在做的方法就是：产品在出厂前，先进行老炼筛选测试，以便及早发现、排除故障，或剔除不合格品，以保证产品的供货质量。
例如：拿电源来说，根据产品的不同，出厂前都需做适当的高温老炼，老炼完毕再测试包装入库。
图4 电源高温老化车图5 电源老化负载板。
平均无故障工作时间MTBF
2-2-5 可靠性分析报告1.）设备的可靠性设备可靠性通常由设备的平均无故障工作时间MTBF来描述，它定义为利用数学统计方法计算出的设备在发生两次故障之间的运行时间。
对设备来讲，MTBF为两次停机（输出断电）故障之间十佳的统计平均值。
设备的MTBF越大，则可靠性越高。
为了叙述问题方便，又定义了设备的平均故障率λ：λ＝ 1/MTBF （1/h）公式1即设备在单位时间段内出现故障的概率。
当取时间段为1年时，λ表示设备的年平均故障率。
受元器件制造工艺及整机制造工艺的限制，目前同类产品的MTBF最高只能达到500kh，即年平均故障率为24h×365/500kh＝1.8％。
一般产品的MTBF通常在50～500kh之间。
我方提供的设备单机的MTBF大于300kh。
设备的可靠性还要考虑设备的平均修复时间MTTR，它是设备发生故障后通过维修而重新投入使用所需的平均时间。
提高系统可靠性的方法主要有两个：一是提高工艺方面的因素；二是采用冗余技术。
2. ）多机并联冗余技术对于如下图所示的由四台相同的单机设备并联冗余系统来讲，其整个系统的可靠性可表述为：四台相同EPS双机并联冗余系统的可靠性λSystem＝ 2λ4UPS ＋λcom 公式23λUPS ＋µUPS式中，λSystem为整个系统的平均故障率λUPS为单机的平均故障率λcom为公共环节的平均故障率µUPS为的平均维修率由公式2中可以看出，提高µUPS ，减小λUPS和λcom可以减少λSystem，一般情况下，MTBF>>MTTR，即µUPS >>λUPS，则公式2又可近似为：λSystem＝ 2λ4UPS＋λcomµUPS＝ 2λUPS ·λUPS＋λcomµUPS通常情况下，公共环节的设计原则是少而精，所及平均故障率极低。
若忽略λcom，则有λSystem≈ 2λUPS ·λUPSµUPS又因2λUPS << µUPS，即 2λUPS<<1，µUPS故有λSystem<<λUPS即整个并机冗余系统的平均故障率比单机大大地降低了。
产品的MTBF浅谈
产品的MTBF浅谈MTBF是当前各行业产品的重要可靠性指标，它标识了产品的平均无故障工作时间。
本文讨论了MTBF对于产品的真正意义，并从可靠性工程角度出发分析了获得产品MTBF的方法和技术应用。
前言在电子工业界，几乎每个人都熟悉术语"平均无故障工作时间"（MTBF）。
但是，这个术语经常被错误地解释和误用。
特别是在产品被发运、失效报告被送到目的地和MTBF预计值没有被实际失效报告的造表确认时，确实如此。
今年初，联想扬天商用PC顺利通过了国家MTBF标准测试，平均无故障工作时间达6万小时，从而再度刷新了由其自己创造的"世界纪录"。
那么，这里电脑的MTBF为6万小时对消费者而言究竟意味着什么？1．可靠性的定义在我们考虑可靠性预计之前，让我们来看看可靠性的定义。
普遍被接受的可靠性的定义是产品在其指定应用环境条件下和在规定时间内正常工作的概率。
这就涉及到两个判断问题：怎样才算"正常工作"？什么是"指定的应用条件"？如果一台汽车的收音机具有合适的AM接受功能，但不能接收FM电台，是不是整台汽车不可靠？如果某司机驾驶汽车通过积水的道路，在行进过程中汽车突然走不动，是不是说明汽车不可靠？上述两个问题的回答当然是否定的。
因此，可靠性工程师在计算MTBF之前应对各种不同类型的问题进行分类。
2有几个个普遍被接受的标准可用来计算MTBF。
大多数军品规划都用最新版本的MIL-STD-217 FN2和GJB 299B，而许多商用产品规划则用Bellcore方法来计算MTBF。
MIL-STD-217 FN2是美国可靠性分析中心和罗姆试验室多年开展的工作总结为依据的，GJB 299B是中国国内自己的预计标准，而Bellcore版本则是贝尔电信研究公司即现在的Telcordia Technologies公司对该手册进行修改和简化而成的。
IC、二极管、晶体管、电容器、继电器、开关和连接器。
常见元件的mtbf值
常见元件的mtbf值常见元件的MTBF值MTBF（Mean Time Between Failures）是指平均无故障时间，是一种衡量设备可靠性的指标。
在电子元器件中，MTBF值是非常重要的参考数据，它反映了元件在正常工作条件下的寿命和可靠性。
下面将介绍几种常见元件的MTBF值。
1. 电解电容器：电解电容器是一种常见的储能元件，广泛应用于电源、滤波电路等电子设备中。
电解电容器的MTBF值通常在1000小时至10000小时之间，具体取决于使用条件和质量等因素。
在高温、高湿度等恶劣环境下使用的电解电容器，其MTBF值可能会更低。
2. 集成电路（IC）：集成电路是现代电子设备中不可或缺的核心元件，其MTBF值通常在100000小时至1000000小时之间。
不同类型的IC有不同的MTBF值，高集成度、高质量的IC通常具有较长的MTBF值。
值得注意的是，IC的MTBF值可能会受到电压、温度、使用环境等因素的影响。
3. 二极管：二极管是一种常见的电子元件，用于整流、开关、保护等电路中。
一般情况下，二极管的MTBF值在10000小时至100000小时之间。
不同类型的二极管具有不同的MTBF值，例如快恢复二极管和肖特基二极管相对于普通二极管来说具有更长的MTBF值。
4. 电感器：电感器是一种常见的被动元件，用于滤波、储能、传感等电路中。
电感器的MTBF值通常在50000小时至100000小时之间。
MTBF值较长的电感器通常采用优质材料和工艺制造，同时在使用中要注意避免过度加热和过电流等问题。
5. 电阻器：电阻器是电子电路中最常用的元件之一，用于电流限制、分压、电压测量等功能。
电阻器的MTBF值通常在50000小时至200000小时之间。
MTBF值较长的电阻器通常具有较好的耐高温性能和稳定性。
需要注意的是，以上提到的MTBF值仅为一般参考值，具体的MTBF值还受到元件质量、工作条件、使用环境等因素的影响。
在实际应用中，为了确保系统的可靠性和稳定性，可以选择具有更长MTBF值的元件，或采取合适的冗余设计和故障预防措施。
MTBF
∑是求和符号4 ∑ 0.5i=0.5×1+0.5×2+0.5×3+0.5×4 =5 i=1 其中i=1是下标，4是上标，0.5i 是代数式。
然后分别代入i的值求和。
电子产品整机MTBF计算和试验时间的确定MTBF试验是采用高温（40-50摄氏度）连续开机，小批量，试验产品寿命的方法。
试验中湿度取40-85%，没有其它加速因子。
1. 理论计算MTBF的公式：在单位时间内（一般以年为单位），产品的故障总数与运行的产品总量之比叫“故障率”（Failure rate），常用λ表示。
例如网上运行了100 台某设备，一年之内出了2次故障，则该设备的故障率为2/100 =0.02 (次/年)。
当产品的寿命服从指数分布时，其故障率的倒数就叫做平均故障间隔时间（Mean Time Between Failures），简称MTBF。
即：MTBF=1/λ 。
2. MTBF试验时间的计算试验时间＝ MTBF目标值*R／样品台数*加速因素（式 11-1）式中： R可靠度，通常取±3西格玛=99.73%*；加速因数:AF = 2 [ (T1 – T2)/10 （式11-2） T1 试验用温度； T2环境温度，取25度；3. 为方便理解式(11-1)的计算中R，先介绍一下背景知识：西格玛的定义是根据俄国数学家P.L.Chebyshtv的理论形成的，它是描述偏差程度的数理统计术语。
根据P.L.Chebyshtv的计算：68%的合格率，是±1西格玛；95%的合格率，是±2西格玛；99.73%的合格率，是±3西格玛。
4.MTBF试验时间计算案例：如果需要产品MTBF=100000H，问：维修率、MTBF试验的台数和容许的失效数？MTBF=1/λ ，则此例中：100000=1/λλ=0.00001，即每台/每小时有10万分之1的机器出故障；每台/每年有0.00001*24*365=0.087台出故障；也就是λ=8.7% ；就是每百台每年有8.7台出现故障。
MTBF
.3 * * * * * * * * *
.4 * * * * * * * * *
.5 .00089 .00096 .0010 .0011 .0012 .0014 .0015 .0017 .0018
.6 * * * * * * * * *
.7 * * * * * * * * *
.8 * * * * * * * * *
I
Ts
Tmax
稳压管及基准电压源的計算
＃ 其STRESS計算公式為 S＝ IOP/Imax＊CF ＊150/(Tmax-Ts)
參見二極管的S計算
＃
溫度計算需注意區分各個溫度的含義
晶闸管的STRESS 需测量其电流和电压值
光耦，变压器，熱敏電阻，接口，集成 的晶体管和MOS管，CHOKE
MTBF
學 習 資 料
MTBF
一、什么是MTBF? 平均寿命（Mean Time Between Failures） 即機器（電路）的失效性（信賴性）分析
二、作用 1、衡量一个系统的可靠性！ 2、它一般是用元件或系统发生故障之前所经过的时间 来表示。 3、它可以由失效率的倒数来计算得到：例如：一个元 器件在10000个小时中发生了两次故障，那么它的 MTBF就是5000小时。
TABLE 5.1.6.2-4 MIL-R-39017 RESISTORS, FIXED,FILM (INSULATED) BASE FAILURE RATES, S. RATIO OF PERATING TO RATED WATTAGE = P實測 / P額定
b
TEMP (˚C) .1
.2 * * * * * * * * *
MTBF试验,平均故障间隔时间,电子电器失效分析试验
MTBF测试MTBF,即平均故障间隔时间。
是衡量一个产品(尤其是电器产品)的可靠性指标。
单位为"小时"。
它反映了产品的时间质量，是体现产品在规定时间内保持功能的一种能力。
具体来说，是指相邻两次故障之间的平均工作时间，也称为平均故障间隔。
概括地说，产品故障少的就是可靠性高，产品的故障总数与寿命单位总数之比叫"故障率"(Failure rate)。
它仅适用于可维修产品。
同时也规定产品在总的使用阶段累计工作时间与故障次数的比值为MTBF。
试验分析目的：1)针对高频率故障零件的重点对策及零件寿命延长的技术改造依据。
2)进行零件寿命周期的推算及最佳维修计划编制。
3)有关点检对象、项目的选择与点检基准的设定、改善。
4)用于指导内外部维修工作分配。
根据公司内设备修复能力的评价，以设备类型、作业种类的不同来决定内部分别承担工作的维修质量与设备效率方面的风险，作为维修外包的重要参考。
5)设定备品备件基准。
机械、电气零件的各储备项目及基本库存数量，应根据MTBF的记录分析来判断，使其库存水平达到最经济的状况。
6)作为选择维修技术方法改善重点的参考依据。
为了提高设备开动率，必须缩短与设备停机相关的长时间维修作业及工程调整、切换的时间。
因此，有必要对维护作业方法进行检验，而其检验的项目、优先顺序的选择等基本情况，均需要依据MTBF的分析记录表。
7)用于设备对象设定预估运行时间标准，及其维护作业的选定与维护时间标准的研究。
维修计划预估时间标准的设定及维护作业的选定，必须考虑设备维护重复周期或标准时间值与实际维护时间的差异及相应维护作业特性等因素，因此，MTBF分析表是非常必要的。
8)图样整理及重新选定重点设备或零件时的参考。
MTBF的分析记录表所记录的设备零件改造项目或摩擦劣化等信息，以及设备图样修改或前期制作等情况，通过能经常作分析检验及重要性排序管理，可以使工程图样管理变得更容易。
电源产品可靠度MTBF原理
即在机台进行开关运行过程中,运行时间占总时间的百
分比.(如45min ON/15min OFF则其DC值即为:
2.2 加速因子 加速因子即为产品在使用条件下的寿命(Luse)和高测试应
力条件下(Laccelerated)的寿命的比值.
如果产品寿命适用于阿氏模型,则其加速因子为:
AF=e
[Ea/K× (1/Ts-1/Tu)]
Ts:室温+常数273 Tu:高温+常数273
K: :Boltzmann常数,等于8.623*10-5 eV/0K.
由可靠度函数估算产品的可靠度.
MTBF= Total Operating(Hrs)/Total Failures
2. MTBF的估计值符合卡方分配原理, 其语法为: CHIINV(probability,degrees_freedom)或 X2 (probability,degrees_freedom) 故有以下公式: 2T MTBF lower = 1- f 2 T= Total Hours c ( 2r + 2, ) 2 r=Number of failures 2T
2.3 加速因子中活化能Ea的计算 2.3.1 一般电子产品在早夭期失效之Ea为0.2~0.6Ev,正 常有用期失效之Ea趋近于1.0Ev;衰老期失效之Ea 大于1.0Ev. 2.3.2 根据 HP 可靠度工程部(CRE)的测试规范,Ea是机 台所有零件Ea的平均值.如果新机种的Ea无法计 算,可以将Ea设为0.67Ev,做常数处理. 2.3.3 但是,Dell和Motorola机种的Ea因客户有特殊要求 须设为0.6Ev. 2.3.4 如按机台所有零件Ea的平均值来计算,则可按以 以例证参考进行.
MTBF指标与产品可靠性
“MTBF” 指標與產品的可靠性1. “MTBF” 指標的概念在電源產品的標書中, 客戶對產品的可靠性要求是用“MBTF ”值來表達, 客戶有時還會需要提供產品可靠性的技術資料, 在此, 利用“週二談”, 向各位介紹有關 可靠性方面的知識.產品的可靠性是指產品在規定條件下和規定的時間內, 完成規定功能的能力. 產品可靠性是對某個產品系列的群體或某批產品而言, 不是對一個產品而言的. 所以, 對產品可靠性高或低的描述是採用統計概率的方法來達到, 可用R(t)表示, 當產品出故障, (即產品不可靠),用F(t)表示,則有公式; R(t) + F(t) = 1 這表明了產品只有二個狀態 ; “可靠的”或” 故障的”.因為眾多的電子元器件的可靠度基本符合指數分佈,所以有可靠度R(t)=e -λt , 其中λ是表示產品的故障率, 對電子產品可靠性按下列公式進行計算; ,λλθ10=⎰∞T-=t d e可以得到; 電子產品的可靠性等於產品故障率的倒數.從可靠性的角度來看, 電子產品的電路分為二種形式; 一種是只要有一個元件損壞, 電路就殤失功能, 則可靠性理論稱這種電路為”串聯電路”. 串聯電路的故障率就是電路中各個元器件的故障率的總和. 整流模組, 監控模組的電路都可以認為是串聯電路. 另一種是只要有一個元件未損壞, 電路就能保持功能, 則可靠性理論稱這種電路為”並聯電路”.. 通信電源系統的配置採取整流模組N+1方式並聯就是可靠性並聯電路的應用.一般電子產品是可修復的, 所以電子產品的可靠性用MTBF 值(即mean time between failure 平均故障間隔時間)來作為指標值的. MTBF = 1/λtotal, 這裏的λtotal 表示電子電路所有的元器件故障率的總和.MTBF 值可以是計算出來, 計算MTBF 稱為”可靠性預估計”. 預估計方法有多種, 常用的是元器件計數法, 元器件應力分析法二種. 目前, 客戶要索取的資料主要就是對整流模組電路進行”可靠性預估計”的計算檔資料.元器件計數法具體做法是; 找出電路中各類元器件中典型元件, 根據典型元件所處環境等因素求出該元器件的通用失效率, 再乘上元器件個數, 即為此元器件的失效率, 總和各種元器件的失效率, 倒數計算, 就可得到產品MTBF 值. 文章後附的MCS6000系統整流模組就是依據美國Bellcore 標準的元器件計數法計算出來.元器件應力分析法, 這是依據美國MIL —HDBK —217F 電子設備可靠性預計(國內對應標準GJB/Z 299B —98電子設備可靠性預計手冊) 標準所規定的方法與計算公式進行的. 具體做法是; 測量出每個元器件, 特別是主要功率元器件在各種狀況下的電壓應力, 電流應力, 或溫度應力, 並根據元器件的額定指標值, 算出應力係數, 再從標準中查出元器件的基本故障率λb, 再乘上環境,品質等係數, 得到各元器件的λ值, 將各λ值相加, 再做倒數計算, 就可得到產品MTBF 值.MTBF 值也可用試驗來驗證, 用多個樣品做加速試驗, 就是用高溫, 高壓, 產品開關狀態等方式來折算時間, 並根據試驗結果, 算出產品的MTBF 值. 具體試驗方法可見YD/T 282《通信設備可靠性通用試驗方法》標準, 這裏就不多介紹了.此外, 根據MTBF 的基本定義;. “平均故障間隔時間”, 可以採取對實際使用狀況進行統計的方式來估算出MTBF 值, 計算公式如下;MTBF = (產品在客戶處當年實際運行總時間 / 當年產品在客戶處出現的故障次數 ) 單位; 小時用統計方法計算, 必須是被統計的量要大, 統計出來的資料才有代表性, 否則就沒有意義. 所以此方法必須以年為計算時間段. 產品運行總計達百萬, 乃至千萬小時. 由於, 通信電源在客戶處使用往往是開通後就不關機. 所以, 產品在客戶處實際運行的時間還是可以計算出來的.2. “MTBF” 指標的計算上期“週二談”介紹了整流模塊的MTBF 值的估算, 本期介紹系統的MTBF 值的估算;由於整流模塊是採取n+1方式並聯運行 假設系統應配置n 個整流模塊, 才能達到額定輸出量,現已配置n+1個整流模塊, 則系統達到額定輸出量的MTBF total SMRs 值的估算公式爲;MTBF total SMRs =λλλλn T T T 1)2(1)1(11+⋅⋅⋅+-+-+ 其中T 爲模塊總數,n 爲系統正常工作必須的最少模塊數, (T-n)爲冗餘塊數,λ爲單個整流模塊失效率,然而, 整個電源系統的功能還包括監控功能, 通信功能, .保護告警功能等, 所以, 從整個系統功能角度來看, 系統的MTBF 值的估算還應包括監控模塊, 配電元器件的故障失效率, 有關監控模塊的MTBF 值也有些客戶會提出, 監控模塊的MTBF 值計算方法同整流模塊的方法一樣, 所不同的是監控模塊的工作電壓低, 電流小, 頻率高, 溫度低, 監控模塊的MTBF 值要比整流模塊高. 行業標準要求是; 監控模塊MTBF 值不小於20萬小時下麵, 附上中壢廠QE 部門對型號為;CU-08-02(MCS3000系統)的MTBF 估算報告, 此估算是依據美國BELLCORE 標準估算的. BELLCORE 標準是民用性質的可靠性標準, 具體估算比美國軍標MIL —HDBK —217F 寬鬆的多.由於n+1 方式是行業規定, 所以, 客戶對MTBF total SMRs 數據興趣不大, 客戶在標書中所要索取的MTBF值與資料, 一般我們提供相應系列整流模塊的MTBF值和匯總計算表就可以了. 監控模塊的MTBF值和計算表可不必提供. 除非客戶指明需要. 至於整個電源系統的MTBF system值, 從理論上講,MTBF system 只是系統λsystem的倒數, 而λsystem是λtotal SMRs, λCSU, λdistribution的和. 即並聯整流模塊, 監控模塊, 配電元器件的失效率的相加. 但沒有任何行業標準支特這個系統的MTBF system值, 所以, 目前, 僅僅停留在概念上而已.REPORTMODEL :505600: APPROVED BY; Steve HsuDATE : 2002/2/14 CHECKED BY : TC.TzouREFERENCE DOCUMENT : TESTED BY : SANDY.TAOBELLCORE Method I, Case 3 Reliability PredictionTECHNICAL REFERENCE : TR-NWT-000332 (Issued 5, December 1995) TEST CONDITION :INPUT VOLTAGE : 54.3VdcTEMPERATURE : 25 ℃LOAD CONDITION : 0.5AITEM 1 : MICROELECTRONIC DEVICESmλSS = pE ΣNi λSSii=1= 311.996 FAILURES/109 HOURSITEM 2 : MOSFETmλSS = pE ΣNi λSSii=1=99.617 FAILURES/109 HOURSITEM 3 : FUSE & CONNECTORSmλSS = pE ΣNi λSSii=1= 37.112 FAILURES/109 HOURSITEM 4 : DIODESmλSS = pE ΣNi λSSii=1= 26.290 FAILURES/109 HOURSITEM 5 : ZENERSmλSS = pE ΣNi λSSii=1=24.844 FAILURES/109 HOURSITEM 6 : OPTO-ELECTRONIC DEVICESmλSS = pE ΣNi λSSii=1=295.187 FAILURES/109 HOURSITEM 7 : RESISTORSmλSS = pE ΣNi λSSii=1=66.786 FAILURES/109 HOURSITEM 8 : ALUMINUM ELECTROLYTIC CAPACITORSmλSS = pE ΣNi λSSii=1= 99.617 FAILURES/109 HOURSITEM 9 : CAPACITORS ( EXCEPT AL )mλSS = pE ΣNi λSSii=1= 18.100 FAILURES/109 HOURSITEM 10 : INDUCTIVE DEVICESmλSS = pE ΣNi λSSii=1= 40.00 FAILURES/109 HOURSITEM 11 : RELAYSmλSS = pE ΣNi λSSii=1=43.480 FAILURES/109 HOURSTOTAL = 1071.846 FAILURES/109 HOURSMTBF = 932969.455 HOURSREMARK : λSSi = λGipQipSipTiλSSi : FAILURE RATE FOR DEVICEλGi : BASE FAILURE RATE FOR DEVICEpQi : QUALITY FACTORpSi : ELECTRICAL STRESS FACTORpTi : THERMAL ACCELERATION FACTORmλSSi = pE ΣNi λSSii=1λSSi : FAILURE RATE FOR UNITpE : UNIT ENVIRONMENT FACTORNi : QUANTITY OR DEVICE TYPEm : NUMBER OF DIFFERENT DEVICE TYPES IN THE UNIT109 =100000000048/100A(48V/6kW)整流模組的MTBF計算單元工作在25°C環境環境係數在滿載及額定輸入電壓 πE 1.0基於Bellcore RQGR手冊預計的器件可靠性組件數量典型溫度πG1 πQ1 πS1 πT1 S.S Fail/Rate Unit S.S F/R 瓷介電容器(包括表面貼裝器件) 44 35 1.0 3.0 0.2 1.0 0.6 26.4 高溫瓷介電容器10 65 1.0 3.0 1.0 1.1 3.3 33.0 高壓電解電容器10 32 15.0 3.0 1.6 0.6 43.2 432.0 低壓電解電容器11 32 25.0 3.0 1.4 0.6 63 693.0 低壓電解電容器Vcc 27 32 15.0 3.0 0.6 0.6 16.2 437.4 塑膠小型X/Y電容器32 34 1.0 3.0 1.0 0.9 2.7 86.4 塑膠電容器40 40 1.0 3.0 0.8 1.0 2.4 96.0 插接件(功率插腳) 13 40 5.0 3.0 1.0 1.0 15 195.0 插接件(插腳) 270 35 0.5 3.0 1.0 0.8 1.2 324.0 振盪晶體 2 35 25.0 3.0 1.0 1.0 75 150.0 二極體- BYV28-200 27 50 6.0 3.0 0.5 1.2 10.8 291.6功率二極體T<100 26 50 6.0 3.0 0.4 1.2 8.64 224.6 次級二極體 1 50 9.0 3.0 1.0 1.2 32.4 32.4 小信號二極體53 35 3.0 3.0 0.5 0.9 4.05 214.7 變壓器- 脈衝LVCT 2 35 4.0 3.0 1.0 0.9 10.8 21.6 三極管–小功率39 32 4.0 3.0 0.3 0.8 2.88 112.3 積體電路–數字CMOS 6 34 15.0 3.0 1.0 0.7 31.5 189.0 積體電路- EEPROM 1 30 14.0 3.0 1.0 0.6 25.2 25.2 積體電路- 數位信號處理器 1 45 27.0 3.0 1.0 1.3 105.3 105.3 積體電路- 可編程邏輯器件 1 45 20.0 3.0 1.0 1.3 78 78.0 積體電路- 線性電路15 34 19.0 3.0 1.0 0.7 39.9 598.5 積體電路- 微處理器 1 42 27.0 3.0 1.0 1.1 89.1 89.1 積體電路- UC3845/3854控制器‡ 3 40 6.3 3.0 1.0 1.0 18.9 56.7 積體電路- 門驅動IR2110 * 1 40 10.0 3.0 1.0 1.0 30 30.0 大功率IGBT 12 53 20.0 3.0 0.4 1.3 31.2 374.4 變壓器- Flyback 1 40 19.0 3.0 1.0 1.0 57 57.0 溫度感測器 2 44 4.0 3.0 1.0 1.1 13.2 26.4 電感- 射頻濾波器8 35 0.5 3.0 1.0 0.9 1.35 10.8 發光二極體18 32 3.0 3.0 1.0 0.5 4.5 81.0 MOSFETs –大功率 4 45 20.0 3.0 0.4 1.1 26.4 105.6 MOSFETs –小功率10 30 20.0 3.0 0.4 0.8 19.2 192.0 壓敏電阻7 36 10.0 3.0 1.0 0.9 27 189.0 光耦合器–隔離放大器 1 32 15.0 3.0 1.0 0.5 22.5 22.5 光耦合器–小功率10 34 15.0 3.0 1.0 0.6 27 270.0 繼電器–大功率 2 40 70.0 3.0 0.6 0.9 113.4 226.8 電阻–大功率9 55 10.0 3.0 0.7 1.2 25.2 226.8 電阻- 小功率130 30 0.5 3.0 0.6 0.9 0.81 105.3 電阻–表面貼裝315 30 0.5 3.0 0.6 0.9 0.81 255.21165 總失效為1E+9 小時6658.6MTBF (小時) 150018..200MTBF (年) 17.1。
电子产品可靠性指标(产品MTBF MTTR 可用度 )
MTTR指标设计分解
MTTR=T1+T2+T3+T4
T1- 拆卸时间
可安装性是否良好
T2- 定位时间 此部分时间较长 T3- 修理时间
T4- 安装时间
故障检测率、故障隔离率 虚警率 可安装性是否良好
可安装性是否良好
可靠性指标计算实例
系统M的MTTR为1小时，器件使用情况如下表，请计算M的MTBF、可用度；
➢ 可用度指标
1. 指标确定 参考行业和主要竞争对手指标，确定公司产品可用度指标，如DLP目前应大于99.999%（5个9）； 2. 指标计算 根据MTTR和MTBF指标，计算产品可用度即可；
可靠性指标设计业务规划
可靠性指标业务工作计划
目的（O）
目标（G）
策略 （S）
度量标准 （M）
行动方案（T）
MTBF可靠性预计标准
1. MIL-HDBK-217F 美国军用标准 电子设备可靠性预计手册 广泛应用于电子设备可靠性预计（包括民用产品）
2. GJB299B 中国国家军用标准《电子设备可靠性预计手册》 中国军用标准，其内容与BELLCORE TR-332相近；
3. BELLCORE TR-332 美国贝尔实验室电子设备可靠性预计标准，广泛应用于通信、网络设备行业及其它民用电 子设备；
可靠性预计及分配
➢ 可靠性预计方法: 1. 计数法： 2. 应力法： 3. 相似法 4. 现场数据统计法 ➢ 器件通用失效率获得: 1. 通过预计标准获得； 2. 器件厂家提供数据； 3. 通过统计，建立企业自己的失效率数据； ➢ 可靠性分配 等分配法 按故障比例分配法 工程加权分配法 综合因子分配法（复杂性、重要性等） 动态分配法 AGREE
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2.根据spec MTBF计算可靠性验证时数和取样数(EA值参考14页)
3.当样品不足导致测试时间过长时采用分批验证:
(1)经推算TG-3008其1个单位的样品寿命测试时数如下:
(2)因为样机不能在一个批次同时取到,每次只能取部分样品, 所以,必须采用分批实验的方法进行,分批实验的方法如 下:
2.2 加速因子 加速因子即为产品在使用条件下的寿命(Luse)和高测试应
力条件下(Laccelerated)的寿命的比值.
如果产品寿命适用于阿氏模型,则其加速因子为:
AF=e
[Ea/K× (1/Ts-1/Tu)]
Ts:室温+常数273 Tu:高温+常数273
K: :Boltzmann常数,等于8.623*10-5 eV/0K.
此指数一般取常数,其取值标准为按照Confidence Level进 行取值,常用的值为80%信心水平取3.22;而90%信心水平 时取2.3026.(华亿现行标准均采用80%信心水平) 3. DC: Duty cycle占空比
即在机台进行开关运行过程中,运行时间占总时间的百
分比.(如45min ON/15min OFF则其DC值即为:
可靠性属于质量的范畴,是产品质量的时间函数,从基本 概念上讲,可靠性指标与质量的性能指标所强调的内容是 不同的,可靠性的基本概念与时间有关,这些基本概念的 具体化,就是产品故障或寿命特征的数学模型化,只有通 过可靠性试验才能确定产品故障或寿命特征符合哪一种 数学分布,才可以决定产品的可靠性指标,进而推算产品 的可靠程度,在可靠性工程中,最常见的寿命分布函数有 指数分布,威布尔分布,对数正态分布和正态分布.
2. 阿氏模型的加速因子 2.1 阿氏模型起源于瑞典物理化学家Svandte Arrhenius 1887 年提出的阿氏反应方程式.
R:反应速度 speed of reaction A:温度常数 a unknown non-thermal constant EA:活化能 activation energy (eV) K:Boltzmann常数,等于8.623*10-5 eV/0K. T:为绝对温度(Kelvin)
MTBF&产品可靠度验证
一.可靠度的基本概念
随着电子技术的发展,对电子设备也 提出了更高的要求,由于设备技术性 能和结构要求等方面的提高,可靠性 问题愈显突出,如果没有可靠性保证, 高性能指标是没有任何意义的. 现代用户买产品就是买可靠性, 对生产厂家来说,可靠性就是 信誉,就是市场,就是经济效益. 从整机来讲,可靠性贯穿于设 计、生产、管理中,从部件、 元器件的角度来讲,电子元器 件的可靠性水平决定了整机的 可靠性程度。
45min/(45min+15min)=0.75
4. Sample size:样本数 根据实际状况确认的作寿命试验的机台数 5. MTBFSpec:平均无故障时间
规格书上订明的机台MTBF时间数
6. AFpower:加速系数 即在机台进行开关运行过程中,1小时时间和一个Cycle的 ON和OFF时间之和的比值,如: 机台选择25min ON/5min OFF则Afpower值为:
谢经理:此公式是华亿现 行的公式,但和LITOIN企 业的不一样,LITOIN的公 式里没有2这个分母,所以 按此公式算,华亿在做寿 命测试时时间要比 LITOIN的短,请确认
1. Duration:持续测试时间 即一个单位或几个单位的样品在进行寿命试验时总的需 要测试的时间
2. GEMfactor: General Exponential Model综合指数
AFpower=60min/(25+5)min=2
7. AF:加速因子,产品在使用条件下的寿命(Luse)和高测试应
力条件下(Laccelerated)的寿命的比值(见2.2所述)
七.进行可靠性试验时时间和取样数的变异技巧
在进行机种可靠性验证计划时,如算得的实验时数过长,可 以以增加验证机台数量按比例来减少寿命测试的时间的 修正方法,如: 在进行可靠性计划时如果算得的1个单位的机台其寿命测
1.9 反乘幂法则(Inverse Power Law)适用于金属和非金属材 料,如轴承和电子装备等. 1.10 复合模式(Combination Model)适用于同时考虑温度 与电压作为环境应力的电子材料(如电容如下式为电 解电容器寿命计算公式)
1.11 一般情况下,主动电子零件完全适用阿氏模型,而电子 和信息类成品也可适用阿氏模型,原因是成品类的失 效模式是由大部分主动式电子零件所构成.因此,阿氏 模型广泛应用于电子,信息行业.
二.可靠性试验的特点和分类
电子设备的可靠性指标是一些综合性、统计性的指标，与质 量性能指标完全不同，不可能用仪表、仪器或其它手段得到 结果，而是要通过试验，从试验的过程中取得必要的数据， 然后通过数据分析，处理才能得到可靠性指标的统计量。可 靠性指标的实现主要依靠现场试验或模拟现场条件试验，一 般说电子设备的可靠性试验可以分为研制阶段的试验，可靠 性验收试验，可靠性增长试验，元器件老炼试验，极限试验， 负荷及过负荷试验，过载能力试验等，这类试验的目的是了 解设计是否满足了可靠性指标的要求，找出或排除设计与制 造过程中的缺限和不足，证明设计可靠性能否实现.
盘阵列产品一般MTBF不能低于50000小时。
四. MTBF测试原理
1.加速寿命试验 (Accelerated Life Testing) 1.1 执行寿命试验的目的在于评估产品在既定环境下之使用 寿命. 1.2 常规试验耗时较久,且需投入大量的金钱,而产品可靠度 信息又不能及时获得并加以改善. 1.3 可在实验室里以加速寿命试验的方法,在可接受的试验时 间里评估产品的使用寿命. 1.4 是在物理与时间上,加速产品的劣化肇因,以较短的时间 试验来推定产品在正常使用状态的寿命或失效率.但基本 条件是不能破坏原有设计特性.
注:对各类电子零部件其Ev值可按上述参考值进行计算
五. MTBF推算方法
1. 由MTBF定义可知,规定产品在总的使用阶段累计工作 时间与故障次数的比值为MTBF, 指数(Exponential)分布 是可靠度统计分析中使用最普遍的机率分布.指数分布 之MTBF数值为失效率λ的倒数,故一旦知道λ值,即可
由可靠度函数估算产品的可靠度.
MTBF= Total Operating(Hrs)/Total Failures
2. MTBF的估计值符合卡方分配原理, 其语法为: CHIINV(probability,degrees_freedom)或 X2 (probability,degrees_freedom) 故有以下公式: 2T MTBF lower = 1- f 2 T= Total Hours c ( 2r + 2, ) 2 r=Number of failures 2T
试时间为1280Hrs,则可以增加实验机台数,如使用10个单
位的机台进行测试,而1个单位的总测试时间可平均分配 至10个单位的机台上,即1280Hrs/10=128Hrs或7 Days
八.实例
1.根据客诉/退不良计算量产机种MTBF:
70899*435*24
Total Hours/Total Failures
2.3 加速因子中活化能Ea的计算 2.3.1 一般电子产品在早夭期失效之Ea为0.2~0.6Ev,正 常有用期失效之Ea趋近于1.0Ev;衰老期失效之Ea 大于1.0Ev. 2.3.2 根据 HP 可靠度工程部(CRE)的测试规范,Ea是机 台所有零件Ea的平均值.如果新机种的Ea无法计 算,可以将Ea设为0.67Ev,做常数处理. 2.3.3 但是,Dell和Motorola机种的Ea因客户有特殊要求 须设为0.6Ev. 2.3.4 如按机台所有零件Ea的平均值来计算,则可按以 以例证参考进行.
对于不同的电子设备，所要达到 的目的不同，可以进行的可靠性 试验形式也就各异.
因此可靠性试验对于电子设备来 说是一个系统工程，温度、振动、 冲击及高温寿命、加速寿命等试 验在实际应用中较为广泛。
三.MTBF术语
MTBF:即平均无故障时间 英文全称:Mean Time Between Failure 定义:衡量一个产品（尤其是电器产品）的可靠性指标,单 位为“小时”.它反映了产品的时间质量,是体现产品 在 规定时间内保持功能的一种能力.具体来说,是指相邻 两次故障之间的平均工作时间，也称为平均故障间 隔,它仅适用于可维修产品,同时也规定产品在总的使 用阶段累计工作时间与故障次数的比值为MTBF ,磁
THE END !
MTBF upper =
1+ f 2 c ( 2r , ) 2
Φ =Confidence interval
注: If there are no failures t-ln(Confidence Interval)
六.DMTBF计算
DMTBF:平均无故障时间验证 英文全称:Demonstration Mean time Between failures
1.5 一般情况下, 加速寿命试验考虑的三个要素是环境应 力,试验样本数和试验时间. 1.6 一般电子和信息业的零件可靠度模式及加速模式几乎 都可以从美军规范或相关文献查得,也可自行试验分析, 获得其数学经验公式. 1.7 如果温度是产品唯一的加速因素,则可采用阿氏模型 (Arrhenius Model),此模式最为常用. 1.8 引进温度以外的应力,如湿度,电压,机械应力等,则为 爱玲模型(Eyring Model),此种模式适用的产品包括电灯, 液晶显示组件,电容器等.
计算方法:以温度为加速寿命试验且采用阿氏加速寿命模式 (Arrhenius Model)
计算公式:(实际使用中,如需要可在分子上乘上24Hrs以方便计算时数) Duration =[(MTBFspec/2)* GEMfactor]/(DC*Sample size*Afpowr*AF)