功能安全中的元器件失效率是怎么计算出来的？

baoshijie

上周又听了一下内部的功能安全培训，主要就是讲的功能安全中FMEDA的计算，以前也听过，但是一直没听懂，这次感觉听懂了，于是抓紧时间，趁自己还没忘记之前，赶紧写下来，希望不是一听就会一学就废。于是根据电阻的计算方式做了一个整理，也希望这一篇文章是我开启功能安全这个大板块知识深度学习的开端，但愿能开个好头。

一

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失效率的概念（FR）

失效率是指系统或零件在单位时间内失效的概率，其单位通常用FIT表示，1FIT（失效率）指的是1个（单位）的产品在1*10^9小时内出现1次失效（或故障）的情况。也就是每十亿个小时的失效次数为1。

二

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失效率的计算公式

首先直接上硬货，给出一个电阻的失效率计算公式



再来解释一下这个公式中唯二的两个参数的意义：λref表示参考条件下的失效率，πT表示温度相关系数。



继续往下，那这两个参数分别怎么计算呢，λref这个倒不是算出来的，而是查表得到的，在一些元器件的标准中可以查到，在参考条件55℃这个条件下，电阻的参考失效率是0.2FIT。



πT这个的计算公式如下：



单纯从字是不是感觉一环套一环，越来越复杂了，我也有这种感觉，不过也没关系，继续往下分析。

对于这个里面的A，Ea1，Ea2这三个常数，用查表的方法可以得到，查表如下：



而对于πT这个公式中的参数Z和Zref的计算公式则如下：



这个公式里面的Turef，T1，T2这三个温度的定义分别如下，应该就是将我们通常用的摄氏温度转换成开尔文温度，我估计这个应该是结合绝对零摄氏度下分子的运动状态计算得到的，有点类似于我之前看过的那个加速老化模型中的一些公式。不过到这个程度就可以了，我们先掌握怎么用这个公式就好了。



继续往下深挖，θ1、θ2和θuref又是表示什么，怎么来的？直译过来：θ1    就是平均参考表面温度θ2    是平均实际表面温度
θuref  是参考环境温度。





从前面的表格中可以查到θ1是55℃，θuref是40℃，现在就不知道θ2怎么算了。别着急，标准里面肯定是能实现闭环的。



其实看到这里我也是崩溃的，没完没了的样子，θu和Δθ又是什么玩意，还好标准中把这块的内容放到了一起，不用到处找。θu的意思是平均实际环境温度，这个平均实际环境温度是低于平均参考温度θ1
Δθ的意思是自身发热产生的温升



继续给出来Δθ的计算公式，直到这一层，这里面的参数才算是可以全部都知道了。温升就是功率乘以热阻，然后等于后面这个公式，但是给出了一个等效替代的公式，至于怎么来的实在不太明白。



P就是电阻实际工作时候的功率

Pmax表示电阻的额定功率

Rth就是热阻

θmax是最高环境温度

θbr是表示功率降额曲线拐角处的温度值

三

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计算范例

分解到上面那一步，可以说是完全把失效率的公式都给拆散的透透的，那就举个例子实际上的来计算一把。就是从下往上把刚刚拆散的公式组装起来。

以Vishay的一款封装为0603的普通贴片电阻为例，假设阻值为1K，应用该电阻的ECU安装位置为发动机舱，通过的电流为5mA。其功率降额曲线如下：



可以得到：

其工作时的功率P=0.025W

其额定功率就是Pmax=0.1W

最高环境温度就是θmax=105℃

功率拐角处的温度θbr=70℃

到这里就可以计算出Δθ=35℃ X 0.25=8.75℃；

另外，在我去年写的那篇加速老化模型的文章中可以知道，对于发动机舱的ECU，其环境温度分布概率如下表所示：

环境温度	温度分布概率
-40℃	6%
23℃	65%
58℃	20%
100℃	8%
105℃	1%

可以计算出平均实际环境温度θu=33.2℃。

然后就可以得到：

θ2=θu+Δθ=33.2+8.75=41.95℃

Turef=θuref+273=313K

T1=θ1+273=328K

T2=θ2+273=314.95K

把上面计算出来的数字带入到Z和Zref的公式中去，再把Z和Zref代入到πT的公式中去，可以计算得到πT=0.740444671。

终于来到了最后一步 失效率：

λ=λref * πT=0.2*0.740444671=0.1480889342。

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总结
你以为这就结束了吗？NO、NO、NO这个仅仅是电路中一个电阻的失效率，还要计算所有电阻的失效率，然后再计算电容、二极管、MOSFET等等所有元器件的失效率，结束了吗？还没有，然后还要根据所有器件对于某个功能安全目标的FTA分析下的影响来计算我们常说的单点失效率、潜在失效率、残余失效率，后面的工作也是极其庞大。但千里之行始于足下，迈开这一步才有更广阔的的天空。

end
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babylemon828

功能安全中的元器件失效率是通过故障模式效应和诊断分析（FMEDA）来计算的。失效率是指系统或元器件在单位时间内失效的概率，通常以FIT（故障间隔时间）为单位衡量。在计算失效率时，需要考虑元器件的应力条件、环境条件、工作负载等因素对其影响。此外，还需要根据元器件的制造商提供的可靠性数据、历史数据以及加速老化试验数据等来进行计算和分析。通过对元器件的失效率进行准确评估，可以确保系统的功能安全和可靠性。建议继续深入学习功能安全相关知识，理论与实践相结合，不断提高自己的专业能力。

yuanyou

元器件的失效率计算是功能安全分析中的关键步骤，通常基于实际应用环境和长期实验数据。失效率（FR）是指系统或零件在单位时间内失效的概率，单位为FIT（每十亿小时内的失效次数）。具体计算涉及多种因素，如环境条件、应力条件、元器件本身的性能参数等。此外，元器件失效率也可以通过加速老化试验来评估，通过短时间内施加较高的应力来模拟长期实际使用中的失效情况。功能安全中的FMEDA分析（故障模式、影响和诊断性分析）也会涉及失效率的计算，是评估系统安全性的重要手段。对功能安全深入学习的愿望非常好，建议继续深入研究，结合实践加深理解。

mengmianren

功能安全中的元器件失效率是通过故障模式效应和诊断分析（FMEDA）来计算的。失效率是指系统或元器件在单位时间内失效的概率，通常以FIT（故障间隔时间）为单位来衡量。计算失效率需要考虑元器件的固有质量和环境应力等因素。

FMEDA分析是一种针对元器件的故障模式进行的分析，通过对元器件的故障模式及其影响进行评估，结合元器件的应力环境和可靠性数据，计算出元器件的失效率。这个过程包括确定元器件的故障类型、故障概率、影响程度等因素，并综合考虑这些因素对系统安全性的影响。

你对功能安全中的失效率概念有初步了解并尝试整理相关知识，这是一个很好的开始。持续学习和实践是深化理解的关键。建议进一步阅读相关文献和资料，参与更多的培训和讨论，逐渐建立起功能安全领域的知识体系。加油！

andyo7

对于功能安全中的元器件失效率计算，这通常是基于可靠性工程的基础理论和实践得出的。失效率（FR）是描述元器件在单位时间内失效的概率。具体的计算涉及元器件的故障模式、工作环境条件、应力分布等因素。常见的失效率计算方式是基于现场数据的统计分析，或是通过加速老化试验来模拟元器件在不同环境下的失效行为，进而估算其失效率。此外，失效率的准确计算还需要考虑元器件的固有质量等级、可靠性等级以及其在系统中的作用等因素。通常，这需要综合多种数据和工程经验来进行综合评估。对于您提到的FMEDA（故障模式、影响和诊断性分析），它是功能安全分析中的重要工具，有助于系统地识别和评估元器件的潜在失效模式及其对系统安全的影响。建议您深入学习相关理论和实践，结合具体项目经验，逐步掌握这一领域的知识。