專利名稱：一種固體鉭電解電容器壽命預(yù)測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種固體鉭電解電容器壽命預(yù)測(cè)方法，屬于壽命預(yù)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。 背景技術(shù)：
固體鉭電解電容器(以下簡(jiǎn)稱為鉭電容)由于其體積小、容量大、漏電流小、低損耗、可靠性高，具有自愈性等諸多優(yōu)異性能而被廣泛地應(yīng)用于宇航、航空航天等領(lǐng)域，在電子產(chǎn)品中主要起電源濾波、退耦、耦合、諧振等作用。鉭電容失效會(huì)引發(fā)整個(gè)系統(tǒng)可靠性迅速下降，甚至發(fā)生故障，因此對(duì)其壽命進(jìn)行科學(xué)地評(píng)估和預(yù)測(cè)尤為重要。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，鉭電容的可靠性得到極大的提高，在定時(shí)截尾壽命試驗(yàn)中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)無(wú)失效的情況。對(duì)于建立在失效數(shù)據(jù)分析基礎(chǔ)上的貯存壽命理論來(lái)說(shuō)， 在極少失效甚至是無(wú)失效的情況下，如何對(duì)鉭電容壽命進(jìn)行預(yù)測(cè)是一個(gè)難題。與普通電容相比，由于鉭電容具高可靠、長(zhǎng)壽命、軟失效等特點(diǎn)，在短時(shí)間內(nèi)很難得到它的壽命數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)壽命試驗(yàn)方法面臨著試驗(yàn)時(shí)間長(zhǎng)、費(fèi)用貴等困難。由于高可靠鉭電容在各軍用型號(hào)中大量使用，迫切需要研究在工程上適用的高可靠性鉭電容壽命評(píng)估技術(shù)。預(yù)測(cè)可能會(huì)造成先后傳統(tǒng)的可靠性驗(yàn)證試驗(yàn)僅記錄失效和試驗(yàn)時(shí)間，在建模分析過(guò)程中并沒(méi)有考慮鉭電容性能退化過(guò)程中所包含的信息，而鉭電容性能退化過(guò)程中包含著大量可信、精確而又有用的與鉭電容壽命有關(guān)的關(guān)鍵信息，所以從鉭電容性能參數(shù)的變化著手，通過(guò)對(duì)表征鉭電容功能的某些量進(jìn)行連續(xù)測(cè)量，取得退化數(shù)據(jù)，利用退化數(shù)據(jù)對(duì)元器件功能的退化過(guò)程進(jìn)行分析，就可以對(duì)鉭電容的壽命做出評(píng)定。利用性能退化數(shù)據(jù)進(jìn)行鉭電容壽命預(yù)測(cè)，可解決傳統(tǒng)壽命預(yù)測(cè)與工程實(shí)際不相適應(yīng)的問(wèn)題。鉭電容的失效通常表現(xiàn)為兩種形式一種是突變性的致命失效，另一種是漸變性的參數(shù)超差失效。前者包括電容的各種擊穿和開(kāi)路，后者是由于在外界應(yīng)力作用下，電容的電參數(shù)逐漸發(fā)生變化，當(dāng)有一個(gè)電參數(shù)變化到超過(guò)允許偏差值、即超過(guò)規(guī)定的范圍時(shí)，就屬于超差失效。鉭電容功能是由其性能參數(shù)表征的，并且動(dòng)態(tài)環(huán)境對(duì)鉭電容的影響也體現(xiàn)在性能參數(shù)的變化上，很多情況下鉭電容失效與性能退化存在著必然的聯(lián)系，鉭電容性能退化可導(dǎo)致失效。各個(gè)性能參數(shù)之間也存在著相互的影響，同時(shí)它們不可能同時(shí)達(dá)到退化失效閾值，而鉭電容失效是以先達(dá)到失效閾值的參數(shù)來(lái)判定的，傳統(tǒng)的曲線擬合一般選取單一退化參數(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)壽命，當(dāng)選取的參數(shù)達(dá)到退化失效閾值時(shí)間滯后于其他退化敏感參數(shù)時(shí)， 就會(huì)造成預(yù)測(cè)壽命長(zhǎng)于實(shí)際壽命。即使選取兩個(gè)以上的退化參數(shù)進(jìn)行曲線擬合，也是獨(dú)立的進(jìn)行擬合，沒(méi)有考慮各參數(shù)之間的相關(guān)性。而其他退化軌跡建立方法，如時(shí)間序列模型、 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等都有一個(gè)共同點(diǎn)，就是等權(quán)重的處理所有數(shù)據(jù)，事實(shí)上，對(duì)于數(shù)據(jù)序列預(yù)測(cè)，當(dāng)前數(shù)據(jù)比先前數(shù)據(jù)帶有更多信息。因此，基于無(wú)權(quán)重?cái)?shù)據(jù)處理所建立的預(yù)測(cè)模型，其預(yù)測(cè)精度可能并不是很理想。為了消除這種弊端，我們選取灰色理論自適應(yīng)參數(shù)預(yù)測(cè)模型來(lái)建立各參數(shù)退化軌跡，它有以下優(yōu)點(diǎn)
(1)它考慮了相關(guān)退化參數(shù)數(shù)據(jù)的信息互補(bǔ)性，使得各參數(shù)數(shù)據(jù)不僅可以為自己的預(yù)測(cè)提供相關(guān)信息，同時(shí)也可以為其他相關(guān)序列預(yù)測(cè)提供必要的信息，從而使可利用的信息增加。(2)模型考慮了預(yù)測(cè)序列的特點(diǎn)，以各退化參數(shù)的擬合平均相對(duì)誤差最小為目標(biāo)， 選取最優(yōu)初始值和背景值，提高了模型的適用性。(3)依據(jù)新息有限原理，考慮到新數(shù)據(jù)對(duì)預(yù)測(cè)有較大的影響權(quán)值，將一步預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)補(bǔ)充到數(shù)據(jù)序列，同時(shí)剔除最老數(shù)據(jù)，形成新的等維基準(zhǔn)序列，使模型具有自適應(yīng)性。

發(fā)明內(nèi)容
1、目的本發(fā)明的目的是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種固體鉭電解電容器壽命預(yù)測(cè)方法，它是基于漏電流和電容量性能退化的鉭電容壽命預(yù)測(cè)的一種方法， 能解決傳統(tǒng)壽命預(yù)測(cè)精度不高、與工程實(shí)際不相適應(yīng)的問(wèn)題。與傳統(tǒng)壽命試驗(yàn)相比，采用本發(fā)明的壽命預(yù)測(cè)方法，可以提高預(yù)測(cè)精度，縮短試驗(yàn)時(shí)間，節(jié)約試驗(yàn)成本。2、技術(shù)方案本發(fā)明一種固體鉭電解電容器壽命預(yù)測(cè)方法，它包括以下幾個(gè)步驟步驟一、采集漏電流和電容量退化數(shù)據(jù)；對(duì)某廠生產(chǎn)的片式固體鉭電容(CAK45 68UF/16V)采用恒定應(yīng)力加速退化試驗(yàn)， 試驗(yàn)分別在85°C和145°C這兩種溫度應(yīng)力下進(jìn)行。各應(yīng)力下的試驗(yàn)樣本數(shù)為5個(gè)，各電容和漏電流參數(shù)測(cè)量時(shí)間間隔均為72小時(shí)，分別采集漏電流和電容量退化數(shù)據(jù)。步驟二、確定退化軌跡模型和加速退化模型；采用灰色自適應(yīng)雙參數(shù)預(yù)測(cè)模型建立各樣本在對(duì)應(yīng)溫度應(yīng)力下的退化軌跡，由于各樣本是在額定電壓下進(jìn)行兩種不同溫度應(yīng)力下的加速退化試驗(yàn)，此時(shí)溫度是導(dǎo)致固鉭電容退化的主要應(yīng)力，因此本發(fā)明選擇與溫度有關(guān)的阿倫尼斯即Arrhenius模型作為加速退化模型。步驟三、外推各應(yīng)力水平下鉭電容的偽失效壽命；利用灰色自適應(yīng)雙參數(shù)預(yù)測(cè)模型對(duì)退化參數(shù)進(jìn)行中長(zhǎng)期預(yù)測(cè)，結(jié)合漏電流和電容量的退化失效閾值，當(dāng)漏電流或者電容量達(dá)到其相應(yīng)退化失效閾值時(shí)，可認(rèn)為樣本失效。即選取兩者中先達(dá)到失效閾值的參數(shù)對(duì)應(yīng)的時(shí)間作為鉭電容樣本在該溫度應(yīng)力下的失效時(shí)間。步驟四、偽壽命分布假設(shè)檢驗(yàn)及其未知參數(shù)估計(jì)；通過(guò)步驟三可得到各樣本在對(duì)應(yīng)溫度下的偽壽命，對(duì)各溫度下的5個(gè)樣本的偽壽命進(jìn)行weibull、正態(tài)分布、指數(shù)分布檢驗(yàn)，選取符合度最好的分布，再利用樣本偽壽命值估計(jì)該分布的未知參數(shù)。步驟五、外推估計(jì)正常應(yīng)力下鉭電容的壽命通過(guò)步驟四可得到各溫度應(yīng)力下樣本符合度最好的分布和該分布的未知參數(shù)估計(jì)值，即通過(guò)概率統(tǒng)計(jì)可得到兩組溫度應(yīng)力下樣本的平均偽壽命，將兩組平均偽壽命和溫度值代入Arrhenius加速模型中可辨識(shí)模型未知參數(shù)，將鉭電容正常溫度應(yīng)力代入，即可外推得到正常應(yīng)力下鉭電容的壽命。其中，步驟二中所述采用灰色自適應(yīng)雙參數(shù)預(yù)測(cè)模型來(lái)建立退化軌跡，其具體建模過(guò)程如下首先假設(shè)元器件退化敏感參數(shù)觀測(cè)值序列為X (i = 1,2 ；k = 1,2,3···)式中i為選取的元器件退化敏感參數(shù)個(gè)數(shù)；k為參數(shù)序列號(hào)，Χω為相應(yīng)敏感參數(shù)的一次累加生成序列，即
權(quán)利要求
1.一種固體鉭電解電容器壽命預(yù)測(cè)方法，其特征在于該方法具體步驟如下 步驟一、采集漏電流和電容量退化數(shù)據(jù)；對(duì)片式固體鉭電容，采用恒定應(yīng)力加速退化試驗(yàn)，試驗(yàn)分別在85°C和145°C這兩種溫度應(yīng)力下進(jìn)行；各應(yīng)力下的試驗(yàn)樣本數(shù)為5個(gè)，各電容和漏電流參數(shù)測(cè)量時(shí)間間隔均為72 小時(shí)，分別采集漏電流和電容量退化數(shù)據(jù)；步驟二、確定退化軌跡模型和加速退化模型；采用灰色自適應(yīng)雙參數(shù)預(yù)測(cè)模型建立各樣本在對(duì)應(yīng)溫度應(yīng)力下的退化軌跡；選擇與溫度有關(guān)的阿倫尼斯即Arrhenius模型作為加速退化模型； 步驟三、外推各應(yīng)力水平下鉭電容的偽失效壽命；利用灰色自適應(yīng)雙參數(shù)預(yù)測(cè)模型對(duì)退化參數(shù)進(jìn)行中長(zhǎng)期預(yù)測(cè)，結(jié)合漏電流和電容量的退化失效閾值，當(dāng)漏電流或者電容量達(dá)到其相應(yīng)退化失效閾值時(shí)，可認(rèn)為樣本失效；即選取兩者中先達(dá)到失效閾值的參數(shù)對(duì)應(yīng)的時(shí)間作為鉭電容樣本在該溫度應(yīng)力下的失效時(shí)間； 步驟四、偽壽命分布假設(shè)檢驗(yàn)及其未知參數(shù)估計(jì)；通過(guò)步驟三可得到各樣本在對(duì)應(yīng)溫度下的偽壽命，對(duì)各溫度下的5個(gè)樣本的偽壽命進(jìn)行weibull、正態(tài)分布、指數(shù)分布檢驗(yàn)，選取符合度最好的分布，再利用樣本偽壽命值估計(jì)該分布的未知參數(shù)；步驟五、外推估計(jì)正常應(yīng)力下鉭電容的壽命；通過(guò)步驟四得到各溫度應(yīng)力下樣本符合度最好的分布和該分布的未知參數(shù)估計(jì)值， 即通過(guò)概率統(tǒng)計(jì)得到兩組溫度應(yīng)力下樣本的平均偽壽命，將兩組平均偽壽命和溫度值代入 Arrhenius加速模型中辨識(shí)模型未知參數(shù)，將鉭電容正常溫度應(yīng)力代入，即外推得到正常應(yīng)力下鉭電容的壽命。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種固體鉭電容器壽命預(yù)測(cè)方法，其特征在于步驟二中所述采用灰色自適應(yīng)雙參數(shù)預(yù)測(cè)模型來(lái)建立各樣本在對(duì)應(yīng)溫度應(yīng)力下的退化軌跡，其具體建模過(guò)程如下首先假設(shè)元器件退化敏感參數(shù)觀測(cè)值序列為
全文摘要
一種固體鉭電解電容器壽命預(yù)測(cè)方法，它有五大步驟一、采集漏電流和電容量退化數(shù)據(jù)；二、確定退化軌跡模型和加速退化模型；三、外推各應(yīng)力水平下鉭電容的偽失效壽命；四、偽壽命分布假設(shè)檢驗(yàn)及其未知參數(shù)估計(jì)；五、外推估計(jì)正常應(yīng)力下鉭電容的壽命。本發(fā)明利用灰色理論自適應(yīng)雙參數(shù)預(yù)測(cè)模型來(lái)建立電容器的退化軌跡模型，外推各應(yīng)力水平下鉭電容的偽失效壽命，結(jié)合阿倫尼斯加速退化模型，檢驗(yàn)鉭電容的偽壽命分布假設(shè)并估計(jì)其未知參數(shù)，外推估計(jì)正常應(yīng)力下鉭電容的壽命分布總體參數(shù)，形成基于漏電流和電容量退化的鉭電容壽命預(yù)測(cè)曲線。它無(wú)需壽命試驗(yàn)，縮短了試驗(yàn)時(shí)間，節(jié)約了試驗(yàn)成本，解決了傳統(tǒng)壽命預(yù)測(cè)精度不高、與工程實(shí)際不相適應(yīng)的難題。
文檔編號(hào)G01R31/02GK102262191SQ20111010829
公開(kāi)日2011年11月30日 申請(qǐng)日期2011年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月28日
發(fā)明者梅亮, 高成, 黃姣英 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)