不同電路中可靠性的概率設(shè)計(jì)

每當(dāng)您設(shè)計(jì)好的產(chǎn)品時(shí)，始終存在可靠性問題。如果要使客戶滿意，新板必須具有最長(zhǎng)的使用壽命。如果您正要在組件額定值的邊緣進(jìn)行設(shè)計(jì)，那么您可能正在無法判斷電路板的可靠性和使用壽命。但是，您可以采用統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，以確保您的組件不會(huì)過分驅(qū)動(dòng)，這可以防止它們過早失效。

有一些用于這種類型分析的常用技術(shù)。一種可靠的技術(shù)是一種可靠的概率設(shè)計(jì)，其中將組件公差和電功率變化表述為概率分布。這使您可以確定組件被過度驅(qū)動(dòng)的機(jī)會(huì)，從而縮短其壽命。當(dāng)我們考慮非線性分量時(shí)，情況不太清楚，需要從概率論中獲得一些見解。

不同電路中可靠性的概率設(shè)計(jì)

所有組件都具有一定的公差等級(jí)；這些通常以絕對(duì)百分比或與標(biāo)稱值的偏差形式指定。被動(dòng)元件在額定元件值上有一些規(guī)定的公差，通常為1％，5％或10％。這些容差可能會(huì)改變系統(tǒng)其他部分的標(biāo)稱電氣性能，因此有可能會(huì)導(dǎo)致另一個(gè)組件被過度驅(qū)動(dòng)。

根據(jù)其容差的概率分布來表示設(shè)計(jì)的電性能是為時(shí)不變電路保留的一項(xiàng)技術(shù)。這些電路可以是線性或非線性的，但對(duì)時(shí)間不變性的要求很重要。一旦我們?cè)试S電路的某些方面隨時(shí)間變化，就需要回答連續(xù)獨(dú)立性和對(duì)歷史系統(tǒng)行為的條件依賴性的問題。在非線性反饋回路和控制回路中對(duì)此類行為進(jìn)行建模仍然是一個(gè)活躍的研究主題，無論是在數(shù)學(xué)上還是在實(shí)驗(yàn)上。

對(duì)于您將遇到的絕大多數(shù)系統(tǒng)，您只需要考慮線性和非線性電路行為，以及該行為與組件被過度驅(qū)動(dòng)的可能性之間的關(guān)系。一旦確定了特定組件中可能的電壓，電流或功率值的范圍，就可以了解該組件是否會(huì)過驅(qū)動(dòng)。

可靠性設(shè)計(jì)的概率設(shè)計(jì)：該曲線顯示了某個(gè)組件被驅(qū)動(dòng)到其絕對(duì)最大電壓以上的概率（在該曲線的黃色陰影部分顯示）。

在上圖中，藍(lán)色曲線顯示了電路中特定組件上可能的電壓分布。綠線表示組件上的平均（即預(yù)期）電壓，紅線表示組件上的最大額定電壓。黃色區(qū)域顯示將導(dǎo)致組件過驅(qū)動(dòng)的所有可能電壓值。在此，曲線下方的面積告訴您組件被過度驅(qū)動(dòng)的概率為18.5％。

這個(gè)簡(jiǎn)單的例子應(yīng)該說明可靠性分析的重要性。系統(tǒng)的壽命比其額定壽命短的可能性為18.5％。另一種思考的方式是這樣的：離開工廠的成品設(shè)備中大約有五分之一會(huì)提前失效。對(duì)于關(guān)鍵任務(wù)電子系統(tǒng)，這種高故障率是不可接受的。

有兩種方法可以解決此問題：

對(duì)于上述組件，您可能希望使用絕對(duì)最大額定電壓更高的組件。可以對(duì)任何其他組件做出相同的陳述。

對(duì)于系統(tǒng)中的上游組件，解決方案是使用公差更嚴(yán)格的組件。這將使組件看到的可能電壓的分布更窄，從而減少了過驅(qū)動(dòng)和故障的機(jī)會(huì)。

了解公差與非線性電路之間的關(guān)系是通過概率設(shè)計(jì)提高可靠性的重要的下一步。

線性與非線性電路的容差

即使您的電路是純線性的，組件的公差和它們產(chǎn)生的電性能也不會(huì)始終呈線性比例。這是因?yàn)榉至恐档姆讲钍钦坏?。考慮集總電路（例如，分壓器或匹配網(wǎng)絡(luò)）產(chǎn)生的電氣行為時(shí)，沒有用于組合方差的特定規(guī)則。

非線性電路也是如此。飽和（例如，在晶體管中）將減小方差對(duì)電輸出的影響，而諸如非線性放大器或二極管之類的組件會(huì)增加它。這也使得很難確定實(shí)際非線性電路中容差的影響。

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