電源可靠性設(shè)計(jì)精選(九篇)

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第1篇：電源可靠性設(shè)計(jì)范文

部署冗余系統(tǒng)

一種常見的方法是提供內(nèi)置冗余，采用主動(dòng)共享負(fù)載的并聯(lián)電路形式或以備用方式應(yīng)對(duì)故障發(fā)生。故障檢測(cè)和管理需要額外的電路開銷，以判斷優(yōu)先使用哪個(gè)電源，并監(jiān)視每個(gè)電源的狀態(tài)。此外，內(nèi)置必須在電源切換時(shí)，保護(hù)系統(tǒng)免受交叉?zhèn)鲗?dǎo)和反饋影響。LTC4417等產(chǎn)品提供了一種具備這些功能的單芯片解決方案，可驗(yàn)證用戶針對(duì)每個(gè)輸入定義的電源門限，并基于驗(yàn)證結(jié)果自動(dòng)選擇電源。

另一種方法是在兩個(gè)同時(shí)運(yùn)行的輸入電源之間共享負(fù)載，這減輕了每個(gè)電源的負(fù)擔(dān)，同時(shí)如果每個(gè)電源的規(guī)格設(shè)定得當(dāng)以滿足滿負(fù)載要求，那么還可在一個(gè)電源發(fā)生故障時(shí)提供保護(hù)，這些都提高了可靠性。過去也許會(huì)采用一種簡(jiǎn)單但低效率的二極管“合路”，但是這種電路要求每個(gè)電源提供有源控制以平衡負(fù)載。圖l顯示了現(xiàn)在怎樣用單芯片解決方案來實(shí)現(xiàn)。LTC4370是一款均流控制器，具備反向隔離，可防止一個(gè)電源發(fā)生故障導(dǎo)致整個(gè)電源系統(tǒng)崩潰。

備份電源電路

高可靠性應(yīng)用的電源常常規(guī)定電源軌的最短保持時(shí)間，以便系統(tǒng)能夠“穿越”供電中斷，保持正常工作。隨著LTC3355等新產(chǎn)品的出現(xiàn)，備份系統(tǒng)的設(shè)計(jì)得到了極大簡(jiǎn)化，該器件在單芯片中提供了一個(gè)完整的IA DC/DC開關(guān)穩(wěn)壓器和備份系統(tǒng)。

LTC3355集成了4種主要功能：

異步IA DC/DC降壓型轉(zhuǎn)換器，適用于在3-20V輸入范圍內(nèi)工作的主電源。

可編程IA恒定電流/恒定電壓線性充電器由VOUT供電，為單個(gè)超級(jí)電容器、電介質(zhì)電容器或鎳氫金屬電池充電。熱調(diào)節(jié)環(huán)路最大限度提高充電電流，同時(shí)將芯片溫度限制到110℃。

當(dāng)VIN電源降至低于可編程輸入門限時(shí)，恒定頻率異步電流模式5A升壓型開關(guān)穩(wěn)壓器從超級(jí)電容器向VOUT供電。該穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)為電容器電壓低至0.5V時(shí)依然正常工作，以盡可能延長(zhǎng)備份電源工作時(shí)間。

在電源發(fā)生故障時(shí)，無損耗“合路”功能實(shí)現(xiàn)從降壓模式到升壓模式的無縫切換。

熱量管理和安全功能

隨著系統(tǒng)密度和功率不斷上升，熱量管理變得越來越富有挑戰(zhàn)性，這對(duì)IC的可靠性產(chǎn)生了直接影響，因?yàn)榻Y(jié)溫每升高10℃，IC的壽命就縮短一半左右?，F(xiàn)在，功能豐富的最新電源IC和專用電源管理功能對(duì)IC本身及其周圍系統(tǒng)提供了更強(qiáng)的保護(hù)。

大部分采用內(nèi)部功率晶體管的電源穩(wěn)壓器IC都采用了過熱保護(hù)措施。典型的過熱停機(jī)大約在155-165℃時(shí)觸發(fā)，觸發(fā)后器件被禁止工作，直到溫度下降大約10℃為止。有些新產(chǎn)品提供芯片溫度輸出，用戶能夠設(shè)定3種芯片溫度門限之一。

其他常見安全功能包括提供電池反向保護(hù)、限流和電流反向保護(hù)的內(nèi)部保護(hù)電路。故障保護(hù)開關(guān)及線性穩(wěn)壓器LT3667等新產(chǎn)品包括這些功能，并為每路輸出增加了準(zhǔn)確的用戶可編程電流限制，以進(jìn)一步簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)。

瞬態(tài)保護(hù)

軍用和航天電子產(chǎn)品必須符合MILSTD-1275（車輛）和MILSTD704/D0-160（飛機(jī)）瞬態(tài)保護(hù)規(guī)范要求。不過，任何高可靠性系統(tǒng)都希望提供防止電壓浪涌、尖峰及紋波影響的保護(hù)功能，而且已有專門提供這類功能的產(chǎn)品。盡管現(xiàn)在由于芯片工藝技術(shù)的進(jìn)步，穩(wěn)壓器IC能夠以IOOV或更高的輸入電壓工作，但是專用瞬態(tài)保護(hù)IC提供更多功能和更強(qiáng)的控制能力。在圖3中，LTC4364提供27V鉗位輸出（用戶可編程），以保護(hù)下游穩(wěn)壓器免受瞬態(tài)影響，并在輸入短路或斷接/復(fù)位時(shí)保持輸出不變。

數(shù)字電源系統(tǒng)管理

一些新產(chǎn)品正在通過基于兩線PMBus I2C的數(shù)字接口協(xié)議整合模擬電源調(diào)節(jié)與數(shù)字控制的優(yōu)勢(shì)，以實(shí)現(xiàn)電源系統(tǒng)的遠(yuǎn)端管理。遙測(cè)和診斷數(shù)據(jù)可用來監(jiān)視負(fù)載狀態(tài)，還可以讀取故障日志信息并存取數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確度為±0.25%的微調(diào)和裕度控制，這可最大限度提高系統(tǒng)效率和可靠性。這類系統(tǒng)為從基于時(shí)間的維護(hù)計(jì)劃轉(zhuǎn)變到基于狀態(tài)的維護(hù)計(jì)劃提供了機(jī)會(huì)，有可能在系統(tǒng)故障不可逆轉(zhuǎn)之前，凸顯性能下降問題。

第2篇：電源可靠性設(shè)計(jì)范文

【關(guān)鍵詞】PLC控制系統(tǒng);可靠性;設(shè)計(jì)研究

前言

從總體工程設(shè)計(jì)框架的搭建過程來看，PLC控制系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)是極為重要的構(gòu)成部分。在實(shí)踐中，通過處理好沖擊電流，進(jìn)而調(diào)整PLC控制系統(tǒng)內(nèi)部的晶體管等元器件的使用效能，來實(shí)現(xiàn)PLC控制系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)。另外，PLC線路板的可靠性設(shè)計(jì)的變動(dòng)以及軟件容錯(cuò)技術(shù)的革新進(jìn)一步提升了PLC控制系統(tǒng)的可靠性。只有在實(shí)踐過程中，削弱影響PLC控制系統(tǒng)可靠性因素對(duì)PLC控制系統(tǒng)的不良干擾，才能從本質(zhì)上提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

一、PLC控制系統(tǒng)概述

PLC控制系統(tǒng)最初源于國(guó)外工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用，直譯過來為“可編程邏輯控制器”[1]。PLC控制系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境是工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境，PLC在該領(lǐng)域的實(shí)踐應(yīng)用范圍最為廣泛。PLC控制系統(tǒng)的主要作用就是用來對(duì)工業(yè)生產(chǎn)進(jìn)行過程把控，保障工業(yè)生產(chǎn)過程中各類機(jī)械設(shè)備的有序運(yùn)行。

二、影響PLC控制系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)的因素

在實(shí)際操作中，影響PLC控制系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)的因素有很多，其中電源電流變動(dòng)對(duì)于PLC控制系統(tǒng)的影響最為常見，最嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致PLC控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障，其可靠性更加得不到有效保證。另外，還有信號(hào)線引入環(huán)節(jié)是否得到執(zhí)行到位，以及接地系統(tǒng)是否能夠有序運(yùn)行等等內(nèi)容，都在一定程度上影響著PLC控制系統(tǒng)的可靠性。

（一）電源電流變化對(duì)于PLC控制系統(tǒng)的影響

在工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中的某類機(jī)械在執(zhí)行任務(wù)時(shí)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行不穩(wěn)定的現(xiàn)象，究其原因在于電源電流的變化對(duì)于PLC控制系的統(tǒng)穩(wěn)定性影響較大。一般情況下，電源對(duì)PLC控制系統(tǒng)的干擾情況有很多，但主要是通過供電線路的阻抗耦合而產(chǎn)生的干擾。對(duì)于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)所使用的機(jī)械設(shè)備而言，很多大功率用電設(shè)備（尤其是大功率變頻器）是主要的干擾源。該類型設(shè)備在啟動(dòng)或運(yùn)行的過程中，都將產(chǎn)生空間電磁干擾[2]。另外，PLC控制系統(tǒng)在受到來自電流的電磁干擾過程中，在機(jī)械線路上產(chǎn)生感應(yīng)電壓，這就造成PLC控制系統(tǒng)出現(xiàn)波動(dòng)，影響其可靠性。同時(shí)，供電電網(wǎng)內(nèi)部的變化，例如：執(zhí)行開關(guān)操作時(shí)電流的變動(dòng)、大型電力設(shè)備的起停、交直流傳動(dòng)裝置在運(yùn)行過程中所引起的諧波、電網(wǎng)短路暫態(tài)沖擊等等，電流都是通過輸電線路而傳到機(jī)械設(shè)備的各個(gè)運(yùn)作環(huán)節(jié)中的，這就在一定程度上影響了PLC系統(tǒng)的可靠性能的發(fā)揮。

（二）PLC控制系統(tǒng)內(nèi)外部的干擾因素

從PLC控制系統(tǒng)的內(nèi)部環(huán)境來觀察，其信號(hào)線引入環(huán)節(jié)是否得到執(zhí)行到位及接地系統(tǒng)能否有序運(yùn)行等等細(xì)節(jié)內(nèi)容都是干擾系統(tǒng)穩(wěn)定性與可靠性的因素。在操作過程中，將電路正確接地，能夠避免很多由于電流不穩(wěn)定現(xiàn)象的存在所造成問題的發(fā)生，進(jìn)而保障系統(tǒng)執(zhí)行的連續(xù)性與可靠性。PLC控制系統(tǒng)中所涉及的地線有系統(tǒng)地線、屏蔽底線等，其布線設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)極為繁雜，這就需要設(shè)計(jì)及管理人員仔細(xì)研究PLC控制系統(tǒng)綜合性能的協(xié)調(diào)性，進(jìn)而滿足PLC整體系統(tǒng)的可靠性要求。

三、完善PLC控制系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)方案的策略分析

通過調(diào)整電源電流的輸入/輸出性能穩(wěn)定，落實(shí)PLC線路板的可靠性設(shè)計(jì)方法，并借鑒系統(tǒng)軟件容錯(cuò)技術(shù)在相關(guān)領(lǐng)域的實(shí)踐應(yīng)用成果，進(jìn)一步完善PLC控制系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)方案的整體策略。

（一）調(diào)整電源電流的輸入/輸出性能穩(wěn)定

在實(shí)際操作中，PLC系統(tǒng)所采用的供電的電源，一般都選取隔離性能較好的隔離變壓器[3]。而變送器和共用信號(hào)儀表供電在進(jìn)行選擇時(shí)，則主要側(cè)重選擇分布電容小、抑制帶大的配電器，從而能夠減少電流對(duì)PLC控制系統(tǒng)可靠性能的干擾。一般情況下，在干擾較強(qiáng)或?qū)煽啃砸蠛芨叩墓I(yè)生產(chǎn)環(huán)境中，可以在PLC的交流電源輸入端加接帶屏蔽層的隔離變壓器和低通濾波器。這樣設(shè)置的目的在于能夠在一定程度上削弱電源電流的突然變化對(duì)機(jī)械設(shè)備內(nèi)部電路的影響，進(jìn)而保障PLC控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

（二）PLC線路板的可靠性設(shè)計(jì)

對(duì)于PLC線路板的選擇過程而言，需要優(yōu)先選擇具有較高可靠性的直流電源。另外，為了降低機(jī)械設(shè)備在運(yùn)行時(shí)對(duì)于自身的損耗，則要選擇既有較高穩(wěn)定性的材質(zhì)的線路板，例如：銅導(dǎo)線。雖然高質(zhì)量的PLC線路板在成本上要高于其它普通線路板，但其可靠性也較傳統(tǒng)設(shè)計(jì)有了較大的提升。這對(duì)于整體PLC控制系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)來說，是較為劃算的設(shè)計(jì)方案。

四、結(jié)束語

通過研究PLC控制系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案中可靠性要求的干擾因素，探究進(jìn)一步完善PLC控制系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)方案的策略，從而有效提升其可靠性，為系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)增添一份保障。

參考文獻(xiàn)

[1]曾湘，段文杰.試析PLC控制系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)問題[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2011，11（11）：123-124.

[2]黃海勇.石油PLC控制系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)問題分析[J].中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2014，1（01）：142-143.

[3]何繼賢.PLC控制系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)[J].電子制作，2014，2（02）：166-167.

第3篇：電源可靠性設(shè)計(jì)范文

關(guān)鍵詞：可靠性建模 可靠度分析 某襟翼系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：V227 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）04（b）-0053-01

國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品研制、生產(chǎn)、使用的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)充分證明，產(chǎn)品的可靠性首先是設(shè)計(jì)出來的。認(rèn)真做好產(chǎn)品的可靠性設(shè)計(jì)與分析工作，是提高和保證產(chǎn)品可靠性的根本措施[1]。可靠性設(shè)計(jì)與分析的第一步是建立可靠性模型，模型建立得準(zhǔn)確與否是可靠性設(shè)計(jì)和分析準(zhǔn)確與否的關(guān)鍵步驟。然后，在模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行可靠度分析，從而影響設(shè)計(jì)過程和評(píng)估設(shè)計(jì)效果。

可靠度分析分為定性分析和定量分析。可以對(duì)單方案產(chǎn)品可靠度分析和優(yōu)化，也可以分析各方案的可靠性水平，而進(jìn)行權(quán)衡擇優(yōu)。

1 可靠性模型

可靠性建模是可靠度分析工作的基礎(chǔ)。可靠性模型包括可靠性框圖和相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。下面介紹一下本文用到的各類型系統(tǒng)的可靠性框圖、可靠性數(shù)學(xué)模型和失效率公式[2]。

（1）n單元串聯(lián)系統(tǒng)

此類系統(tǒng)可靠性框圖、可靠性數(shù)學(xué)模型和失效率公式如圖1：

其可靠性數(shù)學(xué)模型：

（1）

其失效率公式：

（2）

（2）兩個(gè)相同單元并聯(lián)系統(tǒng)

此類系統(tǒng)可靠性框圖、可靠性數(shù)學(xué)模型和失效率公式如圖2：

其可靠性數(shù)學(xué)模型：

（3）

其失效率公式

（4）

3、兩個(gè)單元旁聯(lián)系統(tǒng)

此類系統(tǒng)可靠性框圖如圖3：

兩個(gè)單元為不同單元，其可靠性數(shù)學(xué)模型為：

（5）

其失效率公式為：

（6）

兩個(gè)單元為相同單元，其可靠性數(shù)學(xué)模型：

（7）

其失效率公式：

（8）

2 某襟翼系統(tǒng)可靠性模型

某襟翼系統(tǒng)有3個(gè)模塊組成：襟翼執(zhí)行機(jī)構(gòu)、動(dòng)力源和電源模塊，其中動(dòng)力源模塊為熱儲(chǔ)備模塊（2個(gè)液壓源并聯(lián)），電源模塊為冷儲(chǔ)備模塊（主電源與應(yīng)急電源旁聯(lián)）。這3個(gè)功能模塊共同完成同一功能，從功能角度來看為串聯(lián)關(guān)系，即襟翼執(zhí)行機(jī)構(gòu)（1單元）、1個(gè)熱儲(chǔ)備模塊（2、3單元并聯(lián)）和1個(gè)冷儲(chǔ)備模塊（4、5單元旁聯(lián)）串聯(lián)。參照表1常用模型進(jìn)行組合，該系統(tǒng)可靠性框圖如圖1。

該系統(tǒng)在選擇電源時(shí)有兩個(gè)方案，即熱儲(chǔ)備模塊均采用相同單元，即故障率，冷儲(chǔ)備模塊有兩個(gè)方案可選。

在方案1中，冷儲(chǔ)備模塊采用不同單元，為非相似設(shè)計(jì)。冷儲(chǔ)備模塊部分為旁聯(lián)設(shè)計(jì)，主電源比應(yīng)急電源工作時(shí)間長(zhǎng)，采用主單元可靠性高于備用單元可靠性的方案，即故障率。

在方案2中，冷儲(chǔ)備模塊亦采用相同單元，故障率。

假設(shè)系統(tǒng)內(nèi)各單元壽命均服從指數(shù)分布，該系統(tǒng)通用可靠度數(shù)學(xué)模型如下：

（9）

各單元壽命均服從指數(shù)分布，系統(tǒng)故障率為每個(gè)串聯(lián)模塊的故障率的加和，因此該系統(tǒng)故障率公式如下：

（10）

在方案1中，熱儲(chǔ)備模塊采用相同單元，即。冷儲(chǔ)備模塊采用不同單元，應(yīng)急電源可靠性水平低于主電源，即。其數(shù)學(xué)模型、故障率公式化簡(jiǎn)如下：

（11）

（12）

在方案2中，熱儲(chǔ)備模塊和冷儲(chǔ)備模塊均采用相同單元，即，，其數(shù)學(xué)模型、故障率公式化簡(jiǎn)如下：

（13）

（14）

3 系統(tǒng)可靠度分析

分析1：系統(tǒng)故障率公式構(gòu)成分析

從系統(tǒng)可靠度通用公式中可以看出，系數(shù)為1、系數(shù)為2/3，從公式結(jié)構(gòu)來看，占得比重要高，因此，單元1采用可靠度高的產(chǎn)品比熱備份模塊采用可靠度高的產(chǎn)品對(duì)于提高系統(tǒng)可靠度的效果要好。

分析2：兩個(gè)方案可靠度比較分析

兩個(gè)方案中單元4的可靠度高于單元5的可靠度，因此，

可以得出，即

因此，不考慮功能模塊時(shí)序性和方案經(jīng)濟(jì)性等的情況下，方案1的系統(tǒng)可靠度低于方案2的系統(tǒng)可靠度。

當(dāng)考慮功能模塊的時(shí)序性時(shí)，單元4的可靠度足夠高、質(zhì)量足夠好，在系統(tǒng)使用壽命中單元4沒有發(fā)生故障或很少發(fā)生故障，沒有用到單元5或用到單元5的時(shí)間很短，單元5采用可靠性高的產(chǎn)品必然導(dǎo)致成本增加。另外，采用不相同單元作為備份提高整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)獨(dú)立性，因此，方案2中系統(tǒng)在設(shè)計(jì)的獨(dú)立性方面和經(jīng)濟(jì)性方面要高于方案1。

參考文獻(xiàn)

第4篇：電源可靠性設(shè)計(jì)范文

關(guān)鍵詞:二次電源; 自激推挽; 串聯(lián)調(diào)整; 抗干擾設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào):TM91 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1004-373X(2010)13-0036-03

Design for Secondary Electric Source

WANG Peng-hui

(China Airborne Missile Academy, Luoyang 471009, China)

Abstract: The quality of the secondary electric source on missile determines whether the intended functions of a missile can be implemented or not. The circuit frame is analyzed according to the design requirements. The hybrid electric source of self-oscillatory push-pull converter and serial voltage regulation circuit was adopted. The stability, anti-interference and reliability were designed attentively. The designed product works well. The design methodology in engineering has a very high practical value.

Keywords:secondary electric source; self-oscillatory push-pull; serial voltage regulation circuit; anti-jamming design

二次電源將彈上一次電源(熱電池、渦輪電機(jī)等)所提供的+28 V直流電源變換成彈上探測(cè)系統(tǒng)、信息處理、驅(qū)動(dòng)控制等分系統(tǒng)所需要的各種電壓。電壓質(zhì)量的好壞,對(duì)不同部件工作的穩(wěn)定性和可靠性將產(chǎn)生重要影響[1]。同時(shí),由于彈上電源工作環(huán)境較為惡劣,在達(dá)到設(shè)計(jì)要求的同時(shí),必須考慮電源工作溫度環(huán)境、電磁兼容環(huán)境,同時(shí)保證較高的可靠性[2]。本文通過分析某產(chǎn)品彈上二次電源的設(shè)計(jì)要求,成功設(shè)計(jì)了某型二次電源,在性能滿足要求的同時(shí),達(dá)到了較高的穩(wěn)定性、可靠性和抗干擾性。

1 設(shè)計(jì)分析

系統(tǒng)要求輸出正電壓有高壓+150 V,低壓+6 V,+12 V等,負(fù)壓-6 V,-12 V等,高壓供給探測(cè)系統(tǒng),±6 V供給預(yù)處理電路,±12 V供給信息處理電路。因此高壓150 V和±6 V要求電壓穩(wěn)定度高、輸出紋波(峰峰值)低,同時(shí)要求較低的硬件成本。為了達(dá)到規(guī)定的要求,對(duì)高壓輸出、負(fù)電壓輸出部分前級(jí)采用DC/DC,后級(jí)采用線性串聯(lián)調(diào)整電路;對(duì)低壓輸出的正電壓直接采用線性串聯(lián)調(diào)整穩(wěn)壓電路。

1.1 主電路分析

1.1.1 DC/DC

它激式變換器由振蕩級(jí)和輸出級(jí)組成,效率高、適用于大功率電源,但電路復(fù)雜、硬件成本高;自激推挽式變換器[3-4]結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輸出電壓穩(wěn)定、效率較高、硬件成本低、應(yīng)用廣泛。本設(shè)計(jì)中DC/DC部分采用自激推挽式變換器。

1.1.2 直流穩(wěn)壓電路

由于要求電壓的穩(wěn)定度高、輸出紋波非常低,因此直流變換器后端必須采用穩(wěn)壓系數(shù)大、紋波抑制比高的濾波電路。但是,當(dāng)對(duì)紋波要求較嚴(yán)時(shí),采用多極濾波器不能達(dá)到很好的效果;通常情況下,需要采用直流穩(wěn)壓器[5]。本設(shè)計(jì)中采用串聯(lián)調(diào)整晶體管穩(wěn)壓電路。

1.2 電磁兼容設(shè)計(jì)分析

電源的電磁兼容性設(shè)計(jì)主要指+28 V直流系統(tǒng)正常電壓瞬變特性和正常工作穩(wěn)態(tài)電壓特性[6],通過合理設(shè)計(jì)寬范圍電壓輸入和抗寬脈沖低壓和高壓性能設(shè)計(jì)可以滿足要求,這里主要指抗干擾性能分析。

二次電源在DC/DC變換過程中容易形成各種干擾噪聲,產(chǎn)生嚴(yán)重的傳導(dǎo)干擾和輻射干擾,直接影響了不同電源輸出的供電質(zhì)量。需要采取幾方面的措施:首先,在電源結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),考慮整體屏蔽設(shè)計(jì)和各功能模塊的功能分割;其次,為減小輸入噪聲和阻止二次電源向輸入電源反饋的噪聲,設(shè)計(jì)輸人和輸出濾波電路;最后,考慮接地設(shè)計(jì),減小接地電阻和接合面的接觸電阻[7],形成低阻抗電流通路。

1.3 可靠性設(shè)計(jì)分析

1.3.1 元器件選用

選用可靠性高的元器件,進(jìn)行二次篩選試驗(yàn),并進(jìn)行降額設(shè)計(jì)[8]。

1.3.2 三防設(shè)計(jì)

三防設(shè)計(jì)指防潮設(shè)計(jì)、防鹽霧設(shè)計(jì)和防霉菌設(shè)計(jì),通過對(duì)印制板及組件表面涂覆專用三防清漆可以有效避免導(dǎo)線之間的電暈、擊穿,提高電源的可靠性;變壓器、電感應(yīng)進(jìn)行浸漆,以防潮氣進(jìn)入。

1.3.3 熱設(shè)計(jì)分析

熱設(shè)計(jì)是利用熱傳遞特性,通過附加的冷卻措施,控制電子設(shè)備內(nèi)部所有元器件的溫度,使其在設(shè)備所處的工作環(huán)境條件下不超過降額后規(guī)定的最高允許工作溫度[9]。在彈上電源中,首先選用低功耗的器件,減少發(fā)熱器件的數(shù)目;其次,確定主要發(fā)熱單元,確定傳熱途徑,采用電源內(nèi)部的熱交換機(jī)制,采用傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射三種方式,將電源內(nèi)部多余的熱量轉(zhuǎn)移;最后,加大加粗印制線的寬度,提高電源效率。

2 電源組成及工作中需要解決的問題

2.1 電源組成

二次電源組成框圖見圖1。+28 V輸入首先經(jīng)過獨(dú)立的濾波電路,一路直接進(jìn)行串聯(lián)調(diào)整穩(wěn)壓,經(jīng)過濾波電路輸出+12 V,+6 V以穩(wěn)壓后濾波前的+12 V為源,經(jīng)過二級(jí)串聯(lián)調(diào)整穩(wěn)壓、濾波輸出;另外一路經(jīng)過自激推挽振蕩電路進(jìn)行DC/AC變換,產(chǎn)生一路高壓和一路負(fù)電壓,高壓由整流濾波電路進(jìn)行AC/DC變換輸出+170 V左右的高壓,經(jīng)高壓串聯(lián)調(diào)整電路和高壓濾波電路輸出+150 V,負(fù)電壓由整流濾波電路進(jìn)行AC/DC變換、串聯(lián)調(diào)整電路、濾波電路輸出-12 V,同樣-6 V由-12 V調(diào)整穩(wěn)壓后得到。

圖1 二次電源組成

2.2 自激推挽變換器存在的問題

圖2所示為自激推挽式變換器電路圖。

圖2 自激推挽式變換器電路圖

2.2.1 晶體管同時(shí)導(dǎo)通

自激推挽式變換器是由自激的方式產(chǎn)生方波,V3,V4 交替飽和導(dǎo)通,理論上其高低電平之間的轉(zhuǎn)換在時(shí)間上是完全一致的;實(shí)際上由于晶體管存貯時(shí)間的作用,會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)晶體管同時(shí)導(dǎo)通的情況,導(dǎo)通時(shí)間(1～2 μs)雖然很短,但由于變壓器的作用,造成本應(yīng)截止的晶體管產(chǎn)生高頻尖峰損耗。尖峰損耗造成的平均功率可使管子結(jié)溫升高到損壞點(diǎn),產(chǎn)生二次擊穿而損壞管子。因此,要保證自激推挽變換器穩(wěn)定工作,必須避免兩個(gè)晶體管同時(shí)導(dǎo)通。

(1) 縮短晶體管的存貯時(shí)間。

應(yīng)避免管子進(jìn)入深度飽和,可以縮短存貯時(shí)間,V1,V2使晶體管避免進(jìn)入深度飽和。當(dāng)晶體管一旦進(jìn)入飽和區(qū)后,V1,V2就把基極的激勵(lì)電流向集電極分流而使基極電流不再增加,這樣就防止了晶體管進(jìn)入深飽和,從而減小了存貯時(shí)間。

(2) 用RC電路延遲導(dǎo)通。

圖2中,C3和R4(C5和R5)接于晶體的基極與地之間,當(dāng)一個(gè)管子的基極處于脈沖的上升沿時(shí),由于電容的充電過程而使基極達(dá)到導(dǎo)通的時(shí)間被延遲,從而避開了另一個(gè)管子截止時(shí)的存貯時(shí)間。

2.2.2 吸收尖峰

由于變壓器的兩個(gè)初級(jí)線圈之間存在漏感[10],當(dāng)一個(gè)初級(jí)線圈中的電流突然降到零時(shí),存儲(chǔ)在這部分漏感中的磁能只能向分布電容充電,因而晶體管從飽和轉(zhuǎn)為截至?xí)r,會(huì)在截止晶體管的集電集和發(fā)射集之間造成瞬間過壓,所以推挽式變換器的輸出波形上一般都帶有尖峰,尖峰寬度與漏感、集電集電流、集電集電壓上升時(shí)間、電流下降時(shí)間有關(guān)。減小這個(gè)尖峰,不但可以保護(hù)晶體管,還可以使輸出電壓紋波峰值減小。

(1) 采用RC緩沖電路。

RC電路在信號(hào)去耦電路、小電流濾波電路應(yīng)用較多,可以起到平滑尖峰的作用。R6,C4的時(shí)間常數(shù)略小于晶體管存儲(chǔ)時(shí)間,遠(yuǎn)小于振蕩脈沖寬度,可以使尖峰電壓減小,從而保護(hù)晶體管。

(2) 變壓器繞線方式。

變壓器線圈的分布電容和漏感對(duì)變換器的工作狀態(tài)有很大影響。采用雙線并繞的繞線方式,利于繞組間更好的耦合,降低漏感和分布電容的要求。

2.3 串聯(lián)調(diào)整穩(wěn)壓電路存在的問題

圖3為串聯(lián)調(diào)整穩(wěn)壓電路圖。

圖3 串聯(lián)調(diào)整穩(wěn)壓電路圖

2.3.1 基準(zhǔn)電壓

基準(zhǔn)電壓的穩(wěn)定度實(shí)際上是電源穩(wěn)定度的極限值,若要獲得較高的穩(wěn)壓電源穩(wěn)定度,必須使基準(zhǔn)電壓的穩(wěn)定度比所要求的電源穩(wěn)定度高一個(gè)數(shù)量級(jí)[11],因此選用穩(wěn)定性高和溫漂低的基準(zhǔn)穩(wěn)壓器非常重要,可以選取溫度系數(shù)及動(dòng)態(tài)電阻都很小的雙向硅穩(wěn)壓基準(zhǔn)源。

2.3.2 調(diào)整管熱擊穿問題

采用復(fù)合管(圖3中V12,V13)作調(diào)整管時(shí),為了防止由于三極管的Iceo過大引起的熱擊穿[12],必須在保證三極管最高結(jié)溫時(shí),Icbo能夠泄放掉,圖3中R15就是需要的泄放電阻。

2.4 抗干擾及可靠性

在功能分割上,將串聯(lián)調(diào)整電路和自激推挽電路及變壓器物理隔離,同時(shí)輸出級(jí)盡量遠(yuǎn)離推挽電路;保證印制板地和電源殼體盡量大面積接觸,電源殼體和大地面接觸。

在結(jié)構(gòu)上,將易發(fā)熱器件直接固定在電源外殼上;內(nèi)部發(fā)熱器件通過印制板上大面積覆銅進(jìn)行散熱,同時(shí)

印制板布線盡量寬。

3 結(jié) 語

彈上二次電源雖然較多采用了模塊化的線性或開關(guān)電源,但設(shè)計(jì)原理是相同的。通過對(duì)二次電源的設(shè)計(jì)分析,可以掌握彈上電源設(shè)計(jì)方法、故障分析方法,以及可靠性設(shè)計(jì)、抗干擾設(shè)計(jì)等方法。本設(shè)計(jì)研制成功的彈上二次電源,通過了電磁兼容試驗(yàn)、各項(xiàng)環(huán)境試驗(yàn),電壓穩(wěn)定度、輸出紋波達(dá)到了非常高的要求,實(shí)用性強(qiáng),在整機(jī)應(yīng)用上取得了較好效果。

參考文獻(xiàn)

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第5篇：電源可靠性設(shè)計(jì)范文

關(guān)鍵詞 開關(guān)電源；熱分析；ANSYS；熱設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)TN86 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào) 1674-6708（2011）47-0034-02

0 引言

開關(guān)電源被廣泛的應(yīng)用于國(guó)防軍事，工業(yè)自動(dòng)化，家用電氣等領(lǐng)域的電子系統(tǒng)中。隨著開關(guān)電源逐步向小型化、高頻化、高功率密度發(fā)展，用戶對(duì)開關(guān)電源的可靠性設(shè)計(jì)提出了更高的要求。溫升是影響開關(guān)電源可靠性的關(guān)鍵性因素，如何將熱量高效快速的導(dǎo)出，成為電源工程師的首要任務(wù)[1]。熱設(shè)計(jì)的好壞直接影響著開關(guān)電源的可靠性和壽命，因而熱設(shè)計(jì)是開關(guān)電源可靠性設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。

本文以一個(gè)工作于密閉電源盒的開關(guān)電源為例，利用有限元軟件ANSYS對(duì)開關(guān)電源進(jìn)行熱設(shè)計(jì)，來提高整個(gè)開關(guān)電源的散熱性能，使得開關(guān)電源的主要發(fā)熱器件的溫度控制在允許的范圍內(nèi)，保證開關(guān)電源安全可靠的運(yùn)行。

1 開關(guān)電源的熱分析

本文中開關(guān)電源為反激式，具有有源功率因數(shù)校正(APFC)環(huán)節(jié)，主要發(fā)熱元件有開關(guān)管，整流二極管，大功率電阻，變壓器與電感等[2]。

首先利用ANSYS分析工作在空氣中開關(guān)電源的溫度分布情況。

1.1 仿真邊界條件和載荷說明

1）環(huán)境溫度：25℃；

2）對(duì)流系數(shù)：6W/m?K；

3）載荷：器件的生熱率（P為器件的發(fā)熱功率，V是器件等效熱源的體積）。

1.2 模型的簡(jiǎn)化處理

1）對(duì)于簡(jiǎn)化線圈模型來說，由于線圈在實(shí)際中是由一圈一圈的漆包線繞制的，而且這樣的繞線也不規(guī)則，在模型建立中使用單一圓柱體來代替多圈的導(dǎo)體；

2）芯片熱源等效為長(zhǎng)方體。

1.3 網(wǎng)格模型

模型中有些部分的尺寸微小，如MOSFET的等效熱源，尺寸為13.8×8×0.2mm3。選用ANSYS軟件中的SOLIDTO單元．通過設(shè)置MSHKEY和MSHAPE兩個(gè)選項(xiàng)，完成對(duì)單元形狀的控制。在建立網(wǎng)格處理不規(guī)則體的時(shí)候，特別是連接處理后的非六面體的情況，采用退化的四面體單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分，可以通過設(shè)定ESIZE，LESIZE的大小來決定單元網(wǎng)格的大小，則模型網(wǎng)格單元數(shù)目為324532。

1.4 仿真結(jié)果分析

表1中是工作在空氣中開關(guān)電源的溫度分布情況。利用紅外熱像儀測(cè)得的溫度，與仿真的溫度值對(duì)照，相對(duì)誤差較小，具有很好的準(zhǔn)確性。實(shí)際上，此開關(guān)電源工作在一個(gè)封閉的電源盒內(nèi)，內(nèi)部的空氣流動(dòng)速度很慢，在理想狀態(tài)下，認(rèn)為內(nèi)部空氣處于絕熱狀態(tài)，幾乎不導(dǎo)熱。因而各器件的實(shí)際工作時(shí)溫度會(huì)更高。因此。為保證開關(guān)電源安全可靠的運(yùn)行。必須采取有效的散熱措施，迅速的將電源盤內(nèi)部的熱量導(dǎo)出，降低主要熱源的溫度。

2 開關(guān)電源的熱設(shè)計(jì)分析

如何尋找低熱阻通路來將熱最迅速導(dǎo)出是設(shè)計(jì)開關(guān)電源熱設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題，因?yàn)橹挥虚_關(guān)電源器件的結(jié)點(diǎn)溫度降低后，這樣才能避免高溫而導(dǎo)致開關(guān)電源可靠性下降的問題。此開關(guān)電源工作在一個(gè)封閉的電源盤內(nèi)，由于工作環(huán)境特殊，不允許加風(fēng)扇，只能采取自然散熱的措施。其熱設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括電源盤的內(nèi)部熱設(shè)汁和電源盤的外部熱設(shè)計(jì)。

通過設(shè)計(jì)將開關(guān)電源的前后級(jí)MOSFET，后級(jí)二級(jí)管，整流橋的溫度控制在60℃以內(nèi)，變壓器的溫度低于65℃。

2.1 電源盒的內(nèi)部熱設(shè)計(jì)

開關(guān)電源的電源盒內(nèi)部熱設(shè)計(jì)主要是調(diào)整器件布局和改變內(nèi)部介質(zhì)。

1）電路布局的熱設(shè)計(jì)

密封電源盤內(nèi)熱源的主要散熱途徑有以下幾個(gè)方面：首先，通過熱源經(jīng)盒內(nèi)介質(zhì)向殼體傳導(dǎo)的熱量，可以通過對(duì)流和輻射在殼體的表面將熱量發(fā)散到大氣中；其次，通過盒體內(nèi)部的介質(zhì)可以把熱量傳遞到其他部件上，這樣就可以形成溫度的疊加效應(yīng)。

所以，在設(shè)計(jì)過程中，在考慮不影響電路性能的情況下，應(yīng)該使得發(fā)熱部件盡可能分散，且在電路板邊緣分布，另外，固定在電源盒的導(dǎo)熱鋁板應(yīng)該與其相連。電路板的后邊緣則應(yīng)該放置前后級(jí)MOSFET和整流橋，與電源盒的側(cè)壁相連靠的是2mm的導(dǎo)熱鋁板；而電路板的前側(cè)邊緣放置后級(jí)二極管，同樣，電源盒的側(cè)壁相連靠的是同樣厚度表2是開關(guān)電源電路靠局調(diào)整前后的溫度對(duì)照表，通過表2可以得出如下結(jié)論：

首先，可以看出前后級(jí)的MOSFET、整流橋和后級(jí)二極管溫度都有明顯的降低變化，其主要的原因是因?yàn)橛捎诘蜔嶙柰?導(dǎo)熱鋁板的存在，使得電路布局為這些器件與外殼之間存在這樣一種合理的通路，這樣就可以使得器件產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)到電源盒體，從而溫度梯度也得以降低。

其次，對(duì)于變壓器來說，溫度變化很小。通過內(nèi)部空氣傳導(dǎo)到電源盒的變壓器的熱量，在加上空氣的熱阻很大的原因，這樣可以認(rèn)為在密閉條件較好的情況下的絕熱狀態(tài)。同時(shí)，最高結(jié)點(diǎn)溫度和環(huán)境溫度梯度也很大，這樣來說對(duì)于變壓器溫度沒有明顯的降低。

變壓器的溫度變化很小。這是因?yàn)樽儔浩鞯臒崃恐饕ㄟ^內(nèi)部空氣傳導(dǎo)到電源盒，而空氣的熱阻很大，在密閉條件很好的情況下，可以認(rèn)為處于絕熱狀態(tài)。變壓器的最高結(jié)點(diǎn)溫度與環(huán)境的溫度梯度很大，導(dǎo)致溫度沒有明顯的降低。所以盡管電路布局的調(diào)整改善了開關(guān)電源的溫度分布情況， 有些器件的還存在較高的溫度梯度，無法滿足安全可靠運(yùn)行的要求。

2）電源盒內(nèi)部介質(zhì)的熱設(shè)計(jì)

熱量主要以傳導(dǎo)方式由內(nèi)部器件傳到電源盒，這一點(diǎn)可以從前面的電源盒內(nèi)熱源的散熱途徑獲得，經(jīng)過對(duì)流換熱的方式散發(fā)到空氣中。根據(jù)傳導(dǎo)散熱的原理，內(nèi)部介質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)可以看做是影響電源盒內(nèi)部溫度梯度的主要因素，其中，由于介質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)與內(nèi)部熱源的溫度梯度成反比的原因，說明了質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)越大，內(nèi)部器件的溫度梯度就越小，熱源的結(jié)點(diǎn)溫度就越低。

根據(jù)開關(guān)電源主要器件溫度與內(nèi)部介質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)的關(guān)系曲線可以得出如下的結(jié)論：

（1）器件的溫度和內(nèi)部介質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù)變化成反比，并且基本上所有器件最終趨于同一溫度。

（2）變壓器的溫度曲線存在一定區(qū)別，表現(xiàn)在介質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù)為1.2 W/m?K時(shí)有一定的上升，這可能是因?yàn)樽儔浩鞯臏囟鹊陀谄渌麩嵩吹臏囟?，但是需要注意熱量具有從溫度高的流向溫度低物體的規(guī)律，這樣由于變壓器溫度相對(duì)較低時(shí)，當(dāng)存在其他熱源的影響，變壓器溫度也是可以理解的。

2.2 電源盒的外部熱設(shè)計(jì)

電源盒的壁厚和殼體表面肋片的設(shè)計(jì)構(gòu)成了電源盒的外部熱設(shè)計(jì)，需要注意，其表面的散熱方式為對(duì)流和輻射，這樣，根據(jù)流散熱的原理，表面散熱面積則是影響散熱的主要因素，其中，電源盒的表面散熱面積與外殼肋片的高度影響直接相關(guān)。

開關(guān)電源的傳導(dǎo)散熱主要受到電源盒的壁厚的影響，同時(shí)，電源盒表面的對(duì)流散熱則受到外殼的肋片高度影響。因此，對(duì)于多熱源的封閉盒體來說，在限定電源盒尺的條件下，外殼的肋片高度對(duì)于散熱的影響一般大于壁厚的影響，所以對(duì)于封閉盒體來說，主要的散熱形式為表面的對(duì)流散熱，這樣能有效的散發(fā)熱量，降低盒體內(nèi)部器件的結(jié)點(diǎn)溫度。

所以根據(jù)上述結(jié)果分析可知，對(duì)于電源熱設(shè)計(jì)中需要采用內(nèi)部灌膠，而對(duì)于主要發(fā)熱器件來說則需要通過導(dǎo)熱鋁板與電源盒外殼相連，同時(shí)采取電源盒外殼加肋片的綜合散熱措施，這樣可以有效控制開關(guān)電源溫度，達(dá)到預(yù)定目標(biāo)，從而滿足設(shè)計(jì)要求。

3 結(jié)論

本文開共電源因其工作環(huán)境的要求，限制了散熱措施的選擇。在只能采取自然散熱措施，且功耗很大，電源盒的尺寸和重量受到嚴(yán)格限制的條件下，分別對(duì)電路板和電源盒的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了熱設(shè)計(jì)，尋找一種有效的散熱措施，降低了主要器件的溫度，提高開關(guān)電源的可靠性，延長(zhǎng)了壽命。

參考文獻(xiàn)

第6篇：電源可靠性設(shè)計(jì)范文

1　硬件電路設(shè)計(jì)

硬件電路原理如圖1所示，在具體設(shè)計(jì)中，每個(gè)部分都應(yīng)考慮抗干擾問題，以最大限度地減小干擾對(duì)整個(gè)系統(tǒng)性能的影響，確保系統(tǒng)具有足夠高的可靠性。

①DSP部分

本控制器以TI公司的TMS320F2812(以下簡(jiǎn)稱F2812)為核心，它是一款專用于控制的高性能、多功能、高性價(jià)比的32位定點(diǎn)DSP芯片。F2812部分的電路設(shè)計(jì)重點(diǎn)考慮如下問題：

電源上電次序。F2812為低電壓、多電源DSP，必須滿足I/O電源先于CPU內(nèi)核電源上電的次序，且兩者上電時(shí)間差不能太長(zhǎng)(一般不超過1s)，否則會(huì)影響器件的使用壽命甚至損壞器件。本文采用TPS75733KTT和TPS76801Q電源芯片設(shè)計(jì)電源模塊，滿足了上述上電次序的特殊要求。

系統(tǒng)時(shí)鐘。F2812要求輸入時(shí)鐘信號(hào)電平為1.9V(此時(shí)主頻最高可達(dá)150MHz)或1.8V(此時(shí)最高主頻為135MHz)，而普通晶振的輸出電平為5V或3.3V，因此不能直接采用晶振設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)鐘。為提高系統(tǒng)整體工作的穩(wěn)定性和可靠性，本設(shè)計(jì)采用一個(gè)晶體和兩個(gè)電容與F28t2片內(nèi)時(shí)鐘模塊構(gòu)成振蕩電路，滿足了時(shí)鐘要求。

未用輸入／輸出引腳的處理。未用輸入引腳不能懸空不接，對(duì)于關(guān)鍵的控制輸入引腳(如Ready和Hold等)，應(yīng)固定接為高電平或低電平，非關(guān)鍵的輸入引腳應(yīng)將其上拉或下拉為固定電平，未用的輸出引腳可懸空不接。

②電源部分

本設(shè)計(jì)針對(duì)直流側(cè)采取了如下措施：

電源按內(nèi)部和外部?jī)深悊为?dú)分開供電，并采取隔離、濾波及接地等技術(shù)措施。內(nèi)部電源負(fù)責(zé)F2812核心系統(tǒng)供電，并設(shè)有電壓監(jiān)視器，用于電源異常保護(hù)，而外部電源只與外部接口聯(lián)系。

模擬電源和數(shù)字電源分開，分別采用獨(dú)立的電源供電。

對(duì)整流后的直流電壓采取了二級(jí)穩(wěn)壓方式，以保證前級(jí)穩(wěn)壓器受影響后仍能輸出規(guī)定的電壓。

③輸入輸出通道部分

輸入輸出通道與過程相連，是過程干擾進(jìn)入DSP系統(tǒng)的主要通道，也是DSP系統(tǒng)抗干擾設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容之一。輸入輸出通道抗干擾設(shè)計(jì)主要采取隔離措施，這樣可大大提高過程通道上的信噪比。

④通信部分

F2812芯片具有兩個(gè)串行通信接口，可根據(jù)具體需要自由配置成標(biāo)準(zhǔn)串口RS-232或RS-485。本設(shè)計(jì)采用RS-232，且為了提高整個(gè)系統(tǒng)的抗干擾能力，選用了高抗干擾性驅(qū)動(dòng)芯片MAX3160，并采用高速光耦進(jìn)行隔離。

2　PCB電路板設(shè)計(jì)與制作

目前，電子設(shè)備普遍采用PCB電路板進(jìn)行裝配。隨著集成電路及相關(guān)技術(shù)的飛速發(fā)展，PCB上的元器件密度越來越高，PCB設(shè)計(jì)與制作的質(zhì)量對(duì)DSP系統(tǒng)可靠性的影響也越來越大。因此，在設(shè)計(jì)和制作PCB的時(shí)候，不僅要考慮元器件和線路的布置，還應(yīng)符合相關(guān)的抗干擾設(shè)計(jì)規(guī)則。

①PCB布局

PCB布局非常重要，它不僅決定電路板的視覺效果及自動(dòng)布線的布通率，更重要的是會(huì)影響儀器的整體性能，所以，布局時(shí)必須綜合考慮，并遵循一定的規(guī)則，具體包括：

PCB板的幾何尺寸應(yīng)合適，尺寸過大會(huì)增加線路阻抗，降低抗噪聲能力，尺寸過小則影響散熱，且相鄰線條易受干擾；

應(yīng)將元件及信號(hào)合理分區(qū)，將強(qiáng)、弱信號(hào)分開，數(shù)字與模擬信號(hào)分開，干擾源與敏感元件分開；

盡可能按信號(hào)流程布置各功能模塊的位置，使信號(hào)方向一致；

以每個(gè)功能模塊的核心元件為中心進(jìn)行元器件布局，且應(yīng)考慮元器件排列及焊接，不能太密；

②PCB布線

在PCB設(shè)計(jì)過程中，布線工作的技巧性很強(qiáng)，是非常重要的一步。布線時(shí)應(yīng)遵循如下規(guī)則：

相鄰兩層的布線方向應(yīng)盡量垂直，必要時(shí)可加地線隔離；

地線和電源線應(yīng)盡量加粗，以減小壓降和降低耦合噪聲；

數(shù)字電路的頻率高，模擬電路的敏感度強(qiáng)，布線時(shí)，應(yīng)盡量將模擬器件遠(yuǎn)離數(shù)字信號(hào)線，并用地線把數(shù)字區(qū)與模擬區(qū)隔離；

整個(gè)PCB板對(duì)外只有一個(gè)地線節(jié)點(diǎn)，而在PCB板內(nèi)部，數(shù)字地和模擬地則是分開的，通常可將數(shù)字地和模擬地在D/A轉(zhuǎn)換器的模擬地引腳處連在一起；

③電源線設(shè)計(jì)

解決干擾問題的辦法是將電源部分的器件單獨(dú)放在一起，然后用正反兩條較粗的地線與其他部分完全隔離，再在電源器件附近放置旁路電容和去耦電容，以最大限度地減少輸出電源線上的干擾。另外，應(yīng)根據(jù)電流的大小，盡量加寬電源線，并盡可能使電源線和地線的走向與數(shù)據(jù)傳輸方向一致，以提高系統(tǒng)的抗噪聲能力。

④地線設(shè)計(jì)

電子系統(tǒng)的噪聲和干擾與其接地方式有密切的關(guān)系，良好的接地往往可解決大部分干擾問題。

對(duì)于低頻電路，布線和元器件間的電感影響比較小，而接地電路形成的環(huán)流對(duì)干擾影響會(huì)較大，此時(shí)應(yīng)采用一點(diǎn)接地方式，以盡可能減小地線上的電位差；而對(duì)于高頻電路，地線阻抗會(huì)變得很大，此時(shí)縮短地線長(zhǎng)度，以減小地線阻抗就成為關(guān)鍵問題，所以應(yīng)采用就近多點(diǎn)接地方式。此外，應(yīng)盡量加粗接地線，以減小地線電阻，否則，會(huì)由于接地電位變化而導(dǎo)致信號(hào)電平不穩(wěn)，進(jìn)而降低抗噪聲能力。

⑤濾波電容設(shè)計(jì)

選1uF～10uF的電容跨接在電路板入口處的電源線與地線之間，這樣能有效消除低頻干擾。而對(duì)于高頻干擾信號(hào)，可用0.01μF和0.1μF的電容放在電源和地的引腳旁，特別是要在每個(gè)集成電路芯片的電源線和地線之間直接接入0.1μF的高頻電容。另外，也可采用鐵氧體磁珠來做高頻濾波，它可等效為一個(gè)電阻和一個(gè)電感的串聯(lián)，其高頻時(shí)的交流阻抗很大，而直流阻抗卻很小(接近于0Ω)，這樣，高頻干擾信號(hào)就被吸收，并以熱量形式消耗。

3　空間抗干擾問題

抗空間干擾的主要措施就是屏蔽。本設(shè)計(jì)采用常用的屏蔽的方法，即用低電阻材料作成屏蔽罩，把干擾源或易受干擾的部分包圍起來，這樣，既防止了干擾源向外施加干擾，也避免了易受干擾部分接收外來的干擾。

軟件系統(tǒng)高可靠性設(shè)計(jì)

1　軟件的抗干擾設(shè)計(jì)

除上述的硬件抗干擾措施之外，軟件上也應(yīng)做好抗干擾設(shè)計(jì)。

①看門狗中斷的應(yīng)用

在程序設(shè)計(jì)時(shí)，每隔一段程序插入一個(gè)看門狗計(jì)數(shù)器復(fù)位指令，這樣，在程序運(yùn)行過程中，如果進(jìn)入死循環(huán)或非法代碼區(qū)，就不能使計(jì)數(shù)器清零，當(dāng)該計(jì)數(shù)器溢出時(shí)，就會(huì)使系統(tǒng)復(fù)位并重新運(yùn)行，此時(shí)如果干擾或故障已消除，則系統(tǒng)就從故障狀態(tài)恢復(fù)正常。

②假中斷處理

在程序設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)給每一個(gè)中斷都編寫程序，在中斷服務(wù)程序中清除中斷標(biāo)志并使程序正常返回，這就保證了程序的穩(wěn)定運(yùn)行。

③指令冗余技術(shù)

對(duì)開中斷關(guān)中斷、中斷初始化、系統(tǒng)寄存器初始化及定時(shí)器定時(shí)值設(shè)置等重要指令采取指令冗余技術(shù)，即多進(jìn)行一次重復(fù)寫操作，以確保這些重要指令的正確執(zhí)行。

第7篇：電源可靠性設(shè)計(jì)范文

【關(guān)鍵詞】 嵌入式 實(shí)時(shí)控制 硬件 可靠性

嵌入式實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)中具有廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景，其系統(tǒng)的可靠性直接關(guān)系到系統(tǒng)的控制效果和系統(tǒng)的維護(hù)難度。系統(tǒng)復(fù)雜度的提升、元器件數(shù)量的增多、傳輸信號(hào)間的相互干擾等在一定程度上都會(huì)降低嵌入式實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)硬件的運(yùn)行可靠性，為保證系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性與可靠性，就必須利用相關(guān)技術(shù)或手段對(duì)硬件進(jìn)行設(shè)計(jì)和分析，降低其故障概率，提升其工作性能。

一、硬件可靠性定義

硬件可靠性是指硬件系統(tǒng)在限定時(shí)間和限定環(huán)境下正確完成規(guī)定功能的概率，對(duì)其進(jìn)行定量分析可以對(duì)硬件系統(tǒng)的故障密度函數(shù)在一定時(shí)間內(nèi)進(jìn)行積分，求出其故障概率，進(jìn)而由故障概率得到無故障工作概率。

硬件系統(tǒng)的工作條件和工作環(huán)境不同，其所具有的可靠性會(huì)出現(xiàn)不同的差異性，硬件系統(tǒng)的工作時(shí)間不同，對(duì)其進(jìn)行可靠性分析也會(huì)得出不同的結(jié)果，且，工作時(shí)間的延長(zhǎng)必然會(huì)降低硬件系統(tǒng)的可靠性。

二、嵌入式實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)硬件電路可靠性分析與設(shè)計(jì)

嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)功能復(fù)雜，信號(hào)種類多，響應(yīng)時(shí)間短，時(shí)鐘信號(hào)頻率高，需要驅(qū)動(dòng)被控對(duì)象做出快速檢測(cè)、響應(yīng)以及處理等操作。

2.1 供電系統(tǒng)可靠性分析與設(shè)計(jì)

硬件系統(tǒng)的供電電源容易將噪聲耦合到電路系統(tǒng)中，所耦合進(jìn)入電路系統(tǒng)的噪聲會(huì)降低電能的穩(wěn)定度，進(jìn)而使得供電系統(tǒng)的可靠性降低。為降低該問題對(duì)硬件系統(tǒng)可靠性的影響，可以采用隔離變壓器、濾波器等對(duì)硬件系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化處理，如在電網(wǎng)中接入隔離變壓器、在供電電路的電源與地之間添加去耦電容等，不同容量的電容所對(duì)應(yīng)的噪聲頻率不同，實(shí)際中可以依照使用需求具體設(shè)計(jì)。

2.2 信號(hào)傳輸線路可靠性分析與設(shè)計(jì)

硬件系統(tǒng)中的傳輸線路過長(zhǎng)或者線路輸入輸出端設(shè)計(jì)不合理時(shí)會(huì)造成信號(hào)誤判，降低系統(tǒng)可靠性。（1）使用光電耦合器或者濾波器等對(duì)傳輸線路的輸入輸出端進(jìn)行電氣隔離，防止干擾信號(hào)進(jìn)入傳輸線路中影響判別結(jié)果；（2）應(yīng)用負(fù)載阻抗匹配技術(shù)提升信號(hào)在傳輸線路中的傳輸質(zhì)量，減少長(zhǎng)距離傳輸所引起的信號(hào)畸變問題，如在源端和負(fù)載端匹配設(shè)計(jì)RLC網(wǎng)絡(luò)來消除反射、交叉干擾、振鈴等噪聲干擾；（3）使用阻抗匹配雙絞線設(shè)計(jì)方案來減少長(zhǎng)距離傳輸下的傳輸線特性阻抗參數(shù)對(duì)傳輸信號(hào)的影響，若能夠配合使用光電耦合等硬件設(shè)計(jì)方案，可以達(dá)到更優(yōu)的抗干擾效果；（4）對(duì)總線負(fù)載進(jìn)行平衡匹配設(shè)計(jì)，避免嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)的控制芯片出現(xiàn)負(fù)載不均衡或紊亂，某些未使用的引腳，可以將其接高電平或接地，避免其懸空。

2.3 空間電磁場(chǎng)的干擾與可靠性設(shè)計(jì)

嵌入式實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)可能工作在空間電磁干擾較為嚴(yán)重的環(huán)境下，高頻電源、強(qiáng)電設(shè)備等都會(huì)降低系統(tǒng)的可靠性，此時(shí)可以使用接地金屬外殼等對(duì)系統(tǒng)核心模塊等進(jìn)行電磁屏蔽，降低空間電磁干擾對(duì)系統(tǒng)信號(hào)的影響。

三、電路板可靠性分析與設(shè)計(jì)

電路板布線和布局的合理性直接關(guān)系到各線路和元器件的工作狀態(tài)，不合理的設(shè)計(jì)方案會(huì)減少元器件壽命，甚至導(dǎo)致其燒毀。特別的，嵌入式實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)所使用的時(shí)鐘頻率較高，電路板設(shè)計(jì)不當(dāng)，還會(huì)引起線路間的相互干擾，降低硬件系統(tǒng)工作可靠性。

3.1 電源與地線布線原則

理想情況下，電源線的線寬應(yīng)與所傳輸?shù)碾娏飨嗥ヅ?，不同線路的走向應(yīng)該盡量一致。條件允許時(shí)，還可以對(duì)變壓器、穩(wěn)壓電源等進(jìn)行獨(dú)立設(shè)計(jì)與制板。

地線設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該注意區(qū)分模擬地和數(shù)字地，避免兩類地線的混淆，布線時(shí)盡量使兩者分開，在最后進(jìn)行匯聚。硬件系統(tǒng)，工作頻率低于1MHz的線路可使用單點(diǎn)接地設(shè)計(jì)方案；高于30MHz的線路可以使用多點(diǎn)接地設(shè)計(jì)方案；介于上述界限頻率間的線路可以使用混合接地設(shè)計(jì)方案。

3.2 時(shí)鐘布線原則

時(shí)鐘信號(hào)的同步性與穩(wěn)定性直接關(guān)系到硬件系統(tǒng)工作的準(zhǔn)確度，為保證系統(tǒng)正常運(yùn)行，應(yīng)盡量選擇PCB電路板中心位置或接地良好位置布置時(shí)鐘電路，盡量縮短時(shí)鐘與控制芯片間的距離。此外還可以對(duì)時(shí)鐘元件進(jìn)行接地處理、隔離處理，避免布線影響其他信號(hào)線的信號(hào)傳輸。

當(dāng)嵌入式實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)為高速系統(tǒng)時(shí)，過孔、引線以及其他元器件等都會(huì)呈分布式電感或電容特性，這些特性會(huì)影響系統(tǒng)的性能，降低系統(tǒng)可靠性，因而在設(shè)計(jì)PCB板時(shí)應(yīng)該將信號(hào)頻率納入考慮范圍，對(duì)布線進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

第8篇：電源可靠性設(shè)計(jì)范文

關(guān)鍵詞：大壩自動(dòng)檢測(cè)；可靠性設(shè)計(jì)；探究

中圖分類號(hào)：TV文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

大壩自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)可以使人們了解大壩的日常信息，并且大壩的工作環(huán)境較為惡劣，通常把儀器設(shè)備擺放在了并無人煙的荒郊野嶺，沒有便利的交通，其氣候條件較差，同時(shí)沒有良好的生活工作環(huán)境。大壩信息是水庫可以運(yùn)行的基本保障，同時(shí)汛期大壩信息可以直接影響著整個(gè)水庫的安全問題。大壩信息來源是依靠于大壩自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其大壩自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所給出的信息能夠直接影響著大壩信息是否具有可靠性，所以，可靠性設(shè)計(jì)是大壩自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的主要內(nèi)容。

一、大壩自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的組成

其自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是以分布式來進(jìn)行設(shè)計(jì)，系統(tǒng)大致分為上位機(jī)以、下位機(jī)以及交換機(jī)。其中上位機(jī)包含了數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)管理計(jì)算機(jī)。而下位機(jī)則包含了交換機(jī)、PLC主站以及PLC分站和壓力傳感器。

二、可靠性的概念

（一）可靠性的含義

可靠性的實(shí)質(zhì)是指在系統(tǒng)使用的期間內(nèi)以及預(yù)計(jì)環(huán)境中使人們相信所設(shè)計(jì)的功能，同時(shí)其性能還能夠得到相應(yīng)的保證。

首先，需要較為良好的使用功能。系統(tǒng)在使用的過程中，可以滿足設(shè)計(jì)中的功能要求以及指標(biāo)，其中包含了數(shù)值的準(zhǔn)確性，通訊的流暢性，功能的穩(wěn)定性，對(duì)于自身診斷的有效性，分析數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，對(duì)于大壩的分析以及及時(shí)性。

其次，在使用的過程中其系統(tǒng)可以承受由于環(huán)境因素所帶來影響。例如潮濕、結(jié)露、結(jié)霜、結(jié)冰、日曬雨淋、高低溫所引起的銹蝕以及老化，電磁場(chǎng)(包括雷電電磁脈沖)、浪涌電壓、瞬變電流、地電位差等擾亂，人畜、蛇鼠等對(duì)系統(tǒng)的破壞，交通、發(fā)電、泄洪和地震等引起的系統(tǒng)震動(dòng)等。

而后，還要有一定的耐久性。整個(gè)系統(tǒng)的部件具備抗老化、抗腐蝕以及抗松動(dòng)的特質(zhì)，同時(shí)其測(cè)量、通訊、數(shù)據(jù)處理以及其他性能在使用時(shí)所發(fā)生的變化并不會(huì)超出設(shè)計(jì)的范疇之內(nèi)。其硬件可以承受在使用過程中的各種作用，同時(shí)還可以滿足使用要求；但是對(duì)于軟件來說它能夠兼容新舊兩個(gè)版本，并且還可以進(jìn)行系統(tǒng)更新或者自動(dòng)升級(jí)以及遠(yuǎn)程下載，以此來確保系統(tǒng)在使用的過程中其軟件不會(huì)過時(shí)。

最后，在發(fā)生事件的前后，可以保證其系統(tǒng)的穩(wěn)定性。系統(tǒng)一旦受到意外因素的影響，例如在人為原因、雷擊等作用時(shí)并不會(huì)產(chǎn)生較為嚴(yán)重的后果，從而不會(huì)影響到其它部分的工作，在事發(fā)后的系統(tǒng)可以對(duì)故障進(jìn)行顯示以及報(bào)警，方便故障的找尋以及恢復(fù)，同時(shí)能夠花費(fèi)較少的費(fèi)用。

（二）可靠性指標(biāo)

從大體上來說，其可靠性指標(biāo)能夠利用分散型工業(yè)來進(jìn)行控制系統(tǒng)來表示，并且，可用性和平均沒有故障的時(shí)間以及平均修復(fù)時(shí)間有一定的關(guān)系，即

如對(duì)于由Ⅳ臺(tái)儀器構(gòu)成的大壩自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其某時(shí)刻的可靠恤為正常工作的儀器數(shù)(Ns)與總數(shù)（N)加之比，即：

NF為故障的儀器數(shù)，是系統(tǒng)在任一次工作中，系統(tǒng)中達(dá)不到設(shè)計(jì)功能和性能要求的儀器總數(shù)。即

同時(shí)將兩邊乘以N/NS，即

則右邊說明了在t時(shí)刻內(nèi)，每臺(tái)儀器工作在單位時(shí)間內(nèi)的故障概率，用來表示，

（三）可靠性指標(biāo)的影響因素

RAS指標(biāo)的實(shí)質(zhì)是一個(gè)隨機(jī)變量，它和系統(tǒng)元器件、原材料、設(shè)計(jì)及組裝、現(xiàn)場(chǎng)土建、安裝調(diào)試、運(yùn)行維護(hù)及現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境等因素存在一定的關(guān)系，所以需要用概率統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行相應(yīng)的探究。

RAS系統(tǒng)受到了內(nèi)外部的共同干擾，其中包含了電磁、高低溫變化、溫度升高或者驟降、潮濕、灰塵等；同時(shí)系統(tǒng)內(nèi)的集成電路以及材料逐漸老化；并且廠家的技術(shù)能力以及管理水平都會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成一定的影響，其售后的管理以及對(duì)待客戶的服務(wù)方式也會(huì)對(duì)系統(tǒng)的使用產(chǎn)生了一定的影響。

在確定系統(tǒng)可靠性指標(biāo)之前應(yīng)該分析以上影響因素系統(tǒng)可，并注意收集以下資料：大壩施工現(xiàn)場(chǎng)的干擾因素以及統(tǒng)計(jì)特征，例如空間的電磁場(chǎng)、雷電強(qiáng)度大小、空氣濕度大小等；收集系統(tǒng)和元器件在破壞因素的作用下所出現(xiàn)的反應(yīng)以及規(guī)律，利用室內(nèi)試驗(yàn)來確定系統(tǒng)所能承受干擾的極限值以及相應(yīng)的時(shí)間，例如在一定時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)及各部分所能承受的電壓、電流、電場(chǎng)強(qiáng)度、磁性強(qiáng)度、濕度等，并研究系統(tǒng)對(duì)各元器件老化及失效速率的影響；并以此來統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)材料的老化以及失效特征，從中總結(jié)其統(tǒng)計(jì)規(guī)律。

三、可靠性設(shè)計(jì)

（一）總體設(shè)計(jì)

1.加強(qiáng)元器件和儀器的選型

其系統(tǒng)內(nèi)的儀器設(shè)備可靠性是系統(tǒng)可靠性的重要保證。通過微功耗、工業(yè)級(jí)甚至是軍用級(jí)芯片對(duì)元器件進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕殿~使用，并在此基礎(chǔ)上對(duì)電路設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，以此來提升設(shè)備可靠性。同時(shí)傳感器盡最大限度的選取無源或微功耗的基礎(chǔ)設(shè)備，有利于能夠在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行長(zhǎng)期工作。在設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)該優(yōu)先選擇已經(jīng)通過建筑工程考驗(yàn)過、較為成熟的設(shè)備，這樣可以提升系統(tǒng)的可靠性。

2.優(yōu)化系統(tǒng)工作模式

在設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)該盡最大限度來簡(jiǎn)化其系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，同時(shí)不應(yīng)該附加其他的無用功能。在實(shí)際情況中，應(yīng)該采取自報(bào)式以及間斷工作的手段，如果系統(tǒng)設(shè)備可以得到較長(zhǎng)的間歇時(shí)間并且損耗較小，就可以提升其設(shè)備的使用年限。

3.適當(dāng)?shù)牟捎酶蓴_措施

其大壩自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要是以電子產(chǎn)品為基礎(chǔ)，在設(shè)計(jì)的過程中應(yīng)該考慮其雷電等各種因素的干擾。其中保護(hù)措施主包含了：測(cè)量控制裝置和儀器設(shè)備需要采用直流供電，并以此來解除電源線引入的雷電干擾；在無線傳輸?shù)倪^程中，天線安裝同軸避雷器，防止雷電從天饋線引入遙測(cè)設(shè)備；并且交流供電線路應(yīng)該安裝電源避雷裝置。并且，同頻干擾以及太陽風(fēng)暴能夠?qū)νㄓ嵭纬梢欢ǖ母蓴_，影響其信號(hào)的傳輸，從而增加的了誤碼率，因此需要在硬件上使用干擾糾錯(cuò)技術(shù)。

就目前而言，所使用的信道編碼采用糾錯(cuò)編碼技術(shù)，可以檢兩位，糾一位錯(cuò)誤。除此之外，使用多級(jí)校驗(yàn)?zāi)軌蛱嵘到y(tǒng)的可靠性。對(duì)通信電路以及線路的設(shè)計(jì)，需要考慮大氣條件的變化，所以要在每一條電路中都要預(yù)留出一定的干擾保護(hù)度以及余度，并以此來保證其電路的余量。

（二）設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)

選擇較為簡(jiǎn)單的合理方案，多使用積分型的電路，在模擬電路的設(shè)計(jì)中，要著重關(guān)注于工作點(diǎn)的穩(wěn)定功能，選擇合適的深度，并以此來保證其工作的穩(wěn)定，以免出現(xiàn)自激的現(xiàn)象。

同時(shí)應(yīng)該對(duì)所有的設(shè)備進(jìn)行不定期的檢測(cè)，每批機(jī)器應(yīng)該依照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定來進(jìn)行震動(dòng)跌落以及高溫高濕的抽樣檢測(cè)，以此來確保其設(shè)備能夠在艱苦的條件下運(yùn)行。在檢測(cè)的過程中，做好相關(guān)的檢測(cè)記錄，并從中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，完善其系統(tǒng)產(chǎn)品。

四、結(jié)束語：

綜上所述，其大壩自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所分布的范圍較廣，同時(shí)其工作環(huán)境較為艱苦，存在較為嚴(yán)重的干擾現(xiàn)象，所以應(yīng)該進(jìn)行全面的系統(tǒng)研究，并以此來保證系統(tǒng)可以保證長(zhǎng)時(shí)間的工作。創(chuàng)建一個(gè)適當(dāng)?shù)目煽啃灾笜?biāo)能夠?qū)ο到y(tǒng)的可靠性進(jìn)行全面的評(píng)價(jià)，從而促使廠家提升其產(chǎn)品的質(zhì)量以及售后服務(wù)質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

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第9篇：電源可靠性設(shè)計(jì)范文

【關(guān)鍵詞】計(jì)算機(jī) 系統(tǒng) 可靠性 設(shè)計(jì)方案

計(jì)算機(jī)被廣泛的應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，而且發(fā)揮著重要的作用，若計(jì)算機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性較差，則極易影響工程的項(xiàng)目設(shè)備運(yùn)行的安全性以及穩(wěn)定性。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)可靠性差，主要受到各種因素的影響，包括軟硬件系統(tǒng)，以及外部環(huán)境因素的影響，對(duì)此在開展計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，要進(jìn)行全面分析。

1 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可靠性分析

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)即CCS，其指的是利用計(jì)算機(jī)，借助相關(guān)輔助部件，并且與被控制對(duì)象相互聯(lián)系，以此達(dá)到控制目的。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可靠性分析，即控制系統(tǒng)可靠性分析，主要是針對(duì)影響控制系統(tǒng)運(yùn)行安全與可靠性的因素，包括元器件設(shè)備、系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)、系統(tǒng)各單元MTTR等。在進(jìn)行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)前，則需要對(duì)上述影響因素，進(jìn)行詳細(xì)的分析，再進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

2 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)分析

2.1 系統(tǒng)輸入可靠性分析

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行，需要輸入指定命令，由系統(tǒng)輸入運(yùn)行結(jié)果看，若輸入錯(cuò)誤，則極易造成系統(tǒng)輸出結(jié)果錯(cuò)誤，對(duì)此則需要仔細(xì)的選擇傳感器，確保傳感器的適用性與可靠性。如果系統(tǒng)選用的模擬傳感器，則輸入的放大電路，其最好是絕對(duì)值放大電路設(shè)計(jì)，并且需要設(shè)計(jì)輸入保護(hù)，以及濾波處理輸入信號(hào)，以此防止由于輸入信號(hào)較大，給系統(tǒng)接口造成損害。除此之外還需要仔細(xì)的研究傳感器故障原理，以此保證傳感器的可靠性與安全性。

2.2 系統(tǒng)輸出可靠性分析

影響計(jì)算機(jī)系統(tǒng)輸出的安全性與可靠性的因素較多，主要分為輸出執(zhí)行器、輸出傳輸線、輸出接口電路、輸出軟件等，這些因素的可靠性，直接影響著計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)輸出的可靠性與安全性。因?yàn)橄到y(tǒng)輸出主要依靠驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器屬于高速運(yùn)轉(zhuǎn)元件，極易受到外界因素的影響，使得所存內(nèi)容被破壞，最終造成系統(tǒng)操作錯(cuò)誤。

2.3 診斷技術(shù)可靠性分析

當(dāng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，需要借助診斷技術(shù)，對(duì)檢測(cè)信號(hào)做有效判斷，以此判斷計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是否處于正常運(yùn)行狀態(tài)。若想準(zhǔn)確的判斷計(jì)算機(jī)系統(tǒng)故障位置，則可以利用事故現(xiàn)象和系統(tǒng)故障之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，來確定故障位置，以此減少系統(tǒng)故障修復(fù)所花費(fèi)的時(shí)間，同時(shí)還能夠提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性與安全性。

2.4 冗余與容錯(cuò)可靠性分析

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可靠性影響因素中，冗余與容錯(cuò)設(shè)計(jì)比較重要。冗余技術(shù)主要分為工作冗余與后備冗余。工作冗余能夠支持系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行多次重復(fù)配置，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，若任意設(shè)備發(fā)生故障，則其會(huì)脫離控制系統(tǒng)，不會(huì)給系統(tǒng)造成影響。后備冗余指的是配置兩臺(tái)設(shè)備，將其中的一臺(tái)留作備用，若運(yùn)行設(shè)備發(fā)生故障，則后備設(shè)備將會(huì)投入系統(tǒng)中運(yùn)行，進(jìn)而確保系統(tǒng)的可靠性。計(jì)算機(jī)冗余系統(tǒng)主要包括并聯(lián)系統(tǒng)（冗余設(shè)計(jì)）、備用系統(tǒng)、表決系統(tǒng)，冗余設(shè)計(jì)的應(yīng)用性較強(qiáng)。容錯(cuò)設(shè)計(jì)指的承認(rèn)系統(tǒng)故障，_保系統(tǒng)故障后能夠繼續(xù)運(yùn)行，為了提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)容錯(cuò)能力，通常加設(shè)冗余設(shè)計(jì)，以此實(shí)現(xiàn)接替容錯(cuò)單元功能，確保系統(tǒng)正常運(yùn)行，同時(shí)故障系統(tǒng)能夠自動(dòng)修復(fù)，以此確保系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

3 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)

3.1 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)主要可以分為硬件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)，因此可以作為設(shè)計(jì)的兩大部分。硬件系統(tǒng)主要是由各元器件以及信息技術(shù)等構(gòu)成，為了確保系統(tǒng)的可靠性，則需要做好運(yùn)維措施以及合理設(shè)計(jì)，可以遵循以下要點(diǎn)：

3.1.1 冗余容錯(cuò)設(shè)計(jì)方案

該方案的應(yīng)用較為廣泛，基于硬件運(yùn)行特點(diǎn)，則可以分為電路級(jí)冗余、靜態(tài)冗余、動(dòng)態(tài)冗余、混合冗余。電路級(jí)冗余設(shè)計(jì)，則需要遵循計(jì)算機(jī)控制機(jī)烯烴原則，即對(duì)系統(tǒng)模塊電路中的極管進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)，以此確保運(yùn)行模塊故障后，容許電路能夠代替原有電路元件運(yùn)行；靜態(tài)冗余容錯(cuò)設(shè)計(jì)，多采用表決模塊，以此屏蔽系統(tǒng)異常，該設(shè)計(jì)方案中，主要是將單模塊，利用三模冗余進(jìn)行交替；動(dòng)態(tài)硬件冗余容錯(cuò)設(shè)計(jì)，主要是基于控制系統(tǒng)特點(diǎn)，將系統(tǒng)設(shè)計(jì)為多各模塊，構(gòu)成故障檢測(cè)模塊、故障定位模塊、系統(tǒng)恢復(fù)模塊等，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)技術(shù)功能?；旌先蒎e(cuò)設(shè)計(jì)方案，主要是將靜態(tài)冗余容錯(cuò)與動(dòng)態(tài)容錯(cuò)系統(tǒng)融合，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)可靠性運(yùn)行目標(biāo)。

3.1.2 系統(tǒng)可靠性運(yùn)維方案

提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行可靠性，則需要盡量做好系統(tǒng)維護(hù)措施，使用高性能元器件。元器件使用性能，與其運(yùn)行環(huán)境有著直接影響，尤其是溫度因素，對(duì)此需要設(shè)置電源散熱裝置和配置，提高元器件運(yùn)行可靠性。同時(shí)需要考慮元器件是基于功能組建在一起的，為了確保運(yùn)行的可靠性，則需要做好元器件焊接位置檢查，以及接觸部位檢查，防止出現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行故障。除此之外元器件的可靠性，直接影響著系統(tǒng)運(yùn)行，因此其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要簡(jiǎn)潔，減少元器件使用個(gè)數(shù)?；谟?jì)算機(jī)控制系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境特點(diǎn)，做好相關(guān)的防護(hù)措施，針對(duì)主要影響因素，包括雨雪因素、溫度因素、氣體因素等。

3.2 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)，主要是進(jìn)行軟件容錯(cuò)設(shè)計(jì)與軟件編程規(guī)范。

3.2.1 構(gòu)建冗余系統(tǒng)

軟件系統(tǒng)的容錯(cuò)能力設(shè)計(jì)，需要構(gòu)成冗余系統(tǒng)。基于相關(guān)原理，簡(jiǎn)化系統(tǒng)單元模塊，提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，將控制系統(tǒng)分散設(shè)計(jì)為各個(gè)控制系統(tǒng)，再將其分解為獨(dú)立單元，基于系統(tǒng)性能，將其構(gòu)建為不同模塊。為了避免通信系統(tǒng)運(yùn)行節(jié)點(diǎn)故障，給計(jì)算機(jī)系統(tǒng)造成影響，可以使用CANBUS總線，以此來解決通信系統(tǒng)缺點(diǎn)，使其具備多主結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，確保系統(tǒng)在任意節(jié)點(diǎn)內(nèi)，均能實(shí)現(xiàn)信息交互。

3.2.2 降低單元的MTTP

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中多采取模塊化設(shè)計(jì)，以此來降低單元MTTR，進(jìn)而使得系統(tǒng)故障時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)快速定位與維護(hù)，縮短系統(tǒng)MTTR，進(jìn)而提高系統(tǒng)可靠性。同時(shí)將系統(tǒng)設(shè)計(jì)成診斷故障模塊，運(yùn)用診斷技術(shù)、自動(dòng)隔離技術(shù)等，提高系統(tǒng)故障處理速率。

3.2.3 軟件編程規(guī)范

計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)編程規(guī)范，其主要包括設(shè)置自檢程序、指令冗余法、設(shè)置軟件陷阱、WATCHDOG、輸入信號(hào)與輸出信號(hào)的抗干擾技術(shù)，將上述技術(shù)進(jìn)行組合與完善，則能夠極大程度上提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的安全性與可靠性。

3.3 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)分析-通信系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)，則可以遵循以下設(shè)計(jì)要點(diǎn)：

（1）利用冗余技術(shù)以及設(shè)備，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行故障監(jiān)測(cè)，確保故障發(fā)生后的交替工作；

（2）利用現(xiàn)代化技術(shù)，提高網(wǎng)絡(luò)級(jí)別。

（3）優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，合理組合設(shè)備，減少系統(tǒng)建設(shè)成本。

（4）使用高性能網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品，同時(shí)考慮網(wǎng)絡(luò)升級(jí)需求以及擴(kuò)容需求。

層次化通信網(wǎng)可靠性設(shè)計(jì)要點(diǎn)：

（1）接入層網(wǎng)絡(luò)體系中，使用OSI模型。該模型的首層是集線層，設(shè)備與集線層連接，則能夠?qū)崿F(xiàn)資源共享，交換機(jī)的使用，能夠提高集線器的性能，具有網(wǎng)絡(luò)連接優(yōu)勢(shì)，能夠?qū)崿F(xiàn)資源完整轉(zhuǎn)發(fā)，以及端口識(shí)別，自動(dòng)判斷資源是否傳送，進(jìn)而提升系統(tǒng)可靠性。

（2）核心層設(shè)計(jì)。合理設(shè)計(jì)核心層，能夠?yàn)橛?jì)算機(jī)系統(tǒng)，提供高性能數(shù)據(jù)鏈路，確保網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性以及速率。同時(shí)能夠?qū)⒑诵膶勇酚蓞f(xié)議，轉(zhuǎn)變?yōu)樨?fù)載模式，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)度，快速恢復(fù)系統(tǒng)故障。

（3）分布層可靠性設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)分布層，則能夠?qū)崿F(xiàn)訪問求信息審核以及過濾，同時(shí)能夠拒絕不合理資源訪問請(qǐng)求，若接入層和核心層路由協(xié)議，發(fā)生排斥或者不協(xié)調(diào)問題，則需要重新分布資源信息，進(jìn)而確保通信網(wǎng)絡(luò)速率。通信分布層合理設(shè)計(jì)，則能夠使其具有較高的性能，確保網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提高系統(tǒng)的可靠性。

4 結(jié)束語

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成較多，集成了各子系統(tǒng)功能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制，為了提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可靠性，則需要對(duì)影響因素進(jìn)行全面的分析。對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)，主要分為硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)與軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)，同時(shí)做好細(xì)節(jié)優(yōu)化設(shè)計(jì)與各系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，以此確保系統(tǒng)的可靠性以及安全性。

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