電源模塊N＋k工作方式對電源系統可靠性的影響

影響高頻開關電源系統可靠性的因素主要有電源模塊的可靠性，高頻開關電源模塊的熱備份數量對可靠性的改善等。由于電源系統的交直流配電使用的元、器件較少，分析時可認為其可靠度RP(t)=1。

1高頻開關電源模塊的可靠性分析

高頻開關電源模塊可靠度為RS(t)=Ri(t)=

模塊的失效率為λs=λi

從以上公式可以看出，高頻開關電源模塊使用的元、器件越多，其可靠性越差。根據文獻[1]可計算出電源模塊的失效率λs。

模塊的MTBF為MTBFS=Rs(t)dt=dt=

從提高電源模塊可靠性的角度看，電源模塊使用的元、器件數量越少越好，特別是失效率較高（如電解電容等）的元、器件應盡量少用。

2電源模塊不同熱備份數量的可靠性計算

一個電源系統有n個電源模塊，這個電源系統按N＋k方式設計（n=N＋k，N為保證正常供電必須的模塊數量，k為熱備份模塊數量，n為模塊總數），這時可以計算熱備份模塊數量k對系統可靠性的影響。

2.1n個電源模塊系統，k=0，N=n時，系統的MTBFN＋0

無熱備份模塊的可靠度為RN＋0(t)=RS(t)n，其

MTBFN＋0為MTBFN＋0=RS(t)ndt=MTBF0

2.2n個電源模塊系統，k=1，N=n－1時，系統的MTBFN＋1

k=1時，系統可靠度為RN＋1(t)=RN＋0(t)＋n

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

2.3n個電源模塊系統，k=2，N=n－2時，系統的MTBFN＋2k=2時，系統可靠度為RN＋2(t)=RN＋1(t)＋RS(t)n－2[1－RS(t)]2，其MTBFN＋2為MTBFN＋2=RN＋2(t)dt=MTBF0

圖1電源模塊不同熱備份數量對可靠性的影響曲線

2.4n個電源模塊系統，按N＋k方式設計。n=N＋k，N為保證正常供電必須的模塊數量，k為熱備份模塊數量，n為模塊總數，這時，系統的MTBFN＋k系統可靠度為RN＋k(t)=RN＋(k－1)(t)＋RS(t)n－k·[1－RS(t)]k，其MTBFN＋k為MTBFN＋k=RN＋k(t)dt=MTBF0

2.5n個電源模塊系統，k=n－1，N=1時，系統的MTBFN＋(n－1)

k=n－1時，系統可靠度為RN＋(n－1)(t)=

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

3電源模塊不同熱備份數量的可靠性分析

根據以上計算公式，可求出n個電源模塊組成的系統中，保證N個模塊正常運行的可靠度RN＋k(t)。對于不同模塊數量n（3～10個），不同的熱備份數量k（0～9個），在電源配電系統其可靠度RP(t)=1的條件下，電源模塊不同熱備份數量對可靠性的影響曲線如圖1所示。

4結語

通過以上對高頻開關電源可靠性指標MTBF的分析計算，可得出如下結論：

4.1電源模塊的可靠性與電源模塊的電路設計，生產工藝，元、器件質量與數量等多種因素有關。從提高電源模塊可靠性的角度看，電源模塊使用的元、器件數量越少越好，特別是失效率較高（如電解電容等）的元、器件應盡量少用。

4?2對于由n個模塊組成的高頻開關電源系統，電源系統按N＋k方式設計。n=N＋k，N為保證正常供電必須的模塊數量，k為熱備份模塊數量，n為模塊總數，這時，系統的MTBFN＋k為MTBFN＋k=RN＋k(t)dt=MTBF0

4.3對于由n個模塊組成的高頻開關電源系統，電源系統按N＋k方式設計。n=N＋k，N為保證正常供電必須的模塊數量，k為熱備份模塊數量，n為模塊總數。在模塊總數不變的情況下，保證正常供電必須的模塊數量N越少，熱備份模塊數量k越多，系統的MTBFN＋k越長。4.4對于由n個模塊組成的高頻開關電源系統，在模塊總數n不變的情況下，熱備份模塊數量為k的系統較熱備份模塊數量為k－1的系統的平均無故障時間長MTBF0。

4.5對于高頻開關電源系統，系統可靠性按N＋k熱備份方式設計，k為熱備份模塊數量，其數值的多少與電源系統可維修時間、電網的供電質量、電源負荷的重要程度等因素有關。對用戶而言，如果可以保證電源系統的維修時間小于蓄電池的帶載放電時間，這時采用N＋1方式，一般可以保證電源系統的正常供電。否則應考慮增加熱備份模塊的數量。