电子失效性：正确理解MTBF

MTBF！

芝能智芯出品

许多人对失效时间均匀分布（MTBF）的计算方法存在误解，为了帮助解释这个常常被误解的话题，ZVEI写作了一份指南，目的是通过使用实际例子展示各种MTBF协议之间的差异和相似之处，帮助解释MTBF数值是如何推导和应用的。MTBF计算是一个非常有用的工具，用来设计高度可靠的电源，并为全新产品提供长期保修，同时也允许用户提前评估其系统的预期寿命并制定必要的维护或更换计划。如何应用MTBF值，可以作为进一步计算或评估的基础，具体确定在领域中已知数量的产品中每年的故障数。如果给定的MTBF值适用于特定应用和环境条件，这个计算才能有效应用。

一）基础知识

要理解MTTF（平均失效时间）、MTBF（平均失效间隔）和寿命之间的区别，可以通过汽车可靠性的例子来帮助理解：MTTF是车辆首次故障所需的时间，可能很短，包括制造和装配的故障，因此可能只是几个月。在汽车正常使用后，可能需要定期维修，通常每三到四年进行一次。随着汽车变老，需要维修的频率变得更加频繁，最终汽车变得非常不可靠，被报废。定期发生的MTBF间隔是车辆基础故障率的有用度量，忽略了早期故障和老化故障。

电子系统很少被修理，但MTBF仍然是计算任何电路设计基础可靠性的有用方法，通常以千小时为单位表示。通常使用MTBF间隔的倒数，即故障发生时间（FIT），关系很简单：FIT = 10^9 / MTBF，以十亿个工作小时的故障为单位。也可以使用其他可靠性限制，例如B10%，表示样本失效超过规格的时间，而不是完全故障。

二）MTBF与寿命的比较

MTBF（平均失效间隔）指的是系统或组件连续故障的平均时间，是可靠性的一种度量。寿命通常指的是系统或组件在被淘汰或更换之前的总运行时间。MTBF是一个统计量，而寿命是实际持续时间，并不相同。

寿命是产品由于使用/磨损而失败其规格的时间。最薄弱的环节/部件决定了寿命。MTBF不考虑磨损，而是由于故障而导致的失败，因此代表产品的统计失效。

三）为什么MTBF可以大于寿命？

这可能是因为MTBF计算不考虑磨损，而寿命计算考虑了由于使用引起的磨损。当产品被设计时，通常会采用适当的工程和设计措施来降低故障率，从而提高MTBF。随着时间的推移，由于使用和磨损，产品可能逐渐失效，寿命可能会变得较短。MTBF可以被设计得很高，但产品的寿命可能受到磨损等因素的影响而减少。在使用MTBF时，需要注意这个差异，以便更好地理解产品的可靠性和寿命。正确的MTBF计算可以帮助制造商设计更可靠的产品，并使用户能够提前了解其系统的寿命，以制定适当的维护或更换计划。

1） 预测可靠性（MTBF）

MTBF是一种基于平均组件故障率乘以特定应力因素的统计计算。MTBF计算忽略了这些个体故障的结果 —— 一个电源可能仍然可以工作，即使单个组件有缺陷，可能无法达到完全的性能水平。可以从MTBF数值中计算出预测可靠性。例如，如果在1年的使用后，一个单元的故障率应该小于1%。

2 证明可靠性（dMTBF）

证明性MTBF基于实际领域中的故障数据，因此是确定实际故障率的更可靠、尽管资源密集的方法。为了在统计上具有意义，至少需要监测50个单位，并在较长时间内进行监测。

3 计算寿命

由于许多电子元件无法修复，计算寿命也可用于预测整体可靠性，而不仅仅是MTBF数值。由于电解电容通常被认为是电子电路中最不可靠的组件，计算它们的寿命是预测整个单元寿命的一种有用方式.如果使用寿命为7000小时（0.8年）的电容器，以70°C而不是最大105°C的温度使用，纹波电流为最大纹波电流的一半，工作电压为最大工作电压的90%，那么预测寿命将为17.4万小时，20年！

四）可靠性标准

1）MIL-HDBK-217F

美军标于1962年发布，是第一个基于标准的程序指导，是电子系统故障率计算的最古老的程序指导之一，并迅速成为全球标准。由于其在全球的高度认可，许多制造商仍然遵循它，即使它自1995年以来就没有公开维护过。

2）IEC 61709 (SN 29500)

在德国，西门子公司解决了可靠性问题，通过零部件、设备和系统制造商的经验，编写了西门子标准29500“元件失效率”。该标准非常通用，可应用于所有电子设备，包含了一个包含组件基础失效率的庞大数据库。

随着全球化的增加，在国际电工委员会（IEC）框架内创建了一个统一的程序指导。西门子标准SN 29500被确定为国际标准的基础，于1996年10月以IEC 61709“换算的故障率和应力模型的参考条件”标准的形式发布。它描述了定义、参考条件和转换模型，并与已存在的SN29500完全一致。IEC标准仅包括数学计算模型，而组件的基础故障率必须由制造商或现场经验确定。

IEC 61709于1998年3月被采纳为欧洲标准EN 61709，并于1999年1月以DIN EN 61709的形式发布。

3） Belcore/Telcordia SR-332

与军工行业平行，电信行业在20世纪80年代初制定了自己的实践准则。它们通常基于军用手册，但更专门处理特定行业标准。其中一些著名的代表有：

● 美国贝尔通讯研究公司的“电子设备可靠性预测程序”（TR-NWT-332）

●英国电信的“电信系统中使用的元件可靠性数据手册”（HRD）

● 法国电信的“CNET可靠性数据汇编”（RDF）