关于电子设备可靠性设计的研究

2023-02-15

由于电子设备所处的工作环境多种多样。气候条件、机械作用力和电磁干扰是影响电子设备的主要因素。必须采取适当的防护措施, 将各种不良影响降低到最低限度, 以保证电子设备稳定、可靠地工作, 否则, 一个电子设备即使其功能再多、再强、技术再先进、再高超, 如果寿命短暂或者经常发生故障, 那么这个电子设备一定是没有生命力的。因此, 加强对电子设备的可靠性设计的研究就变得尤为重要, 为此, 笔者根据多年的经验, 对有关电子设备可靠性设计的方法进行了研究。

1 影响电子设备可靠性的主要因素

1.1 气候条件对电子设备的要求

气候条件主要包括温度、湿度、气压、盐雾、大气污染、灰沙及日照等因素, 对设备的影响主要表现在使电气性能下降、温升过高、运动部位不灵活、结构损坏, 甚至不能正常工作。

1.2 机械条件对电子设备的要求

机械条件是指电子设备在不同的运载工具中使用时所受到的振动、冲击、离心加速度等机械作用。它对设备的影响主要是:元器件损坏失效或电参数改变;结构件断裂或变形过大;金属件的疲劳破坏等。

1.3 电磁干扰对电子设备的要求

电子设备工作的周围空间充满了由于各种原因所产生的电磁波, 造成外部及内部干扰。电磁干扰的存在, 使设备输出噪声增大, 工作不稳定, 甚至不能安全工作。

1.4 生产条件对电子设备的要求

任何电子设备在它的研制之后都要投入生产。生产厂的设备情况、技术和工艺水平、生产能力和生产周期以及生产管理水平等因素都属于生产条件。设备若要顺利地投产, 必须满足生产条件对它的要求, 否则就不可能生产优质的产品, 甚至根本无法投产。

1.5 经济性对电子设备的要求

电子设备的经济性有两方面的内容:使用经济性和生产经济性。使用经济性包括设备在使用、贮存和运输过程中所消耗的费用。

2 提高电子设备可靠性设计的措施

2.1 电子元器件的正确选用

电子元器件选用时应遵循下列原则:

(1) 根据电路性能的要求和工作环境的

图1散热器通风口形式条件选用合适的元器件, 元器件的技术条件、技术性能、质量等级等均应满足设备工作和环境的要求, 并留有足够的裕量。

(2) 优先选用经实践证明质量稳定、可靠性高、有发展前途的标准元器件, 不选用淘汰和禁用的元器件。

(3) 应最大限度地压缩元器件的品种规格, 减少生产厂家, 提高它们的复用率。

(4) 除特殊情况外, 所有电子元器件应按不同的要求经过必要的可靠性筛选后, 才能用到产品中。

(5) 优先选用有良好的技术服务、供货及时、价格合理的生产厂家的元器件。对关键元器件要进行用户对生产方的质量认定。

(6) 仔细分析比较同类元器件在品种、规格、型号和制造厂商之间的差异, 择优选用。要注意统计在使用过程中元器件所表现出来的性能与可靠性方面的数据, 作为以后选用的依据。

2.2 电子设备整机的散热措施

机壳自然散热机壳是接受设备内部热量并将其散到周围环境中去的机械结构。机壳散热措施一般考虑如下:

(1) 选择导热性能好的材料做机壳, 加强机箱内外表面的热传导。

(2) 在机壳内、外表面涂粗糙的黑漆, 以提高机壳热辐射能力。

(3) 在机壳上合理地开通风孔, 以加强气流的对流换热能力。图1为常见的通风口形式。图 (a) 为最简单的冲压而成的通风孔;图 (b) 为通风孔较大时用金属网遮住洞口的形式;图 (c) 为百叶窗式通风孔。

2.3 电子设备的电磁防护

屏蔽就是用导电或导磁材料制成的以盒、壳、板和栅等形式, 将电磁场限制在一定空间范围内, 使电磁场从屏蔽体的一面传到另一面时受到很大的衰减, 从而抑制电磁场的扩散。根据屏蔽抑制功能的不同, 可分为电屏蔽、磁屏蔽和电磁屏蔽。电屏蔽即静电或电场的屏蔽, 用于防止或抑制寄生电容耦合, 隔离静电或电场干扰。电屏蔽最简单的方法是在感应源和受感器之间加一块接地良好的金属板, 把感应源的寄生电容短接到地, 达到屏蔽的目的。磁屏蔽用于防止磁感应, 抑制寄生电感耦合, 隔离磁场干扰。电磁屏蔽用于防止或抑制高频电磁场的干扰。