跟我學(xué)元器件降額使用指南

1、跟我學(xué) 元器件降額使用指南電源網(wǎng)訊 什么要降額使用元器件？因?yàn)槿绻骷墓?作狀態(tài)不超過供應(yīng)商提供的規(guī)格書上的指標(biāo)。 那么可以實(shí)現(xiàn)全 壽命工作。 降額使用， 可以提高產(chǎn)品的可靠性。 降額使用規(guī)則 的制訂，是依據(jù)最差工況 (worst case) 來制定的。 處于最差工 況工作的元件， 是實(shí)際壽命達(dá)不到額定壽命的重要因素。 最差 狀況，就是元件工作時(shí)承受著最大應(yīng)力的工作狀況。 這種情況 一般由外部環(huán)境的參數(shù)比如溫度、 電壓、開關(guān)次數(shù)、 負(fù)載等條 件中的一種或多種組合而成。 這些應(yīng)力的邊界條件一般在元件 的規(guī)格書中都是給出來的。一個(gè)良好的設(shè)計(jì)， 是應(yīng)該根據(jù)最差工況時(shí)， 元件的設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)來 評(píng)估設(shè)計(jì)

2、的可靠性的。 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估同時(shí)可以確定失敗的原因、 潛 在的風(fēng)險(xiǎn)、失敗的概率、后果的嚴(yán)重性等。要制定降額使用規(guī)范，就要進(jìn)行 worst case 下的失敗風(fēng)險(xiǎn)評(píng) 估。要進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估， 就要建立加速實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?要是風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估 按照正常使用時(shí)間來做的話， 等到評(píng)估完了， 市場(chǎng)份額早就被 瓜分完了。 模型的準(zhǔn)確性， 將嚴(yán)重影響風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的結(jié)果。 要精確保證模型的準(zhǔn)確性，那又是一門大學(xué)問了。在我們這里，就 定性的簡(jiǎn)單分析一下吧。加速試驗(yàn)的加速因子，一般遵循阿累尼烏斯定律：其中：A 加速因子Ea活化能K 波爾茲曼常數(shù)，8.63E-5 eV/KT 絕對(duì)溫度如果加速因子對(duì)應(yīng)某個(gè)要降額條件下的值是已知的， 那么可以

3、用下面的公式來計(jì)算其他情況下的壽命。In如7+1。盤其中:溫度，以攝氏度為單位Tref參考降額使用溫度，以攝氏度為單位tref參考使用壽命，單位KHrs（千小時(shí)）使用壽命，單位KHrs（千小時(shí)）每10攝氏度加速因子舉個(gè)例子：一個(gè)元件在90攝氏度下的壽命是30KHrs，加速因子A約等于2每10攝氏度，那么在什么溫度下，元件的壽命就變成了 20KHrs呢？1020T = 90+10 ln2= 95.8C、集成電路 因?yàn)榧呻娐返膹?fù)雜性和保密性， 一般我們只能根據(jù)半導(dǎo)體結(jié) 溫來推斷集成電路的可靠性了。我們通常規(guī)定：1，最大工作電壓，不超過額定電壓 80%2，最大輸出電流，不超過額定電流 75%3，結(jié)

4、溫，最大 85 攝氏度，或不超過額定最高結(jié)溫的 80%二、二極管二極管種類繁多， 特性不一。 故而，有通用要求， 也有特別要 求：通用要求：長期反向電壓70%-90%VRRM最大可重復(fù)反向電壓）最大峰值反向電壓90% VRRM正向平均電流70%- 90%額定值正向峰值電流75%-85% IFRM正向可重復(fù)峰值電流對(duì)于工作結(jié)溫，不同的二極管要求略有區(qū)別： 信號(hào)二極管 85150C玻璃鈍化二極管 85150C整流二極管和快恢復(fù)、超快恢復(fù)二極管（1000V 85125C整流二極管和快恢復(fù)、超快恢復(fù)二極管（1000 85115C肖特基二極管 85115C穩(wěn)壓二極管（V0.5W） 85125C穩(wěn)壓二極管

5、（0.5W） 85100CTcase（外殼溫度）0.8 xTjmax-2X o jc x P,2X o jc x P15C, 0 jc是從結(jié)到殼的熱阻，P是功率損耗。 這是一個(gè)可供參考的經(jīng)驗(yàn)值。 這里很多指標(biāo)給的是個(gè)范圍， 因 為不同的可靠性要求和成本之間有矛盾。 所以給出一個(gè)相對(duì)比 較注重可靠性的和一個(gè)比較注重成本的兩個(gè)值供參考。 下面同 理。三、功率 MOSVGS最大柵極驅(qū)動(dòng)電壓）ID_peak80% ID_M（最大漏極脈沖電流）VDS890%額定電壓 dV/dt50% 90% 額定值結(jié)溫85C80% Tjmax（最大工作結(jié)溫）Tcase（外殼溫度）0.8 xTjmax-2X o jc x

6、 P,2X o jc x P15C, 0 jc是從結(jié)到殼的熱阻，P是功率損耗。這是一個(gè)可供參考的經(jīng)驗(yàn)值。四，三極管所有的電壓指標(biāo)都要限制在 85%的額定值之下功率損耗不超過 70% 90%額定值IC必須在RBSOA反偏安全工作區(qū)）與FBSOA正偏安全工作區(qū)） 范圍內(nèi)降額 30%（就是額定的 70%）結(jié)溫不超過 85 125CTcase（外殼溫度） 0.75 x Tjmax-2X 0 jc x P,2X 0 j cx P15C, 0 jc是從結(jié)到殼的熱阻，P是功率損耗。這是一個(gè)可供參考的經(jīng)驗(yàn)值。五,電解電容鋁電解電容是開關(guān)電源中一個(gè)非常重要的元件。 而很多開關(guān)電 源的故障率偏高,都是因?yàn)閷?duì)鋁電解

7、的使用不當(dāng)造成的。 由 于鋁電解的重要性，我們對(duì)他的研究比較多，因而制定出來的 規(guī)則也比較多。1, Vdc+Vripple90 %額定電壓2，在電容體之下，PCB正面，盡量不要有地線之外的其他走 線。3,紋波電流，這個(gè)問題比較復(fù)雜，因?yàn)殚_關(guān)電源中，紋波電 流的頻譜是非常豐富的，所以必須把紋波電流折算一下：| 1 r?)plc _ frequency, 124-4-(1 4 npple frequency, nM.1 ci)1SJnpplc _ai _frequencies頻率因子，供應(yīng)商應(yīng)該可以提供的。紋波電流必須保證在供應(yīng)商的額定值的 70%- 90%之內(nèi) 4,電解電容的初始容量要保證 20

8、%勺裕量。同時(shí)，要保證額 外的20%勺容量裕量，以應(yīng)對(duì)壽命快到時(shí)的容量衰減。5，電解電容的壽命溫度加速因子為 2每10C，也就是說，溫 度每升高10度，壽命減半。6，殼溫Tcase受限于設(shè)計(jì)壽命乙自溫升5C，所謂自溫升，是指電容實(shí)際工作時(shí)，完全因 為自身發(fā)熱導(dǎo)致的溫升。六，瓷片電容工作電壓60%- 90%x額定電壓表面溫度105C自溫升15C或由規(guī)格書定義，以低的為準(zhǔn)。七，薄膜電容1, 在開關(guān)電源中，不要使用聚苯乙烯電容，因?yàn)榫郾揭蚁╇?容耐熱比較差。2, 表面溫度85C，超過85C耐壓按照下圖降額使用。此處 的電壓指的是直流電壓疊加交流峰值電壓。100%90%00% -TO% T60% H5

9、0% -40% -30% - 20% -10%0T AmbaniT1 -仏-40T2 - 25 CTn = maxiinum rated voliage3, 聚酯電容自溫升8C或由規(guī)格書定義，以低的為準(zhǔn)4, 聚丙烯電容自溫升5C或由規(guī)格書定義，以低的為準(zhǔn)5，薄膜電容的使用壽命取決于電壓值和電壓脈沖的上升速率。 允許的脈沖數(shù)量和電壓值以及脈沖斜率的關(guān)系，如下式xlO5其中：Npulse為脈沖總數(shù)Vr,max最大額定直流電壓Vapplied實(shí)際使用峰峰值電壓(dv/dt)max最大額定脈沖斜率(dv/dt)applied 實(shí)際使用脈沖斜率 八，電阻 電阻可以分為三大類：固定線性電阻、固定非線性電阻

10、、可變 電阻固定線性電阻包括：碳膜、金屬膜、金屬氧化膜、金屬釉、碳 質(zhì)等電阻和繞線電阻。固定非線性電阻包括：NTG PTC電阻的可靠性主要取決于電阻的溫度，而溫度則是環(huán)境溫度和 自身功率損耗產(chǎn)生熱量后疊加的效果。功率和電壓都對(duì)電阻的選擇與使用產(chǎn)生限制：從圖中可以知道，對(duì)于阻值低于臨界阻值的電阻，使用是受功 率限制，而對(duì)于高于臨界阻值的電阻，使用上是受耐壓的限制。對(duì)于單個(gè)脈沖的功率限制，取決于脈沖的形狀。同時(shí)脈沖的峰 值電壓必須不能超過額定限制。電阻的降額使用規(guī)則：1，在有瞬間高壓脈沖的電路中使用金屬釉電阻2，在有大的沖擊電流的場(chǎng)合使用繞線電阻3, 連續(xù)功率50%額定功率4, 不要使用1MD的碳

11、膜電阻，因?yàn)殚L期穩(wěn)定性太差5，高阻值長期穩(wěn)定性好的電阻應(yīng)采用金屬釉電阻6, 在熱沖擊試驗(yàn)后,電阻的阻值必須在 5%的額定范圍內(nèi)7, 可熔斷電阻，比如保險(xiǎn)絲電阻，不要靠PCB太近，以免PCB 過熱8, 盡量不要將矩形的貼片電阻用在 ESD呆護(hù)電路，因?yàn)榫匦?的尖角容易放電9，在電壓、電流采樣時(shí)，如果用貼片電阻，盡量使用尺寸在 1206以上的。10，耐壓的降額使用：對(duì)于碳膜、金屬膜、金屬氧化膜電阻：R100K寸，VRMS50%徹定最大連續(xù)工作電壓RW 100K時(shí)，VRMS90%額定最大連續(xù)工作電壓或 90%(PXR)0.5，以低的為準(zhǔn)。對(duì)于碳質(zhì)電阻、金屬釉電阻和繞線電阻：VRMS90%徹定最大連續(xù)

12、工作電壓或 90%X (P X R)0.5 ,以低 的為準(zhǔn)。11,電路中有沖擊電流的時(shí)候的瞬時(shí)功率可以按照下面的經(jīng)驗(yàn) 公式計(jì)算：P=I2 X RX t/4，其中，t是電流跌落到最大值38%寸的時(shí)間。 九，磁性元件磁性元件中，線對(duì)線之間的最大電壓不能超過下表：將AWG線規(guī)可以按照此式轉(zhuǎn)換為mm單位線徑:d=25.4X 0.005 X 92(36 -AWG)/39)漆包線的使用壽命加速因子約為 2.5每10C。線包的溫度降額規(guī)定:CLASS B 95C 110CCLASS F 110C 125CCLASS H 125C 150C注：額定溫度是130C注：額定溫度是155C注：額定溫度是180C磁芯

13、的降額規(guī)定：Bmax80%X Bsat 在任何條件下。 Bsat 是磁芯的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)TCORE70%Tcurie -10C度十，金屬氧化物壓敏電阻 MOVTcase 85C,在任何條件下具體選型推薦為：Tcurie 是磁芯居里點(diǎn)溫AC220V選用 275Vrms（ 此項(xiàng)尚存爭(zhēng)議 ）AC277V選用 320VrmsAC347V選用 420Vrms十一，印刷電路板PCB材料和最高可用表面溫度如下：FR275CFR390CFR4125CCEM1 125CCEM3 125C此外，有以下一些規(guī)則： 可以使用過孔幫助散熱 每個(gè)過孔流過電流不超過 2A 布線之間的間距與電壓的關(guān)系參考 UL935FR1的導(dǎo)熱率是FR4的兩倍，但FR1不適合做雙面板十二，保險(xiǎn)絲對(duì)保險(xiǎn)絲的降額使用，是對(duì)電路保護(hù)可靠性和保險(xiǎn)絲使用壽命 之間的妥協(xié)。 降額使用保險(xiǎn)絲， 并不能直接帶來產(chǎn)品可靠性的 提升。環(huán)境溫度和電流是影響保險(xiǎn)絲壽命的主要因素。在25C 下，保險(xiǎn)絲的電流應(yīng)該降額 25%使