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1、跟我学系列之二，元器件降额使用参考跟我学系列之二，元器件降额使用参考 让你记得我的好让你记得我的好 原创 Konway 整理 为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。 最差工况， 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。
2、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/K T 绝对温
3、度 如果加速因子对应某个要降额条件下的值是已知的， 那么可以用下面的公式来计算其他 情况下的寿命： 其中： T 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) t 使用寿命，单位 KHrs(千小时) A 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？ 一、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
4、超过额定电压 80% 2，最大输出电流，不超过额定电流 75% 3，结温，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1M 的碳膜电阻，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 保护电路，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
5、额使用： 对于碳膜、金属膜、金属氧化膜电阻： R100K 时，VRMS50%额定最大连续工作电压 R100K 时，VRMS90%额定最大连续工作电压或 90%(PR)0.5，以低的为准。 对于碳质电阻、金属釉电阻和绕线电阻： VRMS90%额定最大连续工作电压或 90%(PR)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=I2Rt/4，其中，t 是电流跌落到最大值 38%时的时间。 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=25.40.00592(36-AWG)/39)
6、漆包线的使用寿命加速因子约为 2.5 每 10。 线包的温度降额规定： CLASS B：95110 注：额定温度是 130 CLASS F：110125 注：额定温度是 155 CLASS H：125150 注：额定温度是 180 磁芯的降额规定： Bmax80%Bsat 在任何条件下。Bsat是磁芯的饱和磁感应强度 TCORE70%Tcurie-10 Tcurie是磁芯居里点温度 十，金属氧化物压敏电阻 MOV Tcase 85，在任何条件下 具体选型推荐为： AC120V/127V 选用 150Vrms AC220V 选用 275Vrms(此项尚存争议) AC277V 选用 320Vrms
7、 AC347V 选用 420Vrms 十一，印刷电路板 PCB 材料和最高可用表面温度如下： FR2 75 FR3 90 FR4 125 CEM1 125 CEM3 125 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 UL935 FR1 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 25下，保险丝的电流应该降额 25%使用。在环境温度升高时，慢熔断的保险丝，要 按照 0.5%/来增加降额。而快融断保险丝则按照 0.1%/来增加降额。 十三，光耦 最大工作电压70%90%额定电压 最大工作电流25%90%额定电流 电流传输比，按照产品寿命时间，保留 20%裕量 结温85100
