电源模块N＋k工作方式对电源系统可靠性的影响

电源模块N＋k工作方式对电源系统可靠性的影响

影响高频开关电源系统可靠性的因素主要有电源模块的可靠性，高频开关电源模块的热备份数量对可靠性的改善等。由于电源系统的交直流配电使用的元、器件较少，分析时可认为其可靠度RP(t)=1。

1高频开关电源模块的可靠性分析

高频开关电源模块可靠度为RS(t)=Ri(t)=

模块的失效率为λs=λi

从以上公式可以看出，高频开关电源模块使用的元、器件越多，其可靠性越差。根据文献[1]可计算出电源模块的失效率λs。

模块的MTBF为MTBFS=Rs(t)dt=dt=

从提高电源模块可靠性的角度看，电源模块使用的元、器件数量越少越好，特别是失效率较高（如电解电容等）的元、器件应尽量少用。

2电源模块不同热备份数量的可靠性计算

一个电源系统有n个电源模块，这个电源系统按N＋k方式设计（n=N＋k，N为保证正常供电必须的模块数量，k为热备份模块数量，n为模块总数），这时可以计算热备份模块数量k对系统可靠性的影响。

2.1n个电源模块系统，k=0，N=n时，系统的MTBFN＋0

无热备份模块的可靠度为RN＋0(t)=RS(t)n，其

MTBFN＋0为MTBFN＋0=RS(t)ndt=MTBF0

2.2n个电源模块系统，k=1，N=n－1时，系统的MTBFN＋1

k=1时，系统可靠度为RN＋1(t)=RN＋0(t)＋n

RS(t)n－1[1－RS(t)]1，其MTBFN＋1为MTBFN＋1=RN＋1(t)dt=MTBF0

2.3n个电源模块系统，k=2，N=n－2时，系统的MTBFN＋2k=2时，系统可靠度为RN＋2(t)=RN＋1(t)＋RS(t)n－2[1－RS(t)]2，其MTBFN＋2为MTBFN＋2=RN＋2(t)dt=MTBF0

图1电源模块不同热备份数量对可靠性的影响曲线

2.4n个电源模块系统，按N＋k方式设计。n=N＋k，N为保证正常供电必须的模块数量，k为热备份模块数量，n为模块总数，这时，系统的MTBFN＋k系统可靠度为RN＋k(t)=RN＋(k－1)(t)＋RS(t)n－k·[1－RS(t)]k，其MTBFN＋k为MTBFN＋k=RN＋k(t)dt=MTBF0

2.5n个电源模块系统，k=n－1，N=1时，系统的MTBFN＋(n－1)

k=n－1时，系统可靠度为RN＋(n－1)(t)=

1－[1－RS(t)]n，其MTBFN＋(n－1)为MTBFN＋(n－1)=RN＋(n－1)(t)dt=MTBF0

3电源模块不同热备份数量的可靠性分析

根据以上计算公式，可求出n个电源模块组成的系统中，保证N个模块正常运行的可靠度RN＋k(t)。对于不同模块数量n（3～10个），不同的热备份数量k（0～9个），在电源配电系统其可靠度RP(t)=1的条件下，电源模块不同热备份数量对可靠性的影响曲线如图1所示。

4结语

通过以上对高频开关电源可靠性指标MTBF的分析计算，可得出如下结论：

4.1电源模块的可靠性与电源模块的电路设计，生产工艺，元、器件质量与数量等多种因素有关。从提高电源模块可靠性的角度看，电源模块使用的元、器件数量越少越好，特别是失效率较高（如电解电容等）的元、器件应尽量少用。

4?2对于由n个模块组成的高频开关电源系统，电源系统按N＋k方式设计。n=N＋k，N为保证正常供电必须的模块数量，k为热备份模块数量，n为模块总数，这时，系统的MTBFN＋k为MTBFN＋k=RN＋k(t)dt=MTBF0

4.3对于由n个模块组成的高频开关电源系统，电源系统按N＋k方式设计。n=N＋k，N为保证正常供电必须的模块数量，k为热备份模块数量，n为模块总数。在模块总数不变的情况下，保证正常供电必须的模块数量N越少，热备份模块数量k越多，系统的MTBFN＋k越长。4.4对于由n个模块组成的高频开关电源系统，在模块总数n不变的情况下，热备份模块数量为k的系统较热备份模块数量为k－1的系统的平均无故障时间长MTBF0。

4.5对于高频开关电源系统，系统可靠性按N＋k热备份方式设计，k为热备份模块数量，其数值的多少与电源系统可维修时间、电网的供电质量、电源负荷的重要程度等因素有关。对用户而言，如果可以保证电源系统的维修时间小于蓄电池的带载放电时间，这时采用N＋1方式，一般可以保证电源系统的正常供电。否则应考虑增加热备份模块的数量。