电感的设计使用寿命怎么计算

Question

各路大大们，支支招！
根据电感的特性,温差,电压差等因素都会影响电感的使用寿命,如何把这些影响数据化,是否有计算公式?

Answer 1

　　电感设计

　　原则一：电感不饱和（感值下降不超出合理范围）
由磁滞回线图可以看出， H 加大时， B 值也同时增加，但 H 加大到一定程度后， B 值的增加就变得越来越缓慢，直至 B 值不再变化 (u 值越来越小，直至为零 ) ，这时磁性材料便饱和了。通常电路中使用的电感都不希望电感饱和（特殊应用除外，参看饱和电感及其在开关电源中的应用一文），其工作曲线应在饱和曲线以内， Hdc 称为直流磁场强度或直流工作点。

　　图 1 磁芯在直流工作点下的磁滞回线

　　对于储能滤波电感，由于需要承受一定的直流电流（低频电流相对与高频开关电流也可视为直流），也就是存在直流工作点 Hdc 不为零。磁芯需加气隙才能承受较大的直流磁通，如下图，所以该类电感通常选用铁粉芯做磁芯（有分散气隙）。

图 6.3 铁粉芯的磁导率与直流磁场强度关系图

　　由于磁芯加了分布气隙，其饱和过程就不是一个突变而是一个渐变的过程，所以电感的不饱和问题就转化为电感感值在直流量下的合理下降问题。
对于 PFC 、 BOOST 、 BUCK 以及 DC-DC 电感，电感的取值通常由设计要求最大纹波电流（ Ripple Current ）来决定（通常设计指标是最大纹波电流百分比Rripple-percent ）。
其中，对于 BUCK 和 DC-DC 电感，其直流工作点（ IAVG ）相对恒定，如图

　　图 6.4 BUCK&DC-DC 电感的电流波形图

　　Rripple-percent=ΔImax/IavgΔImax是纹波电流峰峰值

　　这是在最大直流工作点时，所需的电感最小感值
电感初始感值与最大直流工作点下感值的关系
Lmin=Linitial×udc％
其中udc％与Hdc(Hdc=NIAVG/l)直接相关，只要计算出Hdc，udc％可从磁芯厂商提供的图表或计算公式得到。通常，无论如何设计，在最大直流工作点处，udc％都不应低于初始磁导率的 30 ％，否则将导致感值摆动太大而对控制器产生不利影响。
对于 PFC 、 BOOST 电感，其直流工作点是 50Hz/60Hz 的工频信号，并不固定，如下图。

　　图 6.4 PFC&BOOST 电感的电流波形图

　　此时，最大纹波电流百分比Rripple-percent定义为最大纹波电流与额定输入电压下的电感电流峰值之比。

　　

　　

Answer 2

1. 故障率计算公式 (expressed as FITs)
c 2(P, d.o.f.) c 2(CL, 2r + 2)
l (t) = ------------------ =------------------------- * 10 9
2 * t * AF 2 * (D * H) * AF
AF = AFT * AFV
AFT = Exp(Ea/K (1/Tu-1/Ta))
AFV = Exp(b*(Vst-Vop))
Where c 2：卡方分布（一种概率密度函数，被广泛用于试验统计假设）
r：失败的次数
d.o.f.：自由度= 2R + 2
t：设备小时总数
P：置信水平，预期在[ 90% ]统计误差估计
D：样本大小
H：总应力时间
K：玻尔兹曼常数为8.62×10 5（EV / K）
Tu：在正常使用状态，在开尔文温度（K）= 40℃
Ta：在开尔文温度加速条件下（K）[ TA = 125℃]
Ea：活化能0.7ev
AFT：加速度温度因子
Vst：电压应力条件
Vop：电压操作条件
b：电压加速因子（4／V）
AFV：加速度电压因子

2. MTBF (hour) = Mean Time Between Failure = 1 / ( FITs x 10-9)
Life Time (year) = (Test Hours xAF)/(365*24)

公式有点复杂 慢慢琢磨

Answer 3

这没有计算的。