電源可靠性設計精選(九篇)
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第1篇：電源可靠性設計范文
部署冗余系統
一種常見的方法是提供內置冗余，采用主動共享負載的并聯電路形式或以備用方式應對故障發生。故障檢測和管理需要額外的電路開銷，以判斷優先使用哪個電源，并監視每個電源的狀態。此外，內置必須在電源切換時，保護系統免受交叉傳導和反饋影響。LTC4417等產品提供了一種具備這些功能的單芯片解決方案，可驗證用戶針對每個輸入定義的電源門限，并基于驗證結果自動選擇電源。
另一種方法是在兩個同時運行的輸入電源之間共享負載，這減輕了每個電源的負擔，同時如果每個電源的規格設定得當以滿足滿負載要求，那么還可在一個電源發生故障時提供保護，這些都提高了可靠性。過去也許會采用一種簡單但低效率的二極管“合路”，但是這種電路要求每個電源提供有源控制以平衡負載。圖l顯示了現在怎樣用單芯片解決方案來實現。LTC4370是一款均流控制器，具備反向隔離，可防止一個電源發生故障導致整個電源系統崩潰。
備份電源電路
高可靠性應用的電源常常規定電源軌的最短保持時間，以便系統能夠“穿越”供電中斷，保持正常工作。隨著LTC3355等新產品的出現，備份系統的設計得到了極大簡化，該器件在單芯片中提供了一個完整的IA DC/DC開關穩壓器和備份系統。
LTC3355集成了4種主要功能：
異步IA DC/DC降壓型轉換器，適用于在3-20V輸入范圍內工作的主電源。
可編程IA恒定電流/恒定電壓線性充電器由VOUT供電，為單個超級電容器、電介質電容器或鎳氫金屬電池充電。熱調節環路最大限度提高充電電流，同時將芯片溫度限制到110℃。
當VIN電源降至低于可編程輸入門限時，恒定頻率異步電流模式5A升壓型開關穩壓器從超級電容器向VOUT供電。該穩壓器設計為電容器電壓低至0.5V時依然正常工作，以盡可能延長備份電源工作時間。
在電源發生故障時，無損耗“合路”功能實現從降壓模式到升壓模式的無縫切換。
熱量管理和安全功能
隨著系統密度和功率不斷上升，熱量管理變得越來越富有挑戰性，這對IC的可靠性產生了直接影響，因為結溫每升高10℃，IC的壽命就縮短一半左右。現在，功能豐富的最新電源IC和專用電源管理功能對IC本身及其周圍系統提供了更強的保護。
大部分采用內部功率晶體管的電源穩壓器IC都采用了過熱保護措施。典型的過熱停機大約在155-165℃時觸發，觸發后器件被禁止工作，直到溫度下降大約10℃為止。有些新產品提供芯片溫度輸出，用戶能夠設定3種芯片溫度門限之一。
其他常見安全功能包括提供電池反向保護、限流和電流反向保護的內部保護電路。故障保護開關及線性穩壓器LT3667等新產品包括這些功能，并為每路輸出增加了準確的用戶可編程電流限制，以進一步簡化設計。
瞬態保護
軍用和航天電子產品必須符合MILSTD-1275（車輛）和MILSTD704/D0-160（飛機）瞬態保護規范要求。不過，任何高可靠性系統都希望提供防止電壓浪涌、尖峰及紋波影響的保護功能，而且已有專門提供這類功能的產品。盡管現在由于芯片工藝技術的進步，穩壓器IC能夠以IOOV或更高的輸入電壓工作，但是專用瞬態保護IC提供更多功能和更強的控制能力。在圖3中，LTC4364提供27V鉗位輸出（用戶可編程），以保護下游穩壓器免受瞬態影響，并在輸入短路或斷接/復位時保持輸出不變。
數字電源系統管理
一些新產品正在通過基于兩線PMBus I2C的數字接口協議整合模擬電源調節與數字控制的優勢，以實現電源系統的遠端管理。遙測和診斷數據可用來監視負載狀態，還可以讀取故障日志信息并存取數據，以實現準確度為±0.25%的微調和裕度控制，這可最大限度提高系統效率和可靠性。這類系統為從基于時間的維護計劃轉變到基于狀態的維護計劃提供了機會，有可能在系統故障不可逆轉之前，凸顯性能下降問題。
第2篇：電源可靠性設計范文
【關鍵詞】PLC控制系統;可靠性;設計研究
前言
從總體工程設計框架的搭建過程來看，PLC控制系統的可靠性設計是極為重要的構成部分。在實踐中，通過處理好沖擊電流，進而調整PLC控制系統內部的晶體管等元器件的使用效能，來實現PLC控制系統的可靠性設計。另外，PLC線路板的可靠性設計的變動以及軟件容錯技術的革新進一步提升了PLC控制系統的可靠性。只有在實踐過程中，削弱影響PLC控制系統可靠性因素對PLC控制系統的不良干擾，才能從本質上提高系統運行的可靠性。
一、PLC控制系統概述
PLC控制系統最初源于國外工業生產領域的應用，直譯過來為“可編程邏輯控制器”[1]。PLC控制系統的應用環境是工業生產環境，PLC在該領域的實踐應用范圍最為廣泛。PLC控制系統的主要作用就是用來對工業生產進行過程把控，保障工業生產過程中各類機械設備的有序運行。
二、影響PLC控制系統的可靠性設計的因素
在實際操作中，影響PLC控制系統可靠性設計的因素有很多，其中電源電流變動對于PLC控制系統的影響最為常見，最嚴重時可導致PLC控制系統出現故障，其可靠性更加得不到有效保證。另外，還有信號線引入環節是否得到執行到位，以及接地系統是否能夠有序運行等等內容，都在一定程度上影響著PLC控制系統的可靠性。
（一）電源電流變化對于PLC控制系統的影響
在工業生產環境中的某類機械在執行任務時，經常會出現設備運行不穩定的現象，究其原因在于電源電流的變化對于PLC控制系的統穩定性影響較大。一般情況下，電源對PLC控制系統的干擾情況有很多，但主要是通過供電線路的阻抗耦合而產生的干擾。對于大規模工業生產所使用的機械設備而言，很多大功率用電設備（尤其是大功率變頻器）是主要的干擾源。該類型設備在啟動或運行的過程中，都將產生空間電磁干擾[2]。另外，PLC控制系統在受到來自電流的電磁干擾過程中，在機械線路上產生感應電壓，這就造成PLC控制系統出現波動，影響其可靠性。同時，供電電網內部的變化，例如：執行開關操作時電流的變動、大型電力設備的起停、交直流傳動裝置在運行過程中所引起的諧波、電網短路暫態沖擊等等，電流都是通過輸電線路而傳到機械設備的各個運作環節中的，這就在一定程度上影響了PLC系統的可靠性能的發揮。
（二）PLC控制系統內外部的干擾因素
從PLC控制系統的內部環境來觀察，其信號線引入環節是否得到執行到位及接地系統能否有序運行等等細節內容都是干擾系統穩定性與可靠性的因素。在操作過程中，將電路正確接地，能夠避免很多由于電流不穩定現象的存在所造成問題的發生，進而保障系統執行的連續性與可靠性。PLC控制系統中所涉及的地線有系統地線、屏蔽底線等，其布線設計環節極為繁雜，這就需要設計及管理人員仔細研究PLC控制系統綜合性能的協調性，進而滿足PLC整體系統的可靠性要求。
三、完善PLC控制系統的可靠性設計方案的策略分析
通過調整電源電流的輸入/輸出性能穩定，落實PLC線路板的可靠性設計方法，并借鑒系統軟件容錯技術在相關領域的實踐應用成果，進一步完善PLC控制系統的可靠性設計方案的整體策略。
（一）調整電源電流的輸入/輸出性能穩定
在實際操作中，PLC系統所采用的供電的電源，一般都選取隔離性能較好的隔離變壓器[3]。而變送器和共用信號儀表供電在進行選擇時，則主要側重選擇分布電容小、抑制帶大的配電器，從而能夠減少電流對PLC控制系統可靠性能的干擾。一般情況下，在干擾較強或對可靠性要求很高的工業生產環境中，可以在PLC的交流電源輸入端加接帶屏蔽層的隔離變壓器和低通濾波器。這樣設置的目的在于能夠在一定程度上削弱電源電流的突然變化對機械設備內部電路的影響，進而保障PLC控制系統的穩定性。
（二）PLC線路板的可靠性設計
對于PLC線路板的選擇過程而言，需要優先選擇具有較高可靠性的直流電源。另外，為了降低機械設備在運行時對于自身的損耗，則要選擇既有較高穩定性的材質的線路板，例如：銅導線。雖然高質量的PLC線路板在成本上要高于其它普通線路板，但其可靠性也較傳統設計有了較大的提升。這對于整體PLC控制系統的可靠性設計來說，是較為劃算的設計方案。
四、結束語
通過研究PLC控制系統整體設計方案中可靠性要求的干擾因素，探究進一步完善PLC控制系統的可靠性設計方案的策略，從而有效提升其可靠性，為系統的穩定運增添一份保障。
參考文獻
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第3篇：電源可靠性設計范文
關鍵詞：可靠性建模 可靠度分析 某襟翼系統
中圖分類號：V227 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）04（b）-0053-01
國內外產品研制、生產、使用的實踐經驗充分證明，產品的可靠性首先是設計出來的。認真做好產品的可靠性設計與分析工作，是提高和保證產品可靠性的根本措施[1]。可靠性設計與分析的第一步是建立可靠性模型，模型建立得準確與否是可靠性設計和分析準確與否的關鍵步驟。然后，在模型的基礎上進行可靠度分析，從而影響設計過程和評估設計效果。
可靠度分析分為定性分析和定量分析。可以對單方案產品可靠度分析和優化，也可以分析各方案的可靠性水平，而進行權衡擇優。
1 可靠性模型
可靠性建模是可靠度分析工作的基礎。可靠性模型包括可靠性框圖和相應的數學模型。下面介紹一下本文用到的各類型系統的可靠性框圖、可靠性數學模型和失效率公式[2]。
（1）n單元串聯系統
此類系統可靠性框圖、可靠性數學模型和失效率公式如圖1：
其可靠性數學模型：
（1）
其失效率公式：
（2）
（2）兩個相同單元并聯系統
此類系統可靠性框圖、可靠性數學模型和失效率公式如圖2：
其可靠性數學模型：
（3）
其失效率公式
（4）
3、兩個單元旁聯系統
此類系統可靠性框圖如圖3：
兩個單元為不同單元，其可靠性數學模型為：
（5）
其失效率公式為：
（6）
兩個單元為相同單元，其可靠性數學模型：
（7）
其失效率公式：
（8）
2 某襟翼系統可靠性模型
某襟翼系統有3個模塊組成：襟翼執行機構、動力源和電源模塊，其中動力源模塊為熱儲備模塊（2個液壓源并聯），電源模塊為冷儲備模塊（主電源與應急電源旁聯）。這3個功能模塊共同完成同一功能，從功能角度來看為串聯關系，即襟翼執行機構（1單元）、1個熱儲備模塊（2、3單元并聯）和1個冷儲備模塊（4、5單元旁聯）串聯。參照表1常用模型進行組合，該系統可靠性框圖如圖1。
該系統在選擇電源時有兩個方案，即熱儲備模塊均采用相同單元，即故障率，冷儲備模塊有兩個方案可選。
在方案1中，冷儲備模塊采用不同單元，為非相似設計。冷儲備模塊部分為旁聯設計，主電源比應急電源工作時間長，采用主單元可靠性高于備用單元可靠性的方案，即故障率。
在方案2中，冷儲備模塊亦采用相同單元，故障率。
假設系統內各單元壽命均服從指數分布，該系統通用可靠度數學模型如下：
（9）
各單元壽命均服從指數分布，系統故障率為每個串聯模塊的故障率的加和，因此該系統故障率公式如下：
（10）
在方案1中，熱儲備模塊采用相同單元，即。冷儲備模塊采用不同單元，應急電源可靠性水平低于主電源，即。其數學模型、故障率公式化簡如下：
（11）
（12）
在方案2中，熱儲備模塊和冷儲備模塊均采用相同單元，即，，其數學模型、故障率公式化簡如下：
（13）
（14）
3 系統可靠度分析
分析1：系統故障率公式構成分析
從系統可靠度通用公式中可以看出，系數為1、系數為2/3，從公式結構來看，占得比重要高，因此，單元1采用可靠度高的產品比熱備份模塊采用可靠度高的產品對于提高系統可靠度的效果要好。
分析2：兩個方案可靠度比較分析
兩個方案中單元4的可靠度高于單元5的可靠度，因此，
可以得出，即
因此，不考慮功能模塊時序性和方案經濟性等的情況下，方案1的系統可靠度低于方案2的系統可靠度。
當考慮功能模塊的時序性時，單元4的可靠度足夠高、質量足夠好，在系統使用壽命中單元4沒有發生故障或很少發生故障，沒有用到單元5或用到單元5的時間很短，單元5采用可靠性高的產品必然導致成本增加。另外，采用不相同單元作為備份提高整個系統的設計獨立性，因此，方案2中系統在設計的獨立性方面和經濟性方面要高于方案1。
參考文獻
第4篇：電源可靠性設計范文
關鍵詞:二次電源; 自激推挽; 串聯調整; 抗干擾設計
中圖分類號:TM91 文獻標識碼:A
文章編號:1004-373X(2010)13-0036-03
Design for Secondary Electric Source
WANG Peng-hui
(China Airborne Missile Academy, Luoyang 471009, China)
Abstract: The quality of the secondary electric source on missile determines whether the intended functions of a missile can be implemented or not. The circuit frame is analyzed according to the design requirements. The hybrid electric source of self-oscillatory push-pull converter and serial voltage regulation circuit was adopted. The stability, anti-interference and reliability were designed attentively. The designed product works well. The design methodology in engineering has a very high practical value.
Keywords:secondary electric source; self-oscillatory push-pull; serial voltage regulation circuit; anti-jamming design
二次電源將彈上一次電源(熱電池、渦輪電機等)所提供的+28 V直流電源變換成彈上探測系統、信息處理、驅動控制等分系統所需要的各種電壓。電壓質量的好壞,對不同部件工作的穩定性和可靠性將產生重要影響[1]。同時,由于彈上電源工作環境較為惡劣,在達到設計要求的同時,必須考慮電源工作溫度環境、電磁兼容環境,同時保證較高的可靠性[2]。本文通過分析某產品彈上二次電源的設計要求,成功設計了某型二次電源,在性能滿足要求的同時,達到了較高的穩定性、可靠性和抗干擾性。
1 設計分析
系統要求輸出正電壓有高壓+150 V,低壓+6 V,+12 V等,負壓-6 V,-12 V等,高壓供給探測系統,±6 V供給預處理電路,±12 V供給信息處理電路。因此高壓150 V和±6 V要求電壓穩定度高、輸出紋波(峰峰值)低,同時要求較低的硬件成本。為了達到規定的要求,對高壓輸出、負電壓輸出部分前級采用DC/DC,后級采用線性串聯調整電路;對低壓輸出的正電壓直接采用線性串聯調整穩壓電路。
1.1 主電路分析
1.1.1 DC/DC
它激式變換器由振蕩級和輸出級組成,效率高、適用于大功率電源,但電路復雜、硬件成本高;自激推挽式變換器[3-4]結構簡單、輸出電壓穩定、效率較高、硬件成本低、應用廣泛。本設計中DC/DC部分采用自激推挽式變換器。
1.1.2 直流穩壓電路
由于要求電壓的穩定度高、輸出紋波非常低,因此直流變換器后端必須采用穩壓系數大、紋波抑制比高的濾波電路。但是,當對紋波要求較嚴時,采用多極濾波器不能達到很好的效果;通常情況下,需要采用直流穩壓器[5]。本設計中采用串聯調整晶體管穩壓電路。
1.2 電磁兼容設計分析
電源的電磁兼容性設計主要指+28 V直流系統正常電壓瞬變特性和正常工作穩態電壓特性[6],通過合理設計寬范圍電壓輸入和抗寬脈沖低壓和高壓性能設計可以滿足要求,這里主要指抗干擾性能分析。
二次電源在DC/DC變換過程中容易形成各種干擾噪聲,產生嚴重的傳導干擾和輻射干擾,直接影響了不同電源輸出的供電質量。需要采取幾方面的措施:首先,在電源結構設計時,考慮整體屏蔽設計和各功能模塊的功能分割;其次,為減小輸入噪聲和阻止二次電源向輸入電源反饋的噪聲,設計輸人和輸出濾波電路;最后,考慮接地設計,減小接地電阻和接合面的接觸電阻[7],形成低阻抗電流通路。
1.3 可靠性設計分析
1.3.1 元器件選用
選用可靠性高的元器件,進行二次篩選試驗,并進行降額設計[8]。
1.3.2 三防設計
三防設計指防潮設計、防鹽霧設計和防霉菌設計,通過對印制板及組件表面涂覆專用三防清漆可以有效避免導線之間的電暈、擊穿,提高電源的可靠性;變壓器、電感應進行浸漆,以防潮氣進入。
1.3.3 熱設計分析
熱設計是利用熱傳遞特性,通過附加的冷卻措施,控制電子設備內部所有元器件的溫度,使其在設備所處的工作環境條件下不超過降額后規定的最高允許工作溫度[9]。在彈上電源中,首先選用低功耗的器件,減少發熱器件的數目;其次,確定主要發熱單元,確定傳熱途徑,采用電源內部的熱交換機制,采用傳導、對流和輻射三種方式,將電源內部多余的熱量轉移;最后,加大加粗印制線的寬度,提高電源效率。
2 電源組成及工作中需要解決的問題
2.1 電源組成
二次電源組成框圖見圖1。+28 V輸入首先經過獨立的濾波電路,一路直接進行串聯調整穩壓,經過濾波電路輸出+12 V,+6 V以穩壓后濾波前的+12 V為源,經過二級串聯調整穩壓、濾波輸出;另外一路經過自激推挽振蕩電路進行DC/AC變換,產生一路高壓和一路負電壓,高壓由整流濾波電路進行AC/DC變換輸出+170 V左右的高壓,經高壓串聯調整電路和高壓濾波電路輸出+150 V,負電壓由整流濾波電路進行AC/DC變換、串聯調整電路、濾波電路輸出-12 V,同樣-6 V由-12 V調整穩壓后得到。
圖1 二次電源組成
2.2 自激推挽變換器存在的問題
圖2所示為自激推挽式變換器電路圖。
圖2 自激推挽式變換器電路圖
2.2.1 晶體管同時導通
自激推挽式變換器是由自激的方式產生方波,V3,V4 交替飽和導通,理論上其高低電平之間的轉換在時間上是完全一致的;實際上由于晶體管存貯時間的作用,會產生兩個晶體管同時導通的情況,導通時間(1～2 μs)雖然很短,但由于變壓器的作用,造成本應截止的晶體管產生高頻尖峰損耗。尖峰損耗造成的平均功率可使管子結溫升高到損壞點,產生二次擊穿而損壞管子。因此,要保證自激推挽變換器穩定工作,必須避免兩個晶體管同時導通。
(1) 縮短晶體管的存貯時間。
應避免管子進入深度飽和,可以縮短存貯時間,V1,V2使晶體管避免進入深度飽和。當晶體管一旦進入飽和區后,V1,V2就把基極的激勵電流向集電極分流而使基極電流不再增加,這樣就防止了晶體管進入深飽和,從而減小了存貯時間。
(2) 用RC電路延遲導通。
圖2中,C3和R4(C5和R5)接于晶體的基極與地之間,當一個管子的基極處于脈沖的上升沿時,由于電容的充電過程而使基極達到導通的時間被延遲,從而避開了另一個管子截止時的存貯時間。
2.2.2 吸收尖峰
由于變壓器的兩個初級線圈之間存在漏感[10],當一個初級線圈中的電流突然降到零時,存儲在這部分漏感中的磁能只能向分布電容充電,因而晶體管從飽和轉為截至時,會在截止晶體管的集電集和發射集之間造成瞬間過壓,所以推挽式變換器的輸出波形上一般都帶有尖峰,尖峰寬度與漏感、集電集電流、集電集電壓上升時間、電流下降時間有關。減小這個尖峰,不但可以保護晶體管,還可以使輸出電壓紋波峰值減小。
(1) 采用RC緩沖電路。
RC電路在信號去耦電路、小電流濾波電路應用較多,可以起到平滑尖峰的作用。R6,C4的時間常數略小于晶體管存儲時間,遠小于振蕩脈沖寬度,可以使尖峰電壓減小,從而保護晶體管。
(2) 變壓器繞線方式。
變壓器線圈的分布電容和漏感對變換器的工作狀態有很大影響。采用雙線并繞的繞線方式,利于繞組間更好的耦合,降低漏感和分布電容的要求。
2.3 串聯調整穩壓電路存在的問題
圖3為串聯調整穩壓電路圖。
圖3 串聯調整穩壓電路圖
2.3.1 基準電壓
基準電壓的穩定度實際上是電源穩定度的極限值,若要獲得較高的穩壓電源穩定度,必須使基準電壓的穩定度比所要求的電源穩定度高一個數量級[11],因此選用穩定性高和溫漂低的基準穩壓器非常重要,可以選取溫度系數及動態電阻都很小的雙向硅穩壓基準源。
2.3.2 調整管熱擊穿問題
采用復合管(圖3中V12,V13)作調整管時,為了防止由于三極管的Iceo過大引起的熱擊穿[12],必須在保證三極管最高結溫時,Icbo能夠泄放掉,圖3中R15就是需要的泄放電阻。
2.4 抗干擾及可靠性
在功能分割上,將串聯調整電路和自激推挽電路及變壓器物理隔離,同時輸出級盡量遠離推挽電路;保證印制板地和電源殼體盡量大面積接觸,電源殼體和大地面接觸。
在結構上,將易發熱器件直接固定在電源外殼上;內部發熱器件通過印制板上大面積覆銅進行散熱,同時
印制板布線盡量寬。
3 結 語
彈上二次電源雖然較多采用了模塊化的線性或開關電源,但設計原理是相同的。通過對二次電源的設計分析,可以掌握彈上電源設計方法、故障分析方法,以及可靠性設計、抗干擾設計等方法。本設計研制成功的彈上二次電源,通過了電磁兼容試驗、各項環境試驗,電壓穩定度、輸出紋波達到了非常高的要求,實用性強,在整機應用上取得了較好效果。
參考文獻
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第5篇：電源可靠性設計范文
關鍵詞 開關電源；熱分析；ANSYS；熱設計
中圖分類號TN86 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2011）47-0034-02
0 引言
開關電源被廣泛的應用于國防軍事，工業自動化，家用電氣等領域的電子系統中。隨著開關電源逐步向小型化、高頻化、高功率密度發展，用戶對開關電源的可靠性設計提出了更高的要求。溫升是影響開關電源可靠性的關鍵性因素，如何將熱量高效快速的導出，成為電源工程師的首要任務[1]。熱設計的好壞直接影響著開關電源的可靠性和壽命，因而熱設計是開關電源可靠性設計的重要環節。
本文以一個工作于密閉電源盒的開關電源為例，利用有限元軟件ANSYS對開關電源進行熱設計，來提高整個開關電源的散熱性能，使得開關電源的主要發熱器件的溫度控制在允許的范圍內，保證開關電源安全可靠的運行。
1 開關電源的熱分析
本文中開關電源為反激式，具有有源功率因數校正(APFC)環節，主要發熱元件有開關管，整流二極管，大功率電阻，變壓器與電感等[2]。
首先利用ANSYS分析工作在空氣中開關電源的溫度分布情況。
1.1 仿真邊界條件和載荷說明
1）環境溫度：25℃；
2）對流系數：6W/m?K；
3）載荷：器件的生熱率（P為器件的發熱功率，V是器件等效熱源的體積）。
1.2 模型的簡化處理
1）對于簡化線圈模型來說，由于線圈在實際中是由一圈一圈的漆包線繞制的，而且這樣的繞線也不規則，在模型建立中使用單一圓柱體來代替多圈的導體；
2）芯片熱源等效為長方體。
1.3 網格模型
模型中有些部分的尺寸微小，如MOSFET的等效熱源，尺寸為13.8×8×0.2mm3。選用ANSYS軟件中的SOLIDTO單元．通過設置MSHKEY和MSHAPE兩個選項，完成對單元形狀的控制。在建立網格處理不規則體的時候，特別是連接處理后的非六面體的情況，采用退化的四面體單元進行網格劃分，可以通過設定ESIZE，LESIZE的大小來決定單元網格的大小，則模型網格單元數目為324532。
1.4 仿真結果分析
表1中是工作在空氣中開關電源的溫度分布情況。利用紅外熱像儀測得的溫度，與仿真的溫度值對照，相對誤差較小，具有很好的準確性。實際上，此開關電源工作在一個封閉的電源盒內，內部的空氣流動速度很慢，在理想狀態下，認為內部空氣處于絕熱狀態，幾乎不導熱。因而各器件的實際工作時溫度會更高。因此。為保證開關電源安全可靠的運行。必須采取有效的散熱措施，迅速的將電源盤內部的熱量導出，降低主要熱源的溫度。
2 開關電源的熱設計分析
如何尋找低熱阻通路來將熱最迅速導出是設計開關電源熱設計的關鍵問題，因為只有開關電源器件的結點溫度降低后，這樣才能避免高溫而導致開關電源可靠性下降的問題。此開關電源工作在一個封閉的電源盤內，由于工作環境特殊，不允許加風扇，只能采取自然散熱的措施。其熱設計的內容包括電源盤的內部熱設汁和電源盤的外部熱設計。
通過設計將開關電源的前后級MOSFET，后級二級管，整流橋的溫度控制在60℃以內，變壓器的溫度低于65℃。
2.1 電源盒的內部熱設計
開關電源的電源盒內部熱設計主要是調整器件布局和改變內部介質。
1）電路布局的熱設計
密封電源盤內熱源的主要散熱途徑有以下幾個方面：首先，通過熱源經盒內介質向殼體傳導的熱量，可以通過對流和輻射在殼體的表面將熱量發散到大氣中；其次，通過盒體內部的介質可以把熱量傳遞到其他部件上，這樣就可以形成溫度的疊加效應。
所以，在設計過程中，在考慮不影響電路性能的情況下，應該使得發熱部件盡可能分散，且在電路板邊緣分布，另外，固定在電源盒的導熱鋁板應該與其相連。電路板的后邊緣則應該放置前后級MOSFET和整流橋，與電源盒的側壁相連靠的是2mm的導熱鋁板；而電路板的前側邊緣放置后級二極管，同樣，電源盒的側壁相連靠的是同樣厚度表2是開關電源電路靠局調整前后的溫度對照表，通過表2可以得出如下結論：
首先，可以看出前后級的MOSFET、整流橋和后級二極管溫度都有明顯的降低變化，其主要的原因是因為由于低熱阻通路-導熱鋁板的存在，使得電路布局為這些器件與外殼之間存在這樣一種合理的通路，這樣就可以使得器件產生的熱量傳導到電源盒體，從而溫度梯度也得以降低。
其次，對于變壓器來說，溫度變化很小。通過內部空氣傳導到電源盒的變壓器的熱量，在加上空氣的熱阻很大的原因，這樣可以認為在密閉條件較好的情況下的絕熱狀態。同時，最高結點溫度和環境溫度梯度也很大，這樣來說對于變壓器溫度沒有明顯的降低。
變壓器的溫度變化很小。這是因為變壓器的熱量主要通過內部空氣傳導到電源盒，而空氣的熱阻很大，在密閉條件很好的情況下，可以認為處于絕熱狀態。變壓器的最高結點溫度與環境的溫度梯度很大，導致溫度沒有明顯的降低。所以盡管電路布局的調整改善了開關電源的溫度分布情況， 有些器件的還存在較高的溫度梯度，無法滿足安全可靠運行的要求。
2）電源盒內部介質的熱設計
熱量主要以傳導方式由內部器件傳到電源盒，這一點可以從前面的電源盒內熱源的散熱途徑獲得，經過對流換熱的方式散發到空氣中。根據傳導散熱的原理，內部介質的導熱系數可以看做是影響電源盒內部溫度梯度的主要因素，其中，由于介質的導熱系數與內部熱源的溫度梯度成反比的原因，說明了質的導熱系數越大，內部器件的溫度梯度就越小，熱源的結點溫度就越低。
根據開關電源主要器件溫度與內部介質的導熱系數的關系曲線可以得出如下的結論：
（1）器件的溫度和內部介質導熱系數變化成反比，并且基本上所有器件最終趨于同一溫度。
（2）變壓器的溫度曲線存在一定區別，表現在介質導熱系數為1.2 W/m?K時有一定的上升，這可能是因為變壓器的溫度低于其他熱源的溫度，但是需要注意熱量具有從溫度高的流向溫度低物體的規律，這樣由于變壓器溫度相對較低時，當存在其他熱源的影響，變壓器溫度也是可以理解的。
2.2 電源盒的外部熱設計
電源盒的壁厚和殼體表面肋片的設計構成了電源盒的外部熱設計，需要注意，其表面的散熱方式為對流和輻射，這樣，根據流散熱的原理，表面散熱面積則是影響散熱的主要因素，其中，電源盒的表面散熱面積與外殼肋片的高度影響直接相關。
開關電源的傳導散熱主要受到電源盒的壁厚的影響，同時，電源盒表面的對流散熱則受到外殼的肋片高度影響。因此，對于多熱源的封閉盒體來說，在限定電源盒尺的條件下，外殼的肋片高度對于散熱的影響一般大于壁厚的影響，所以對于封閉盒體來說，主要的散熱形式為表面的對流散熱，這樣能有效的散發熱量，降低盒體內部器件的結點溫度。
所以根據上述結果分析可知，對于電源熱設計中需要采用內部灌膠，而對于主要發熱器件來說則需要通過導熱鋁板與電源盒外殼相連，同時采取電源盒外殼加肋片的綜合散熱措施，這樣可以有效控制開關電源溫度，達到預定目標，從而滿足設計要求。
3 結論
本文開共電源因其工作環境的要求，限制了散熱措施的選擇。在只能采取自然散熱措施，且功耗很大，電源盒的尺寸和重量受到嚴格限制的條件下，分別對電路板和電源盒的結構進行了熱設計，尋找一種有效的散熱措施，降低了主要器件的溫度，提高開關電源的可靠性，延長了壽命。
參考文獻
第6篇：電源可靠性設計范文
1 硬件電路設計
硬件電路原理如圖1所示，在具體設計中，每個部分都應考慮抗干擾問題，以最大限度地減小干擾對整個系統性能的影響，確保系統具有足夠高的可靠性。
①DSP部分
本控制器以TI公司的TMS320F2812(以下簡稱F2812)為核心，它是一款專用于控制的高性能、多功能、高性價比的32位定點DSP芯片。F2812部分的電路設計重點考慮如下問題：
電源上電次序。F2812為低電壓、多電源DSP，必須滿足I/O電源先于CPU內核電源上電的次序，且兩者上電時間差不能太長(一般不超過1s)，否則會影響器件的使用壽命甚至損壞器件。本文采用TPS75733KTT和TPS76801Q電源芯片設計電源模塊，滿足了上述上電次序的特殊要求。
系統時鐘。F2812要求輸入時鐘信號電平為1.9V(此時主頻最高可達150MHz)或1.8V(此時最高主頻為135MHz)，而普通晶振的輸出電平為5V或3.3V，因此不能直接采用晶振設計系統時鐘。為提高系統整體工作的穩定性和可靠性，本設計采用一個晶體和兩個電容與F28t2片內時鐘模塊構成振蕩電路，滿足了時鐘要求。
未用輸入／輸出引腳的處理。未用輸入引腳不能懸空不接，對于關鍵的控制輸入引腳(如Ready和Hold等)，應固定接為高電平或低電平，非關鍵的輸入引腳應將其上拉或下拉為固定電平，未用的輸出引腳可懸空不接。
②電源部分
本設計針對直流側采取了如下措施：
電源按內部和外部兩類單獨分開供電，并采取隔離、濾波及接地等技術措施。內部電源負責F2812核心系統供電，并設有電壓監視器，用于電源異常保護，而外部電源只與外部接口聯系。
模擬電源和數字電源分開，分別采用獨立的電源供電。
對整流后的直流電壓采取了二級穩壓方式，以保證前級穩壓器受影響后仍能輸出規定的電壓。
③輸入輸出通道部分
輸入輸出通道與過程相連，是過程干擾進入DSP系統的主要通道，也是DSP系統抗干擾設計的重要內容之一。輸入輸出通道抗干擾設計主要采取隔離措施，這樣可大大提高過程通道上的信噪比。
④通信部分
F2812芯片具有兩個串行通信接口，可根據具體需要自由配置成標準串口RS-232或RS-485。本設計采用RS-232，且為了提高整個系統的抗干擾能力，選用了高抗干擾性驅動芯片MAX3160，并采用高速光耦進行隔離。
2 PCB電路板設計與制作
目前，電子設備普遍采用PCB電路板進行裝配。隨著集成電路及相關技術的飛速發展，PCB上的元器件密度越來越高，PCB設計與制作的質量對DSP系統可靠性的影響也越來越大。因此，在設計和制作PCB的時候，不僅要考慮元器件和線路的布置，還應符合相關的抗干擾設計規則。
①PCB布局
PCB布局非常重要，它不僅決定電路板的視覺效果及自動布線的布通率，更重要的是會影響儀器的整體性能，所以，布局時必須綜合考慮，并遵循一定的規則，具體包括：
PCB板的幾何尺寸應合適，尺寸過大會增加線路阻抗，降低抗噪聲能力，尺寸過小則影響散熱，且相鄰線條易受干擾；
應將元件及信號合理分區，將強、弱信號分開，數字與模擬信號分開，干擾源與敏感元件分開；
盡可能按信號流程布置各功能模塊的位置，使信號方向一致；
以每個功能模塊的核心元件為中心進行元器件布局，且應考慮元器件排列及焊接，不能太密；
②PCB布線
在PCB設計過程中，布線工作的技巧性很強，是非常重要的一步。布線時應遵循如下規則：
相鄰兩層的布線方向應盡量垂直，必要時可加地線隔離；
地線和電源線應盡量加粗，以減小壓降和降低耦合噪聲；
數字電路的頻率高，模擬電路的敏感度強，布線時，應盡量將模擬器件遠離數字信號線，并用地線把數字區與模擬區隔離；
整個PCB板對外只有一個地線節點，而在PCB板內部，數字地和模擬地則是分開的，通常可將數字地和模擬地在D/A轉換器的模擬地引腳處連在一起；
③電源線設計
解決干擾問題的辦法是將電源部分的器件單獨放在一起，然后用正反兩條較粗的地線與其他部分完全隔離，再在電源器件附近放置旁路電容和去耦電容，以最大限度地減少輸出電源線上的干擾。另外，應根據電流的大小，盡量加寬電源線，并盡可能使電源線和地線的走向與數據傳輸方向一致，以提高系統的抗噪聲能力。
④地線設計
電子系統的噪聲和干擾與其接地方式有密切的關系，良好的接地往往可解決大部分干擾問題。
對于低頻電路，布線和元器件間的電感影響比較小，而接地電路形成的環流對干擾影響會較大，此時應采用一點接地方式，以盡可能減小地線上的電位差；而對于高頻電路，地線阻抗會變得很大，此時縮短地線長度，以減小地線阻抗就成為關鍵問題，所以應采用就近多點接地方式。此外，應盡量加粗接地線，以減小地線電阻，否則，會由于接地電位變化而導致信號電平不穩，進而降低抗噪聲能力。
⑤濾波電容設計
選1uF～10uF的電容跨接在電路板入口處的電源線與地線之間，這樣能有效消除低頻干擾。而對于高頻干擾信號，可用0.01μF和0.1μF的電容放在電源和地的引腳旁，特別是要在每個集成電路芯片的電源線和地線之間直接接入0.1μF的高頻電容。另外，也可采用鐵氧體磁珠來做高頻濾波，它可等效為一個電阻和一個電感的串聯，其高頻時的交流阻抗很大，而直流阻抗卻很小(接近于0Ω)，這樣，高頻干擾信號就被吸收，并以熱量形式消耗。
3 空間抗干擾問題
抗空間干擾的主要措施就是屏蔽。本設計采用常用的屏蔽的方法，即用低電阻材料作成屏蔽罩，把干擾源或易受干擾的部分包圍起來，這樣，既防止了干擾源向外施加干擾，也避免了易受干擾部分接收外來的干擾。
軟件系統高可靠性設計
1 軟件的抗干擾設計
除上述的硬件抗干擾措施之外，軟件上也應做好抗干擾設計。
①看門狗中斷的應用
在程序設計時，每隔一段程序插入一個看門狗計數器復位指令，這樣，在程序運行過程中，如果進入死循環或非法代碼區，就不能使計數器清零，當該計數器溢出時，就會使系統復位并重新運行，此時如果干擾或故障已消除，則系統就從故障狀態恢復正常。
②假中斷處理
在程序設計時，應給每一個中斷都編寫程序，在中斷服務程序中清除中斷標志并使程序正常返回，這就保證了程序的穩定運行。
③指令冗余技術
對開中斷關中斷、中斷初始化、系統寄存器初始化及定時器定時值設置等重要指令采取指令冗余技術，即多進行一次重復寫操作，以確保這些重要指令的正確執行。
第7篇：電源可靠性設計范文
【關鍵詞】 嵌入式 實時控制 硬件 可靠性
嵌入式實時控制系統在工業生產中具有廣泛的應用場景，其系統的可靠性直接關系到系統的控制效果和系統的維護難度。系統復雜度的提升、元器件數量的增多、傳輸信號間的相互干擾等在一定程度上都會降低嵌入式實時控制系統硬件的運行可靠性，為保證系統運行的穩定性與可靠性，就必須利用相關技術或手段對硬件進行設計和分析，降低其故障概率，提升其工作性能。
一、硬件可靠性定義
硬件可靠性是指硬件系統在限定時間和限定環境下正確完成規定功能的概率，對其進行定量分析可以對硬件系統的故障密度函數在一定時間內進行積分，求出其故障概率，進而由故障概率得到無故障工作概率。
硬件系統的工作條件和工作環境不同，其所具有的可靠性會出現不同的差異性，硬件系統的工作時間不同，對其進行可靠性分析也會得出不同的結果，且，工作時間的延長必然會降低硬件系統的可靠性。
二、嵌入式實時控制系統硬件電路可靠性分析與設計
嵌入式實時系統功能復雜，信號種類多，響應時間短，時鐘信號頻率高，需要驅動被控對象做出快速檢測、響應以及處理等操作。
2.1 供電系統可靠性分析與設計
硬件系統的供電電源容易將噪聲耦合到電路系統中，所耦合進入電路系統的噪聲會降低電能的穩定度，進而使得供電系統的可靠性降低。為降低該問題對硬件系統可靠性的影響，可以采用隔離變壓器、濾波器等對硬件系統進行優化處理，如在電網中接入隔離變壓器、在供電電路的電源與地之間添加去耦電容等，不同容量的電容所對應的噪聲頻率不同，實際中可以依照使用需求具體設計。
2.2 信號傳輸線路可靠性分析與設計
硬件系統中的傳輸線路過長或者線路輸入輸出端設計不合理時會造成信號誤判，降低系統可靠性。（1）使用光電耦合器或者濾波器等對傳輸線路的輸入輸出端進行電氣隔離，防止干擾信號進入傳輸線路中影響判別結果；（2）應用負載阻抗匹配技術提升信號在傳輸線路中的傳輸質量，減少長距離傳輸所引起的信號畸變問題，如在源端和負載端匹配設計RLC網絡來消除反射、交叉干擾、振鈴等噪聲干擾；（3）使用阻抗匹配雙絞線設計方案來減少長距離傳輸下的傳輸線特性阻抗參數對傳輸信號的影響，若能夠配合使用光電耦合等硬件設計方案，可以達到更優的抗干擾效果；（4）對總線負載進行平衡匹配設計，避免嵌入式實時系統的控制芯片出現負載不均衡或紊亂，某些未使用的引腳，可以將其接高電平或接地，避免其懸空。
2.3 空間電磁場的干擾與可靠性設計
嵌入式實時控制系統可能工作在空間電磁干擾較為嚴重的環境下，高頻電源、強電設備等都會降低系統的可靠性，此時可以使用接地金屬外殼等對系統核心模塊等進行電磁屏蔽，降低空間電磁干擾對系統信號的影響。
三、電路板可靠性分析與設計
電路板布線和布局的合理性直接關系到各線路和元器件的工作狀態，不合理的設計方案會減少元器件壽命，甚至導致其燒毀。特別的，嵌入式實時控制系統所使用的時鐘頻率較高，電路板設計不當，還會引起線路間的相互干擾，降低硬件系統工作可靠性。
3.1 電源與地線布線原則
理想情況下，電源線的線寬應與所傳輸的電流相匹配，不同線路的走向應該盡量一致。條件允許時，還可以對變壓器、穩壓電源等進行獨立設計與制板。
地線設計時應該注意區分模擬地和數字地，避免兩類地線的混淆，布線時盡量使兩者分開，在最后進行匯聚。硬件系統，工作頻率低于1MHz的線路可使用單點接地設計方案；高于30MHz的線路可以使用多點接地設計方案；介于上述界限頻率間的線路可以使用混合接地設計方案。
3.2 時鐘布線原則
時鐘信號的同步性與穩定性直接關系到硬件系統工作的準確度，為保證系統正常運行，應盡量選擇PCB電路板中心位置或接地良好位置布置時鐘電路，盡量縮短時鐘與控制芯片間的距離。此外還可以對時鐘元件進行接地處理、隔離處理，避免布線影響其他信號線的信號傳輸。
當嵌入式實時控制系統為高速系統時，過孔、引線以及其他元器件等都會呈分布式電感或電容特性，這些特性會影響系統的性能，降低系統可靠性，因而在設計PCB板時應該將信號頻率納入考慮范圍，對布線進行優化設計。
第8篇：電源可靠性設計范文
關鍵詞：大壩自動檢測；可靠性設計；探究
中圖分類號：TV文獻標識碼： A
大壩自動檢測系統可以使人們了解大壩的日常信息，并且大壩的工作環境較為惡劣，通常把儀器設備擺放在了并無人煙的荒郊野嶺，沒有便利的交通，其氣候條件較差，同時沒有良好的生活工作環境。大壩信息是水庫可以運行的基本保障，同時汛期大壩信息可以直接影響著整個水庫的安全問題。大壩信息來源是依靠于大壩自動監測系統，其大壩自動監測系統所給出的信息能夠直接影響著大壩信息是否具有可靠性，所以，可靠性設計是大壩自動監測系統中的主要內容。
一、大壩自動監測系統的組成
其自動監測系統是以分布式來進行設計，系統大致分為上位機以、下位機以及交換機。其中上位機包含了數據庫服務器、數據采集計算機、數據管理計算機。而下位機則包含了交換機、PLC主站以及PLC分站和壓力傳感器。
二、可靠性的概念
（一）可靠性的含義
可靠性的實質是指在系統使用的期間內以及預計環境中使人們相信所設計的功能，同時其性能還能夠得到相應的保證。
首先，需要較為良好的使用功能。系統在使用的過程中，可以滿足設計中的功能要求以及指標，其中包含了數值的準確性，通訊的流暢性，功能的穩定性，對于自身診斷的有效性，分析數據的準確性，對于大壩的分析以及及時性。
其次，在使用的過程中其系統可以承受由于環境因素所帶來影響。例如潮濕、結露、結霜、結冰、日曬雨淋、高低溫所引起的銹蝕以及老化，電磁場(包括雷電電磁脈沖)、浪涌電壓、瞬變電流、地電位差等擾亂，人畜、蛇鼠等對系統的破壞，交通、發電、泄洪和地震等引起的系統震動等。
而后，還要有一定的耐久性。整個系統的部件具備抗老化、抗腐蝕以及抗松動的特質，同時其測量、通訊、數據處理以及其他性能在使用時所發生的變化并不會超出設計的范疇之內。其硬件可以承受在使用過程中的各種作用，同時還可以滿足使用要求；但是對于軟件來說它能夠兼容新舊兩個版本，并且還可以進行系統更新或者自動升級以及遠程下載，以此來確保系統在使用的過程中其軟件不會過時。
最后，在發生事件的前后，可以保證其系統的穩定性。系統一旦受到意外因素的影響，例如在人為原因、雷擊等作用時并不會產生較為嚴重的后果，從而不會影響到其它部分的工作，在事發后的系統可以對故障進行顯示以及報警，方便故障的找尋以及恢復，同時能夠花費較少的費用。
（二）可靠性指標
從大體上來說，其可靠性指標能夠利用分散型工業來進行控制系統來表示，并且，可用性和平均沒有故障的時間以及平均修復時間有一定的關系，即
如對于由Ⅳ臺儀器構成的大壩自動監測系統，其某時刻的可靠恤為正常工作的儀器數(Ns)與總數（N)加之比，即：
NF為故障的儀器數，是系統在任一次工作中，系統中達不到設計功能和性能要求的儀器總數。即
同時將兩邊乘以N/NS，即
則右邊說明了在t時刻內，每臺儀器工作在單位時間內的故障概率，用來表示，
（三）可靠性指標的影響因素
RAS指標的實質是一個隨機變量，它和系統元器件、原材料、設計及組裝、現場土建、安裝調試、運行維護及現場環境等因素存在一定的關系，所以需要用概率統計方法進行相應的探究。
RAS系統受到了內外部的共同干擾，其中包含了電磁、高低溫變化、溫度升高或者驟降、潮濕、灰塵等；同時系統內的集成電路以及材料逐漸老化；并且廠家的技術能力以及管理水平都會對系統造成一定的影響，其售后的管理以及對待客戶的服務方式也會對系統的使用產生了一定的影響。
在確定系統可靠性指標之前應該分析以上影響因素系統可，并注意收集以下資料：大壩施工現場的干擾因素以及統計特征，例如空間的電磁場、雷電強度大小、空氣濕度大小等；收集系統和元器件在破壞因素的作用下所出現的反應以及規律，利用室內試驗來確定系統所能承受干擾的極限值以及相應的時間，例如在一定時間內系統及各部分所能承受的電壓、電流、電場強度、磁性強度、濕度等，并研究系統對各元器件老化及失效速率的影響；并以此來統計系統材料的老化以及失效特征，從中總結其統計規律。
三、可靠性設計
（一）總體設計
1.加強元器件和儀器的選型
其系統內的儀器設備可靠性是系統可靠性的重要保證。通過微功耗、工業級甚至是軍用級芯片對元器件進行適當的降額使用，并在此基礎上對電路設計進行優化，以此來提升設備可靠性。同時傳感器盡最大限度的選取無源或微功耗的基礎設備，有利于能夠在現場進行長期工作。在設計的過程中，應該優先選擇已經通過建筑工程考驗過、較為成熟的設備，這樣可以提升系統的可靠性。
2.優化系統工作模式
在設計的過程中，應該盡最大限度來簡化其系統的結構，同時不應該附加其他的無用功能。在實際情況中，應該采取自報式以及間斷工作的手段，如果系統設備可以得到較長的間歇時間并且損耗較小，就可以提升其設備的使用年限。
3.適當的采用干擾措施
其大壩自動監測系統主要是以電子產品為基礎，在設計的過程中應該考慮其雷電等各種因素的干擾。其中保護措施主包含了：測量控制裝置和儀器設備需要采用直流供電，并以此來解除電源線引入的雷電干擾；在無線傳輸的過程中，天線安裝同軸避雷器，防止雷電從天饋線引入遙測設備；并且交流供電線路應該安裝電源避雷裝置。并且，同頻干擾以及太陽風暴能夠對通訊形成一定的干擾，影響其信號的傳輸，從而增加的了誤碼率，因此需要在硬件上使用干擾糾錯技術。
就目前而言，所使用的信道編碼采用糾錯編碼技術，可以檢兩位，糾一位錯誤。除此之外，使用多級校驗能夠提升系統的可靠性。對通信電路以及線路的設計，需要考慮大氣條件的變化，所以要在每一條電路中都要預留出一定的干擾保護度以及余度，并以此來保證其電路的余量。
（二）設備的可靠性設計
選擇較為簡單的合理方案，多使用積分型的電路，在模擬電路的設計中，要著重關注于工作點的穩定功能，選擇合適的深度，并以此來保證其工作的穩定，以免出現自激的現象。
同時應該對所有的設備進行不定期的檢測，每批機器應該依照標準規定來進行震動跌落以及高溫高濕的抽樣檢測，以此來確保其設備能夠在艱苦的條件下運行。在檢測的過程中，做好相關的檢測記錄，并從中總結經驗，完善其系統產品。
四、結束語：
綜上所述，其大壩自動監測系統所分布的范圍較廣，同時其工作環境較為艱苦，存在較為嚴重的干擾現象，所以應該進行全面的系統研究，并以此來保證系統可以保證長時間的工作。創建一個適當的可靠性指標能夠對系統的可靠性進行全面的評價，從而促使廠家提升其產品的質量以及售后服務質量。
參考文獻：
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第9篇：電源可靠性設計范文
【關鍵詞】計算機 系統 可靠性 設計方案
計算機被廣泛的應用于各個領域，而且發揮著重要的作用，若計算機系統運行的可靠性較差，則極易影響工程的項目設備運行的安全性以及穩定性。計算機控制系統可靠性差，主要受到各種因素的影響，包括軟硬件系統，以及外部環境因素的影響，對此在開展計算機系統設計時，要進行全面分析。
1 計算機系統可靠性分析
計算機控制系統即CCS，其指的是利用計算機，借助相關輔助部件，并且與被控制對象相互聯系，以此達到控制目的。計算機系統可靠性分析，即控制系統可靠性分析，主要是針對影響控制系統運行安全與可靠性的因素，包括元器件設備、系統運行參數、系統各單元MTTR等。在進行計算機系統可靠性設計前，則需要對上述影響因素，進行詳細的分析，再進行系統設計。
2 計算機系統可靠性設計分析
2.1 系統輸入可靠性分析
計算機系統運行，需要輸入指定命令，由系統輸入運行結果看，若輸入錯誤，則極易造成系統輸出結果錯誤，對此則需要仔細的選擇傳感器，確保傳感器的適用性與可靠性。如果系統選用的模擬傳感器，則輸入的放大電路，其最好是絕對值放大電路設計，并且需要設計輸入保護，以及濾波處理輸入信號，以此防止由于輸入信號較大，給系統接口造成損害。除此之外還需要仔細的研究傳感器故障原理，以此保證傳感器的可靠性與安全性。
2.2 系統輸出可靠性分析
影響計算機系統輸出的安全性與可靠性的因素較多，主要分為輸出執行器、輸出傳輸線、輸出接口電路、輸出軟件等，這些因素的可靠性，直接影響著計算機控制系統輸出的可靠性與安全性。因為系統輸出主要依靠驅動執行器，驅動執行器屬于高速運轉元件，極易受到外界因素的影響，使得所存內容被破壞，最終造成系統操作錯誤。
2.3 診斷技術可靠性分析
當計算機系統運行時，需要借助診斷技術，對檢測信號做有效判斷，以此判斷計算機系統是否處于正常運行狀態。若想準確的判斷計算機系統故障位置，則可以利用事故現象和系統故障之間的對應關系，來確定故障位置，以此減少系統故障修復所花費的時間，同時還能夠提高計算機系統運行的可靠性與安全性。
2.4 冗余與容錯可靠性分析
計算機系統可靠性影響因素中，冗余與容錯設計比較重要。冗余技術主要分為工作冗余與后備冗余。工作冗余能夠支持系統設備進行多次重復配置，當系統運行時，若任意設備發生故障，則其會脫離控制系統，不會給系統造成影響。后備冗余指的是配置兩臺設備，將其中的一臺留作備用，若運行設備發生故障，則后備設備將會投入系統中運行，進而確保系統的可靠性。計算機冗余系統主要包括并聯系統（冗余設計）、備用系統、表決系統，冗余設計的應用性較強。容錯設計指的承認系統故障，_保系統故障后能夠繼續運行，為了提高計算機系統容錯能力，通常加設冗余設計，以此實現接替容錯單元功能，確保系統正常運行，同時故障系統能夠自動修復，以此確保系統運行的可靠性。
3 計算機系統可靠性設計
3.1 硬件系統設計方案
計算機系統主要可以分為硬件系統與軟件系統，因此可以作為設計的兩大部分。硬件系統主要是由各元器件以及信息技術等構成，為了確保系統的可靠性，則需要做好運維措施以及合理設計，可以遵循以下要點：
3.1.1 冗余容錯設計方案
該方案的應用較為廣泛，基于硬件運行特點，則可以分為電路級冗余、靜態冗余、動態冗余、混合冗余。電路級冗余設計，則需要遵循計算機控制機烯烴原則，即對系統模塊電路中的極管進行冗余設計，以此確保運行模塊故障后，容許電路能夠代替原有電路元件運行；靜態冗余容錯設計，多采用表決模塊，以此屏蔽系統異常，該設計方案中，主要是將單模塊，利用三模冗余進行交替；動態硬件冗余容錯設計，主要是基于控制系統特點，將系統設計為多各模塊，構成故障檢測模塊、故障定位模塊、系統恢復模塊等，進而實現容錯技術功能。混合容錯設計方案，主要是將靜態冗余容錯與動態容錯系統融合，實現系統可靠性運行目標。
3.1.2 系統可靠性運維方案
提高計算機系統運行可靠性，則需要盡量做好系統維護措施，使用高性能元器件。元器件使用性能，與其運行環境有著直接影響，尤其是溫度因素，對此需要設置電源散熱裝置和配置，提高元器件運行可靠性。同時需要考慮元器件是基于功能組建在一起的，為了確保運行的可靠性，則需要做好元器件焊接位置檢查，以及接觸部位檢查，防止出現系統運行故障。除此之外元器件的可靠性，直接影響著系統運行，因此其結構設計要簡潔，減少元器件使用個數。基于計算機控制系統運行環境特點，做好相關的防護措施，針對主要影響因素，包括雨雪因素、溫度因素、氣體因素等。
3.2 軟件系統設計方案
計算機控制系統可靠性設計，主要是進行軟件容錯設計與軟件編程規范。
3.2.1 構建冗余系統
軟件系統的容錯能力設計，需要構成冗余系統。基于相關原理，簡化系統單元模塊，提高系統運行的可靠性，將控制系統分散設計為各個控制系統，再將其分解為獨立單元，基于系統性能，將其構建為不同模塊。為了避免通信系統運行節點故障，給計算機系統造成影響，可以使用CANBUS總線，以此來解決通信系統缺點，使其具備多主結構特點，確保系統在任意節點內，均能實現信息交互。
3.2.2 降低單元的MTTP
計算機系統中多采取模塊化設計，以此來降低單元MTTR，進而使得系統故障時，能夠實現快速定位與維護，縮短系統MTTR，進而提高系統可靠性。同時將系統設計成診斷故障模塊，運用診斷技術、自動隔離技術等，提高系統故障處理速率。
3.2.3 軟件編程規范
計算機軟件系統編程規范，其主要包括設置自檢程序、指令冗余法、設置軟件陷阱、WATCHDOG、輸入信號與輸出信號的抗干擾技術，將上述技術進行組合與完善，則能夠極大程度上提高計算機系統的安全性與可靠性。
3.3 計算機系統可靠性設計分析-通信系統
計算機通信系統設計，則可以遵循以下設計要點：
（1）利用冗余技術以及設備，實現系統運行故障監測，確保故障發生后的交替工作；
（2）利用現代化技術，提高網絡級別。
（3）優化網絡系統結構，合理組合設備，減少系統建設成本。
（4）使用高性能網絡產品，同時考慮網絡升級需求以及擴容需求。
層次化通信網可靠性設計要點：
（1）接入層網絡體系中，使用OSI模型。該模型的首層是集線層，設備與集線層連接，則能夠實現資源共享，交換機的使用，能夠提高集線器的性能，具有網絡連接優勢，能夠實現資源完整轉發，以及端口識別，自動判斷資源是否傳送，進而提升系統可靠性。
（2）核心層設計。合理設計核心層，能夠為計算機系統，提供高性能數據鏈路，確保網絡數據傳輸的穩定性以及速率。同時能夠將核心層路由協議，轉變為負載模式，實現網絡資源調度，快速恢復系統故障。
（3）分布層可靠性設計。設計分布層，則能夠實現訪問求信息審核以及過濾，同時能夠拒絕不合理資源訪問請求，若接入層和核心層路由協議，發生排斥或者不協調問題，則需要重新分布資源信息，進而確保通信網絡速率。通信分布層合理設計，則能夠使其具有較高的性能，確保網絡系統的穩定性，提高系統的可靠性。
4 結束語
計算機系統構成較多，集成了各子系統功能，進而實現系統控制，為了提高計算機系統可靠性，則需要對影響因素進行全面的分析。對計算機系統進行可靠性設計，主要分為硬件系統設計與軟件系統設計，同時做好細節優化設計與各系統結構優化設計，以此確保系統的可靠性以及安全性。
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