CN115561663B - 一种用于评估电源模块可靠性的方法及测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于评估电源模块可靠性的方法包括以下步骤：筛选出电源模块中脆弱元器件并进行加速老化试验，得到脆弱元器件的降质状态；电源模块划分为多个功能模块并对脆弱元器件绑定相应降质状态，对功能模块和电源模块进行仿真，建立电源模块关于整体性能的性能降质模型；对电源模块的功能模块进行加速老化试验来修正性能降质模型，并得到电源模块的最终降质模型；测量待评估电源模块状态数据，对照最终降质模型获得电源模块可靠性的评估。本发明还公开了一种用于评估电源模块可靠性的测量系统。本发明通过功能模块的运行状态来评估电源模块性能以及检查失效脆弱元器件，用于预测电源模块的剩余使用寿命和失效脆弱元器件的检查更换。

Description

一种用于评估电源模块可靠性的方法及测试系统

技术领域

本发明涉及一种用于电源模块可靠性评估的领域。

背景技术

电源模块在核电仪控系统中执行电力转换和自动切换等功能，同时电源模块中元器件的老化失效会导致机组运行异常，需要定期对电源模块进行技术诊断以检测并更换电源模块中老化失效的元器件，目前的诊断技术主要是在设备停运期间对电源模块的输入和输出性能参数进行校核以判断电源模块是否失效，该方式较为单一且只能判断电源模块是否失效，无法对此次诊断过程中即将失效的元器件做出有效的预防措施，导致在接下里来的设备运行期间可能存在因电源模块中元器件的失效导致机组运行异常的安全隐患。因此有必要对电源模块的组成元器件进行检测以及预测电源模块的剩余使用寿命，用于及时更换电源模块中即将失效的元器件，文件CN112418590A通过按序逐个检测一条电路支路中所有的元器件来评测该电路支路是否损坏，以达到电路检测的目的。但对于元器件较多的电源模块，逐个检测元器件的损坏程度来预测电源模块剩余使用寿命的方式显得十分冗余和复杂，不利于高效地预测其剩余使用寿命。

发明内容

本发明旨在提供一种用于评估电源模块可靠性的方法及配套的测量系统，以实现对电源模块的在役检查和寿命评估。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案包括：

一种用于评估电源可靠性的方法，包括步骤：

S1、筛选出电源模块中脆弱易坏的脆弱元器件并对脆弱元器件进行加速老化试验，获取脆弱元器件在老化过程中的性能指标矩阵和性能指标的降质状态；

S2、建立电源模块模型，将电源模块模型划分为多个功能模块，将功能模块中的脆弱元器件绑定相应的降质状态，对电源模块模型的功能模块进行联合仿真，得到脆弱元器件的降质状态与功能模块的运行状态之间的仿真关系，以及各个功能模块之间的运行状态仿真关系；

S3、对电源模块模型整体性能进行仿真，得到电源模块模型的各功能模块的运行状态与整体性能的仿真关系，记为性能降质模型；

S4、对电源模块依据电源模块模型划分功能模块，对功能模块进行加速老化试验，得到功能模块的降质模型，使用功能模块的降质模型修正性能降质模型中脆弱元器件的降质状态与功能模块的运行状态之间的仿真关系，获取电源模块整体性能的最终降质模型；

S5、测量待评估电源模块状态数据，对照最终降质模型获得电源模块可靠性的评估。

优选的，所述步骤3中，电源模块的性能降质模型还包括有各功能模块受脆弱元器件的降质状态影响产生故障的判据指标和相应的故障诊断方法，根据判据指标和相应的故障诊断方法，获得脆弱元器件降质状态下功能模块的故障。

优选的，所述步骤S1中，电源模块的脆弱元器件包括电解电容、晶体管、场效应管和光耦合器。

优选的，所述步骤2中，电源模块的功能模块包括稳压电路模块、比较电路模块及晶闸管相控电路模块, 所述晶闸管相控电路模块的输入端与电源输入端连接，所述晶闸管相控电路模块的输出端与稳压电路模块的输入端连接，所述稳压电路模块的输出端分别与电源输出端和比较电路模块输入端连接，所述比较电路模块输出端与晶闸管相控电路模块的输入端连接。

优选的，所述步骤S5中，待评估电源模块测量的状态数据包括功能模块的运行状态数据和/或脆弱元器件的降质状态数据。

优选的，所述运行状态数据包括输出电压电流额定值、输出电压调节范围、电压稳定度、负载稳定度。

一种用于评估电源模块可靠性的系统，包括硬件系统和软件系统。

优选的，所述硬件系统包括：显示控制器、工控机、以太网、宽范围交流电源、宽范围直流电源、交直流负载、数据采集器、控制开关矩阵和测试夹具；所述工控机分别与显示控制器和以太网连接，所述宽范围交流电源、宽范围直流电源、交直流负载、数据采集器均分别和控制开关矩阵与以太网连接，所述以太网还分别与控制开关矩阵测试夹具连接，所述控制矩阵与待测电源模块连接。

优选的，所述软件系统包括 ：分析与管理模块、监视模块、设计模块、执行模块、存储模块、通讯模块和驱动模块，所述通讯模块分别与设计模块、驱动模块和监视模块连接，所述执行模块分别与驱动模块、监视模块和存储模块连接，所述设计模块分别与分析与管理模块和存储模块连接，所述分析与管理模块和存储模块连接。

本发明的有益效果为：建立电源模块整体性能的最终降质模型来预测电源模块的剩余使用寿命和在役状态，同时方便电源模块中老化元器件的后续维修与更换。并且通过采集功能模块的运行状态数据来提高检测效率和降低检测成本，一方面检测功能模块的运行状态数据可以分析电源模块的整体性能以预测剩余使用寿命，代替了逐个检测脆弱元器件的损坏程度来进行寿命预测的繁琐方式，另一方面当电源模块的整体性能下降时，根据各个功能模块的运行状态数据来缩小故障范围，便于快速地定位失效的脆弱元器件并进行更换操作。

附图说明

图1为本发明中评估电源可靠性的方法流程图

图2为本发明中测试系统的硬件图

图3为本发明中测试系统的软件图

图4为电源模块可靠性评估方法整体流程图

其中：1、显示控制器，2、工控机，3、以太网，4、宽范围交流电源，5、宽范围直流电源，6、交直流电子负载，7、数据采集器，8、控制矩阵，9、测试夹具，10、待测电源模块，21、设计模块，22、通讯模块，23、驱动模块，24、监视模块，25、执行模块，26、分析与管理模块，27、存储模块。

具体实施方式

为达到上述目的，下面结合附图对本发明做进一步说明。

参考图1和图4，一种评估电源模块可靠性的方法，包括步骤：

S1.首先根据国内外电源模块通用元件故障统计经验，筛选出电源模块的脆弱元器件，脆弱元器件包括电解电容、晶体管、场效应管和光耦合器，将脆弱元器件放置在125℃的环境中拷机进行加速老化试验，在老化过程中监测记录脆弱元器件的性能指标，获取脆弱元器件的性能指标矩阵以及性能指标的降质规律。

S2.建立电源模块模型，将电源模块模型划分为多个功能模块，包括稳压电路模块、比较电路模块和晶闸管相控电路模块；

所述晶闸管相控电路模块的输入端与电源输入端连接，所述晶闸管相控电路模块的输出端与稳压电路模块的输入端连接，所述稳压电路模块的输出端分别与电源输出端和比较电路模块输入端连接，所述比较电路模块输出端与晶闸管相控电路模块的输入端连接；

将功能模块中的脆弱元器件绑定相应的降质状态，对电源模块模型的功能模块进行联合仿真，得到脆弱元器件的降质状态与功能模块的运行状态之间的仿真关系，以及各个功能模块之间的运行状态仿真关系。

S3.对电源模块模型整体性能进行仿真，得到电源模块模型的各功能模块的运行状态与整体性能的仿真关系，记为性能降质模型，其中还包括有关于功能模块的判据指标和故障模式诊断方法，用于获得脆弱元器件降质状态下功能模块的故障。

S4.对电源模块依据电源模块模型划分功能模块，对功能模块进行加速老化试验，通过在125℃的环境中拷机获得功能模块的测试数据，得到功能模块的降质模型，使用功能模块的降质模型修正性能降质模型中脆弱元器件的降质状态与功能模块的运行状态之间的仿真关系，获取电源模块整体性能的最终降质模型；

S5. 测量待评估电源模块中功能模块的运行状态数据和/或脆弱元器件的降质状态数据，所述运行状态数据包括输出电压电流额定值、输出电压调节范围、电压稳定度、负载稳定度，对照最终降质模型获得电源模块可靠性的评估。

本发明还包括一种用来评估电源模块可靠性的测量系统。该测量系统硬件如图2所示，包括：显示控制器1、工控机2、以太网3、宽范围交流电源4、宽范围直流电源5、交直流负载6、数据采集器7、控制开关矩阵8和测试夹具9；所述工控机2分别与显示控制器1和以太网3连接，所述宽范围交流电源4、宽范围直流电源5、交直流负载6、数据采集器7均分别与控制开关矩阵8和以太网3连接，所述以太网3还分别与控制开关矩阵8和测试夹具3连接，所述控制矩阵8与待测电源模块10连接；所述测试夹具9用于夹持不同测试电源模块输出端口和中间测试点；所述电源模块10的输入端与控制开关矩阵8连接，所述电源模块的输出端与数据采集器7连接，所述数据采集器7用于采集电源模块输出电压电流额定值、输出电压调节范围、电压稳定度、负载稳定度、纹波电压、效率和功率因数、过流保护、过压保护、谐波分量等参数，所述控制开关矩阵8用于适应不同测试需求而切换对应的输入电源电路，所述控制开关矩阵8还分别与宽范围交流电源4、宽范围直流电源5和交直流负载6连接，三种电源提供不同的电源输入来测试电源模块；所述以太网3用于传输工控机2的控制信号以及传回数据采集器7采集的测试结果，所述显示控制器1用于测试结果显示和测试过程中的主动控制，所述工控机2用于执行测试程序和对测试结果进行分析和存储。

所述测量系统还设置有软件系统如图3所示，包括: 用于流程、算法、判据、安全互锁等设计的设计模块21；用于设备信息传递的通讯模块22；用于仪器控制的驱动模块23；用于测试过程监视的监视模块24；用于执行程序的执行模块25；用于测试结果分析，以及根据测试结果推出对应管理措施的分析与管理模块26；用于测试数据及测试流程存储的存储模块27；所述通讯模块22分别与设计模块21、驱动模块23和监视模块24连接，所述执行模块25分别与驱动模块23、监视模块24和存储模块27连接，所述设计模块21分别与分析与管理模块26和存储模块27连接，所述分析与管理模块26和存储模块27连接。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上内容仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上实例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (9)

1.一种用于评估电源模块可靠性的方法，其特征在于，包括步骤：

S1、筛选出电源模块中脆弱易坏的脆弱元器件并对脆弱元器件进行加速老化试验，获取脆弱元器件在老化过程中的性能指标矩阵和性能指标的降质状态；

S2、建立电源模块模型，将电源模块模型划分为多个功能模块，将功能模块中的脆弱元器件绑定相应的降质状态，对电源模块模型的功能模块进行联合仿真，得到脆弱元器件的降质状态与功能模块的运行状态之间的仿真关系，以及各个功能模块之间的运行状态仿真关系；

S3、对电源模块模型整体性能进行仿真，得到电源模块模型的各功能模块的运行状态与整体性能的仿真关系，记为性能降质模型；

S4、对电源模块依据电源模块模型划分功能模块，对功能模块进行加速老化试验，得到功能模块的降质模型，使用功能模块的降质模型修正性能降质模型中脆弱元器件的降质状态与功能模块的运行状态之间的仿真关系，获取电源模块整体性能的最终降质模型；

S5、测量待评估电源模块状态数据，对照最终降质模型获得电源模块可靠性的评估。

2.如权利要求1所述的一种用于评估电源模块可靠性的方法，其特征在于，所述步骤S3中，电源模块的性能降质模型还包括有各功能模块受脆弱元器件的降质状态影响产生故障的判据指标和相应的故障诊断方法，根据判据指标和相应的故障诊断方法，获得脆弱元器件降质状态下功能模块的故障。

3.如权利要求1所述的一种用于评估电源模块可靠性的方法，其特征在于，所述步骤S1中，电源模块的脆弱元器件包括电解电容、晶体管、场效应管和光耦合器。

4.如权利要求1所述的一种用于评估电源模块可靠性的方法，其特征在于，所述步骤S2中，电源模块的功能模块包括稳压电路模块、比较电路模块及晶闸管相控电路模块,所述晶闸管相控电路模块的输入端与电源输入端连接，所述晶闸管相控电路模块的输出端与稳压电路模块的输入端连接，所述稳压电路模块的输出端分别与电源输出端和比较电路模块输入端连接，所述比较电路模块输出端与晶闸管相控电路模块的输入端连接。

5.如权利要求1所述的一种用于评估电源模块可靠性的方法，其特征在于，所述步骤S5中，待评估电源模块测量的状态数据包括功能模块的运行状态数据和/或脆弱元器件的降质状态数据。

6.如权利要求5所述的一种用于评估电源模块可靠性的方法，其特征在于，所述运行状态数据包括输出电压电流额定值、输出电压调节范围、电压稳定度以及负载稳定度。

7.一种用于评估电源模块可靠性的系统，用于执行如权利要求1至6任一项所述的一种用于评估电源模块可靠性的方法，其特征在于，所述系统包括硬件系统和软件系统。

8.根据权利要求7所述的一种用于评估电源模块可靠性的系统，其特征在于，所述硬件系统包括：显示控制器、工控机、以太网、宽范围交流电源、宽范围直流电源、交直流负载、数据采集器、控制开关矩阵和测试夹具；所述工控机分别与显示控制器和以太网连接，所述宽范围交流电源、宽范围直流电源、交直流负载、数据采集器均分别和控制开关矩阵与以太网连接，所述以太网还分别与控制开关矩阵测试夹具连接，所述控制开关矩阵与待测电源模块连接。

9.根据权利要求7所述的一种用于评估电源模块可靠性的系统，其特征在于，所述软件系统包括：分析与管理模块、监视模块、设计模块、执行模块、存储模块、通讯模块和驱动模块，所述通讯模块分别与设计模块、驱动模块和监视模块连接，所述执行模块分别与驱动模块、监视模块和存储模块连接，所述设计模块分别与分析与管理模块和存储模块连接，所述分析与管理模块和存储模块连接。