关于电源产品可靠性问题

MTBF，即平均无故障时间，英文全称是Mean Time Between Failures。是衡量一个产品（尤其是电器产品）的可靠性指标。单位为小时。它反映了产品的时间质量，是体现产品在规定时间内保持功能的一种能力。具体来说，是指相邻两次故障之间的平均工作时间，也称为平均故障间隔。它仅适用于可维修产品。同时也规定产品在总的使用阶段累计工作时间与故障次数的比值为MTBF。磁盘阵列产品一般MTBF不能低于50000小时。MTBF值是产品设计时要考虑的重要参数，目前主流产品的平均无故障时间（MTBF）达到了100000小时以上。可靠度工程师或设计师经常使用各种不同的方法与标准来估计产品的MTBF值。

失效时间是指上一次设备恢复正常状态（图中的up time）起，到设备此次失效那一刻（图中的down time）之间间隔的时间。
MTBF值是产品设计时要考虑的重要参数，可靠度工程师或设计师经常使用各种不同的方法与标准来估计产品的MTBF值。相关标准包括MIL-HDBK-217F、TelcordiaSR332、SiemensNorm、Fides或UTEC80-810（RDF2000）等。不过这些方法估计到的值和实际的平均故障间隔仍有相当的差距。计算平均故障间隔的目的是为了找出设计中的薄弱环节。

浴盆曲线图册

随着服务器的广泛应用，对服务器的可靠性提出了更高的要求。所谓“可靠性”，就是产品在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力；反之，产品或其一部分不能或将不能完成规定的功能是出故障。概括地说，产品故障少的就是可靠性高，产品的故障总数与寿命单位总数之比叫“故障率”（Failure rate），常用λ表示。例如正在运行中的100只硬盘，一年之内出了2次故障，则每个硬盘的故障率为0.02次/年。当产品的寿命服从指数分布时，其故障率的倒数就叫做平均故障间隔时间（Mean Time Between Failures），简称MTBF。即：MTBF=1/λ

笔者看到一款可用于服务器的WD Caviar RE2 7200 RPM 硬盘，MTBF 高达 120万小时，保修 5年。120万小时约为137年，并不是说该种硬盘每只均能工作137年不出故障。由MTBF=1/λ可知λ=1/MTBF=1/137年，即该硬盘的平均年故障率约为0.7%，一年内，平均1000只硬盘有7只会出故障。

下图所示为著名的浴盆曲线，左边斜线部分为早期故障率，其故障率一般较高且随着时间推移很快下降。曲线中部为使用寿命期，其故障率一般很低且基本固定。最右部为耗损期，失效率急速升高。电子产品制造商一般通过测试、老炼、筛选等手段将早期故障尽量剔除，然后提供给客户使用。当使用寿命期将尽，产品也即将进入故障高发期，需要报废或更新换代了。

电子产品的寿命一般都符合浴盆曲线，可分为三个阶段：

早夭期：由于设计，原材料，生产等可能出现的原因而导致一个较高失效率的阶段，也称失效率递减阶段，可通过环境应力筛选加以剔除，保证产品的可靠性。

稳定器：这一阶段产品失效率近似一个常数，只有随机失效产生，MTBF即要得到这一阶段的寿命。

耗损期：硬件故障期，产品这时已达到设计寿命，进入报废阶段。

明白了MTBF和“浴盆”曲线的基本概念，我们对评估产品的使用寿命有了一定的掌握。在合适工作条件下器件使用寿命期内的故障率很低。广大电子爱好者都知道电子元器件的寿命，与工作温度是有密切关系的。以电脑主板上常用的也常出故障的电解电容器为例，其寿命会受到温度的影响。因此，应尽可能使电容器在较低的温度之下工作，如果电容器的实际工作温度超过了其规格范围，不仅其寿命会缩短，而且电容器会受到严重的损毁（例如电解液泄漏）。因此，在分析电脑主板上电容器的工作温度时，不仅要考虑机箱内整体环境温度及电容器自身的发热，还要考虑机箱内其他发热元件的热辐射（特别是CPU、稳压器、电源供应器等）。

根据测试，通常2.0G的CPU消耗功率达56.7W，生成温度达70℃；而当频率提高至3.0G时， CPU温度往往超过90℃。在这样的高温烘烤下，主板上的电容器寿命会发生什么变化？

为简化起见，不考虑纹波、频率、ESR等因素，电容器的估计寿命可用下述公式表示：

其中，L0表示最高工作温度下的寿命，Tmax表示最高工作温度，Ta表示实际环境温度。由此可见，如果环境温度每升高10℃，电容器寿命将下降一倍！

由上图右面的曲线可明显看出，随着电容器工作环境温度的上升，其有效寿命急剧缩短。其中有效寿命（Useful life）是指该种电容器达到给定故障率的时间。