Проектирование светодиодного устройства на базе МК ATtiny 15
6.6 Расчет надежности светодиодного устройства
Основной показатель надежности - интенсивность отказов 1-го элемента, определяется по формуле:
[6.1]
- интенсивность отказов данного типа элементов при номинальной электрической нагрузке и нормальных условиях эксплуатации;
- коэффициент, учитывающий влияние механических факторов;
- влияние климатических факторов;
- влияние пониженного атмосферного давления.
Расчет показателей надежности заключается в определении реальной суммарной интенсивности отказов схемы электрической принципиальной. Производим расчет показателей для схемы электрической принципиальной, данные заносим в таблицу.
Таблица 1 - Данные интенсивности отказов элементов изделия
Наименование элементов |
Количество |
лoi*10-6 |
бi |
лi*10-6 |
(лi*ni)*10-6 |
|
ИМС |
2 |
0,5 |
1 |
0,5 |
1 |
|
Постоянные резисторы |
3 |
0,02 |
0,5 |
0,01 |
0,03 |
|
Конденсаторы |
2 |
0,7 |
0,64 |
0,448 |
0,946 |
|
Оксидные конденсаторы |
2 |
0,5 |
0,64 |
0,32 |
0,64 |
|
Транзистор n-p-n |
1 |
0,5 |
0,3 |
0,15 |
0,15 |
|
Диоды |
1 |
0,2 |
0,83 |
0,17 |
0,17 |
|
Светодиоды |
1 |
0,5 |
0,83 |
0,4 |
0,4 |
Для рассматриваемой схемы электрической принципиальной интенсивность отказов составляет:
[6.2]
где - интенсивность отказов данного типа элементов при номинальной электрической нагрузке и нормальных условиях эксплуатации;
- количество элементов данного типа. Определяем суммарную интенсивность отказов
= (1+0,03+0,946+0,64+0,15+0,17+0,4) * 10-6 = 3,34 * 10-6 (1/ч)
Время безотказной работы (средняя наработка на отказ) схемы электрической принципиальной рассчитывается по формуле:
[6.3]
Время безотказной работы схемы по полученным данным
Т = 1/3,34 * 10-6 = 0.299401 * 106 = 299401 часов (34 года)
Далее определение интенсивности отказов устройства после монтажа элементов на печатной плате (ПП), данные заносим в таблицу.
Таблица 2 - Данные интенсивности отказов элементов изделия
Наименование элементов |
Количество элементов |
Количество паяных соединений |
лoi*10-6 (1/ч) |
(лоi*ni)*10-6 (1/ч) |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
ИМС |
2 |
16 |
0,01 |
0,16 |
|
Постоянные резисторы |
3 |
6 |
0,01 |
0,06 |
|
Конденсаторы |
2 |
4 |
0,01 |
0,04 |
|
Оксидные конденсаторы |
2 |
4 |
0,01 |
0,04 |
|
Транзистор n-p-n |
1 |
3 |
0,01 |
0,03 |
|
Диоды |
1 |
2 |
0,01 |
0,02 |
|
Светодиоды |
1 |
2 |
0,01 |
0,02 |
|
Катушка |
1 |
2 |
0,01 |
0,02 |
|
Кнопка |
1 |
2 |
0,01 |
0,02 |
|
Выключатель |
1 |
2 |
0,01 |
0,02 |
|
Батарея |
1 |
2 |
0,01 |
0,02 |
|
ПП |
1 |
1 |
0.7 |
0,7 |
Суммарная интенсивность отказов элементов схемы после их пайки на ПП
Луст-ва = 0.3 + (0.16+0.06+0.04+0.04+0.03+0.02+0.02+0.02+0.02+0.02+0.02+0.7) * 10-6 = 1.45 * 10-6 (1/ч)
Безотказное время работы устройства
Туст-ва = 1/1.45 * 106 = 0.689655 * 106 = 689655 часов (78 лет)
Рассчитываем вероятность безотказной работы устройства в зависимости от времени наработки по формуле:
[6.4]
Расчет вероятности безотказной работы устройства в зависимости от времени наработки
P(t1) = 0,998
P(t2) = 0,997
P(t3) = 0,994
P(t4) = 0,988
P(t5) = 0,976
P(t6) = 0,368 T6 = 689655 (ч)
График безотказной работы представлен в отчете практической работы на рисунке 24
Рисунок 24 - График безотказной работы
Для устройства с тремя светодиодами
Таблица 3 - Данные интенсивности отказов элементов изделия
Наименование элементов |
Количество |
лoi*10-6 |
бi |
лi*10-6 |
(лi*ni)*10-6 |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
ИМС |
1 |
0,5 |
1 |
0,5 |
0,5 |
|
Постоянные резисторы |
6 |
0,02 |
0,5 |
0,01 |
0,06 |
|
Конденсаторы |
1 |
0,7 |
0,64 |
0,448 |
0,448 |
|
Оксидные конденсаторы |
2 |
0,5 |
0,64 |
0,32 |
0,64 |
|
Транзистор n-p-n |
2 |
0,5 |
0,3 |
0,15 |
0,3 |
|
Диоды |
1 |
0,2 |
0,83 |
0,17 |
0,17 |
|
Светодиоды |
3 |
0,5 |
0,83 |
0,4 |
1,2 |
Определяем суммарную интенсивность отказов
= (0.5+0,06+0,448+0,64+0,3+0,17+1,2) * 10-6 = 3,318 * 10-6 (1/ч)
Время безотказной работы схемы по полученным данным
Т = 1/3,318 * 10-6 = 0.301386 * 106 = 301396 часов (34,5 года)
Далее определение интенсивности отказов устройства после монтажа элементов на печатной плате (ПП), данные заносим в таблицу.
Таблица 4 - Данные интенсивности отказов элементов изделия
Наименование элементов |
Количество элементов |
Количество паяных соединений |
лoi*10-6 (1/ч) |
(лоi*ni)*10-6 (1/ч) |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
ИМС |
1 |
8 |
0,01 |
0,08 |
|
Постоянные резисторы |
6 |
12 |
0,01 |
0,12 |
|
Конденсаторы |
1 |
2 |
0,01 |
0,02 |
|
Оксидные конденсаторы |
2 |
4 |
0,01 |
0,04 |
|
Транзистор n-p-n |
2 |
6 |
0,01 |
0,06 |
|
Диоды |
1 |
2 |
0,01 |
0,02 |
|
Светодиоды |
3 |
6 |
0,01 |
0,06 |
|
Стабилизатор |
1 |
3 |
0,01 |
0,03 |
|
Катушка |
1 |
2 |
0,01 |
0,02 |
|
Кнопка |
1 |
2 |
0,01 |
0,02 |
|
Выключатель |
1 |
2 |
0,01 |
0,02 |
|
Батарея |
1 |
2 |
0,01 |
0,02 |
|
ПП |
1 |
1 |
0.7 |
0,7 |
Суммарная интенсивность отказов элементов схемы после их пайки на ПП
Луст-ва = 0.3 + (0.08+0.12+0.02+0.04+0.06+0.02+0.06+0.03+0.02+0.02+0.02+0.02+0.7) * 10-6 = 1.51 * 10-6 (1/ч)
Безотказное время работы устройства
Туст-ва = 1/1.51 * 106 = 0.662251 * 106 = 662251 часов (75,6 лет)
Расчет вероятности безотказной работы устройства в зависимости от времени наработки
P(t1) = 0,997
P(t2) = 0,993
P(t3) = 0,987
P(t4) = 0,974
P(t5) = 0,948
P(t6) = 0,111 T6 = 662251 (ч)
График безотказной работы представлен в отчете практической работы на рисунке 25
Рисунок 25 - График безотказной работы