跟我学元器件降额使用指南

1、跟我学 元器件降额使用指南电源网讯 什么要降额使用元器件？因为如果元器件的工 作状态不超过供应商提供的规格书上的指标。 那么可以实现全 寿命工作。 降额使用， 可以提高产品的可靠性。 降额使用规则 的制订，是依据最差工况 (worst case) 来制定的。 处于最差工 况工作的元件， 是实际寿命达不到额定寿命的重要因素。 最差 状况，就是元件工作时承受着最大应力的工作状况。 这种情况 一般由外部环境的参数比如温度、 电压、开关次数、 负载等条 件中的一种或多种组合而成。 这些应力的边界条件一般在元件 的规格书中都是给出来的。一个良好的设计， 是应该根据最差工况时， 元件的设计风险来 评估设计

2、的可靠性的。 风险评估同时可以确定失败的原因、 潜 在的风险、失败的概率、后果的严重性等。要制定降额使用规范，就要进行 worst case 下的失败风险评 估。要进行风险评估， 就要建立加速实验模型。 要是风险评估 按照正常使用时间来做的话， 等到评估完了， 市场份额早就被 瓜分完了。 模型的准确性， 将严重影响风险评估的结果。 要精确保证模型的准确性，那又是一门大学问了。在我们这里，就 定性的简单分析一下吧。加速试验的加速因子，一般遵循阿累尼乌斯定律：其中：A 加速因子Ea活化能K 波尔兹曼常数，8.63E-5 eV/KT 绝对温度如果加速因子对应某个要降额条件下的值是已知的， 那么可以

3、用下面的公式来计算其他情况下的寿命。In如7+1。盘其中:温度，以摄氏度为单位Tref参考降额使用温度，以摄氏度为单位tref参考使用寿命，单位KHrs（千小时）使用寿命，单位KHrs（千小时）每10摄氏度加速因子举个例子：一个元件在90摄氏度下的寿命是30KHrs，加速因子A约等于2每10摄氏度，那么在什么温度下，元件的寿命就变成了 20KHrs呢？1020T = 90+10 ln2= 95.8C、集成电路 因为集成电路的复杂性和保密性， 一般我们只能根据半导体结 温来推断集成电路的可靠性了。我们通常规定：1，最大工作电压，不超过额定电压 80%2，最大输出电流，不超过额定电流 75%3，结

4、温，最大 85 摄氏度，或不超过额定最高结温的 80%二、二极管二极管种类繁多， 特性不一。 故而，有通用要求， 也有特别要 求：通用要求：长期反向电压70%-90%VRRM最大可重复反向电压）最大峰值反向电压90% VRRM正向平均电流70%- 90%额定值正向峰值电流75%-85% IFRM正向可重复峰值电流对于工作结温，不同的二极管要求略有区别： 信号二极管 85150C玻璃钝化二极管 85150C整流二极管和快恢复、超快恢复二极管（1000V 85125C整流二极管和快恢复、超快恢复二极管（1000 85115C肖特基二极管 85115C稳压二极管（V0.5W） 85125C稳压二极管

5、（0.5W） 85100CTcase（外壳温度）0.8 xTjmax-2X o jc x P,2X o jc x P15C, 0 jc是从结到壳的热阻，P是功率损耗。 这是一个可供参考的经验值。 这里很多指标给的是个范围， 因 为不同的可靠性要求和成本之间有矛盾。 所以给出一个相对比 较注重可靠性的和一个比较注重成本的两个值供参考。 下面同 理。三、功率 MOSVGS最大栅极驱动电压）ID_peak80% ID_M（最大漏极脉冲电流）VDS890%额定电压 dV/dt50% 90% 额定值结温85C80% Tjmax（最大工作结温）Tcase（外壳温度）0.8 xTjmax-2X o jc x

6、 P,2X o jc x P15C, 0 jc是从结到壳的热阻，P是功率损耗。这是一个可供参考的经验值。四，三极管所有的电压指标都要限制在 85%的额定值之下功率损耗不超过 70% 90%额定值IC必须在RBSOA反偏安全工作区）与FBSOA正偏安全工作区） 范围内降额 30%（就是额定的 70%）结温不超过 85 125CTcase（外壳温度） 0.75 x Tjmax-2X 0 jc x P,2X 0 j cx P15C, 0 jc是从结到壳的热阻，P是功率损耗。这是一个可供参考的经验值。五,电解电容铝电解电容是开关电源中一个非常重要的元件。 而很多开关电 源的故障率偏高,都是因为对铝电解

7、的使用不当造成的。 由 于铝电解的重要性，我们对他的研究比较多，因而制定出来的 规则也比较多。1, Vdc+Vripple90 %额定电压2，在电容体之下，PCB正面，尽量不要有地线之外的其他走 线。3,纹波电流，这个问题比较复杂，因为开关电源中，纹波电 流的频谱是非常丰富的，所以必须把纹波电流折算一下：| 1 r?)plc _ frequency, 124-4-(1 4 npple frequency, nM.1 ci)1SJnpplc _ai _frequencies频率因子，供应商应该可以提供的。纹波电流必须保证在供应商的额定值的 70%- 90%之内 4,电解电容的初始容量要保证 20

8、%勺裕量。同时，要保证额 外的20%勺容量裕量，以应对寿命快到时的容量衰减。5，电解电容的寿命温度加速因子为 2每10C，也就是说，温 度每升高10度，寿命减半。6，壳温Tcase受限于设计寿命乙自温升5C，所谓自温升，是指电容实际工作时，完全因 为自身发热导致的温升。六，瓷片电容工作电压60%- 90%x额定电压表面温度105C自温升15C或由规格书定义，以低的为准。七，薄膜电容1, 在开关电源中，不要使用聚苯乙烯电容，因为聚苯乙烯电 容耐热比较差。2, 表面温度85C，超过85C耐压按照下图降额使用。此处 的电压指的是直流电压叠加交流峰值电压。100%90%00% -TO% T60% H5

9、0% -40% -30% - 20% -10%0T AmbaniT1 -仏-40T2 - 25 CTn = maxiinum rated voliage3, 聚酯电容自温升8C或由规格书定义，以低的为准4, 聚丙烯电容自温升5C或由规格书定义，以低的为准5，薄膜电容的使用寿命取决于电压值和电压脉冲的上升速率。 允许的脉冲数量和电压值以及脉冲斜率的关系，如下式xlO5其中：Npulse为脉冲总数Vr,max最大额定直流电压Vapplied实际使用峰峰值电压(dv/dt)max最大额定脉冲斜率(dv/dt)applied 实际使用脉冲斜率 八，电阻 电阻可以分为三大类：固定线性电阻、固定非线性电阻

10、、可变 电阻固定线性电阻包括：碳膜、金属膜、金属氧化膜、金属釉、碳 质等电阻和绕线电阻。固定非线性电阻包括：NTG PTC电阻的可靠性主要取决于电阻的温度，而温度则是环境温度和 自身功率损耗产生热量后叠加的效果。功率和电压都对电阻的选择与使用产生限制：从图中可以知道，对于阻值低于临界阻值的电阻，使用是受功 率限制，而对于高于临界阻值的电阻，使用上是受耐压的限制。对于单个脉冲的功率限制，取决于脉冲的形状。同时脉冲的峰 值电压必须不能超过额定限制。电阻的降额使用规则：1，在有瞬间高压脉冲的电路中使用金属釉电阻2，在有大的冲击电流的场合使用绕线电阻3, 连续功率50%额定功率4, 不要使用1MD的碳

11、膜电阻，因为长期稳定性太差5，高阻值长期稳定性好的电阻应采用金属釉电阻6, 在热冲击试验后,电阻的阻值必须在 5%的额定范围内7, 可熔断电阻，比如保险丝电阻，不要靠PCB太近，以免PCB 过热8, 尽量不要将矩形的贴片电阻用在 ESD呆护电路，因为矩形 的尖角容易放电9，在电压、电流采样时，如果用贴片电阻，尽量使用尺寸在 1206以上的。10，耐压的降额使用：对于碳膜、金属膜、金属氧化膜电阻：R100K寸，VRMS50%徹定最大连续工作电压RW 100K时，VRMS90%额定最大连续工作电压或 90%(PXR)0.5，以低的为准。对于碳质电阻、金属釉电阻和绕线电阻：VRMS90%徹定最大连续

12、工作电压或 90%X (P X R)0.5 ,以低 的为准。11,电路中有冲击电流的时候的瞬时功率可以按照下面的经验 公式计算：P=I2 X RX t/4，其中，t是电流跌落到最大值38%寸的时间。 九，磁性元件磁性元件中，线对线之间的最大电压不能超过下表：将AWG线规可以按照此式转换为mm单位线径:d=25.4X 0.005 X 92(36 -AWG)/39)漆包线的使用寿命加速因子约为 2.5每10C。线包的温度降额规定:CLASS B 95C 110CCLASS F 110C 125CCLASS H 125C 150C注：额定温度是130C注：额定温度是155C注：额定温度是180C磁芯

13、的降额规定：Bmax80%X Bsat 在任何条件下。 Bsat 是磁芯的饱和磁感应强TCORE70%Tcurie -10C度十，金属氧化物压敏电阻 MOVTcase 85C,在任何条件下具体选型推荐为：Tcurie 是磁芯居里点温AC220V选用 275Vrms（ 此项尚存争议 ）AC277V选用 320VrmsAC347V选用 420Vrms十一，印刷电路板PCB材料和最高可用表面温度如下：FR275CFR390CFR4125CCEM1 125CCEM3 125C此外，有以下一些规则： 可以使用过孔帮助散热 每个过孔流过电流不超过 2A 布线之间的间距与电压的关系参考 UL935FR1的导热率是FR4的两倍，但FR1不适合做双面板十二，保险丝对保险丝的降额使用，是对电路保护可靠性和保险丝使用寿命 之间的妥协。 降额使用保险丝， 并不能直接带来产品可靠性的 提升。环境温度和电流是影响保险丝寿命的主要因素。在25C 下，保险丝的电流应该降额 25%使