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+2

k=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。