Надежность и резервирование
После использования всех вышеперечисленных методов и приемов – схемотехническое повышение надежности, правильный выбор используемых элементов с соответствующими максимально допустимыми параметрами, квалифицированная сборка и пр. дальнейшее повышение надежности возможно только с помощью поэлементного или посхемного резервирования, гарантирующего достижения требуемого уровня надежности.
Методы резервирования.
1) Резервирование с пониженным потреблением мощности (рис. 5.9).
В этом случае в любой момент времени работает только один из двух (или нескольких) источников электропитания.
Рис. 5.9. Схема резервирования с пониженным потреблением мощности
Для контроля характеристик источников необходимы два или больше детектора отказов (ДО), которые должны быть постоянно запитаны.
Возможен и другой вариант: запитать лишь тот детектор, чей источник электропитания (ИЭП) работает в настоящий момент. В этом случае предполагается, что детекторы отказов и схема переключения обладают высокой надежностью, а резервные блоки в нерабочем состоянии не деградируют.
При таком резервировании в момент переключения источников питания, если не принимать специальных мер, возможен перебой питания нагрузки, обусловленный конечным временем срабатывания реле и продолжающийся не более 3 мс. Если такой перебой питания недопустим для потребителя, применение резервирования с пониженным потреблением мощности неприемлемо.
Фиксация отказа или сбоя работы является очень важным моментом функционирования резервированной системы. Детекторы отказов должны непрерывно контролировать параметры и характеристики источников электропитания. Одиночное или случайное отклонение какого-либо параметра источника питания может интегрироваться как сбой или отказ.
Иногда контролируются различные параметры источников питания, например температура, частота, токи или напряжения в различных точках схемы, но, как правило, в качестве контролируемых параметров выбираются UВХ и UВЫХ, IВХ и IВЫХ, что позволяет абстрагироваться от внутренней схемы источников питания, принципа их работы. Кроме того, эти параметры легко измеряются.
Напряжение UВХ и ток IВЫХ не являются параметрами, обязательными для контроля, поскольку они зависят в основном от первичного источника и нагрузки. Таким образом, вполне достаточно знать максимальное значение IВХ и максимальный и минимальный уровни напряжения UВЫХ. Минимальное значение IВХ не играет большой роли, поскольку если первичный источник не способен питать нагрузку, напряжение UВЫХ снижается.
2) Резервирование с разделением нагрузки (рис. 5.10).
В этом случае два или несколько источников электропитания работают на одну нагрузку.
Отказавший источник отключается, и оставшиеся источники продолжают работать, принимая на себя большую нагрузку. При таком резервировании не бывает перебоев питания потребителей при коммутации реле. В этой схеме рабочая точка источников электропитания не является точкой максимальной мощности, поэтому КПД системы невелик.
Рис. 5.10. Схема резервирования с разделением нагрузки
3) Резервирование с разделением нагрузки и пониженным потреблением (рис. 5.11)
Две нагрузки (А и В) работают от двух источников электропитания, имеется один общий резервный источник и используется три отдельных детектора отказов. Резервный источник способен работать на суммарную нагрузку А+В.
Рис. 5.11.Резервирование с разделением нагрузки и пониженным потреблением
При отказе ИЭП 1 питание нагрузки А обеспечивает резервный источник, а отказавший блок отключается. Схема функционирует с разделенной нагрузкой в режиме пониженной потребляемой мощности, изначально работая с пониженным потреблением и одним резервным блоком для ИП 1 и ИП 2.
При отказе второго источника резервный блок начинает работать на суммарную нагрузку, А+В с низким КПД. ИЭП 2 совместно с резервным источником работают так, как они работали бы в режиме разделения нагрузки, хотя питаемые ими нагрузки независимы.
5.5.2. Частичное резервирование (дублирование). Этот метод резервирования основан на том, что интенсивность отказов пассивных элементов схем и систем много ниже интенсивных отказов активных элементов (рис. 5.12, 5.13).
Рис. 5.12. Структурная схема дублирования
Рис. 5.13. Пример схемы частичного резервирования
При выборе метода резервирования необходимо учитывать следующие факторы: надежность, массу, сложность схемы, КПД, стоимость и др. Метод резервирования выбирается также в зависимости от назначения резервируемого оборудования, и обязательно проводится «компромиссный» анализ, определяющий «удельный вес» различных характеристик и параметров устройства или системы в обеспечении выполнения требуемых функций.