6_系统可靠性设计

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降额标准
对于数字电路， 对于数字电路，实际扇出系数与额定扇出系数 之比应小于0.9。规定的电源电压不能超出。 之比应小于 。规定的电源电压不能超出。 一般电容器的电压降额系数取为0.4-0.5，其失 一般电容器的电压降额系数取为 ， 效率约为额定失效率的1/10。 效率约为额定失效率的 。 电阻器的功率降额系数取为0.5左右 左右。 电阻器的功率降额系数取为 左右。 对于开关及连接件，其电流降额系数应在0.5以 对于开关及连接件，其电流降额系数应在 以 如继电器，指的是触点电流降额。 下。如继电器，指的是触点电流降额。 降额设计不能随便用， 降额设计不能随便用，降额不足或降额太大都 可能出现危险。 可能出现危险。
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3.耐环境设计 耐环境设计
耐环境设计的内容
1971年 1971年，美国对机载电子设备全年发生的故障 进行剖析， 结果发现， 50% 进行剖析 ， 结果发现 ， 50% 以上的故障都与环 境因素有关，其中，温度、湿度、振动、 境因素有关，其中，温度、湿度、振动、冲击 造成的故障占44 69% 因此， 44. 造成的故障占44.69%。因此，为了提高系统可 靠性和对各种环境的适应能力， 靠性和对各种环境的适应能力，需要进行耐环 境设计。包括： 境设计。包括：
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系统热设计
热分析手段
进 电 产 热 电 产 及其组 及其组 温度及 ，并对热设计 果进 果进 检验 优 。 途径 获 得电 产 温 度场 途径 数值 计 热测 两种 。热场 数值 计 适 产 设计过 ， 时尚 可供测 实 产 可供测 。 热测 度及温 实 产 温 度及温 度场 ， 得 结果 较 。
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1.系统可靠性设计的 系统可靠性设计的 内容及其准则
系统可靠性设计
系统可靠性设计是为了在设计过程中挖 掘 、 分析和确定系统或设备中的薄弱环 节及其隐患， 采取设计预防和改进措施， 节及其隐患 ， 采取设计预防和改进措施 ， 以清除薄弱环节和隐患， 以清除薄弱环节和隐患 ， 提高设备和系 统的固有可靠性。 统的固有可靠性。
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系统热设计——方法 方法 系统热设计
热交换的途径
热传导、 热 交换 种：热传导 、热对 、热辐 。 固 内 间 产 热 为热传导； 交换，称 为热传导； 固 与 间 热交换 ，称 为热对 ； 电 传 线辐 去 热 交换，称 为热辐 。
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降额设计的机理
对电子设备最有影响的应力包括电应力（电压、 对电子设备最有影响的应力包括电应力（电压、 电流、 功率和频率） 温度应力（ 温度、 电流 、 功率和频率 ） 、 温度应力 （ 温度 、 湿 机械应力（振动、冲击） 度）、机械应力（振动、冲击）等。 降额包括有意识地降低元器件所承受的应力和 元器件的降额使用。 元器件的降额使用。 如元器件承受突然的应力变化，如电压波动等， 如元器件承受突然的应力变化，如电压波动等， 应注意瞬时值也不应该超过额定值。 应注意瞬时值Байду номын сангаас不应该超过额定值。同时也要 考虑批量元器件可靠性参数的分布情况。 考虑批量元器件可靠性参数的分布情况。 过度降额并无益处。 过度降额并无益处。如金属膜电阻器的基本故 障率随工作应力的变化。 障率随工作应力的变化。
够
，
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系统热设计——方法 方法 系统热设计
电子产品常用的冷却方法
却
济 热 对 、传导 辐 进 热， ， 。 热能 较 。 简单、 简单、 经
空气 强 空气 却
缺 风 机进 气 气 问题， 内 污 问题， 却 ，热 能 较 高。 干净气 干净气 声污 。 。
却
热 能 都 高
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系统可靠性设计的内容
一般包括： 一般包括：
降额设计 器件 选择 降额设计 器件 设计 系统进 对高可 系统进 设计 护设计、 环境 护设计、热设计 设计 动、 击设计 电 兼 设计 电 设计 可维 可 设计 软件可 设计 系统可测试 设计 错技术
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器件、 导 器件、 其 故 随温度 随温度 参数均 数等参数均 温度
可 个 随 环境温度
环境 。 长 数 长。
、 大
对温度 感。 电 对温度 为 感。 压值、 加 数 长，耐压值、 电 数。
热设计的必要性与目的
空 等高科技产 热设计技 得到 视。 等高科技产 热设计技术 统热交 对电 产 热设计 基 对 系统热 交换过 热场 计 测 ，从热 、热 、 热 等 对电 产 进 热 控 ， 达 到减 参数 ， 能稳 高产 。 电气 能稳 ， 高产 可
系统热设计——方法 方法 系统热设计
电子产品热环境的影响因素
都 各种 电 产 工 过 各种 能 （ 转换，根据其发热 动 能） 热 能 转换 ，根据其发热 多 同 热 。电 产 热 产 种：
为热能 电能转 为热能 机械 产 热能 产 空气动 加热 空 空气动 加热
电 能、 大
考虑发热 热设计 ， 考虑发热 这个 度问题 问题。 还 须考虑热 度问题。
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系统热设计
热分析手段
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系统三防设计
“三防”是指对潮湿、盐雾和霉菌的防护。 三防”设计就是防潮湿、 “三防”设计就是防潮湿、防盐雾和防霉菌的 设计，也包含防尘及其它腐蚀气体。 设计，也包含防尘及其它腐蚀气体。 潮湿、盐雾、 潮湿、盐雾、霉菌和灰尘对系统可靠性的影响 主要表现在使系统设备的绝缘性能降低、霉烂 主要表现在使系统设备的绝缘性能降低、 腐蚀和其他性能恶化或断路失效。一般是： 腐蚀和其他性能恶化或断路失效。一般是：
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系统热设计
热分析手段
BETAsoft可 对 可 电 热 应进 ，可 度， 。 过 电 温 度及其 度， 器件 焊 温 度，设计 可 设计 问题。 热 及可 问题 。 局 变 长 ，与传统 ，其 高。针对热传导， 计 度大大 高。针对热传导 ，对 辐 况， BETAsoft可建 复杂 可建 维气 与热场 ，并 考 及导热垫 导热垫等 虑 器件 加 热 ， 风 及导热垫 等 热 。BETAsoft ? 结果与实际测 误 10%，可 ， 。
设计。 设计。 气 环境设计。 进 热设计 设计。 机械环境设计， 击设计。 机械环 设计， 动、 击设计。 设计， 护设计。 辐 环境设计， 针对 辐 进 护设计。 干扰设计 扰设计， 设计。 电 干扰设计， 电 兼 设计。
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系统热设计
热设计产生
温度 响电 产 故 ,电 产
简 设计 则 设计 则 耐环境设计 则 热设计 则 降额设计 则 器件选择与控 选择与控 器件选择与 则 电 兼 设计 则 设计 则 机工 设计 则 技术 技术 则 稳 设计 则
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2.元器件的降额设计 元器件的降额设计
降额设计的概念
元器件的可靠性试验表明， 元器件的可靠性试验表明 ， 失效率将随 着工作电压、 着工作电压 、 环境温度的增加而成倍地 增加， 降额设计就是使元器件或设备、 增加 ， 降额设计就是使元器件或设备 、 系统工作时承受的工作应力适当降低于 元器件或设备、 元器件或设备 、 系统规定的应力额定值 的条件下工作， 从而达到降低基本故障 的条件下工作 ， 提高使用可靠性的目的。 率、提高使用可靠性的目的。
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降额等级
一般地， 一般地，元器件的降额可分为三个等级
降额 设备故 I 级 降额 ， 大 度 降额 ， 适 设备 故 将会 及 、 降额设计 额设计。 导 务 败 严 经济损 况时 降额设计。它 设备可 大降额 降额 设备可 大降额， 还大 降额， 但设备 设备可 但设备可 会 长多 ， 设计 难 。 II级 设备故 II级降额， 等 度 降额，适 降额 设备故 将会 工 降额设计 这级降 额设计。 务降级 发 维 费 况 降额设计。这级降额 可对设备 对设备可 围内， 处 降 工 应 可对设备可 高 显 围内， 实现。 它 I级降额 实现。 III级 设备故 III级降额， 度 降额，适 降额 设备故 会对 务 这级降 响并 复 况，这级降额 可 长 大， 果 大，设计 会 么困难。
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降额设计的主要考虑
降额设计主要考虑三个问题： 降额设计主要考虑三个问题：
降额 基 值 ， 从 降额 值开 降额； 度， 降额 降额 度， 降额多 降额 果。 果。 么样 适； 适； 温度、电应
如薄膜电阻器的降额曲线。 如薄膜电阻器的降额曲线。
ABC曲 器降额 ABC曲线 该 电 器降额 基 值 II、III级 降额 I、II、III级降额曲线 同 降额 度 降额 果可 过对 器件 故 预计 获得
系统 机系统 军 飞 机控 系统 高可 计 机系统 则 ，继 多年设备 系统 设计经验， 多年设备 系统 可 设计经验 ，贯彻规 设 起来 机应 系统 计 ，将 其综 起来 为计 机应 系统 可 则 ，具 义。
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系统可靠性设计准则
可靠性设计准则， 可靠性设计准则 ， 不仅可指导工程技术人员进行系统 可靠性设计， 可靠性设计 ， 而且在项目评审时可用于审查设计的合 理性。 理性。 如果设备或系统的设计方案与可靠性设计准则相符， 如果设备或系统的设计方案与可靠性设计准则相符 ， 说明该设备或系统的可靠性定性要求已经满足； 说明该设备或系统的可靠性定性要求已经满足 ； 如果 因种种原因不能满足可靠性设计准则， 因种种原因不能满足可靠性设计准则 ， 则需要对该设 计方案提出疑问，并做进一步的研究和改进设计。 计方案提出疑问，并做进一步的研究和改进设计。
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系统热设计——方法 方法 系统热设计
机箱的热设计
界各种环 种环境 机 设计 务 证设备 界各种环 境 各种 段， 应 ， 各种 热 段， 大 去。 设计时， 度 设备产 热 发 去。 设计时 ，应 根 据设备 实际 况 建 机 与设备 热 ，进 及温 测试， 设计， 热 计 及温 度测试 ，改进 优 设计 ， 机 热设计达到 果。 热设计达到预期 果。 机 机 、 风机 强 风 风机 种。
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系统可靠性设计准则
系统可靠性设计准则是把已有的、 系统可靠性设计准则是把已有的、相似的设备 是把已有的 或系统的工程经验和教训总结起来， 或系统的工程经验和教训总结起来，使其条理 科学化、系统化， 化、科学化、系统化，成为设计人员进行可靠 性设计所遵循的原则和应满足的要求。 性设计所遵循的原则和应满足的要求。 一般都是针对某个设备或系统的，也可以把各 一般都是针对某个设备或系统的， 种型号的产品的可靠性设计准则的共性内容综 合成某种类型的设备的可靠性设计准则。 合成某种类型的设备的可靠性设计准则。
可靠性设计—— 可靠性设计 VI.系统的可靠性设计（方法） 系统的可靠性设计（方法） 系统的可靠性设计
高嵩
本章内容
1. 系统可靠性设计的内容及其准则 2. 元器件的降额设计 3. 耐环境设计（系统的热设计、三防 耐环境设计（系统的热设计、 设计、抗振设计） 设计、抗振设计） 4. 印制板的可靠性设计
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系统热设计——方法 方法 系统热设计
元器件的布局与安装
考虑 考虑 器件工 温 度 控 器件 局与 热 况 ， 应 考虑 问题 器件 局与 。 则 ： 应尽可能 发热 器件 应尽可能 ； 高产 器件处 为尽 高产 可 ，应 热 感 器件处 温度 区 ； 短 ，加大 积， 导热 高 ，尽 减 传导热 ； 应 触 热 降到 。
可 设计 贯彻可 贯彻可 设计 可 设计 贯彻可 贯彻可 设计 可 设计 则
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则 进 可 设计 据； 据； 高系统 则可 高系统 固 可 ； 能设计 能设计 结 ； 价值 则，其工 实 价值高，费 ； 各种 经验、 总结。 各种工 经验、教训 总结。
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系统可靠性设计准则
系统可靠性设计准则的内容