間歇性工作開關(guān)電源剩余壽命預(yù)測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及開關(guān)電源故障預(yù)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種間歇性工作開關(guān)電源壽命 預(yù)測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是航空航天、計(jì)算機(jī)、通信、交通事業(yè)取得了長足的進(jìn) 步，各種電子電氣設(shè)備都離不開可靠的電源，開關(guān)電源由于其小型化和輕便化的特點(diǎn)受到 人們的歡迎，正因如此也推動(dòng)了開關(guān)電源技術(shù)迅速的發(fā)展，開始廣泛地應(yīng)用于各種高新科 技領(lǐng)域。開關(guān)電源利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，通過控制開關(guān)關(guān)集體管開通關(guān)斷的時(shí)間比率，維 持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，開關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制控制IC和開關(guān)器件構(gòu)成，與一 般的線性電源相比，有著明顯的價(jià)格優(yōu)勢(shì)。
[0003] 開關(guān)電源作為眾多電力電子系統(tǒng)的供電部件，其可靠性直接影響電力電子系統(tǒng)的 穩(wěn)定性和安全性，國內(nèi)外應(yīng)經(jīng)發(fā)生多起因開關(guān)電源失效引起整個(gè)系統(tǒng)癱瘓的重大安全事 故，因此開關(guān)電源的故障預(yù)測(cè)應(yīng)經(jīng)成為一個(gè)迫切需要解決的問題?，F(xiàn)有技術(shù)中，多為開關(guān)電 源工作狀態(tài)下的在線壽命預(yù)測(cè)，而多數(shù)開關(guān)電源實(shí)際處于間歇性工作狀態(tài)，缺乏對(duì)這種工 作狀態(tài)下開關(guān)電源的剩余壽命預(yù)測(cè)方法。
[0004] 因此，本發(fā)明提出了一種間歇性工作開關(guān)電源剩余壽命預(yù)測(cè)方法，預(yù)測(cè)開關(guān)電源 工作狀態(tài)下的剩余工作壽命和非工作狀態(tài)下的剩余貯存壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種間歇性工作開關(guān)電源剩余壽命預(yù)測(cè)方法，預(yù)測(cè)開關(guān)電 源工作狀態(tài)下的剩余工作壽命和非工作狀態(tài)下的剩余貯存壽命，提前獲知開關(guān)電源的健康 狀態(tài)，避免因開關(guān)電源失效造成整個(gè)用電系統(tǒng)損壞。
[0006] 為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明的解決方案是：
[0007] 間歇性工作開關(guān)電源剩余壽命預(yù)測(cè)方法，包括如下步驟(1)~(9):
[0008] (1)檢測(cè)開關(guān)電源的輸入電壓信號(hào)，輸出電壓信號(hào)，計(jì)算出輸出電壓紋波系數(shù)；
[0009] (2)判斷開關(guān)電源是否處在工作狀態(tài)，若處在工作狀態(tài)，進(jìn)入步驟(3)計(jì)算開關(guān)電 源剩余工作壽命，若處在非工作狀態(tài)，進(jìn)入步驟(6)計(jì)算開關(guān)電源剩余貯存壽命；
[0010] (3)利用步驟（1)中獲取的輸出電壓紋波系數(shù)δ作為故障特征參數(shù)，構(gòu)建開關(guān)電源 故障特征時(shí)間序列，并設(shè)定開關(guān)電源故障閾值
[0011] (4)基于一維維納過程和Ga_a過程分別建立開關(guān)電源故障特征參數(shù)退化模型，并 計(jì)算兩種模型下故障特征參數(shù)到達(dá)失效閾值P的時(shí)間，記一維維納過程模型計(jì)算所得時(shí)間 為Tw，Ga_a過程模型計(jì)算所得時(shí)間為T g;
[0012] (5)給步驟(4)中的一維維納過程所得時(shí)間Tw賦予權(quán)值pi，Gamma過程模型計(jì)算所得 時(shí)間了8賦予權(quán)值口2，其中口1>0，口2>0，口1+口2=1，則開關(guān)電源剩余工作壽命!'3 = 1\^1+18口2，并 轉(zhuǎn)至步驟(9);
[0013] (6)建立開關(guān)電源剩余貯存壽命預(yù)須彳模型Tz = aH-meEAc_Ta，其中，a和m為待定參數(shù)， E是激活能，k是波爾茲曼常數(shù)，Η是相對(duì)濕度，C是絕對(duì)溫度，Ta是開關(guān)電源已出廠時(shí)間；
[0014] (7)通過加速老化試驗(yàn)確定待定參數(shù)a、m，并檢測(cè)開關(guān)電源周圍環(huán)境的相對(duì)濕度Η 和絕對(duì)溫度C;
[0015] (8)將待定參數(shù)a、m、周圍環(huán)境的相對(duì)濕度Η和絕對(duì)溫度C代入剩余貯存壽命預(yù)測(cè)模 型，得到開關(guān)電源剩余貯存壽命為T z = a!TmeE/ke-Ta;
[0016] (9)根據(jù)開關(guān)電源工作狀態(tài)，確定開關(guān)電源剩余壽命。若處在工作狀態(tài)，確定開關(guān) 電源剩余工作壽命為T s，若處在非工作狀態(tài)，確定開關(guān)電源剩余貯存壽命為Tz;
[0017] 本發(fā)明的間歇性工作開關(guān)電源剩余壽命預(yù)測(cè)方法，所述步驟(2)中判斷開關(guān)電源 是否處在工作狀態(tài)步驟為：
[0018] 檢測(cè)開關(guān)電源輸入電壓信號(hào)Ui，若電源輸入為交流電壓，計(jì)算其有效值Ue，Ue為0判 斷此時(shí)開關(guān)電源處于非工作狀態(tài)，仏不為0判斷此時(shí)開關(guān)電源處在工作狀態(tài)，若電源輸入為 直流電壓，計(jì)算其平均值Uv，若Uv為0判斷此時(shí)開關(guān)電源處于非工作狀態(tài)，若Uv不為0判斷此 時(shí)開關(guān)電源處在工作狀態(tài)。
[0019] 本發(fā)明的間歇性工作開關(guān)電源剩余壽命預(yù)測(cè)方法，所述步驟(4)詳細(xì)步驟為：
[0020] (3.1)利用一維維納過程建立剩余工作壽命預(yù)測(cè)模型如式(1)
[0022]其中S(t)是t時(shí)刻開關(guān)電源的可靠度如式(2)
[0024] (3.1.1)記一維維納過程為X(t)=yt+〇B(t)，μ為漂移參數(shù)，σ為擴(kuò)散參數(shù)，B(t)為 標(biāo)準(zhǔn)布朗運(yùn)動(dòng)，Δ ~Ν(μΔ t，〇2 Δ t)，Δ 是故障特征參數(shù)增量，Δ δ??δ?-δ^，由極大似然 函數(shù)法可以求得漂移參數(shù)μ和擴(kuò)散參數(shù)σ;
[0025] (3.1.2)將求得的漂移參數(shù)μ和擴(kuò)散參數(shù)〇代入式（2)中，求得開關(guān)電源可靠度S (t)，將S(t)代入式（1)中求取開關(guān)電源在一維維納過程模型下故障特征參數(shù)到達(dá)失效閾值 δ*的時(shí)間Tw;
[0026] (3.2)利用Gamma過程建立剩余工作壽命預(yù)測(cè)模型如式(3)
[0028]其中R(t)是該模型下開關(guān)電源的可靠度，如式(4)
[0030] (3.2.1)Y(t)表示t時(shí)刻故障特征參數(shù)，記Y(t)=Ga(a · θ(〇，β)，α為形狀參數(shù)，β 為尺度參數(shù)，9(t)為時(shí)間t的函數(shù)，采用BS分布對(duì)R(t)進(jìn)行擬合，時(shí)間尺度轉(zhuǎn)換Z = 0(t)，得 到概率密度函數(shù)如式(5)
[0032]
是α、β的后驗(yàn)均值，fBS*( z ; δ*)為后驗(yàn)概率 密度函數(shù)；
[0033] (3.2.2)在時(shí)間尺度Ζ下計(jì)算故障特征參數(shù)到達(dá)失效閾值Ρ的時(shí)間Τζ，如式(6)
[0035]則在時(shí)間尺度t下故障特征參數(shù)到達(dá)失效閾值Ρ的時(shí)間Tg如式(7)
[0036] ...........................(7)。
[0037] 本發(fā)明的間歇性工作開關(guān)電源剩余壽命預(yù)測(cè)方法，所述步驟(5)具體實(shí)現(xiàn)為：
[0038] 設(shè)定權(quán)值?1 = 0 · 7，p2 = 0 · 3，開關(guān)電源剩余工作壽命Ts = 0 · 7Tw+0 · 3Tg。
[0039] 本發(fā)明的間歇性工作開關(guān)電源剩余壽命預(yù)測(cè)方法，所述步驟(7)參數(shù)a、m確定的詳 細(xì)步驟為：
[0040] 采用加速老化試驗(yàn)對(duì)對(duì)同類型開關(guān)電源做壽命測(cè)試，設(shè)置ε組相對(duì)濕度Η和絕對(duì)溫 度C的試驗(yàn)條件^(^^，（。，(^^，…，（。，(^^，測(cè)試開關(guān)電源在不同條件下貯存壽 命記為ThIV··;，Τε為條件(T e，Ce)下的測(cè)試壽命。將 Τε)代入剩余貯存壽命預(yù)測(cè)模型Tz = a!TmeE/ke-Ta，利用最小二乘法求得待定參數(shù)a、m，最小二 乘法為現(xiàn)有技術(shù)這里不再贅述。
【附圖說明】
[0041] 圖1是間歇性工作開關(guān)電源剩余壽命預(yù)測(cè)方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0042] 以下將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0043] 本發(fā)明提供了了一種間歇性工作開關(guān)電源剩余壽命預(yù)測(cè)方法，總體思路為判斷開 關(guān)電源的工作狀態(tài)，若處在工作狀態(tài)，預(yù)測(cè)其剩余工作壽命，用輸出波紋系數(shù)作為故障特征 并構(gòu)建序列，建立兩種開關(guān)電源故障特征參數(shù)退化模型，并計(jì)算兩種模型下故障特征參數(shù) 到達(dá)失效閾值的時(shí)間，再給兩種模型下得到的時(shí)間賦予權(quán)值獲得工作狀態(tài)下的壽命預(yù)測(cè)； 處在非工作狀態(tài)時(shí)，預(yù)測(cè)其剩余貯存壽命，建立剩余貯存壽命預(yù)測(cè)模型，通過加速老化試驗(yàn) 確定模型中待定參數(shù)，監(jiān)測(cè)環(huán)境絕對(duì)溫度和響度濕度并代入模型中，獲取其剩余貯存壽命。
[0044] 如圖1所示，本發(fā)明的間歇性工作開關(guān)電源剩余壽命預(yù)測(cè)方法，具體實(shí)施包括如下 步驟：
[0045] (1)檢測(cè)開關(guān)電源的輸出電壓信號(hào)U。，輸出紋波電壓UP，計(jì)算輸出電壓均值U。, v，輸
[0046] (2)檢測(cè)開關(guān)電源輸入電壓信號(hào)U，若電源輸入為交流電壓，計(jì)算其有效值1^，1^為 0判斷此時(shí)開關(guān)電源處于非工作狀態(tài)，K不為0判斷此時(shí)開關(guān)電源處在工作狀態(tài)，若電源輸 入為直流電壓，計(jì)算其平均值U v，若Uv為0判斷此時(shí)開關(guān)電源處于非工作狀態(tài)，若Uv不為0判 斷此時(shí)開關(guān)電源處在工作狀態(tài)。
[0047] (3)每隔At時(shí)間獲取故障參數(shù)δ,，得到故障特征參數(shù)序列δοΑ，...上入是當(dāng)前 時(shí)刻η獲取的故障特征參數(shù)，并設(shè)定δ〇 = 〇。
[0048] (4)基于一維維納過程和Gamma過程分別建立開關(guān)電源故障特征參數(shù)退化模型，并 計(jì)算兩種模型下故障特征參數(shù)到達(dá)失效閾值#的時(shí)間，記一維維納過程模型計(jì)算所得時(shí)間 為T w，Ga_a過程模型計(jì)算所得時(shí)間為Tg。
[0049] (4.1)利用一維維納過程建立剩余工作壽命預(yù)測(cè)模型如式(1)
[0051]其中S(t)是t時(shí)刻開關(guān)電源的可靠度如式(2)
[0053] (4.1.1)記一維維納