閃光器可靠性試驗方法研究及應(yīng)用

1、閃光器可靠性試驗方法研究及應(yīng)用    摘要：實現(xiàn)了一種全集成可變帶寬中頻寬帶低通濾波器，討論分析了跨導(dǎo)放大器-電容(OTAC)連續(xù)時間型濾波器的結(jié)構(gòu)、設(shè)計和具體實現(xiàn)，使用外部可編程電路對所設(shè)計濾波器帶寬進(jìn)行控制，并利用ADS軟件進(jìn)行電路設(shè)計和仿真驗證。仿真結(jié)果表明，該濾波器帶寬的可調(diào)范圍為126 MHz，阻帶抑制率大于35 dB，帶內(nèi)波紋小于05 dB，采用18 V電源，TSMC 018m CMOS工藝庫仿真，功耗小于21 mW，頻響曲線接近理想狀態(tài)。關(guān)鍵詞：Butte    按車輛平均時速50km/h，平均行駛40min使

2、用1min轉(zhuǎn)向燈，閃光器工作200h相當(dāng)于整車行駛里程40萬km，500h相當(dāng)于行駛里程100萬km，如果閃光器近100%都能正常工作500h（本文下稱：期望壽命），有理由相信它的表現(xiàn)將是非常令人滿意的，但這是不符合可靠性客觀規(guī)律的。    從傳統(tǒng)可靠性試驗方法可以看出，閃光器耐久性試驗的時間等于期望壽命；試驗結(jié)果的判定采用指定的抽樣方案。    二、可靠性故障的分布規(guī)律    可靠性理論的研究已經(jīng)證明，任何產(chǎn)品，使用一段時間后，必然有一定概率的失效，且隨著時間的推移，失效的概率是不斷增加而且有規(guī)律可循。

3、產(chǎn)品的累積故障分布可以是指數(shù)分布、對數(shù)正態(tài)分布或威布爾分布等。最簡單、最常用的是指數(shù)分布，電子產(chǎn)品的失效一般符合指數(shù)分布。兼容性最好的是威布爾（Weibull）分布。威布爾分布非常適合于描述機(jī)械和電子零部件、元器件的壽命，在工程上得到了廣泛的應(yīng)用。    對威布爾分布進(jìn)行簡單闡述：    威布爾分布的分布密度函數(shù)f（t）、可靠度函數(shù)R（t）、累積失效函數(shù)F（t）以及故障率函數(shù)（t）見圖1。    其函數(shù)表達(dá)式分別如下：    式中，m為形狀參數(shù)；為尺度參數(shù)，亦稱特征壽命，表示

4、所有零件63.2%失效時的時間或里程參數(shù)。    由圖1可知，威布爾分布的形狀參數(shù)m對故障率有決定性的影響。形狀參數(shù)m影響分布函數(shù)曲線的形狀特征。當(dāng)m>1時，故障率是遞增的。反之，m<1時，故障率是遞減的。當(dāng)m=1時，威布爾分布就變成指數(shù)分布。此時尺度參數(shù)=1/。當(dāng)m=2時，為瑞利分布；當(dāng)m=2.73.7時，為近似正態(tài)分布；當(dāng)m=3.313時，為正態(tài)分布。    根據(jù)可靠性理論，任何產(chǎn)品都不可能做到在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)，100%完成規(guī)定功能，哪怕規(guī)定的時間相對較短。我們必須正確認(rèn)識可靠性故障的規(guī)律，并加以準(zhǔn)確把握，

5、提出合理的要求并加以正確的驗證，才能提高產(chǎn)品的可靠性。對產(chǎn)品提出可靠性要求應(yīng)該是工作若干時間，失效比例低于若干。    三、現(xiàn)有可靠性要求及試驗方法不嚴(yán)密性分析    （一）QC/T5011999抽樣方案的不合理性    對于QC/T5011999，暫不討論試驗時間是否足夠，如果接收限過于寬松，會造成批不合格率較大的產(chǎn)品通過試驗的概率較大。下面計算該抽樣方案的OC曲線：假設(shè)抽樣的批產(chǎn)品為200件，則N=200，抽樣方案（20，9），用二項分布法計算不同批不合格品率下的接收概率，繪制該抽樣方案的OC曲線，見

6、圖2。    批不合格品率為0.2時接收概率幾乎為1；批不合格品率為0.3時接收概率為0.952。該抽樣方案顯然是不合理的。    （二）其他試驗方法的不合理性    對于表1中QC/T4132002抽樣方案，其抽樣方案為（3，0），出現(xiàn)不合格后允許二次抽樣，二次抽樣數(shù)量加倍。    同樣運(yùn)用二項分布法計算不同批不合格品率下只允許一次抽樣的接收概率和二次抽樣的接收概率，繪制該抽樣方案的OC曲線，見圖3。    計算結(jié)果顯示，只允許一次抽樣批不合格

7、品率0.1時的接收概率已高達(dá)0.729；允許二次抽樣時批不合格品率0.1的產(chǎn)品，通過可靠性試驗的概率有0.873之多。也就是說，該抽樣方案對批不合格品率0.1以下的產(chǎn)品接收概率是很高的!從前面的計算可以看出，傳統(tǒng)的可靠性試驗方法很難保證批不合格品率低于0.1的產(chǎn)品被發(fā)現(xiàn)并拒收。    分析汽車產(chǎn)品的可靠性系統(tǒng)，由復(fù)雜的串、并聯(lián)系統(tǒng)組成，對可靠性串聯(lián)系統(tǒng)而言，零部件的可靠性對系統(tǒng)的影響很大。從系統(tǒng)的角度看，組成串聯(lián)系統(tǒng)的部件越多，系統(tǒng)的可靠性越低。    假設(shè)串聯(lián)系統(tǒng)由4個零部件構(gòu)成，工作500h期間的可靠度都是0.9，4個可靠度為0.

8、9的零部件組成的串聯(lián)系統(tǒng)可靠度只有0.6561，組成可靠性串聯(lián)系統(tǒng)的零部件越多，零部件的可靠性越低，系統(tǒng)的可靠性越低是必然的。汽車制造廠對顧客負(fù)責(zé)的是整車，而不是零部件，所以必須用系統(tǒng)的眼光分析問題，對零部件提出滿足整車需要的要求。    由此可見，傳統(tǒng)抽樣方案對閃光器的期望壽命進(jìn)行抽樣檢驗是不合理的。    四、應(yīng)用可靠性理論提出閃光器的可靠性指標(biāo)根據(jù)可靠性理論，可靠性指標(biāo)的設(shè)定是自上而下進(jìn)行可靠性分配而得來的；對整車而言，可靠性指標(biāo)應(yīng)該是從整車系統(tǒng)子系統(tǒng)總成零部件分配的過程。從整車開始對可靠性指標(biāo)進(jìn)行分配的目的是保證整車的可靠性符

9、合要求。本節(jié)應(yīng)用可靠性理論中的專家評分分配法對分配到轉(zhuǎn)向燈子系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)進(jìn)一步分配到閃光器等產(chǎn)品中。    整車按100萬km進(jìn)行可靠性設(shè)計，分配到轉(zhuǎn)向燈子系統(tǒng)的可靠度為0.8，車輛平均時速50km/h，壽命20000h，平均行駛40min用1min轉(zhuǎn)向燈，分解到轉(zhuǎn)向燈子系統(tǒng)，則換算成時間的可靠性指標(biāo)為500h，0.2的故障率；此500h的概念可以適用于閃光器，但不能等同于其它所有產(chǎn)品，500h是100萬km壽命終止的概念，要針對不同的產(chǎn)品甚至不同項目進(jìn)行分配。下面采用專家評分分配法將可靠性指標(biāo)分配到系統(tǒng)的各部件。    分析組成

10、汽車轉(zhuǎn)向燈子系統(tǒng)為可靠性串聯(lián)系統(tǒng)，主要部件為燈具A、電線束B、閃光器C、組合開關(guān)D（為了本例的簡單化，蓄電池、保險絲盒等整車共用件未計入）。    可靠度R（t）=0.80=e-t=e-500    計算得出=4.46×10-4h-1請5位相關(guān)的專家進(jìn)行評分，并通過計算，得出表2的結(jié)果。    上述分配是對轉(zhuǎn)向燈子系統(tǒng)所作的分解，其他部分應(yīng)根據(jù)相應(yīng)要求另行分解，綜合為總成產(chǎn)品后的可靠性要求還要根據(jù)需要進(jìn)一步計算。    從表2可以看出，分配到閃光器的可靠性指標(biāo)是50

11、0h，0.974，把分配到閃光器的可靠性指標(biāo)換算到0.1故障率：    由前式得出t=2003h    2003h，0.1故障率（0.1故障率通稱保證壽命）的指標(biāo)，與現(xiàn)有的可靠性要求200h，n=20，A=9，R=10或500h，n=3，A=0，R=1是無法直接比較的，但可以非常明顯地看出該指標(biāo)與現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的差距非常懸殊。    保證壽命大大高于期望壽命是非常合理的要求，二者的失效概率是完全不同的。查閱國外某廠家燈光復(fù)合控制器（燈光系統(tǒng)的綜合控制器）的耐久性要求，見表3。   

12、 該燈光復(fù)合控制器是燈光系統(tǒng)的集成控制單元，包括前照燈、閃光器、警報閃光器等所有的控制功能，各功能產(chǎn)品如果是獨立的，組合后的子系統(tǒng)要達(dá)到上述要求，每個產(chǎn)品的要求還要大大提高。由此可以看出該公司對閃光器產(chǎn)品的可靠性要求比前面計算的結(jié)果更高，該公司在設(shè)計中通過功能合并很好地提高了基本可靠性。    從本節(jié)的計算可以得出，零部件的可靠性要求必須從系統(tǒng)的角度進(jìn)行考慮，零部件的可靠性要求必須以滿足系統(tǒng)的可靠性要求為前提。復(fù)雜度低、技術(shù)成熟度高、重要度高、工作環(huán)境好的零部件分配的故障率指標(biāo)少，可靠性要求高，是符合系統(tǒng)要求的。可靠性指標(biāo)的分配方法很多，提出經(jīng)濟(jì)、切實可行的指標(biāo)是

13、最難的，要經(jīng)過多年的積累才能逐步提出科學(xué)的指標(biāo)。    五、應(yīng)用可靠性理論提出閃光器的可靠性試驗方法    根據(jù)可靠性理論，可以對抽樣產(chǎn)品進(jìn)行壽命終止試驗，得出相應(yīng)的可靠性指標(biāo)。對樣品進(jìn)行全部信息的獲取，再用樣品的信息去推測批產(chǎn)品的可靠性信息，該方法雖然也存在誤差，但誤差僅為抽樣中的誤差。理論上可以證明，樣本均值的分布是符合正態(tài)分布的，方差的大小與樣本量成反比。所以該方法得出結(jié)論的置信區(qū)間相對較小，結(jié)果更為可信。    為了摸清閃光器的可靠性現(xiàn)狀，對使用量最大的閃光器進(jìn)行了隨機(jī)抽樣，抽樣數(shù)5個，按照試驗技

14、術(shù)條件進(jìn)行耐久性壽命終止試驗，按產(chǎn)品失效的順序?qū)Ξa(chǎn)品進(jìn)行列表，試驗結(jié)果見表4前2行。運(yùn)用威布爾概率紙的傳統(tǒng)方法是直接在威布爾概率紙上作圖并得出結(jié)論，如圖4所示。    作圖法最大的不足是誤差大，不同的人作圖會得出不同的結(jié)果，甚至可能影響結(jié)論的判定，直接用試驗結(jié)果計算出唯一的數(shù)值并進(jìn)行判定才是合理的。研究威布爾概率紙發(fā)現(xiàn)，其t-F（t）坐標(biāo)系不是等間隔分度的，難以進(jìn)行定量分析，但lntlnln1/1-F（t）坐標(biāo)系是等間隔分度的，二套坐標(biāo)系是對應(yīng)的，將t-F（t）坐標(biāo)系的數(shù)值轉(zhuǎn)換到lntlnln1/1-F（t）坐標(biāo)系進(jìn)行分析、計算，再將結(jié)果還原到t-F（t）坐標(biāo)系。

15、    坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換在excel電子表格中完成，建立模型如表4所示，實際應(yīng)用中只需鍵入第2行數(shù)據(jù)，3-5行則按事先鍵入的公式自動計算出結(jié)果，表4最后一列為單元格原公式，其余類推，表中單元格的編號要根據(jù)相應(yīng)編號進(jìn)行調(diào)整。    取lnt行和lnln1/1-F（t）行點擊“圖表向?qū)А?，依次點擊“X-Y散點圖”、“添加趨勢線”、“線性”、“趨勢線格式”、“選項”、“顯示公式”，可以在lnt-lnln1/1-F（t）坐標(biāo)系中做出線性回歸的威布爾直線，見圖5。    數(shù)據(jù)的分析和坐標(biāo)系的還原仍在excel中完成，通

16、常用B3、B10、B50、Tc表示3%、10%、50%、63.2%的失效概率，首先對希望分析的失效概率進(jìn)行轉(zhuǎn)換，然后進(jìn)行線性計算，將計算結(jié)果進(jìn)行還原即可，建立模型如表5所示，最后一列為單元格原公式，其余類推，需要特別注意的是第24行需要根據(jù)excel生成的圖5公式中數(shù)據(jù)做相應(yīng)更改，后3行數(shù)據(jù)為自動運(yùn)算的結(jié)果。    從B10和平均壽命看，與表3中的要求相差甚遠(yuǎn)，145.36h"2820h，1500h"4720h，可見該批產(chǎn)品現(xiàn)狀與國外公司的標(biāo)準(zhǔn)相差甚遠(yuǎn)。    上述產(chǎn)品按QC/T4132002多次抽檢都是合格的，從前面的論述可以看出，這種產(chǎn)品按QC/T4132002檢驗接收概率高是必然的。    要想從根本上提高閃光器等汽車零部件的可靠性，必須首先應(yīng)用可靠性理論指導(dǎo)產(chǎn)品的設(shè)計，從總成到零部件提出可靠性的技術(shù)要求并在生產(chǎn)過程中有效地保證其實現(xiàn)，必須正確驗證其可靠性水平。運(yùn)用可靠性理論指導(dǎo)產(chǎn)品的設(shè)計、管理、生產(chǎn)、試驗是有其應(yīng)用前景和必要的。  &#