間歇性工作開關電源剩余壽命預測方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及開關電源故障預測技術領域，具體涉及一種間歇性工作開關電源壽命 預測方法。
【背景技術】
[0002] 隨著科學技術的發展，特別是航空航天、計算機、通信、交通事業取得了長足的進 步，各種電子電氣設備都離不開可靠的電源，開關電源由于其小型化和輕便化的特點受到 人們的歡迎，正因如此也推動了開關電源技術迅速的發展，開始廣泛地應用于各種高新科 技領域。開關電源利用現代電力電子技術，通過控制開關關集體管開通關斷的時間比率，維 持穩定輸出電壓的一種電源，開關電源一般由脈沖寬度調制控制IC和開關器件構成，與一 般的線性電源相比，有著明顯的價格優勢。
[0003] 開關電源作為眾多電力電子系統的供電部件，其可靠性直接影響電力電子系統的 穩定性和安全性，國內外應經發生多起因開關電源失效引起整個系統癱瘓的重大安全事 故，因此開關電源的故障預測應經成為一個迫切需要解決的問題。現有技術中，多為開關電 源工作狀態下的在線壽命預測，而多數開關電源實際處于間歇性工作狀態，缺乏對這種工 作狀態下開關電源的剩余壽命預測方法。
[0004] 因此，本發明提出了一種間歇性工作開關電源剩余壽命預測方法，預測開關電源 工作狀態下的剩余工作壽命和非工作狀態下的剩余貯存壽命。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的在于提供一種間歇性工作開關電源剩余壽命預測方法，預測開關電 源工作狀態下的剩余工作壽命和非工作狀態下的剩余貯存壽命，提前獲知開關電源的健康 狀態，避免因開關電源失效造成整個用電系統損壞。
[0006] 為了達成上述目的，本發明的解決方案是：
[0007] 間歇性工作開關電源剩余壽命預測方法，包括如下步驟(1)~(9):
[0008] (1)檢測開關電源的輸入電壓信號，輸出電壓信號，計算出輸出電壓紋波系數；
[0009] (2)判斷開關電源是否處在工作狀態，若處在工作狀態，進入步驟(3)計算開關電 源剩余工作壽命，若處在非工作狀態，進入步驟(6)計算開關電源剩余貯存壽命；
[0010] (3)利用步驟（1)中獲取的輸出電壓紋波系數δ作為故障特征參數，構建開關電源 故障特征時間序列，并設定開關電源故障閾值
[0011] (4)基于一維維納過程和Ga_a過程分別建立開關電源故障特征參數退化模型，并 計算兩種模型下故障特征參數到達失效閾值P的時間，記一維維納過程模型計算所得時間 為Tw，Ga_a過程模型計算所得時間為T g;
[0012] (5)給步驟(4)中的一維維納過程所得時間Tw賦予權值pi，Gamma過程模型計算所得 時間了8賦予權值口2，其中口1>0，口2>0，口1+口2=1，則開關電源剩余工作壽命!'3 = 1\^1+18口2，并 轉至步驟(9);
[0013] (6)建立開關電源剩余貯存壽命預須彳模型Tz = aH-meEAc_Ta，其中，a和m為待定參數， E是激活能，k是波爾茲曼常數，Η是相對濕度，C是絕對溫度，Ta是開關電源已出廠時間；
[0014] (7)通過加速老化試驗確定待定參數a、m，并檢測開關電源周圍環境的相對濕度Η 和絕對溫度C;
[0015] (8)將待定參數a、m、周圍環境的相對濕度Η和絕對溫度C代入剩余貯存壽命預測模 型，得到開關電源剩余貯存壽命為T z = a!TmeE/ke-Ta;
[0016] (9)根據開關電源工作狀態，確定開關電源剩余壽命。若處在工作狀態，確定開關 電源剩余工作壽命為T s，若處在非工作狀態，確定開關電源剩余貯存壽命為Tz;
[0017] 本發明的間歇性工作開關電源剩余壽命預測方法，所述步驟(2)中判斷開關電源 是否處在工作狀態步驟為：
[0018] 檢測開關電源輸入電壓信號Ui，若電源輸入為交流電壓，計算其有效值Ue，Ue為0判 斷此時開關電源處于非工作狀態，仏不為0判斷此時開關電源處在工作狀態，若電源輸入為 直流電壓，計算其平均值Uv，若Uv為0判斷此時開關電源處于非工作狀態，若Uv不為0判斷此 時開關電源處在工作狀態。
[0019] 本發明的間歇性工作開關電源剩余壽命預測方法，所述步驟(4)詳細步驟為：
[0020] (3.1)利用一維維納過程建立剩余工作壽命預測模型如式(1)
[0022]其中S(t)是t時刻開關電源的可靠度如式(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，σ為擴散參數，B(t)為 標準布朗運動，Δ ~Ν(μΔ t，〇2 Δ t)，Δ 是故障特征參數增量，Δ δ??δ?-δ^，由極大似然 函數法可以求得漂移參數μ和擴散參數σ;
[0025] (3.1.2)將求得的漂移參數μ和擴散參數〇代入式（2)中，求得開關電源可靠度S (t)，將S(t)代入式（1)中求取開關電源在一維維納過程模型下故障特征參數到達失效閾值 δ*的時間Tw;
[0026] (3.2)利用Gamma過程建立剩余工作壽命預測模型如式(3)
[0028]其中R(t)是該模型下開關電源的可靠度，如式(4)
[0030] (3.2.1)Y(t)表示t時刻故障特征參數，記Y(t)=Ga(a · θ(〇，β)，α為形狀參數，β 為尺度參數，9(t)為時間t的函數，采用BS分布對R(t)進行擬合，時間尺度轉換Z = 0(t)，得 到概率密度函數如式(5)
[0032]
是α、β的后驗均值，fBS*( z ; δ*)為后驗概率 密度函數；
[0033] (3.2.2)在時間尺度Ζ下計算故障特征參數到達失效閾值Ρ的時間Τζ，如式(6)
[0035]則在時間尺度t下故障特征參數到達失效閾值Ρ的時間Tg如式(7)
[0036] ...........................(7)。
[0037] 本發明的間歇性工作開關電源剩余壽命預測方法，所述步驟(5)具體實現為：
[0038] 設定權值?1 = 0 · 7，p2 = 0 · 3，開關電源剩余工作壽命Ts = 0 · 7Tw+0 · 3Tg。
[0039] 本發明的間歇性工作開關電源剩余壽命預測方法，所述步驟(7)參數a、m確定的詳 細步驟為：
[0040] 采用加速老化試驗對對同類型開關電源做壽命測試，設置ε組相對濕度Η和絕對溫 度C的試驗條件^(^^，（。，(^^，…，（。，(^^，測試開關電源在不同條件下貯存壽 命記為ThIV··;，Τε為條件(T e，Ce)下的測試壽命。將 Τε)代入剩余貯存壽命預測模型Tz = a!TmeE/ke-Ta，利用最小二乘法求得待定參數a、m，最小二 乘法為現有技術這里不再贅述。
【附圖說明】
[0041] 圖1是間歇性工作開關電源剩余壽命預測方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0042] 以下將結合附圖，對本發明的技術方案進行詳細說明。
[0043] 本發明提供了了一種間歇性工作開關電源剩余壽命預測方法，總體思路為判斷開 關電源的工作狀態，若處在工作狀態，預測其剩余工作壽命，用輸出波紋系數作為故障特征 并構建序列，建立兩種開關電源故障特征參數退化模型，并計算兩種模型下故障特征參數 到達失效閾值的時間，再給兩種模型下得到的時間賦予權值獲得工作狀態下的壽命預測； 處在非工作狀態時，預測其剩余貯存壽命，建立剩余貯存壽命預測模型，通過加速老化試驗 確定模型中待定參數，監測環境絕對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，本發明的間歇性工作開關電源剩余壽命預測方法，具體實施包括如下 步驟：
[0045] (1)檢測開關電源的輸出電壓信號U。，輸出紋波電壓UP，計算輸出電壓均值U。, v，輸
[0046] (2)檢測開關電源輸入電壓信號U，若電源輸入為交流電壓，計算其有效值1^，1^為 0判斷此時開關電源處于非工作狀態，K不為0判斷此時開關電源處在工作狀態，若電源輸 入為直流電壓，計算其平均值U v，若Uv為0判斷此時開關電源處于非工作狀態，若Uv不為0判 斷此時開關電源處在工作狀態。
[0047] (3)每隔At時間獲取故障參數δ,，得到故障特征參數序列δοΑ，...上入是當前 時刻η獲取的故障特征參數，并設定δ〇 = 〇。
[0048] (4)基于一維維納過程和Gamma過程分別建立開關電源故障特征參數退化模型，并 計算兩種模型下故障特征參數到達失效閾值#的時間，記一維維納過程模型計算所得時間 為T w，Ga_a過程模型計算所得時間為Tg。
[0049] (4.1)利用一維維納過程建立剩余工作壽命預測模型如式(1)
[0051]其中S(t)是t時刻開關電源的可靠度如式(2)
[0053] (4.1.1)記一維維納