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如何理解FIT和MTBF

2021/08/19
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在我們的日常工作中,經常會碰到器件失效或系統(tǒng)故障,這時為了清楚界定失效事件的嚴重性,就需要定量的來描述具體的失效率,這就需要用專業(yè)的術語來溝通,而有的工程師喜歡談FIT,有的工程師喜歡談MTBF,其實這兩個概念所描述的主體是不一樣的,因此有必要在此簡析一下。

FIT,是英文Failures In Time的縮寫,從其字面意思可知,它是以時間維度來表述失效率的,實際上它是描述“器件”失效率或故障率的單位。故障率(λ)是指正常工作的n個器件在運行一定時間t之后,其中喪失其規(guī)定的功能的r個器件所占的比例,公式表述為:

這里λ的單位即是fit,定義是在109h(小時) 內,出現(xiàn)一次故障即為1fit。因此,如果某個器件失效率為100fit,則平均預期可安全工作107小時。

舉例來講,如果測試某批次的器件,被測器件共4000個,在工作了5000小時后出現(xiàn)了2個器件失效,則該器件的失效率λ為:

MTBF,是英文Mean Time Between Failures的縮寫,即平均無故障時間,是指設備從一次故障到下一次故障的平均時間,是衡量一個“設備”的可靠性指標(僅用于發(fā)生故障經修理或更換器件能繼續(xù)工作的設備或系統(tǒng)),單位為“小時”。具體來說,是指相鄰兩次故障之間的平均工作時間,也稱為平均故障間隔,它僅適用于可維修設備或系統(tǒng),同時也可表述為設備或系統(tǒng)在總的使用階段累計工作時間與故障次數(shù)的比值為MTBF。

假定某個設備由i個器件構成,而這些器件分別對應的失效率為λi,則該設備的MTBF用公式計算為:

簡單舉例來講,如果一個系統(tǒng)由50個器件組成,每個器件的失效率均為250fit,則該系統(tǒng)的MTBF為:1/(50*250fit)=80000h(小時)。

進而,如果該系統(tǒng)平均每天運行18h,每年運行300天,則該系統(tǒng)的安全壽命為:

80000h/(300*18h)=14.8年。

下面,我們來看一個更貼近實際應用的某變流器MTBF的估算示例,表中的器件對應fit值均為假設或近似,只是為了說明計算方法:

由上表中計算出系統(tǒng)整體失效率為5300fit,假定其常年無休一直在運行,則其MTBF=10E9/5300/ (24x365)=21.5(年),即該變頻器預期可安全運行21.5年。

綜上,MTBF是用來描述系統(tǒng)或設備級別的故障間隔時間,而FIT是用來描述某單一器件的失效率的單位。

英飛凌為部分器件提供了FIT率報告,登錄myInfineon,在產品頁面下就可以查看。下面就是IKW40N120T2的報告。可以看到,這顆器件包含了IGBT二極管芯片,總的FIT率為單顆器件FIT相加,僅為0.8,即器件平均預期可安全工作1.25*109小時,表征了器件非常好的可靠性。

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作者:英飛凌工業(yè)功率控制事業(yè)部大中華區(qū)應用工程師 周利偉?

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