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電阻電感、二極管、三極管、MOS管、TVS器件降額規范

降額等級描述

  降額等級的劃分通常元器件有一個最佳降額范圍。在此范圍內,元器件工作應力的降低對其失效率的下降有顯著的改善,設備的設計易于實現,且不必在設備的重量、體積、成本方面付出大的代價。應按設備可靠性要求、設計的成熟性、維修費用和難易程度、安全性要求,以及對設備重量和尺寸的限制等 因素,綜合權衡確定其降額等級。

  在最佳降額范圍內推薦采用三個降額等級。

  a) I 級降額I 級降額是最大的降額,對元器件使用可靠性的改善最大。超過它的更大降額,通常對元器件可靠性的提高有限,且可能使設備設計難以實現。I 級降額適用于下述情況:設備的失效將導致人員傷亡或裝備與保障設施的嚴重破壞;

  對設備有高可靠性要求,且采用新技術、新工藝的設計;由于費用和技術原因,設備失效后無法或不宜維修;系統對設備的尺寸、重量有苛刻的限制。

  b)II 級降額II 級降額是中等降額,對元器件使用可靠性有明顯改善。II 級降額在設計上較 I 級降額易于實現。II 級降額適用于下述情況:設備的失效將可能引起裝備與保障設施的損壞;有高可靠性要求,且采用了某些專門的設計;需支付較高的維修費用。

  c) III 級降額III 級降額是最小的降額,對元器件使用可靠性改善的相對效益最大,但可靠性改善的絕對效果不如 I 級和 II 級降額。III 級降額在設計上最易實現。III 級降額適用于下述情況:設備失效不會造成人員和設施的傷亡和破壞;設備采用成熟的標準設計。

  電阻器降額規范    穩態功率與瞬態功率

  穩態功率

  功率降額是在相應的工作溫度下的降額,即是在元件符合曲線所規定環境溫度下的功率的進一步降額,采用P=V?/R公式進行計算。

  為了保證電阻器的正常工作,各種型號的電阻廠家都通過試驗確定了相應的降功率曲線,因此在使用過程中,必須嚴格按照降功率曲線使用電阻器。

  當環境溫度定于額定溫度時(T<Ts)可以施加60%額定功率,不需要考慮溫度降額。當環境溫度高于額定溫度的時候,需要考慮溫度降額,應該進一步降額功耗使用,

  P=PR(0.6+(Ts-T)/(Tmax-Ts))

  PR是額定功耗;

  T是環境溫度;

  Tmax是零功耗時最高環境溫度。

  瞬態功耗

  不同廠家,電阻脈沖功耗和穩態功率的轉換曲線不同,具體應用時,要查詢轉換缺陷,將瞬態功率轉換為穩態功率,然后在此基礎上降額。

  廠家額定環境溫度為70℃,低于這個溫度的時候,直接按照60%進行降額。當超過這個溫度的時候,額定曲線是一個斜線。降額曲線也按照,最大溫度的降額為121℃,然后繪制一條紅色的斜線,按照斜線進行降額。

  瞬態降額 只要時間足夠短,電阻可以承受比額定功率大得多的瞬態功率。要參考廠家資料中的最高過負荷電壓參數,再在此基礎上降額。

  瞬態功耗,又要按照單脈沖和多脈沖,分別進行討論和分析。

  單脈沖:

  多脈沖:

  1、合成型電阻器

  1.1 概述

  合成型電阻器件體積小,過負荷能力強,但它們的阻值穩定性差,熱和電流噪聲大,電壓與溫度系數較大。

  合成型電阻器的主要降額參數是環境溫度、功率和電壓。

  1.2 應用指南

  a) 合成型電阻為負溫度和負電壓系數,易于燒壞。因此限制其電壓是必須的。

  b) 在潮濕環境下使用的合成型電阻器,不宜過度降額。否則潮氣不能揮發將可能使

  電阻器變質失效。

  c) 熱點溫度過高可能導致合成型電阻器內部的電阻材料永久性損傷。

  d) 為保證電路長期工作的可靠性, 電路設計應允許合成型電阻器有±15%的阻值容差。

  1.3 降額準則

  合成型電阻器的降額準則見下表。

  合成型電阻器降額準則

  2、薄膜型電阻器

  2.1 概述

  薄膜型電阻器按其結構,主要有金屬氧化膜電阻器和金屬膜電阻器兩種。

  薄膜型電阻器的高頻特性好,電流噪聲和非線性較小,阻值范圍寬,溫度系數小,性能穩定,是使用最廣泛的一類電阻器。

  薄膜型電阻器降額的主要參數是電壓、功率和環境溫度。

  2.2 應用指南

  a) 各種金屬氧化膜電阻器在高頻工作情況下, 阻值均會下降 (見元件相關詳細規范) 。

  b) 為保證電路長期工作的可靠性,設計應允許薄膜型電阻器有一定的阻值容差,金屬膜電阻器為±2%,金屬氧化膜電阻器為±4%,碳膜電阻器為±15%。

  2.3 降額準則

  3、電阻網絡

  3.1 概述

  電阻網絡裝配密度高,各元件間的匹配性能和跟蹤溫度系數好,對時間、溫度的穩定性好。

  電阻網絡降額的主要參數是功率、電壓和環境溫度。

  3.2 應用指南

  為保證電路長期工作的可靠性,設計中應允許電阻網絡有±2%的阻值容差。

  3.3 降額準則

  4、線繞電阻器

  4.1 概述

  線繞電阻器分精密型與功率型。線繞電阻器具有可靠性高、穩定性好、無非線性,以及電流噪聲、溫度和電壓系數小的優點。

  線繞電阻器降額的主要參數是功率、電壓和環境溫度。

  4.2 應用指南

  a) 在 II 級降額應用條件下,不采用繞線直徑小于 0.025mm 的電阻器。

  b) 功率型線繞電阻器可以經受比穩態工作電壓高得多的脈沖電壓, 但在使用中應作相應的降額。見附錄 D(參考件)。

  c) 功率型線繞電阻器的額定功率與電阻器底部散熱面積有關, 在降額設計中應考慮此因素。見附錄 E(參考件)。

  d) 為保證電路長期工作的可靠性,設計應允許線繞電阻器有一定的阻值容差:精密型線繞電阻器為 ±0.4%;功率型線繞電阻器為 ±1.5%。

  4.3 降額準則

  5、 熱敏電阻器

  5.1 概述

  敏電阻器具有很高的電阻—溫度系數(正或負的)。

  敏電阻器降額的主要參數是額定功率和環境溫度。

  5.6.5.2 應用指南

  a) 負溫度系數型熱敏電阻器,應采用限流電阻器,防止元件熱失控。

  b) 任何情況下,即使是短時間也不允許超過電阻器額定最大電流和功率。

  c) 為保證電路長期可靠性的工作,設計應允許熱敏電阻器阻值有±5%的容差。

  4.3 降額準則

  磁性器件的降額規范

  部件類型

  降額參數

  降額要求

  嚴酷條件

  一般條件

  音頻變壓器

  功率變壓器

  脈沖變壓器

  脈沖電流(%最大額定值)

  脈沖電壓(%最大額定值)

  熱點溫度(℃)

  90%

  90%

  Tmax-25℃

  <100%

  <100%

  Tmax-25℃

  射頻線圈

  電感

  直流電流(%最大額定值)

  熱點溫度(℃)

  90%

  Tmax-25℃

  <100%

  Tmax-25℃

  電感

  1 概述

  電感元件包括各種線圈和變壓器。電感元件降額的主要參數是工作電流、熱點溫度。

  5.9.2 應用指南

  a) 為防止絕緣擊穿,線圈的繞組電壓應維持在額定值。

  b) 工作在低于其設計頻率范圍的電感元件會產生過熱和可能的磁飽和, 使元件的工作壽命縮短,甚至導致線圈絕緣破壞。

  功率電感器的額定電流有兩種,它們之間的差異是什么呢?

  兩種額定電流

  功率電感器的額定電流有"基于自我溫度上升的額定電流"和"基于電感值的變化率的額定電流"兩種決定方法,分別具有重要的意義。"基于自我溫度上升的額定電流"是以元件的發熱量為指標的額定電流規定,超出該范圍使用時可能會導致元件破損及組件故障。

  與此同時,"基于電感值的變化率的額定電流"是以電感值的下降程度為指標的額定電流規定,超出該范圍使用時可能會由于紋波電流的增加而導致IC控制不穩定。此外,根據電感器的磁路構造的不同,磁飽和的傾向(即電感值的下降傾向)有所不同。圖1是表示不同磁路構造所導致的電感值的變化的示意圖。對于開磁路類型,隨著直流電流的增加,到規定電流值為止呈現比較平坦的電感值,但以規定電流值為境界電感值急劇下降。相反,閉磁路類型隨著直流電流的增加,透磁率的數值逐漸減少,因此電感值緩慢下降。

  功率電感規格書中對額定電流參數僅注明介質的飽和電流Isat值。

  Isat與rms的區別

  Isat與Irms是我們工程人員常常會碰到的技術術語,但因有些客戶的問題,時常將兩者混淆,造成工程技術上的錯誤。Isat與Irms兩者分別表示什么,中文又是指什么? Isat與Irms兩者如何定義,它們與那些因素有關?我們在電感設計時,如何定義?

  Isat:指磁介質的飽和電流,在下圖B-H曲線中,是指磁介質達到Bm對應的Hm所需的DC電流量的大小,對于電感,即電感下降到一定比例后的電流大小,如SRI1207-4R7M產品,電感下跌20%的電流為8.4A,則Isat=8.4A。Isat計算公式如下:

  設截面積為S、長為l,磁導率為μ的鐵環上,繞以緊密的線圈N匝,線圈中通過的電流為I。則依磁路定律:

  Hl/0.4π=NI=0.7958Hl

  對于同一材質及呎吋的鐵芯Hl依B-H曲線進行變化,但在同一斜率下,Hl是不變的,因此:

  N1*I1=Hl/0.4π=N2*I2

  即:

  N1/N2=I2/I1

  Irms:指電感產品的應用額定電流,也稱為溫升電流,即產品應用時,表面達到一定溫度時所對應的DC電流。

  以下是以2520系列中的4.7uH疊層功率電感為例對比說明業界目前對電感器額定電流Irat、飽和電流Isat以及溫升電流Irms標識狀況。

  疊層功率電感(鐵氧體大電流電感)參數比對表

  現狀會誤導工程師選型,產生隱患;

  目前有相當部分疊層功率電感生產廠家對其產品額定電流規格都是沿用傳統信號濾波處理用疊層電感額定電流標準來定義,其根據電感的溫升電流值來定義其額定工作電流。這種情況下產品設計工程師往往會按照傳統功率電感選型經驗并根據供應商電感規格書上定義的額定電流值來衡量其實際電路中的額定工作電流,這樣一來很可能會導致因電感飽和電流低于電路的實際工作電流,會存在如下隱患:

  A). 電感實際工作時因電流過大導致飽和,引起電感量下降幅度過大造成電流紋波超出后級電路最大允許規格范圍造成電路干擾,從而無法正常工作甚至損壞;

  B).電路中實際工作電流超過電感的飽和電流有可能會因電感飽和電感量下降產生機械或電子噪音;

  C).電路中實際工作電流超過電感的飽和電流會導致因電感飽和,其電感量下降引起電源帶負載時輸出電壓&電流不穩定,造成其它單元電路系統死機等不穩定異常情形;

  D).電感額定電流(包括飽和和溫升電流)選擇余量不足會導致其工作時表面溫度過高、整機效率降低、加速電感本身或整機老化使其壽命縮短.

  降額選型時,我們選擇兩個額定電流中小的那個進行降額。

  3 降額準則

  電感元件的熱點溫度額定值與線圈線組的絕緣性能、工作電流、瞬態初始電流及介質

  耐壓有關。

  注:

  1) THS 為額定熱點溫度。

  2)只適用于扼流圈。

  磁珠

  磁珠主要用于EMI差模噪聲抑制,他的直流阻抗很小,在高頻下卻有較高阻抗,一般說的600R是指100MHZ測試頻率下的阻抗值。選擇磁珠應考慮兩方面:一是電路中噪聲干擾的情況,二是需要通過的電流大小。要大概了解噪聲的頻率、強度,不同的磁珠的頻率阻抗曲線是不同的,要選在噪聲中心頻率磁珠阻抗較高的那種。噪聲干擾大的要選阻抗高一點的,但并不是阻抗越高越好,因為阻抗越高DCR也越高,對有用信號的衰減也越大。但一般也沒有很明確的計算和選擇的標準,主要看實際使用的效果,120R-600R之間都很常用。然后要看通過電流大小,如果用在電源線部分則要選額定電流較大的型號,用在信號線部分則一般額定電流要求不高。另外磁珠一般是阻抗越大額定電流越小。

  磁珠的選擇要根據實際情況來進行。比如對于3.3V、300mA電源,要求3.3V不能低于3.0V,那么磁珠的直流電阻DCR就應該小于1R,這種情況一般選擇0.5R,放置參數漂移。對噪聲的抑止能力來說,如果要求對于100MHZ的、300mVpp的噪聲,經過磁珠以后達到50mVpp的水平,假設負載為45歐姆,那么就應該選擇225R@100Mhz,DCR<1R的磁珠

  樓上的,45歐的阻抗是怎么估計出來的?225R又是怎么算出來的?

  (45ohm/50mV)*250mV=225ohm

  首先你要知道你要濾除的噪聲的頻段,然后選一個在該頻段選一個合適的阻抗(實際的可以通過仿真得出大概要多大,仿真模型可以向廠商要),第二步確定該電路通過的最大電流,電路流過的電流確定了也意味著你要選多大額定電流的磁珠,接下來是確定磁珠的DCR(直流阻抗),根據后一級電路電壓供電的范圍就能算出允許的磁珠的DCR的范圍。封裝的話自己看著辦了。最后提醒一下啊,磁珠的阻抗在你加電壓后和規格書上的有點差別

  要正確的選擇磁珠,必須注意以下幾點:

  1、不需要的信號的頻率范圍為多少;

  2、噪聲源是誰;

  3、需要多大的噪聲衰減;

  4、環境條件是什么(溫度,直流電壓,結構強度);

  5、電路和負載阻抗是多少;

  6、是否有空間在PCB板上放置磁珠;前三條通過觀察廠家提供的阻抗頻率曲線就可以判斷。

  在阻抗曲線中三條曲線都非常重要,即電阻,感抗和總阻抗??傋杩雇ㄟ^ZR22πfL()2+:=fL來描述。典型的阻抗曲線如下圖所示:通過這一曲線,選擇在希望衰減噪聲的頻率范圍內具有最大阻抗而在低頻和直流下信號衰減盡量小的磁珠型號。片式磁珠在過大的直流電壓下,阻抗特性會受到影響,另外,如果工作溫升過高,或者外部磁場過大,磁珠的阻抗都會受到不利的影響。使用片式磁珠和片式電感的原因:是使用片式磁珠還是片式電感主要還在于應用。在諧振電路中需要使用片式電感。而需要消除不需要的EMI噪聲時,使用片式磁珠是最佳的選擇。片式磁珠和片式電感的應用場合:片式電感:射頻(RF)和無線通訊,信息技術設備,雷達檢波器,汽車電子,蜂窩電話,尋呼機,音頻設備,PDAs(個人數字助理),無線遙控系統以及低壓供電模塊等。片式磁珠:時鐘發生電路,模擬電路和數字電路之間的濾波,I/O輸入/輸出內部連接器(比如串口,并口,鍵盤,鼠標,長途電信,本地局域網),射頻(RF)電路和易受干擾的邏輯設備之間,供電電路中濾除高頻傳導干擾,計算機,打印機,錄像機(VCRS),電視系統和手提電話中的EMI噪聲抑止。在產品數字電路EMC設計過程中,我們常常會使用到磁珠,那么磁珠濾波的原理以及如何使用呢?

  鐵氧體材料是鐵鎂合金或鐵鎳合金,這種材料具有很高的導磁率,他可以是電感的線圈繞組之間在高頻高阻的情況下產生的電容最小。鐵氧體材料通常在高頻情況下應用,因為在低頻時他們主要程電感特性,使得線上的損耗很小。在高頻情況下,他們主要呈電抗特性比并且隨頻率改變。實際應用中,鐵氧體材料是作為射頻電路的高頻衰減器使用的。實際上,鐵氧體較好的等效于電阻以及電感的并聯,低頻下電阻被電感短路,高頻下電感阻抗變得相當高,以至于電流全部通過電阻。鐵氧體是一個消耗裝置,高頻能量在上面轉化為熱能,這是由他的電阻特性決定的。

  鐵氧體磁珠與普通的電感相比具有更好的高頻濾波特性。鐵氧體在高頻時呈現電阻性,相當于品質因數很低的電感器,所以能在相當寬的頻率范圍內保持較高的阻抗,從而提高高頻濾波效能。

  在低頻段,阻抗由電感的感抗構成,低頻時R很小,磁芯的磁導率較高,因此電感量較大,L起主要作用,電磁干擾被反射而受到抑制;并且這時磁芯的損耗較小,整個器件是一個低損耗、高Q特性的電感,這種電感容易造成諧振因此在低頻段,有時可能出現使用鐵氧體磁珠后干擾增強的現象。

  在高頻段,阻抗由電阻成分構成,隨著頻率升高,磁芯的磁導率降低,導致電感的電感量減小,感抗成分減小 但是,這時磁芯的損耗增加,電阻成分增加,導致總的阻抗增加,當高頻信號通過鐵氧體時,電磁干擾被吸收并轉換成熱能的形式耗散掉。

  鐵氧體抑制元件廣泛應用于印制電路板、電源線和數據線上。如在印制板的電源線入口端加上鐵氧體抑制元件,就可以濾除高頻干擾。鐵氧體磁環或磁珠專用于抑制信號線、電源線上的高頻干擾和尖峰干擾,它也具有吸收靜電放電脈沖干擾的能力。

  使用片式磁珠還是片式電感主要還在于實際應用場合。在諧振電路中需要使用片式電感。而需要消除不需要的EMI噪聲時,使用片式磁珠是最佳的選擇。片式磁珠和片式電感的應用場合:片式電感:射頻(RF)和無線通訊,信息技術設備,雷達檢波器,汽車電子,蜂窩電話,尋呼機,音頻設備,,無線遙控系統以及低壓供電模塊等。片式磁珠:時鐘發生電路,模擬電路和數字電路之間的濾波,I/O輸入/輸出內部連接器(比如串口,并口,鍵盤,鼠標,長途電信,本地局域網),射頻(RF)電路和易受干擾的邏輯設備之間,供電電路中濾除高頻傳導干擾,計算機,打印機,錄像機(VCRS),電視系統和手提電話中的EMI噪聲抑止。

  磁珠的單位是歐姆,因為磁珠的單位是按照它在某一頻率產生的阻抗來標稱的,阻抗的單位也是歐姆。磁珠的DATASHEET上一般會提供頻率和阻抗的特性曲線圖,一般以100MHz為標準,比如是在100MHz頻率的時候磁珠的阻抗相當于1000歐姆。針對我們所要濾波的頻段需要選取磁珠阻抗越大越好,通常情況下選取600歐姆阻抗以上的。

  另外選擇磁珠時需要注意磁珠的通流量,一般需要降額80%處理,用在電源電路時要考慮直流阻抗對壓降影響。

  電容的降額規范

  非固體鋁電解電容器降額規范

  器件應力考核點:正向電壓(浪涌電壓);反向電壓;紋波電流;預期壽命

  1 器件簡述

  非固體鋁電解電容器的工作介質是在金屬鋁極箔表面用電解法生成的一層金屬氧化物──三氧化二鋁(Al2O3),之所以稱為非固體,是因為鋁電容器的負極是由液體(也稱作電解液)充當的。鋁電解電容器的結構圖如下:

  鋁電解電容器結構圖

  從結構圖可以看到,電容器的芯子是由一層正極箔,一層間隔紙(電解液就浸在間隔紙上,故也稱作電解紙),一層負極箔,再一層間隔紙卷繞而成,正負極箔分別鉚接上引線以連接到電路中。電容器芯子用鋁外殼和橡膠塞密封后,再套上熱縮套管,就構成了完整的電容器,熱縮套管上已印刷了用以識別電容器的商標、額定電壓、標準容量、容量誤差、工作溫度、廠家型號、負極標志等內容。

  鋁電解電容器在電路中主要起濾波、隔直、穩壓的作用,實際制造出來的電容器在電路中使用時并不是理想的元件,含有ESR和ESL,其等效電路圖如下:

  ESR的存在是電容器工作時發熱的最主要原因,它不但決定了流過電容器的紋波電流的大小,更是影響電容器實際使用壽命的重要因素。鋁電解電容器的芯子是卷繞而成的,所以有ESL的存在,它決定了鋁電解電容器工作頻率不能太高,否則就沒有濾波效果,鋁電解的工作頻率一般在幾十Hz~~100KHz。鋁電解電容器是有極性的,在應用時絕不能反接。

  2 器件常見失效模式及降額點選取說明

  相對于其它阻容器件來講,鋁電解電容器因含有液體作負極材料,所以失效率相對較高,且有嚴格的壽命要求,這在設計選型時需考慮。鋁電解常見的失效模式有:短路,開路,電參數性能劣化,防爆閥開裂,漏液。

  從鋁電解電容器應用過程中的失效原因看,主要有以下三種:

  ◆電應力引起的失效:

  ·過電壓:電介質擊穿,嚴重時會起火。

  ·反壓現象:嚴重時會爆炸起火。

  ·紋波電流過大:內部溫升過高,介質遭到破壞,電解液干涸,壽命縮短。

  ◆ 熱應力引起的失效

  ·過高的環境溫度,導致材料性能的蛻化或劣化,電解液揮發,壽命縮短。

  ·不適當的焊接熱沖擊。

  ◆ 機械應力引起的失效

  ·引腳間距與PCB板間距不匹配造成外應力損傷。

  ·沖擊和震動造成的機械應力損傷。

  ·單板加工時電容內部受傷。

  綜上所述,對鋁電解電容器降額考核點主要有4個方面:正向電壓(浪涌電壓);反向電壓;紋波電流;預期壽命。

  3  器件應力限制

  3.1  正向電壓;浪涌電壓

  在I、II工作區最壞應力情況下,正向電壓(I區),浪涌電壓(II區)降額必須滿足下表:

  應力考核點

  產品工作區

  B級產品

  A級產品

  正向電壓

  I工作區最壞情況

  90%

  90%

  浪涌電壓

  II工作區最壞情況

  100%

  100%

  說明:1. 對于450V電壓檔次的鋁電解,考慮到電壓選型及成本、尺寸問題,在應用于PFC電路時,I工作區電壓降額允許95%。

  2. 計算電容器壽命時,應考核工作電壓對壽命的影響,電壓降額對壽命的影響系數如下:

  電壓降額

  KVOLTAGE

  > 90%

  0.8

  90%~80%

  0.9

  < 80%

  1

  壽命計算的具體方法見附件:《非固體鋁電解電容器應力降額操作指導書》。

  3.2 反向電壓

  在I、II工作區最壞應力情況下,施加在鋁電解電容兩端的反向電壓必須滿足下表:

  應力考核點

  產品工作區

  B級產品

  A極產品

  反向電壓

  I工作區最壞情況

  不允許施加反向電壓

  II工作區最壞情況

  ≤0.5V

  3.3  紋波電流

  允許實際工作紋波電流值超過手冊規定的額定值,但必須限制在下表規定的范圍內,同時應考核紋波電流對壽命的影響。即在滿足壽命的前提下,允許紋波電流超過額定值使用。具體規定見下表:

  應用場合

  電容器分類

  應力考核點

  產品工作區

  B級產品

  A級產品

  濾波

  SCREW-TYPE

  紋波電流

  I工作區

  最壞情況

  220%額定值

  200%額定值

  SNAP-IN 105℃

  220%額定值

  200%額定值

  SNAP-IN  85℃

  200%額定值

  180%額定值

  RADIAL-LEAD

  150%額定值

  130%額定值

  其它場合

  100%額定值

  100%額定值

  說明:1.紋波電流額定值,是指廠家手冊中規定的電容在最高工作環境溫度下,頻率為120Hz時的紋波電流有效值,如實際應用中有多個頻率下的紋波電流,可轉換成120Hz下的等效值。

  2.在實際考核紋波電流時,如果:

  2.2倍額定紋波電流≥實測紋波電流≥額定紋波電流, 加上有其它發熱器件或強迫風冷影響,不能僅以紋波電流來計算溫升,需測試電容器的芯子溫升來考核電容器的壽命。

  3.如果有多個電容器并聯使用,測試應力最嚴重的那個電容的紋波電流作為考核依據。

  3.4 預期壽命

  當設備在規定的最高工作環境溫度下滿載運行,同時滿足其他正常條件下(如按手冊規定的安裝方式、正常的輸入、輸出范圍等),鋁電解電容的預期壽命必須大于下列值:

  應力考核點

  B級產品

  A級產品

  I區最壞情況預期壽命

  ≥1年

  ≥2年

  額定情況預期壽命

  ≥產品規格書規定值

  注:1年=8760小時

  鋁電解電容的預期壽命主要與電容的工作環境溫度、紋波電流(紋波電流發熱引起的溫升)以及工作電壓有關。

  鉭電容降額規范

  MnO2鉭電容

  耐壓

  穩態

  50%

  瞬態

  55%

  環境溫度

  穩態

  ≤Tmax-20℃

  瞬態

  反向電壓

  穩態

  禁止

  瞬態

  ≤2%額定電壓

  電壓變化率

  穩態

  ≤15V/ms

  瞬態

  紋波電路

  環境溫度<85℃

  100%

  環境溫度<95℃

  80%

  環境溫度<105℃

  60%

  Polymer鉭電容

  耐壓(額定小于10V)

  穩態

  85%

  瞬態

  90%

  耐壓(額定10~25V)

  穩態

  70%

  瞬態

  80%

  耐壓(額定25以上)

  穩態

  60%

  瞬態

  80%

  環境溫度

  穩態

  ≤Tmax-10℃

  瞬態

  ≤Tmax

  反向電壓

  穩態

  禁止

  瞬態

  ≤2%額定電壓

  電壓變化率

  穩態

  ≤15V/ms

  瞬態

  紋波電路

  環境溫度<85℃

  100%

  環境溫度<95℃

  85%

  環境溫度<105℃

  70%

  電容類型

  降額參數

  電壓(%最大額定值)

  最高溫度(℃)

  反向電壓

  嚴酷

  一般

  嚴酷

  一般

  固定紙/塑料薄膜

  60%

  70%

  Tmax-10℃

  Tmax-10℃

  固定金屬化薄膜

  60%

  70%

  Tmax-10℃

  Tmax-10℃

  固定陶瓷型

  60%

  70%

  Tmax-10℃

  Tmax-10℃

  固定鋁電解電容

  70%

  80%

  Tmax-20℃

  Tmax-20℃

  可變電容器

  60%

  70%

  Tmax-10℃

  Tmax-10℃

  降額設計是使電子元器件的工作應力適當低于其規定的額定值,從而達到降低基本故障率,保證系統可靠性的目的。降額設計是電子產品可靠性設計中的最常用的方法。

  不同的電子元器件所要考慮的應力因素是不一樣的,有的是電壓,有的是電流,有的是溫度,有的是頻率,有的是振動等等。

  對電容的耐壓及頻率特性,電阻的功率,電感的電流及頻率特性,二極管、三極管、可控硅、運放、驅動器、門電路等器件的結電流、結溫或扇出系數,電源的開關和主供電源線纜的耐電壓/電流和耐溫性能,信號線纜的頻率特性,還有散熱器、接插件、模塊電源等器件的使用要求進行降額設計。通常,根據降額幅度的大小可分為一、二、三級降額,一級降額((實際承受應力)/(器件額定應力) < 50%的降額)在技術設計上最容易實現,降額的效果也最好,但存在成本過高的問題;二級降額(70%左右的降額)在技術設計上也比較容易實現,降額的效果也很好,并且成本適中;三級降額在技術實現上要仔細推敲,必要時要通過系統設計采取一些補償措施,才能保證降額效果的實現,有一定難度,但三級降額的成本最低。一般說來,建議使用二級降額設計方法,在保證降額設計取得良好效果的同時,技術實現難度和成本都適中。對于涉及到頻率特性的器件的降額要謹慎處理。

  第一部分,我們已經發布了電阻、電容、電感的降額規范;第二部分,包含:二極管、三極管、MOS管、光電半導體(發光二極管)

  二極管降額規范

  二極管按功能可分為普通、開關、穩壓等類型二極管;按工作頻率可分為低頻、高頻

  二極管;按耗散功率(或電流)可分為小功率(小電流)大功率(大電流)二極管。所有

  二極管需要降額的參數是基本相同的。

  高溫是對二極管破壞性最強的應力,所以對二極管的功率和結溫必須進行降額;電壓

  擊穿是導致二極管失效的另一主要因素,所以二極管的電壓也需降額。

  器件

  降額參數

  降額-穩態

  降額-瞬態

  快速恢復二極管

  快速整流二極管

  肖特基二極管

  開關二極管

  橋堆

  正向電流IF

  90%

  90%

  非重復正向浪涌電流IFSM

  60%

  60%

  反向電壓VR

  80%

  90%

  PIN

  變容二極管

  功率

  90%

  90%

  反向電壓VR

  80%

  90%

  穩壓二極管

  功率

  90%

  90%

  二極管最高結溫的降額,根據二極管相關詳細規范給出的最高結溫T jmax而定,降額后的最高結溫見表

  注:

  1、所有降額是在結溫降額滿足的情況下的要求。

  2、參數額定值需要從datasheet中查詢

  3、如果參數額定值與溫度、時間無關,可直接降額

  4、如果參數額定值與溫度有關,則選取結溫最高時的參數進行降額

  5、如果與時間有關,則通過查找datasheet對應的時間和溫度曲線,根據實際情況進行降額。

  三極管MOS管降額規范

  1 概述

  晶體管按結構可分為雙極型晶體管、場效應晶體管、單結晶體管等類型;按工作頻率可分為低頻晶體管和高頻晶體管;按耗散功率可分為小功率晶體管和大功率晶體管(簡稱功率晶體管)。所有晶體管的降額參數是基本相同的,它們是電壓、電流和功率。但對MOS 型場效應晶體管、功率晶體管的降額又有特殊的要求。

  高溫是對晶體管破壞性最強的應力,因此晶體管的功耗和結溫須進行降額;電壓擊穿是導致晶體管失效的另一主要因素,所以其電壓須降額。功率晶體管有二次擊穿的現象,因此要對它的安全工作區進行降額。

  2、注意事項

  1 功率晶體管在遭受由于多次開關過程所致的溫度變化沖擊后會產生“熱疲勞”失效。使用時要根據功率晶體管的相關詳細規范要求限制殼溫的最大變化值。

  2 預計的瞬間電壓峰值和工作電壓峰值之和不得超過降額電壓的限定值。

  3 為保證電路長期可靠的工作,設計應允許晶體管主要參數的設計容差為:

  電流放大系數:±15%(適用于已經篩選的晶體管)±30%(適用于未經篩選的晶體管)

  漏電流: +200%

  開關時間: +20%

  飽和壓降: +15%

  器件

  降額參數

  降額-穩態

  降額-瞬態

  三極管

  功率

  90%

  90%

  擊穿電壓VCE、VEB、VCB

  80%

  90%

  最大結溫

  MOS管

  柵源電壓VGSmax

  85%

  85%

  Vds平臺電壓

  80%

  90%

  Vds尖峰電壓

  95%

  100%

  漏極電流ID

  有效值70%

  有效值70%

  晶體管最高結溫的降額。

  晶體管最高結溫的降額,根據晶體管相關詳細規范給出的最高結溫Tjmax而定,降額后的最高結溫見表

  功率晶體管安全工作區的降額

  半導體光電器件降額規范

  1 概述

  半導體光電器件主要有三類:發光、光敏器件或兩者的結合。發光類器件主要有發光

  二極管、發光數碼管;光敏類器件有光敏二極管、光敏三極管;常用的光電組合器件是光

  電耦合器,它由發光二極管和光敏三極管組成。

  高結溫和結點高電壓是半導體光電器件主要的破壞性應力,結溫受結點電流或功率的

  影響,所以對半導體光電器件的結溫、電流或功率均需進行降額。

  2 應用指南

  1)發光二極管驅動電路必須限制電流,通常用一個串聯的電阻來實現。

  2)一般不應采用經半波或全波整流的交流正弦波電流作為發光二極管的驅動電流。

  如果確要使用,則不允許其電流峰值超過發光二極管的最大直流允許值。

  3)在整個壽命期內,驅動電路應允許光電耦合器電流傳輸比在降低 15%的情況下仍

  能正常工作。

  3 降額準則

  半導體光電器件電壓、電流見表。其中:

  a) 電壓從額定值降額;

  b) 電流從額定值降額;

  最高結溫降額根據光電器件相關詳細規范給出的最高結溫 T jmax 而定。

  TVS器件降額規范     器件應力考核點:最大吸收電流IPM,最大吸收功率PPM,TVS平均功率PAV,鉗位電壓VC,

  被保護器件最大耐壓VRA

  1  產品保修期等級及產品I、II工作區、產品額定工作點簡要說明

  產品保修期等級:分為A、B兩個等級,A級指保修期為2~3年,B級指保修期為1~2年。

  I、II工作區:

  產品的I工作區指產品“正?!惫ぷ鲄^域,即產品手冊所規定的輸入/輸出(環境溫度/電壓/電流/功率等)所允許變化的區域,是器件長期工作的區域。該區中的存在某一點(或區域),對應器件某項參數的最大應力,稱為I區該項應力的最壞情況;

  II工作區指產品“異?!惫ぷ鲄^域,即在開/關機、輸入過/欠壓保護、輸出過壓/過流保護、輸入/負載跳變、風扇故障停轉等“異?!惫ぷ髑闆r器件短時間工作區域。在該區域中的某一點對應器件某項參數的最大應力,稱為II區該項應力最壞情況。

  2  器件應力限制

  2.1  TVS最大吸收電流IPM

  在正常使用條件及最壞應力情況下,TVS吸收的最大吸收電流降額必須滿足下表:

  應力參考點

  產品工作區域

  B 級產品

  A 級產品

  最大吸收電流IPM

  I、II工作區最壞情況

 ?。?0%相應殼溫下的最大脈沖電流IP(TAU)

 ?。?5%相應殼溫下的最大脈沖電流IP(TAU)

  上表中IP(TAU)為TVS的最大峰值電流對應實際殼溫下的溫度降額值,

  當殼溫TAU≤25℃時:

  IP(TAU)=IPPM                      IPPM為手冊中規定TAU=25℃時的峰值電流

  當殼溫TA>25℃時:

  IP(TAU)=IPPM×[(TJM-TA)/(TJM-25)]

  TVS吸收電流降額值:DIP=IPM/IP(TAU)*100%

  如TVS器件并聯使用,則電流降額在上述基礎上,再降額10%。

  2.2  TVS最大吸收功率PPM

  在正常使用條件及最壞應力情況下,TVS吸收的瞬時最大功率與額定功率的降額必須滿足下表:

  應力參考點

  產品工作區域

  B 級產品

  A 級產品

  最大吸收功率PPM

  I、II工作區最壞情況

 ?。?0%相應殼溫下的最大功率PP(TAU)

 ?。?0%相應殼溫下的最大功率PP(TAU)

  上表中PP(TAU)為TVS的額定峰值功率對應實際殼溫TAU下的最大允許功率,

  當殼溫TAU≤25℃時:

  PP(TAU)=PPPM                  PPPM為手冊中規定TAU=25℃時的峰值吸收功率

  當殼溫TAU>25℃時:

  PP(TAU)=PPPM*[(TJM -TAU)/(TJM -25)]

  TVS吸收功率降額值:DP=PPM/PP(TAU)*100%

  如TVS串聯或并聯使用,則功率降額在上述降額的基礎上,再降額10%。

  2.3  TVS平均功率PAV

  如TVS工作在連續狀態或連續脈沖狀態,則功率降額如下:

  應力參考點

  產品工作區域

  B 級產品

  A 級產品

  連續功耗PAV

  I、II工作區最壞情況

 ?。?0%相應殼溫下的最大平均功率PM(TAU)

 ?。?0%相應殼溫下的最大平均功率PM(TAU)

  上表中PM(TAU)為TVS的最大平均功率對應實際殼溫TAU下的溫度降額值,

  當殼溫TAU≤25℃時:

  PM(TAU)=PM(AV)              PM(AV)為手冊中規定TAU=25℃時的額定平均功率

  當殼溫TAU>25℃時:

  PM(TAU)=PM(AV)*[(TJM -TAU)/(TJM -25)]

  TVS平均功率降額值:DPA=PAV/PM(TAU)*100%

  2.4 TVS鉗位電壓VC

  TVS在實際電路中的鉗位電壓可以直接測出,也可以根據TVS吸收的電流計算得出:

  VC=VBR+(VCM-VBR)* IPM/IPPM

  VCM為TVS額定吸收電流條件下的鉗位電壓,VBR為TVS擊穿電壓,IPPM為額定吸收電流,IPM為實際吸收的最大電流。

  2.5 被保護器件最大耐壓VRA

  在正常使用及最壞應力情況下,被保護器件的最大耐壓VRA應大于TVS的鉗位電壓,TVS的鉗位電壓與被保護器件的最大耐壓的降額關系必須滿足下表:


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