功放器件降额设计规范培训

1、功放器件降额设计规范,目录,器件可靠性降额的概念,1、电子产品的降额设计： 就是使元器件或设备在使用中所承受的应力（电、热、和机械应力等） 低 用中所承受的应力（电、热、和机械应力等）低于其额定值的方法。 2、降额设计的目的： 通过限制元器件所承受的应力，使元器件在低于额定值情况下工作，降低元器件失效率，提高使用可靠性； 若元器件一直工作在额定应力值下，其性能退化速率较快，因此降额使用有利于延缓和减小性能退化； 使得设计具有一定安全余量，提高系统的可靠性。,一、器件可靠性降额的概念,器件可靠性降额的概念,3、降额等级要求： 级降额 ：级是最大的降额，适用于设备故障将会危及安全，导致任务失败和造

2、成严重经济损失情况时的降额设计。它是保证设备可靠性所必须的最大降额。若采用比它还大的降额，不但设备的可靠性不会再增长多少，而且设计上是难以接受的。 级降额：级降额是中等降额，适用于设备故障将会使工作任务降级和发生不合理的维修费用情况的设备设计。这级降额仍在降低工作应力可对设备可靠性增长有明显作用的范围内，它比级降额易于实现。 级降额：级降额是最小的降额，适用于设备故障只对任务完成有小的影响和可经济的修复设备的情况。这级降额可靠性增度效果最大，设计上也不会有什么困难。,一、器件可靠性降额的概念,降额设计的基本方法：,1、修改电路设计（裕度设计、热设计）使元器件所承受的应力降低 需要整体考虑、综合

3、权衡； 恰当地选用元器件品种、规格使得所选元器件的额定值高于工作中要承受的应力需要考虑费用、尺寸、重量的约束。 2、根据可靠性预计手册的计算公式,一、器件可靠性降额的概念,p=b *Q *T *E 失效数/1000000小时,式中各个参数含义如下： - 失效率。指元器件在实际运用状态下工作时的失效率，也称为现场失效率。 b - 基本失效率；指元器件在额定条件下工作时的失效率，也称为额定失效率或通用失效率。 Q - 质量系数； T - 温度应力系数；T=exp-19251/（TJunction+273）-1/298 E - 环境系数。,降额设计的基本方法：,一、器件可靠性降额的概念,3、降额设计

4、的工作内容： 是要确定设备元器件应采用的降额等级、降额参数和降额因子。 降额等级表示设备中元器件降额的不同范围； 降额参数是指设备中影响元器件失效率的元器件应力参数和环境应力参数； 降额因子(降额系数)是指元器件工作应力与额定应力之比，一般用符号S来表示。,4、各类电子元器件都有最佳的降额范围（参见GJB/Z35），在此范围内工作应力 的变化对其失效率有明显的影响，在设计上也较容易实现，且不会在设备体积、重量方面付出过大代价。 5、元器件的降额量值允许做适量调整，但对关键元器件要保证规定的降额量值。,降额设计的基本方法：,一、器件可靠性降额的概念,6、降额设计注意事项： 不能过度降额：过度的降

5、额会使效益下降，系统(设备)重量、体积和成本增加，有时还会使某些元器件重量、体积和成本增加，有时还会使某些元器件工作不正常。如大功率晶体管在小电流下，会大大降低放大系数且参数稳定性降低。 不能采用降额补偿的方法解决低质量元器件的使用问题； 不能不降额设计：由于采用了高质量等级的元器件，而不进行降额设计； 不应将相关标准所推荐的降额量值绝对化，降额是多方面因素综合分析的结果。,二、器件的关键降额参数,关键降额参数：,二、器件的关键降额参数,关键降额参数：,降额因子与应力比关系：,一、器件可靠性降额的概念,上述各类元器件的关键降额参数，可以用作可靠性预计中元器件应力分析法的应力比参数； 降额因子的

6、选取有一个最佳范围，一般应力比0.50.9。这个范围内，基本失效率下降很多，但是一旦超出这个范围，元器件失效率的下降很小； 随降额因子的变化，元器件失效率相应变化。当降额因子从0.9变化到变化到0.1时，基本失效率是连续下降的。对于相同应力比S，工作环境温度的下降也可以使基本失效率降下来。,关键器件参数降额要求：,三、功放关键器件降额设计要求,电阻器 降额主要应力参数是热点温度(功耗温度和环境温度)； 电压高会影响电阻体失效； 金属膜电阻器和线绕电阻器在低气压条件下工作，要作进一步降额； 合成型电阻器在潮湿环境下使用不宜过度降额，否则潮气不能挥发将可能使电阻器变质失效； 主要降额参数是功率和环

7、境温度。,关键器件参数降额要求：,三、功放关键器件降额设计要求,电阻器,贴片电阻的封装与功率、电压关系如下表：,关键器件参数降额要求：,三、功放关键器件降额设计要求,电阻器,注：电压=功率x电阻值(P=V2/R) 或最大工作电压两者中的较小值,图1 (-55+125)功率及环境温度降额曲线图,关键器件参数降额要求：,三、功放关键器件降额设计要求,电阻器,注：电压=功率x电阻值(P=V2/R) 或最大工作电压两者中的较小值,注意事项： 1)设计和使用贴片电阻 时，最大功率不能超过其额定功率，否则会降低其可靠性。 2)一般按额定功率的 70%降额设计使用。 3)也不能超过其最大工 作电压，否则有击

8、穿的危险。 4)一般按最高工作电压 的75%降额设计使用。 5)当环境温度超过 70C，必须按照降额曲线图(图1)降额使用。,关键器件参数降额要求：,三、功放关键器件降额设计要求,电容器 电压影响电容器寿命，越接近额定电压时影响越大； 降额的直流电压值=直流电压+交流峰值电压；电压与寿命有五次幂关系，电压减一半，寿命可增至32倍； 环境温度影响电容器的使用寿命、电容量、绝缘电阻、介电强度和器件的密封等。电容器温度=环境温度+交流负载引起外壳温升。在某温度范围内，电容器温度降低电容器温度降低10，元件寿命增加1倍； 主要降额参数是直流电压值和环境温度。,关键器件参数降额要求：,三、功放关键器件降

9、额设计要求,电容器,钽电容：1、常温电压降额50%，恶劣场景下，65度左右要降低到30%，但不能为了降额而选择高压及大容量钽电容（额定电压大于25V或容量大于100UF）；2、不能用于电流变化过大的场合；3、多电容并联个数不要太多，并联个数要少于30个，如果超过需要电感等器件隔离；太多钽电容并联会导致回路阻抗太低，一旦有电压波动，di/dt很大，影响钽电容内部绝缘介质修复，导致短路失效；温度降额，Tmax-20度； 铝电容：1）使用电压至少降额至额定电压的80%；2）不用用于极低温场景，如低于-25度环境；温度降额，Tmax-20度； 陶瓷电容：降额80%；温度降额，Tmax-10度；,关键器

10、件参数降额要求：,三、功放关键器件降额设计要求,电容器的几个案例 钽电容降额 陶瓷电容开裂 电解电容寿命,关键器件参数降额要求：,三、功放关键器件降额设计要求,电感器 对电感元件工作可靠性影响主要应力参数是它的热点温度。热点温度是与电感元件绕组的绝缘性能、工作电流、瞬态冲击电流和介质耐压有关，故对这些参数进行降额； 电感元件一般电压和工作频率是固定的，不能对它们降额来提高可靠性，否则影响性能。 为防止绝缘击穿，除扼流圈外，绕阻额定电压不能降额； 主要降额参数是热点温度、工作电流、瞬态电压/电流、介质耐压和额定电压。,关键器件参数降额要求：,三、功放关键器件降额设计要求,电感器 温度降额，贴片型

11、长期工作温度不超过30度，插装型不超过40度； 电流降额推荐80%；电感存在直流电阻（DCR），在低压大电流滤波电路中，应保证电感上的压降不影响后端器件的正常工作；,磁珠 耗能元件，在低频下，磁珠只有很小的直流阻抗，随频率增加，阻抗迅速增加，100MHz左右通常最大，表现为对高频信号的强烈吸收并转化为热能，因此磁珠主要用于高频滤波、EMI抑制，电流降额至额定电流的90%；,关键器件参数降额要求：,三、功放关键器件降额设计要求,机械开关 开关触点通过的电流情况，会严重影响长期工作的开关的接触可靠性； 开关通过电压大小，主要影响开关的绝缘； 开关触点可并联工作，但不要通过触点并联作为降额办法； 开

12、关降额参数是触点电流、电压和功率。,关键器件参数降额要求：,三、功放关键器件降额设计要求,集成IC 大规模集成电路由于其功能和结构的特点，器件内部参数允许变化小，因此降额应着重于改进封装散热方式，以降低器件的结温； 在保证器件正常工作下，应尽可能降低输入电平、输出电流和工作频率； 降额参数是结温。,关键器件参数降额要求：,三、功放关键器件降额设计要求,晶振：应用环境优于器件宣称工作极限温度10度，如器件宣称工作温度070度，实际应用环境应该为1060度；,双极型普通三极管：,关键器件参数降额要求：,三、功放关键器件降额设计要求,场效应管：,关键器件参数降额要求：电源电路器件,三、功放关键器件降

13、额设计要求,1）输出电流较大时选择多相的同步整流的开关芯片；,2）ESR是影响纹波的主要影响因素，电容ESR应尽量小；,关键器件参数降额要求：电源电路器件,三、功放关键器件降额设计要求,4）开关管选用Rds on和寄生电容小的MOS管降额，Vgs 90% ，Vds 80%；,3）二极管选择正向压降小、反向恢复时间短的肖特基管；,关键器件参数降额要求：,三、功放关键器件降额设计要求,半导体光电器件:,半导体光电器件主要有三类：发光、光敏器件或两者的组合。发光类器件主要有发光二极管、发光数码管；光敏类器件有光敏二极管、光敏三极管；常有的光电组合器件是光电耦合器，它由发光二极管和光敏三极管组成。 高

14、结温和结点高电压是半导体光电器件主要的破坏性应力，结温受结点电流或功率的影响，所以对半导体光电器件的结温、电流或功率均需进行降额。 应用指南： 发光二极管驱动电路必须限制电流，通常用一个串联的电阻来实现。 一般不应采用经半波或全波整流的交流正弦波电流作为发光二极管的驱动电流。如果确要使用，则不允许其电流峰值超过发光二极管的最大直流允许值。 在整个寿命期内，驱动电路应允许光电耦合器电流传输比在降低15的情况下仍能正常工作。,关键器件参数降额要求：,三、功放关键器件降额设计要求,导线与电缆降额:,导线与电缆主要有三种类型：同轴（射频）电缆、多股电缆和导线。影响电线与电缆可靠性的主要因素是导线间的绝缘和电流所引起的温升。 导线与电缆降额的主要参数是应用电压和应用电流。 应用指南 导线的截面尺寸、韧度和挠性应能提供足够安全的电流负载能力和强度。一般情况下不宜选用过细的导线。 聚氯乙烯绝缘的电缆不得用于航空、航海和航天产品上。 降额准则： 导线与电缆的电流降额要求与其单根导线截面积、绝缘层的额定温度和线缆捆扎导线数有关。