[发明专利]基于分组的k/n[G]表决系统功率控制单元可靠性设计方法

说明书

本发明提供一种基于分组的k/n[G]表决系统功率控制单元可靠性设计方法，具体过程为：确定影响表决器可靠度变化的因素为硬件初始失效率及表决次数，设计功率控制单元可靠度R_s，根据功率控制单元可靠度R_s，设计表决系统。本发明考虑了表决器不完全可靠情形下系统可靠度的计算方法，并在计算中考虑了因表决次数而引起的冲击对表决器可靠性产生的影响，给出了当表决器不完全可靠时单个SSPC可靠度、所需表决系统参数k、n与表决器初始失效率下限之间的关系，利用该关系所设计的表决器能够满足功率控制单元可靠度的要求。

技术领域

本发明属于表决系统可靠性设计技术领域，具体涉及一种基于分组的k/n[G]表决系统功率控制单元可靠性设计方法。

背景技术

功率控制单元具备短路保护、过流保护、I²t反时限保护等功能，能实现电压、电流、温度以及反映设备工作状态的参数测量，并能实现短路、开路、过温等故障的检测。其核心是固态功率控制器(Solid-State Power Controller，简称SSPC)，也称为配电通道，如图1所示。

为满足多个不同功率负载的需求，在实际应用中，功率控制单元通常由多块功率控制板卡构成，且每块板卡上配置若干个配电通道，如图1所示。

k/n[G]表决系统，即要求当组成系统的n个组件中有k个及k个以上完好时，系统才能正常工作，如图2所示。

分组的k/n[G]表决系统即根据各部分对k取值的不同要求将整个系统分成若干个表决系统，每个表决系统均按照k/n[G]表决系统的方法进行设计。

在当前的研究中，绝大部分文献都假设k/n[G]表决系统表决器可靠度为1。

在功率控制单元的设计问题上，目前常用的是一备一热备冗余设计。一备一热备冗余设计一般分为“先串后并”和“先并后串”两种情形，如图3和图4所示。

关于二者的可靠度计算方法有许多成熟结果，且已得出“先并后串”情形的可靠度比“先串后并”情形的可靠度高的结论。

当前基于一备一热备冗余设计的表决系统所需SSPC数量多，设计成本高，同时，板卡空间体积也会对这种设计造成较大限制，不适用于小型化设计。

发明内容

有鉴于此，针对基于一备一热备冗余设计的表决系统所需SSPC数量多，设计成本高的问题，本发明提供一种基于分组的k/n[G]表决系统功率控制单元可靠性设计方法，利用该方法所设计的功率控制单元能够满足要求的可靠度。

实现本发明的技术方案如下：

一种基于分组的k/n[G]表决系统功率控制单元可靠性设计方法，具体过程为：

确定影响表决器可靠度变化的因素为硬件初始失效率及表决次数，设计功率控制单元可靠度R_s如式(3)所示：

其中，l表示功率控制单元所含表决系统总数，k_i表示第i个表决系统的参数k取值，n_i表示第i个表决系统的参数n取值，且λ_v(x)表示表决器硬件的失效率，x表示表决次数，m表示热备冗余的串联个数；

根据功率控制单元可靠度R_s，设计表决系统。

进一步地，本发明所述表决器的失效率λ_v(x)与表决次数x之间的关系为λ_v(x)＝λ₀+0.001xP(x＝a)，λ₀表示表决器的初始失效率，λ表示单个SSPC的失效率，a＝0,1,2,…。