[发明专利]一种脉冲电源系统可靠性预计方法

说明书

本发明公开了一种脉冲电源系统可靠性预计方法，包括以下步骤：S1、统计脉冲电源系统的故障数据，确定电源脉冲系统在寿命周期内经历的任务剖面；S2、确定每个任务剖面对应的环境载荷面，在相应的环境载荷面下选用合适的故障物理模型；S3、根据故障数据和选用的故障物理模型，计算脉冲电源系统的失效率，进而对脉冲电源系统进行可靠性预计。本发明克服了传统可靠性预计方法在分析大型、复杂、动态的电源系统时计算效率低、计算数据误差大以及表述复杂等问题。

技术领域

本发明属于可靠性预计方法，具体涉及一种脉冲电源系统可靠性预计方法。

背景技术

脉冲电源系统是在神光-Ⅲ主机装置片放能源系统能源组建的基础上，结合用户标准化、模块化、小型化、监控数字化特点研制的能源模块组件，为疝灯负载提供合适的能量脉冲需求。脉冲电源系统其目的在于将五个完全一样的四路能源模块功率合成系统在以物理结构上并联，系统控制上集成的方式集成在一起，为20个疝灯回路负载提供合适的能量脉冲，使它们的形状、幅度和时序保持一致。它的负载回路数为四路，每路由两只疝灯串联组成，具有独立的控制、充放电、泄放、采集和故障保护功能。

为了适应未来装置对能源组件系统的高可靠性要求，通过对脉冲电源系统进行可靠性预计，旨在帮助分析与找出系统设计中的存在的潜在缺陷与薄弱环节，为设计改进和方案权衡提供依据，对脉冲电源系统设计与维修具有重要意义。随着高能脉冲系统高频化、模块化以及数字化的趋势，对脉冲电源系统性能与整体设计的要求不断提高，由于其组成结构复杂，组成元器件众多，导致脉冲电源系统各模块的失效分析以及可靠性预计的难度越来越大。因此，要想设计出高可靠性电源脉冲系统和在脉冲电源系统失效的情况下分析出失效原因，必须有对应更准确、更完善的失效物理模型和系统可靠性分析方法。这对脉冲电源系统可靠性预计提出了严峻的挑战。

脉冲电源系统中，印制板上连接各元器件的焊点数量多，发生故障的概率大，热疲劳失效方面，印制板上元器件工作状态不一致，有时处于低温工作状态，有时处于高温工作状态，温度的循环所产生的热疲劳会引起焊点的失效；振动失效方面，在电源脉冲系统充放电的过程中会使得焊点受到一定的振动影响。除了印制板上焊点的失效分析之外，电路板中金属布线开路或短路会导致分立器件也存在相关的失效，电应力失效方面，由于脉冲电源系统中不存在MOS器件，故只需要分析电迁移失效。

脉冲电源系统的可靠性预计较多，专家评分法单纯根据经验给出笼统的值，具有一定的盲目性，准确程度难以保证，不利于获得较为准确的预计结果，现有的应力分析法所选取的数据过于久远，难以表述复杂的电源脉冲系统环境剖面的影响。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的脉冲电源系统可靠性预计方法解决了现有传统的可靠性预计方法在分析大型、复杂、动态的电源系统时计算效率低、计算数据误差大以及表述复杂的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种脉冲电源系统可靠性预计方法，包括以下步骤：

S1、统计脉冲电源系统的故障数据，确定电源脉冲系统在寿命周期内经历的任务剖面；

S2、确定每个任务剖面对应的环境载荷面，在相应的环境载荷面下选用合适的故障物理模型；

S3、根据故障数据和选用的故障物理模型，计算脉冲电源系统的失效率，进而对脉冲电源系统进行可靠性预计。

进一步地，所述步骤S1中脉冲电源系统的故障数据包括一一对应的潜在故障位置、故障模式、故障机理和工作应力；

所述潜在故障位置包括金属布线和焊点；

其中，金属布线对应的故障模式包括开路、短路和漏电，对应的故障机理为电迁移，对应的工作应力为电应力；

焊点对应的故障模式包括信号断续和开路，故障机理包括热疲劳和振动疲劳，其中，热疲劳对应的工作应力由温度循环产生，振动疲劳对应的工作应力由随机振动产生；