可靠性设计

LED灯泡散热设计
由于LED灯泡功率都不大，芯片发热量有限，其热传递过 程主要由芯片传递到热沉，再由热沉通过铝基电路板传递 给散热器，最后由散热器通过辐射和对流，将热量发散到
空气中去。
LED灯泡散热器布置
翅片散热器
外置式散热器
内置式散热器
LED灯泡散热器布置
分裂式散热器 液体冷却散热
微风扇辅助散热器
修复 无效
1、机械可靠性设计简述
机械可靠性设计的特点：
（1）种类繁多，可靠性要求不一 （2）使用条件复杂，基本载荷确定困难 （3）可靠性设计受外部因素影响大
（4）机械零件连接形式变化
2、机械产品可靠性设计的方法
机械可靠性设计与传统机械设计的关系：
迅速发展 传统设计 内容：设计计算和 安全系数校核 缺点：不能回答可 靠度、故障概率、 和安全程度，各种 参数为定值，＞1的 安全系数取自经验 具有盲目性、结果 可能保守（尺寸大、 费用高）或危险 （故障频繁）

对于无线电发射机干扰源，其接收器输入 端有效干扰功率为 PI=PT-∑Lp 由以上两式得 IM=Ps-PT+∑Lp
Ps=6dBm ， PT=10W=40dBm ， ∑Lp=21dBm 代入得 IM<0
这说明机载测控计算机电磁兼容性存在潜 在干扰，为使其在复杂电磁环境中正常工作， 必须增加机载测控计算机电磁兼容性设计。
磁能量，经过耦合途径传输到敏感设备 的过程
耦合途 径
电磁干 扰源 敏感设 备
电磁干 扰
屏蔽 技术 措施 电 磁 兼 容 组 织 措 施 连接 接地 滤波 制定和遵循完整的标准规范 依据频率、工作时间、天线方向性等 规定工作方式
进行合理的频谱分配
五、电磁兼容设计实例
机载测控计算机的电磁兼容设计
第二组：梁贤赓，熊珏，吕国国，王欣，李倩
可靠性设计概述
可靠 性设 计
可靠性设计概述
可靠性的发展过程简介
• 电子设备被广泛使用，产品不可靠带来的问题日益突出。在这个时期,航空电子设备由 于自身不能可靠地工作严重地影响了任务的执行,电子设备自身的故障比例甚至超过了 二次世界大战 敌方造成的损失。
•40年代被认为是可靠性的萌芽时期。50年代是可靠性兴起和形成年代。电子设备可靠 性咨询组织（AGREE）在《军用电子设备可靠性》研究报告中提出了可靠性设计这一概 40年代至50年 念。 代
可 靠 性 设 计 的 分 类
定量分析
面 向 对 象 型
面向电子产品
面向机械产品
可靠性设计概述
故障模式及其影响分析 故障树分析 最坏情况分析 可靠性设计准则 容错设计 布局热设计 维修性设计 定 性 定 量 建立可靠性模型 可靠性分配 可靠性预计 元器件降额 概率设计 稳健设计 有限元分析
可靠性设计概述
LED灯泡散热器 材料
金属散热器（铝合金）
LED灯泡散热器 材料
非金属散热器
LED灯泡散热器 表面处理
对金属散热器进行抛光、轻微氧化、严重氧化等方式，提
高其热辐射能力
塑料和陶瓷散热器一般不需处理
表一 不同材质及表面处理的散热器热辐射系数
LED灯泡散热器 导热、均热技术
热设计软件
有限元分析软件——ANSYS 电子产品散热分析软件 ——FloTHERM 热成像系统软件——Microsanj
•60年代是可靠性工程全面发展的阶段。AGREE组织提出的一整套可靠性设计的方法。70 60年代至70年 年代可靠性工程步入成熟，可靠性设计的方法被逐渐完善。 代
80年代至今
• 可靠性得到了长足的发展，可靠性设计方法越来越规范，也不断地出现新的、优秀的 设计方法。
可靠性设计概述
广 义 的 分 类 定性分析
共同的电磁环境中能协调的完成各自功 能的共存状态。
二、电磁兼容的必要性
电磁 兼容
土星火箭
航天飞机
三、电磁兼容设计的要求
一
• 满足EMC标准 • .能在预期的电磁环境中正常 工作，无性能降低或者故障 • 对该电磁环境不是一个污染 源
二
三
四、如何实现电磁兼容
电磁干扰效应：由电磁骚扰源发射的电
2.1 有源器件的选择



在满足机载测控计算机指标要求的前提下，主要 选择了工作频率范围在50-70MHz之间高集成度的数字 器件。 为了减小ΔI噪声电压采用了如下设计： 首先是本地去耦，即在靠近每个数字电路器件处增加 0.01uF的去耦电容，并联在器件的电源和地线管脚之间。 其次，为了补偿印制板与母板之间或印制板与外接电 源之间的ΔI噪声，在与印制板外接电源线和地线靠近 处，增加了大于本地去耦电容5-10倍整体去耦电容。 另外，还选用了大量的表贴器件，尽量减少电磁辐射。
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ຫໍສະໝຸດ Baidu面向对象的详细可靠性设计 降额设计、冗余化设计、热设计、电磁兼 电子产品的可 靠性设计方法 容设计、维修性设计、漂移设计、容错设 计与故障弱化设计等，有些还包括软件的 可靠性设计。
预防故障设计、简化设计、降额设计、安全裕 机械产品的可 靠性设计方法
度设计余度设计、耐环境设计、人机工程设计、
健壮性设计、概率设计法、权衡设计、模拟方 法设计、前沿的设计方法。
2.3 滤波与隔离
电源滤波 机载测控计算机电源有模拟、数字两种电源，
低通滤波器设计如图所示。


图1 无源滤波器
模拟电源适合采用图1（a）、图1（c）所示的RC 形式的L型、T型无源低通滤波器。 数字电源采用了图1（a）、图1（b）的L、Π型混 合使用。 图1中3种滤波器的传递函数及幅频特性相同，即 A s =
加寿命，提高可靠性的目
的。
常用元件的降额系数
常用元件 电阻器 电容器 半导体器件 电感器件 塑料导线 降额系数 功率0.1 - 0.6 电压0.3 - 0.7 小于0.5 电流0.6 - 0.7 电流小于0.7
降额设计的缺陷
传统的降额设计：“静态” 的方法 器件失效的主要原因是瞬态的过电应力
1 1+������������������ 1 1+(������ ������ℎ )2
(4) (5)
A ω = 式中
1 ������ℎ = 2п������������ 可根据信号及噪声的频带由(5)式的频率特性选择 合理的电阻和电容，构成滤波器。
A/D、D/A转换输出滤波 在A/D转换器输入、工作电源以及参考电源上采用图1
可靠性设计概述
电子产品容差设计及降额设计讲解 主讲人：熊珏 电磁兼容设计及实例讲解 主讲人：王欣 热设计及LED热设计方法讲解 主讲人：吕国国 机械可靠性设计的多种方法的详细讲解 主讲人：李倩
分块实 例讲解
机械可靠性设计前沿方法介绍与总结 主讲人：梁贤赓
电子产品的可靠性设计
主讲人：熊珏
电子产品的可靠性设计方法
热设计方法
冷却方法 自然冷却 强迫冷却 元器件的位置和布局： 发热器件分散安排; 热敏元件在温度最低区域； 元器件安装 通路要短； 安装面积要大； 材料热导率要高； 接触面积要大
冷却方法的选择
冷却方法的选择
LED灯泡热设计实例
效率高 寿命长 可连续使用10万小时，比普
通白炽灯泡长100倍。
某些电子器件使用材料有温度极限，超过极限则发挥不了 预期功能
长时间工作温度上升，元器件损坏
绝缘性能退化
低熔点焊缝开裂、焊点脱落
散热的基本设计措施
传导散热：
t A n
大导热系数材料，增大接触面积等
对流散热：
加大温差，增加周围流体流动速度
辐射散热：
涂散热材料，增加辐射散热面积
光电隔离 继电器隔离 门电路隔离
2.4 机载测控计算机的屏蔽措施：
电路 屏蔽
屏蔽 措施
信号 屏蔽
以上就是电磁兼容设计部分的内容， 谢谢大家！
热设计
主讲人：吕国国
热设计定义
通过器件的选择、电路设计及结构设计来减少
温度对产品性能的影响，使产品在较宽的温度范
围内可靠的工作。
为什么要进行热设计
为什么要进行热设计
设计步骤
1、机载测控计算
机工作环境分析
2、机载测控计
算机电磁兼容设 计
有源器件的选择
电磁环境分析 印制板的设计
电磁兼容性预测
滤波与隔离 屏蔽
1.1 电磁环境分析
无线电 发射机 旋转电 机 接收机
继电器
电磁干 扰源
发动机
振荡器
稳压电 源
1.2 电磁兼容性预测
机载测控计算机的电磁兼容能力是根据电磁干扰 安全裕度IM来判定的。 IM=Ps-Pi IM<0：存在潜在干扰源，会引起故障模式； IM>0：兼容工作； IM=0：处于临界状态，易使机载测控计算机效能降低。
可靠性设计 内容：强调持续完 成功能的能力，应 力强度的随机性， 引入概率论和数理 统计 优点：可预测寿命 和失效率、较小的 零件尺寸、体积重 量、符合工程实际
基础性的设计
2、机械产品可靠性设计的方法
机械可靠性分析和设计的方法：
可靠性随时间按某 种规律变化（疲劳 寿命、耗损失效）
数学模型法 可靠性为某些偶然 因素发生的结果， 随机事件概率描述
潘建 浅谈电子产品的可靠性设计 张士钱；王清辉；王宇松 提高电路系统可靠性的措施
王淑娟 电子线路可靠性容差分析方法机器应用的研究
辛波；马静 基于Pspice仿真的SLD控制电路降额设计
电磁兼容设计
王欣
ZY1203214
一、电磁兼容的定义
电磁兼容性是指系统、分系统或设备在
计算流体力学软件 ——FloEFD
电子产品热分析软件——Icepak
机械产品可靠性设计
主讲人：李倩
主要内容 1
机械可靠性设计简述
2
3
机械产品可靠性设计的方法 机械产品可靠性设计的步骤 发展趋势的探讨
4
1、机械可靠性设计简述
机械可靠性定义：
机械系统或产品在规定的使用条件下、规定的时间内完成规定功能的能力。
容差设计 降额设计
容差设计的概念
针对电子产品中元 器件的实际参数与标定 参数的不同，通过对系
统的设计，使得在容许
的功能界限内系统仍然 能够正常工作。
容差设计的方法
蒙特卡洛法 区间分析法 增量分析法
放射分析法
区间迭代法
降额设计的概念
降额设计就是使元 器件在低于其额定值的应
力条件下工作，以达到增
可靠性设计内涵：
对象、前提、核心、实质。 定性可靠性设计：故障模式影响及危害度分析+应用成功的设计经验
分类：
（直接有效、大量采用） 定量可靠性设计：应力强度分布及各种设计参数的随机性+极限函数 （考虑的因素多、数据缺乏）
1、机械可靠性设计简述
机械可靠性设计的重要性：
设计 决定固有可靠性 可靠性设计 可靠性设计的基础 可靠性试验数据 可靠 完 好 维修 图1 机械产品与可靠性关系框图 制造 保障可靠性指标 安全可靠运行 失效 失 效 使用
2.2 印制板的设计

机载测控计算机在进行印制板设计中，在允许 情况下尽可能加宽导线，增加地线的宽度，加大地 线面积；为了避免线宽突变，导线尽可能取最短路 径，拐角用45度角，同频率、同电流的信号排在一 起；同时，对于地线的设计分别按地线闭合、地线 与电源线尽量靠近、多层板的地线层和电源层要相 邻、电源线与信号线走向一致等要求设计。
分类
应力—强度干涉模 型R（t）=P（σ＞ S） 物理原因法 R（t）=P（随机过 程不超出规定任务 水平）
2、机械产品可靠性设计的方法
机械可靠性分析和设计的典型方法：
（1）概率设计法
内容：应用概率统计理论进行机械零件及构件设计的方法 方法：将载荷、材料性能、强度、零部件尺寸视为某种概率分布的统计量 基础：应力—强度干涉模型 R P(＞s) P（ - s＞0）
同时对各个器件的多个电应力进行估计非常耗费时间
基于Smoke分析的降额设计方法
一种用于分析器件功耗、 因器件结温上升、 二次击穿、
电源电压波动、电流过载引起器件过应力的仿真方法
可直接输出所有器件的应力分析和降额情况， 从而大
大提高了降额设计的准确性和效率
Smoke分析的基本流程
参考文献
（a）、图1（c）所示的,L型和T型RC滤波器。 而在D/A转换器输出端，采用了与数字电源类似的Π型 RC滤波器，以便滤掉D/A转换输出的高频尖峰干扰。 输入信号滤波 如图2所示。这里选用了增益为1的二阶压控电压源切比 雪夫低通滤波器。
图2 二阶压控电压源切比雪夫低通滤波器
。
机载测控计算机中采用了以下隔离 措施：