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为何要做降额设计

嘉峪检测网        2023-10-16 11:32

降额设计的定义:设计时元器件或设备工作时承受的工作应力适当低于元器件或者设备规定的额定值,从而达到降低基本失效率,提高使用可靠性的目的。
降额为什么能提高可靠性?
 
1、减小处于应力边缘状态的元器件在系统寿命期内失效的可能性。
2、降低元器件参数初始容差的影响(如器件个体之间的差异,批次波动,工艺更改)
3、减小元器件参数值的长期漂移带来的影响。
4、为应力计算中的不确定性,提供余量。
5、针对意外事故提供余量,比如机房空调故障,电压峰值瞬变应力等。
 
在降额设计中,“降”得越多,要选用的元器件在性能就应该越好,成本也就越高,所以在降额设计过程中,要综合考虑。电子产品发展到今天,人们已经总结出“降额”的通用准则,详见《GJB/Z 35-1993元器件降额准则》。
 
并不所有的电子产品都可以“降额”,在实现设计过程时,应该注意: 
 
1、不应将标准所推荐的降额量值绝对化,应该根据产品的特殊性适当调整; 
2、应注意到,有些元器件参数不能降额; 
3、一般说来,对于电子元器件,其应用应力越降低越能提高其使用可靠性,但却不尽然。如聚苯乙烯电容器,降额太大易产生低电平失效; 
4、为了降低元器件的失效率,提高设备可靠性而大幅值降低其应用应力,按其功能往往需要增加元器件数量和接点,反而降低了设备可靠性; 
5、对器件进行降额应用时,不能将所承受的各种应力孤立看待,应进行综合权衡;
6、不能用降额补偿的方法解决低质量元器件的使用问题,低质量产品要慎重使用。 
 
降额涉及的阶段:
 
1、器件选型阶段:应该参考降额规范,选型应该符合降额要求的器件。
2、电路设计阶段:包括相应的热设计和热仿真,应该遵循降额规范进行降额设计。
3、电路测试阶段:测试工程师对电路进行实测审查,判定是否符合降额规范,有产品可靠性工程师在,对降额审查和测试这一活动的执行情况及问题解决情况进行把关。
 
降额原则:
 
1、禁止器件超规格应用。
2、严格按照器件降额要求应用器件。
降额是多方面因素综合分析的结果或经验累积的传承,在实际应用中必须满足该规格要求,否则将影响产品的使用可靠性。对于完全按照本规格降额要求执行的,都应该在降额审查与测试中指出解决,不解决的问题视为产品风险。
3、器件降额幅度要适合,避免降额不足,及过降额。
降额幅度应能达到提高器件使用可靠性的目的,重点考虑“不降额”和“降额不足”导致的网上器件质量问题,“过降额”导致期间选型成本增加、热设计等工程实践的可行性。
降额的指标来源:一、不降额或者降额不足导致的实际产品的质量问题,二、“过降额”导致器件选型成本增加,热设计等工程实践的可行性分析,行业标准,优秀厂家的指标,器件质量现状(质量情况,批次离散度等等),经验。
4、此规范给出的降额要求,在产品规格要求的最恶劣环境条件下皆应满足。产品热测试条件为产品最大功耗配置,高温条件。
5、热测试的环境温度,应使用被测试设备的规格最高温度。例如某产品规格温度0~50度,则测试的环境温度应该涵盖0~50度的范围。
6、部分器件温度下限也有要求,比如晶振、二极管的工作温度参数。
7、部分器件的降额要求,根据应用场合、条件的不同,其降额要求也不同,例如:电磁继电器的连续触电电流参数的降额要求,根据其负载类型的不同而有所不同。
8、若厂家同时提供结温、壳温、环境温度,原则上这几个温度参数皆应满足器件手册的要求。器件温度参数是否满足规格和降额的判据,根据实际数据的可获得性等情况,首选壳温,次选结温,最后选环境温度。
9、温度参数的测量、计算、评估方法应遵从的顺序。
优先遵从厂家正式提供的温度测量,计算,评估方法。
次之遵从各类器件相应公开的、权威的、广泛接受的应用和标准。
再次之遵从降额规范中各类器件的温度测量、计算评估方法;
10、 降额分析,需要分别考虑“稳态”和“瞬态”
分别按照“稳态”和“瞬态”进行分析电阻的功耗降额。
电阻的瞬态降额:电阻的功率降额是在相应的工作温度下的降额,即是在元器件符合曲线所在规定环境温度下的功率的进一步降额。为了保证电阻器的正常工作,各种型号的电阻厂家都通过试验确定了相应的降功耗曲线,因此在使用过程中,必须严格按照降功耗。
厂家额定环境温度为70℃,低于这个温度的时候,直接按照60%进行降额。当超过这个温度的时候,额定曲线是一个斜线。降额曲线也按照,最大温度的降额为121℃,然后绘制一条红色的斜线,按照斜线进行降额。
 

 

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