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UPS电源单机的平均无故障工作时间
发布日期:2010-12-28

在UPS电源供电系统中,我们常用平均无故障工作时间(MTBF)来评价UPS电源的可靠性。它代表的物理含义是:从UPS电源投入运行起,直到因UPS电源供电系统中的某个关键器件"出故障",并最终导致在其输出端出现"停电"故障时为止的平均工作时间。显而易见, UPS电源的MTBF值越大越好。其大小不仅受控于UPS电源中的各种元件和部件的失效率(λ),还受控于UPS电源设计方案和制备工艺。

UPS电源的MTBF=1/λ受控于逆变器逻辑控制PC板、整流器逻辑控制PC板、静态开关逻辑控制PC板、逆变器驅动模块、直流辅助电源、风扇等部件的失效率。在这里需说明的是:在UPS电源中、並非在仼何元件"发生"失效"故障时、都一定会导致UPS电源的故障率增大。例如:为确保位于UPS电源中的各种控制电路都能获得具有高"容错"功能的直流辅助电源供应,在UPS电源中、常釆用由UPS电源的交流输入电源及逆变器输出的交流电源所构成的多路AC/DC变換式直流电源和由蓄电池所产生DC/DC变換式直流电源所共同组成的冗余式直流辅助电源设计方案。显然,对于这种UPS电源来说,只有在上述AC/DC及DC/DC变換式直流电源同时"出故障"时、才会造成直流辅助电源的"消失"。因此,从计算程序上、它具有类似"与门"的逻辑关係。因此,在分析UPS电源的失效率时,不宜简单地釆用总失效率=各元部件的失效率的"叠加和"或失效率的"乘积"的计算办法。

    为说明此问题,现以UPS电源逆变器电源的平均无故障工作时间MTBFI为例来说明此问题:有关逆变器模块中的部份"控制元件"的失效率及其影响统计值被列于表1中。从该表可见:

    在UPS电源逆变器供电通道中、故障率的部件是:IBGT功率模块、IGBT管的驱动电路及微处理器/DSP芯片。在UPS电源逆变器电源的总失效率中、其中52.3%的故障是由IGBT管的驱动电路+ IBGT功率模块的"失效"所造成的、10.8%的故障来自微处理器/DSP芯片的失效/误动作。从这样的统计数据可见:当我们在设计和选用UPS电源时、提高UPS电源可靠性的潜力到底在何处?

    当位于逆变器供电通道中的微处理器、旁路接口、UPS电源输出检测、DC总线电压检测、直流辅助电源、三相负反馈调控电路、IGBT模块等关键部件发生故障时,它们的确会导致UPS电源逆变器"自动关机"、并转入交流旁路供电状态,从而造成UPS电源的MTBFI值的下降。然而,在逆变器供电通道中、当遇到"退耦电容"失效、DC总线电流检测、交流旁路电压检测电路等"出故障"时,虽然它有可能会导致UPS电源发出报警信号、但并不会导致UPS电源进入交流旁路供电状态。当然,也不会造成UPS电源产生输出"停电"的故障。

    从图1和2可见:位于UPS电源供电通道中的各部件、并非都处于"串联"工作状态。对于UPS电源的逆变器供电通道与交流旁路供电通道来说,由于它们是处于"并联"工作状态的。因此,只有在逆变器"自动关机"/逆变器的输出静态开关"失效"、输入电源停电/交流旁路静态开关"失效"等故障同时出现时、才有可能造成UPS电源输出停电。因此,UPS电源单机的可靠性(MTFB值)必然是高于UPS电源逆变器的可靠性(MTBFI值)。
 

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