CN111506986B - 一种小样本电源***的可靠性评估方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种小样本电源***的可靠性评估方法，涉及电源系评估技术领域。本发明包括如下步骤：S01、建立Simulink仿真电路模型：利用Simulink分别对线性电源***和Buck开关电源***建立仿真模型用以替代线性电源板和Buck开关电源板；S02、确定电源***试验样本：设电源***的输入电压为Vin，输出电压为Vout；S03、根据退化性能特征样本数量扩充：通过Simulink仿真，获得大量的电源***退化性能特征的仿真样本；S04、电源***可靠性评估。本发明将性能退化的试验数据与Simulink仿真相结合最终达到试验性能退化特征样本扩展的目标，再利用仿真数据对电源***的可靠度进行评估。

Description

一种小样本电源***的可靠性评估方法
技术领域
本发明属于电源系评估技术领域，特别是涉及一种小样本电源***的可靠性评估方法。
背景技术
在实际工程中对产品开展可靠性评估工作，由于成本、试验环境等因素限制，试验件数量相对较少，导致产品试验过程中性能特征退化数据严重不足，这将对后续的可靠性评估工作带来巨大的难度。
本发明中所涉及到的电源***包括线性稳压电源和Buck开关电源，这两类电源由于电路设计价格、芯片价格、制版价格较高以及试验环境条件的限制，导致开展可靠性试验的试验件数量严重不足(几块到十几块)，以至于收集到的电源性能退化数据样本量也相对不足。基于此，本发明提出了一种小样本电源***的可靠性评估方法，该方法将有效地解决电源***的小样本问题，扩充性能特征退化样本量，从而达到电源***可靠性评估的目的。
发明内容
本发明提供了一种小样本电源***的可靠性评估方法，解决了以上问题。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明的一种小样本电源***的可靠性评估方法，包括如下步骤：
S01、建立Simulink仿真电路模型：利用Simulink分别对线性电源***和Buck开关电源***建立仿真模型用以替代线性电源板和Buck开关电源板；
S02、确定电源***试验样本：设电源***的输入电压为Vin，输出电压为Vout；
S03、根据退化性能特征样本数量扩充：通过Simulink仿真，获得大量的电源***退化性能特征的仿真样本；
S04、电源***可靠性评估：采用蒙特卡罗法对电源***进行可靠性评估，求出各试验应力水平下的可靠度。
进一步地，所述步骤S03中退化性能特征样本数量扩充包括线性电源***退化样本量扩充：针对线性稳压电源***，根据已知输出电压值和可得输出电压与输入电压的关系式获得一组基准电压水平，将该组基准电压水平作为Simulink仿真的输入，仅能得到一组输出电压值。
进一步地，所述线性电源***退化样本量扩充过程中，引入了电阻误差的范围R＝[R-,R+]，在R的误差范围内按照均匀取值的方式在该范围内取得k组R值R＝(R1,R2,…,Rk)，将k组电阻值代入输出电压与输入电压的关系式中就可以得到k组输出电压值，通过该方法就可以将m组试验件的m组性能退化参数扩充成s＝k·m组。
进一步地，所述步骤S03中退化性能特征样本数量扩充包括Buck电源***退化样本量扩充：将占空比D看作Buck器件的输入，其余则当作一个***进行分析，针对Buck开关电源***已知一个试验件的应力水平为x，输出电压值为V，通过该方法就可以将m组试验件的m组性能退化参数扩充成s＝k·m组。
进一步地，所述Buck电源***退化样本量扩充中针对其中一个应力水平，占空比也存在误差D＝[D-,D+]，在误差范围内均匀随机取得k组占空比值，针对其中一个应力水平就可以获得k组占空比值和k组输出电压值。
本发明相对于现有技术包括有以下有益效果：
本发明方法将性能退化的试验数据与Simulink仿真相结合最终达到试验性能退化特征样本扩展的目标，再利用仿真数据对电源***的可靠度进行评估。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种小样本电源***的可靠性评估方法的步骤图；
图2为线性稳压电源***的电路结构图；
图3为Buck开关电源***的电路结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-3所示，本发明的一种小样本电源***的可靠性评估方法，包括如下步骤：
一、simulink仿真电路模型
首先利用Simulink分别对线性电源***和Buck开关电源***建立仿真模型用以替代线性电源板和Buck开关电源板，具体仿真电路分别如图2和图3所示；
LDO线性稳压器的基本电路如图2所示，该电路由P沟道场效应管、取样电阻R1和R2、比较放大器、带隙基准源组成。带隙基准源加在比较器的同相输入端，与加在反相输入端的部分输出电压值相比较，两者的差值经放大器ErrorAmplifier放大后，控制串联调整管的压降，从而稳定输出电压；
对于LDO电路，其目标输出电压Vout值是通过调节电路中的两个分压电阻R1和R2的值来控制的。根据式(1)电路分压定律可求得LDO电路的最终输出电压如式(2)所示；
式中，Vref表示带隙基准源设置的电压值；
Buck开关电源电路原理图如图3所示；
Buck电路的工作原理主要是利用一个PWM比较器通过对比放大器输出电压值与锯齿波，从而调节输出PWM波的占空比，来控制PMOS管的开启和关断，以调节输出电压来达到获取目标Vout值的目的。因此，可得输出电压与输入电压的关系如式(3)所示；
式中，Ton表示一个周期内开关闭合的时间，Toff表示一个周期内开关断开的时间，Ton+Toff即PWM波的占空比，也就是一个周期内高电平脉冲宽度与整个周期的比值，亦即输出电压为输入电压与控制信号占空比的乘积。
二、电源***试验样本
设电源***的输入电压为Vin，输出电压为Vout，在电源***可靠性试验过程中由于环境应力的变化，将导致最终的输出电压发生变化。如环境应力水平分别为x＝(x1,x2,…,xn)，n为应力水平个数，对应的输出电压水平为vout＝(vout1,vout2,…,voutn)。当试验件个数为m时，将得到m组应力水平和m组输出电压水平个数，由于试验件个数的限制，m值往往较小。
三、退化性能特征样本数量扩充
为了扩充退化性能特征样本的数量，本发明将引入Simulink仿真，获得大量的电源***退化性能特征的仿真样本。
1、线性电源***退化样本量扩充：
针对线性稳压电源***，其输出电压值如式(2)所示。现已知一个试验件的应力水平为x＝(x1,x2,…,xn)，输出电压值为vout＝(vout1,vout2,…,voutn)，根据已知输出电压值与式(2)可以获得一组基准电压水平为vref＝(vref1,vref2,…,vrefn)。将这一组基准电压vref作为Simulink仿真的输入，仅能得到一组输出电压值vout，为了扩充退化样本数量，本发明引入了电阻误差的范围。
由于材料等工艺，电阻在制造时是存在着误差的，其电阻值存在一个范围R＝[R-,R+]。本发明在R的误差范围内按照均匀取值的方式在该范围内取得k组R值R＝(R1,R2,…,Rk)。将k组电阻值代入式(2)中就可以得到k组输出电压值vout(i)＝(vout1(i),vout2(i),…,voutn(i))(i∈[1,k])，通过该方法就可以将m组试验件的m组性能退化参数扩充成s＝k·m组。
2、Buck电源***退化样本量扩充
Buck器件的输出电压与电路中的占空比息息相关，参照线性稳压电路的分析方法，此处将占空比看作Buck器件的输入，其余则当作一个***。
进行分析。针对Buck开关电源***已知一个试验件的应力水平为x＝(x1,x2,…,xn)，输出电压值为vout＝(vout1,vout2,…,voutn)，其对应的占空比为D＝(D1,D2,…Dn)。针对其中一个应力水平，占空比也存在误差D＝[D-,D+]，在误差范围内均匀随机取得k组占空比值。针对其中一个应力水平就可以获得k组占空比值和k组输出电压值vout(i)＝(vout1(i),vout2(i),…,voutn(i))(i∈[1,k])，通过该方法就可以将m组试验件的m组性能退化参数扩充成s＝k·m组。
四、电源***可靠性评估
本发明通过上述仿真方法将每一个应力水平下的性能退化特征样本数量扩充成s组后，当k的取值较大时，s的取值也会较大，则可以采用蒙特卡罗法对电源***进行可靠性评估，求出各试验应力水平下的可靠度。根据输出电压提前设定的失效阈值，可以对各应力水平进行评估，具体计算如式(4)所示：
式(4)中Ni值表示第i个应力水平下输出电压值小于失效阈值电压的个数，Ni(s)表示第i个应力水平下输出电压值的总个数。
本发明相对于现有技术具有以下有益效果：
本发明的拓扑相比于传统TSBB(Two-switchbuck–boost)所具有的优势如下：
(1)具有容错功能，并且仅仅利用一个额外的功率开关管就可以实现对拓扑本身任意一开关管进行容错。
(2)由于两个开关管都进行了接地，因此在设计驱动电路方面，更加便捷。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (1)

1.一种小样本电源***的可靠性评估方法，其特征在于，包括如下步骤：
S01、建立Simulink仿真电路模型：利用Simulink分别对线性电源***和Buck开关电源***建立仿真模型用以替代线性电源板和Buck开关电源板；
S02、确定电源***试验样本：设电源***的输入电压为Vin，输出电压为Vout；
S03、根据退化性能特征样本数量扩充：通过Simulink仿真，获得大量的电源***退化性能特征的仿真样本；
线性电源***退化样本量扩充：
针对线性稳压电源***，其输出电压值公式为；
式中，Vref表示带隙基准源设置的电压值；
现已知一个试验件的应力水平为x＝(x1,x2,…,xn)，输出电压值为vout＝(vout1,vout2,…,voutn)，根据已知输出电压值与输出电压值公式可以获得一组基准电压水平为vref＝(vref1,vref2,…,vrefn)；将这一组基准电压vref作为Simulink仿真的输入，仅能得到一组输出电压值vout，为了扩充退化样本数量，引入了电阻误差的范围；
由于材料等工艺，电阻在制造时是存在着误差的，其电阻值存在一个范围R＝[R-,R+]；在R的误差范围内按照均匀取值的方式在该范围内取得k组R值R＝(R1,R2,…,Rk)；将k组电阻值代入输出电压值公式中就可以得到k组输出电压值vout(i)＝(vout1(i),vout2(i),…,voutn(i))(i∈[1,k])，通过该方法就可以将m组试验件的m组性能退化参数扩充成s＝k·m组；
Buck电源***退化样本量扩充：
Buck器件的输出电压与电路中的占空比息息相关，参照线性稳压电路的分析方法，此处将占空比：
看作Buck器件的输入，其余则当作一个***；
进行分析；针对Buck开关电源***已知一个试验件的应力水平为x＝(x1,x2,…,xn)，输出电压值为vout＝(vout1,vout2,…,voutn)，其对应的占空比为D＝(D1,D2,…Dn)；针对其中一个应力水平，占空比也存在误差D＝[D-,D+]，在误差范围内均匀随机取得k组占空比值；针对其中一个应力水平就可以获得k组占空比值和k组输出电压值vout(i)＝(vout1(i),vout2(i),…,voutn(i))(i∈[1,k])，通过该方法就可以将m组试验件的m组性能退化参数扩充成s＝k·m组；
S04、电源***可靠性评估：采用蒙特卡罗法对电源***进行可靠性评估，求出各试验应力水平下的可靠度；
通过上述仿真方法将每一个应力水平下的性能退化特征样本数量扩充成s组后，当k的取值较大时，s的取值也会较大，则可以采用蒙特卡罗法对电源***进行可靠性评估，求出各试验应力水平下的可靠度；根据输出电压提前设定的失效阈值，可以对各应力水平进行评估，具体计算如下式所示：
其中，Ni值表示第i个应力水平下输出电压值小于失效阈值电压的个数，Ni(s)表示第i个应力水平下输出电压值的总个数。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011089258A2 (en) * 2010-01-25 2011-07-28 Imec A variability-aware reliability simulation method of electronic systems
CN107729660A (zh) * 2017-10-23 2018-02-23 哈尔滨工业大学 一种结合仿真的继电器类单机贮存可靠性评估方法
CN108664700A (zh) * 2018-04-04 2018-10-16 北京航空航天大学 基于不确定数据包络分析的加速退化信息融合建模方法
CN109271741A (zh) * 2018-10-25 2019-01-25 北京航空航天大学 一种降压型dc-dc电源模块剩余使用寿命预测与健康评估方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011089258A2 (en) * 2010-01-25 2011-07-28 Imec A variability-aware reliability simulation method of electronic systems
CN107729660A (zh) * 2017-10-23 2018-02-23 哈尔滨工业大学 一种结合仿真的继电器类单机贮存可靠性评估方法
CN108664700A (zh) * 2018-04-04 2018-10-16 北京航空航天大学 基于不确定数据包络分析的加速退化信息融合建模方法
CN109271741A (zh) * 2018-10-25 2019-01-25 北京航空航天大学 一种降压型dc-dc电源模块剩余使用寿命预测与健康评估方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
叶雪荣 ; 陈岑 ; 王一行 ; 翟国富 ; .基于EDA的开关电源健康状态评估方法研究.***仿真学报.2015,(01),全文. *

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