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申请/专利权人：北京航空航天大学

摘要：本发明提供一种基于FSR法的DC‑DC电源模块薄弱环节的确定方法，步骤如下：一：选定DC‑DC电源模块，分析工作原理和内部结构，确定重要研究参数，探究内部元器件组成；二：调研总结内部元器件失效模式以及失效机理，形成FMEA表，得出理论薄弱环节；三：确定建模、仿真软件，根据简化原则进行建模；四：给出各材料参数和特性，计算主要发热器件的功率并给出仿真的载荷施加条件；五：有限元仿真及分析；六：可靠性强化试验设计；七：试验平台的搭建；八：数据分析与薄弱环节分析。通过以上步骤，能利用FSR法精确地定位DC‑DC电源模块的薄弱环节；为器件设计人员提供提升器件可靠性的依据，为器件延寿工作提供有力支撑。

主权项：1.一种DC-DC电源模块薄弱环节的确定方法，其特征在于：它包括以下步骤：步骤一：选定DC-DC电源模块，分析其工作原理和结构组成，明确DC-DC电源模块具体参数，选择DC-DC电源模块的重要研究参数，探究其内部元器件组成；所述的重要研究参数，是指DC-DC电源模块的电特性参数中，更能反应电源模块是否处于正常工作状态的参数，主要包含输出电压和纹波电压；步骤二：调研并总结DC-DC电源模块内部元器件失效模式以及失效机理，形成相应元器件失效模式和失效机理记录表，确定该DC-DC电源模块的严酷度等级，形成FMEA表；根据FMEA表进行分析，得出该DC-DC电源模块理论薄弱环节；步骤三：确定建模软件以及有限元仿真软件，为保证仿真的精确度和简便度，提出相应的仿真简化原则，确定仿真的总体流程，测量DC-DC电源模块内部元器件尺寸，对DC-DC电源模块各元件进行建模并装配，得到DC-DC电源模块的装配体模型；所述的仿真简化原则，主要包含以下假设：电源模块工作稳定，处于热平衡状态；只保留主要发热元器件作为热源，其余元器件忽略；假定材料之间紧密贴合，热阻为0；热源均匀生热；电源模块内部传热方式为热传导，外部为空气与底壳进行自然对流换热；周围温度保持不变，热导率不变，换热系数不变；步骤四：给出DC-DC电源模块建模各元器件材料参数和特性，计算主要发热器件的功率，主要发热器件包含MOS管、肖特基二极管、变压器、电感、电容以及芯片元器件，发热器件功率计算如下：1、MOS管： 式中：Pon是导通损耗功率，单位W；Irms是电流有效值的平方，单位A；RDSon为MOSFET导通时的电阻，单位Ω；2、肖特基二极管 式中：Vfp为二极管正向导通压降，单位V；I0为二极管输出电流，单位A；PDR-on为通态损耗，单位W；3、变压器 式中：S为磁芯横截面积，是指绕组所包裹的那段芯柱的横断面的面积，单位m2；4、电感 式中：L为电感值，单位H；I为电流值，单位A；F为电路频率，单位Hz；5、电容 式中：C代表电容容值，单位为C；U代表电容正向耐压值，单位为V；6、芯片芯片的功率通过查阅手册获得；计算并给出仿真的载荷施加条件，载荷施加条件在有限元仿真软件中用热生成率来表示，热生成率的计算公式如下：HG＝PV式中：P为器件功耗，单位为W；V为器件体积，单位为mm3；HG为热生成率，单位为Wmm3；步骤五：有限元仿真及分析：紧接步骤四，将建立好的DC-DC电源模块的模型导入有限元仿真软件中，进行网格划分并检查质量，符合要求后进行仿真，对仿真得到的温度云图进行分析，得出该DC-DC电源模块仿真薄弱环节；步骤六：可靠性强化试验设计：选择3只以上DC-DC电源模块进行试验，以温度应力和电应力作为试验应力，明确产品的工作极限和破坏极限，温度应力采取步进的加载方式，电应力保持不变，温度应力步进增量确定为10℃，停滞时间定为30分钟，在全部受试产品都失效的情况下停止试验；步骤七：试验平台的搭建：用恒温箱提供热环境，将DC-DC电源模块放入恒温箱中，相关端口由导线引出，其中电源模块的“INPUT+”和“INPUT-”分别接直流电源的正极和负极，“OUTPUT+”和“OUTPUT-”分别接万用表的红表笔和黑表笔，万用表置于直流电压档，示波器测量其纹波电压，待温箱内温度稳定时开始根据设计的试验剖面进行通电试验，测量并记录相关数据；步骤八：数据分析与薄弱环节分析：根据测量数据判断DC-DC电源模块的工作极限和破坏极限，对失效的DC-DC电源模块进行分析，结合理论薄弱环节和仿真薄弱环节，确定DC-DC电源模块的最薄弱环节；所述的最薄弱环节，是指结合理论薄弱环节和仿真薄弱环节，并在分析试验数据的基础上得到的最容易失效的元器件。

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