微机控制LED点阵显示屏设计 第14页
夸6.2点阵显示屏的可靠性预计
对于一个新的产品，无论是生产者还是消费者，人们最关心的问题
该产品是否安全、可靠、耐用。而通过对产品可靠性预计的计算则可以分
影响产品可靠性的因素及提高可靠性的途径。
在对LED显示屏进行设计时，当系统的性能技术指标及费用等要求
出后，我们希望所研制的显示屏能够达到较高的可靠性，具有较长的使用
命，较好的工作稳定性，易文修及安全性等。基于这些要求，我们在研制
产之前必须对系统中各个模块所用元器件的性能、可靠性进行分析，并对
个LED显示屏系统的最终稳定状态进行预估计算，以帮助我们分析出系统
失效率较高的单元，从而采取必要的纠正措施(如应用冗余系统、更换元
严格控制制造工艺等)改进系统，减小失效率，把设计精力集中在系统最
的地方。
6.2.1可靠性预计方法
可靠性预计的方法较多，本文采用的元器件计数法是在初步设计阶段
用的预计方法。在这个阶段中，每种通用元件(例如电阻、电容)的数量
基本确定，在以后的研制和生产阶段整个设计的复杂度预期不会有明显的
化。元器件计数法假定元件的寿命是指数分布的(即元器件失效率恒定)。
失效率—指工作己到时刻t的产品，在时刻t后单位时间内发生失的概率，记为入(t)。
平均无故障时间(MTBF)—指产品相邻两次故障之间工作时间的平值，是失效率的倒数，即MTBF二1/入。
元器件计数法中产品失效率的一般表达式是:
“产品=艺从凡二Gi
对一定的环境来
一
说，式中:
人产品=产品总失效率
第辣章附属单元及可靠性预计
兄，二第i类元件的通用失效率
二G‘二第i类元件的质量系数
N，=第i类元件数量
N=不同元件的种类数
在计算中采用的环境类别为“地面良好”，代号“GB”，指能保证正
气候条件，机械应力接近于零的实验室环境，文护条件良好。
6.2.2显示屏的可靠性模型
LED显示屏主要有以下几部分组成:
.主板(MASTER)l块
.电源板(POWER)1块
.显示驱动板(DISP一DRIV)10块
每块显示驱动板由9个8X8的发光二极管显示方块组成，由一块独
驱动板控制。
基本可靠性模型是一个串联模型，包括那些冗余或代替工作模式的
都按串联处理，用以估计产品及其组成单元故障引起的文修及保障要求。
本文采用基本可靠性模型对LED显示屏进行可靠性预计，它的基本
性框图如下图6一4所示。
R:(t)RZ(t)
主主板板板显示板板显显示板100000电源源
图6一4基本可靠性框图
按照LED显示屏的基本可靠性框图，我们建立数学模型，即把设备
靠性与在可靠性框图上用方框表示的各组成部分的可靠性联系起来计算
靠度。
R、(t)=R:(t)R:(t)R:(t)R;(t)……R，(t)
=XR，(t)
其中RS(t)—系统可靠度
第辣章附属单元及可靠性预计
民(t)—第i个模块的可靠度i=1、2、3、4……n
n
—组成系统的模块数t—模块及系统的工作时间
当故障率恒定时，各模块的故障时间服从指数分布
写成:
尺(t)二e--^‘e--toe--#.…￡一即
=e一凡t
式中
则公式(l)可
(2)
入S—系统的故障率
“、=艺凡
入i—第i各模块的故障率，i=l，2，3，4，…，n因此，系统的故障率入s是组成串联系统的各模块的故障率之和。对
模块故障时系统的故障前平均工作时间为:
t)dt，dt脚。。尸。对了万F=
二1/兄
一套电子系统最终的实际使用价值如何，对元器件的可靠性依赖性
大。为了对研制的LED显示屏最终可靠性有一个大致的了解，对整个系
所使用的元器件全部按照军品和民品定货两种情况进行估算，即预算出L
显示屏研制成功后，系统可靠性的最坏和最好结果。
6.2.3LED显示屏的可靠性预计
由于LED显示屏包括的元器件种类较多，为明确计算，特作以下几点
第辣章附属单元及可靠性预计
.PAL、GAL、8D触发器、寄存器、8位以上的移位寄存器等为MSI
规模集成电路)类，其它24腿以下为551(小规模集成电路)类
其余为LSI(大规模集成电路)类。
.带插件的组件可靠性包括:组件本身的失效率、接插点失效率、
点失效率、金属化孔失效率四个部分。
.过孔按焊孔的1/4估计，基本等同金属化孔失效率。
.有封装的电阻元件按551失效率计算，无封装的电阻按一般电阻
效率计算。
.不同种类元器件失效率标准见表6一1。
.
按民品标准失效率计算
整个系统各模块所用元器件均按民品标准失效率统计，计算得出各模
失效率及平均无故障工作时间MTBF，数据如下:
表6一IL印显示屏元器件目录清单
元元件件显示示主板板电源源军品通用失效效民品通用失效效质量等
马马马区动动动动率入。;八。一6h一’’率入。/10一“h一LLL系数JT
板板板板板板板板板
55551117OOO1OOO3330.23332.3330.111
MMMSIII5OOO3333330.25552.5550.111
LLLSIII2OOO7772225.477754.7770.2
电电阻阻3400022229990.016660.16660.333
电电解解300010009990.13331.3330.333
电电容容容容容容容容
晶晶体体lOOO3331110.72227.2220.333
连连接接l00099917775.22252220.444
器器器器器器器器器
LLLEDDD57600000000.08880.8880.222
金金属属27840003069991021110.00015550.001555
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