功放器件降額設(shè)計(jì)規(guī)范培訓(xùn)

1、功放器件降額設(shè)計(jì)規(guī)范,目錄,器件可靠性降額的概念,1、電子產(chǎn)品的降額設(shè)計(jì)： 就是使元器件或設(shè)備在使用中所承受的應(yīng)力（電、熱、和機(jī)械應(yīng)力等） 低 用中所承受的應(yīng)力（電、熱、和機(jī)械應(yīng)力等）低于其額定值的方法。 2、降額設(shè)計(jì)的目的： 通過限制元器件所承受的應(yīng)力，使元器件在低于額定值情況下工作，降低元器件失效率，提高使用可靠性； 若元器件一直工作在額定應(yīng)力值下，其性能退化速率較快，因此降額使用有利于延緩和減小性能退化； 使得設(shè)計(jì)具有一定安全余量，提高系統(tǒng)的可靠性。,一、器件可靠性降額的概念,器件可靠性降額的概念,3、降額等級(jí)要求： 級(jí)降額 ：級(jí)是最大的降額，適用于設(shè)備故障將會(huì)危及安全，導(dǎo)致任務(wù)失敗和造

2、成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失情況時(shí)的降額設(shè)計(jì)。它是保證設(shè)備可靠性所必須的最大降額。若采用比它還大的降額，不但設(shè)備的可靠性不會(huì)再增長多少，而且設(shè)計(jì)上是難以接受的。 級(jí)降額：級(jí)降額是中等降額，適用于設(shè)備故障將會(huì)使工作任務(wù)降級(jí)和發(fā)生不合理的維修費(fèi)用情況的設(shè)備設(shè)計(jì)。這級(jí)降額仍在降低工作應(yīng)力可對(duì)設(shè)備可靠性增長有明顯作用的范圍內(nèi)，它比級(jí)降額易于實(shí)現(xiàn)。 級(jí)降額：級(jí)降額是最小的降額，適用于設(shè)備故障只對(duì)任務(wù)完成有小的影響和可經(jīng)濟(jì)的修復(fù)設(shè)備的情況。這級(jí)降額可靠性增度效果最大，設(shè)計(jì)上也不會(huì)有什么困難。,一、器件可靠性降額的概念,降額設(shè)計(jì)的基本方法：,1、修改電路設(shè)計(jì)（裕度設(shè)計(jì)、熱設(shè)計(jì)）使元器件所承受的應(yīng)力降低 需要整體考慮、綜合

3、權(quán)衡； 恰當(dāng)?shù)剡x用元器件品種、規(guī)格使得所選元器件的額定值高于工作中要承受的應(yīng)力需要考慮費(fèi)用、尺寸、重量的約束。 2、根據(jù)可靠性預(yù)計(jì)手冊(cè)的計(jì)算公式,一、器件可靠性降額的概念,p=b *Q *T *E 失效數(shù)/1000000小時(shí),式中各個(gè)參數(shù)含義如下： - 失效率。指元器件在實(shí)際運(yùn)用狀態(tài)下工作時(shí)的失效率，也稱為現(xiàn)場失效率。 b - 基本失效率；指元器件在額定條件下工作時(shí)的失效率，也稱為額定失效率或通用失效率。 Q - 質(zhì)量系數(shù)； T - 溫度應(yīng)力系數(shù)；T=exp-19251/（TJunction+273）-1/298 E - 環(huán)境系數(shù)。,降額設(shè)計(jì)的基本方法：,一、器件可靠性降額的概念,3、降額設(shè)計(jì)

4、的工作內(nèi)容： 是要確定設(shè)備元器件應(yīng)采用的降額等級(jí)、降額參數(shù)和降額因子。 降額等級(jí)表示設(shè)備中元器件降額的不同范圍； 降額參數(shù)是指設(shè)備中影響元器件失效率的元器件應(yīng)力參數(shù)和環(huán)境應(yīng)力參數(shù)； 降額因子(降額系數(shù))是指元器件工作應(yīng)力與額定應(yīng)力之比，一般用符號(hào)S來表示。,4、各類電子元器件都有最佳的降額范圍（參見GJB/Z35），在此范圍內(nèi)工作應(yīng)力 的變化對(duì)其失效率有明顯的影響，在設(shè)計(jì)上也較容易實(shí)現(xiàn)，且不會(huì)在設(shè)備體積、重量方面付出過大代價(jià)。 5、元器件的降額量值允許做適量調(diào)整，但對(duì)關(guān)鍵元器件要保證規(guī)定的降額量值。,降額設(shè)計(jì)的基本方法：,一、器件可靠性降額的概念,6、降額設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)： 不能過度降額：過度的降

5、額會(huì)使效益下降，系統(tǒng)(設(shè)備)重量、體積和成本增加，有時(shí)還會(huì)使某些元器件重量、體積和成本增加，有時(shí)還會(huì)使某些元器件工作不正常。如大功率晶體管在小電流下，會(huì)大大降低放大系數(shù)且參數(shù)穩(wěn)定性降低。 不能采用降額補(bǔ)償?shù)姆椒ń鉀Q低質(zhì)量元器件的使用問題； 不能不降額設(shè)計(jì)：由于采用了高質(zhì)量等級(jí)的元器件，而不進(jìn)行降額設(shè)計(jì)； 不應(yīng)將相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)所推薦的降額量值絕對(duì)化，降額是多方面因素綜合分析的結(jié)果。,二、器件的關(guān)鍵降額參數(shù),關(guān)鍵降額參數(shù)：,二、器件的關(guān)鍵降額參數(shù),關(guān)鍵降額參數(shù)：,降額因子與應(yīng)力比關(guān)系：,一、器件可靠性降額的概念,上述各類元器件的關(guān)鍵降額參數(shù)，可以用作可靠性預(yù)計(jì)中元器件應(yīng)力分析法的應(yīng)力比參數(shù)； 降額因子的

6、選取有一個(gè)最佳范圍，一般應(yīng)力比0.50.9。這個(gè)范圍內(nèi)，基本失效率下降很多，但是一旦超出這個(gè)范圍，元器件失效率的下降很小； 隨降額因子的變化，元器件失效率相應(yīng)變化。當(dāng)降額因子從0.9變化到變化到0.1時(shí)，基本失效率是連續(xù)下降的。對(duì)于相同應(yīng)力比S，工作環(huán)境溫度的下降也可以使基本失效率降下來。,關(guān)鍵器件參數(shù)降額要求：,三、功放關(guān)鍵器件降額設(shè)計(jì)要求,電阻器 降額主要應(yīng)力參數(shù)是熱點(diǎn)溫度(功耗溫度和環(huán)境溫度)； 電壓高會(huì)影響電阻體失效； 金屬膜電阻器和線繞電阻器在低氣壓條件下工作，要作進(jìn)一步降額； 合成型電阻器在潮濕環(huán)境下使用不宜過度降額，否則潮氣不能揮發(fā)將可能使電阻器變質(zhì)失效； 主要降額參數(shù)是功率和環(huán)

7、境溫度。,關(guān)鍵器件參數(shù)降額要求：,三、功放關(guān)鍵器件降額設(shè)計(jì)要求,電阻器,貼片電阻的封裝與功率、電壓關(guān)系如下表：,關(guān)鍵器件參數(shù)降額要求：,三、功放關(guān)鍵器件降額設(shè)計(jì)要求,電阻器,注：電壓=功率x電阻值(P=V2/R) 或最大工作電壓兩者中的較小值,圖1 (-55+125)功率及環(huán)境溫度降額曲線圖,關(guān)鍵器件參數(shù)降額要求：,三、功放關(guān)鍵器件降額設(shè)計(jì)要求,電阻器,注：電壓=功率x電阻值(P=V2/R) 或最大工作電壓兩者中的較小值,注意事項(xiàng)： 1)設(shè)計(jì)和使用貼片電阻 時(shí)，最大功率不能超過其額定功率，否則會(huì)降低其可靠性。 2)一般按額定功率的 70%降額設(shè)計(jì)使用。 3)也不能超過其最大工 作電壓，否則有擊

8、穿的危險(xiǎn)。 4)一般按最高工作電壓 的75%降額設(shè)計(jì)使用。 5)當(dāng)環(huán)境溫度超過 70C，必須按照降額曲線圖(圖1)降額使用。,關(guān)鍵器件參數(shù)降額要求：,三、功放關(guān)鍵器件降額設(shè)計(jì)要求,電容器 電壓影響電容器壽命，越接近額定電壓時(shí)影響越大； 降額的直流電壓值=直流電壓+交流峰值電壓；電壓與壽命有五次冪關(guān)系，電壓減一半，壽命可增至32倍； 環(huán)境溫度影響電容器的使用壽命、電容量、絕緣電阻、介電強(qiáng)度和器件的密封等。電容器溫度=環(huán)境溫度+交流負(fù)載引起外殼溫升。在某溫度范圍內(nèi)，電容器溫度降低電容器溫度降低10，元件壽命增加1倍； 主要降額參數(shù)是直流電壓值和環(huán)境溫度。,關(guān)鍵器件參數(shù)降額要求：,三、功放關(guān)鍵器件降

9、額設(shè)計(jì)要求,電容器,鉭電容：1、常溫電壓降額50%，惡劣場景下，65度左右要降低到30%，但不能為了降額而選擇高壓及大容量鉭電容（額定電壓大于25V或容量大于100UF）；2、不能用于電流變化過大的場合；3、多電容并聯(lián)個(gè)數(shù)不要太多，并聯(lián)個(gè)數(shù)要少于30個(gè)，如果超過需要電感等器件隔離；太多鉭電容并聯(lián)會(huì)導(dǎo)致回路阻抗太低，一旦有電壓波動(dòng)，di/dt很大，影響鉭電容內(nèi)部絕緣介質(zhì)修復(fù)，導(dǎo)致短路失效；溫度降額，Tmax-20度； 鋁電容：1）使用電壓至少降額至額定電壓的80%；2）不用用于極低溫場景，如低于-25度環(huán)境；溫度降額，Tmax-20度； 陶瓷電容：降額80%；溫度降額，Tmax-10度；,關(guān)鍵器

10、件參數(shù)降額要求：,三、功放關(guān)鍵器件降額設(shè)計(jì)要求,電容器的幾個(gè)案例 鉭電容降額 陶瓷電容開裂 電解電容壽命,關(guān)鍵器件參數(shù)降額要求：,三、功放關(guān)鍵器件降額設(shè)計(jì)要求,電感器 對(duì)電感元件工作可靠性影響主要應(yīng)力參數(shù)是它的熱點(diǎn)溫度。熱點(diǎn)溫度是與電感元件繞組的絕緣性能、工作電流、瞬態(tài)沖擊電流和介質(zhì)耐壓有關(guān)，故對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行降額； 電感元件一般電壓和工作頻率是固定的，不能對(duì)它們降額來提高可靠性，否則影響性能。 為防止絕緣擊穿，除扼流圈外，繞阻額定電壓不能降額； 主要降額參數(shù)是熱點(diǎn)溫度、工作電流、瞬態(tài)電壓/電流、介質(zhì)耐壓和額定電壓。,關(guān)鍵器件參數(shù)降額要求：,三、功放關(guān)鍵器件降額設(shè)計(jì)要求,電感器 溫度降額，貼片型

11、長期工作溫度不超過30度，插裝型不超過40度； 電流降額推薦80%；電感存在直流電阻（DCR），在低壓大電流濾波電路中，應(yīng)保證電感上的壓降不影響后端器件的正常工作；,磁珠 耗能元件，在低頻下，磁珠只有很小的直流阻抗，隨頻率增加，阻抗迅速增加，100MHz左右通常最大，表現(xiàn)為對(duì)高頻信號(hào)的強(qiáng)烈吸收并轉(zhuǎn)化為熱能，因此磁珠主要用于高頻濾波、EMI抑制，電流降額至額定電流的90%；,關(guān)鍵器件參數(shù)降額要求：,三、功放關(guān)鍵器件降額設(shè)計(jì)要求,機(jī)械開關(guān) 開關(guān)觸點(diǎn)通過的電流情況，會(huì)嚴(yán)重影響長期工作的開關(guān)的接觸可靠性； 開關(guān)通過電壓大小，主要影響開關(guān)的絕緣； 開關(guān)觸點(diǎn)可并聯(lián)工作，但不要通過觸點(diǎn)并聯(lián)作為降額辦法； 開

12、關(guān)降額參數(shù)是觸點(diǎn)電流、電壓和功率。,關(guān)鍵器件參數(shù)降額要求：,三、功放關(guān)鍵器件降額設(shè)計(jì)要求,集成IC 大規(guī)模集成電路由于其功能和結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，器件內(nèi)部參數(shù)允許變化小，因此降額應(yīng)著重于改進(jìn)封裝散熱方式，以降低器件的結(jié)溫； 在保證器件正常工作下，應(yīng)盡可能降低輸入電平、輸出電流和工作頻率； 降額參數(shù)是結(jié)溫。,關(guān)鍵器件參數(shù)降額要求：,三、功放關(guān)鍵器件降額設(shè)計(jì)要求,晶振：應(yīng)用環(huán)境優(yōu)于器件宣稱工作極限溫度10度，如器件宣稱工作溫度070度，實(shí)際應(yīng)用環(huán)境應(yīng)該為1060度；,雙極型普通三極管：,關(guān)鍵器件參數(shù)降額要求：,三、功放關(guān)鍵器件降額設(shè)計(jì)要求,場效應(yīng)管：,關(guān)鍵器件參數(shù)降額要求：電源電路器件,三、功放關(guān)鍵器件降

13、額設(shè)計(jì)要求,1）輸出電流較大時(shí)選擇多相的同步整流的開關(guān)芯片；,2）ESR是影響紋波的主要影響因素，電容ESR應(yīng)盡量?。?關(guān)鍵器件參數(shù)降額要求：電源電路器件,三、功放關(guān)鍵器件降額設(shè)計(jì)要求,4）開關(guān)管選用Rds on和寄生電容小的MOS管降額，Vgs 90% ，Vds 80%；,3）二極管選擇正向壓降小、反向恢復(fù)時(shí)間短的肖特基管；,關(guān)鍵器件參數(shù)降額要求：,三、功放關(guān)鍵器件降額設(shè)計(jì)要求,半導(dǎo)體光電器件:,半導(dǎo)體光電器件主要有三類：發(fā)光、光敏器件或兩者的組合。發(fā)光類器件主要有發(fā)光二極管、發(fā)光數(shù)碼管；光敏類器件有光敏二極管、光敏三極管；常有的光電組合器件是光電耦合器，它由發(fā)光二極管和光敏三極管組成。 高

14、結(jié)溫和結(jié)點(diǎn)高電壓是半導(dǎo)體光電器件主要的破壞性應(yīng)力，結(jié)溫受結(jié)點(diǎn)電流或功率的影響，所以對(duì)半導(dǎo)體光電器件的結(jié)溫、電流或功率均需進(jìn)行降額。 應(yīng)用指南： 發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)電路必須限制電流，通常用一個(gè)串聯(lián)的電阻來實(shí)現(xiàn)。 一般不應(yīng)采用經(jīng)半波或全波整流的交流正弦波電流作為發(fā)光二極管的驅(qū)動(dòng)電流。如果確要使用，則不允許其電流峰值超過發(fā)光二極管的最大直流允許值。 在整個(gè)壽命期內(nèi)，驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)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。,關(guān)鍵器件參數(shù)降額要求：,三、功放關(guān)鍵器件降額設(shè)計(jì)要求,導(dǎo)線與電纜降額:,導(dǎo)線與電纜主要有三種類型：同軸（射頻）電纜、多股電纜和導(dǎo)線。影響電線與電纜可靠性的主要因素是導(dǎo)線間的絕緣和電流所引起的溫升。 導(dǎo)線與電纜降額的主要參數(shù)是應(yīng)用電壓和應(yīng)用電流。 應(yīng)用指南 導(dǎo)線的截面尺寸、韌度和撓性應(yīng)能提供足夠安全的電流負(fù)載能力和強(qiáng)度。一般情況下不宜選用過細(xì)的導(dǎo)線。 聚氯乙烯絕緣的電纜不得用于航空、航海和航天產(chǎn)品上。 降額準(zhǔn)則： 導(dǎo)線與電纜的電流降額要求與其單根導(dǎo)線截面積、絕緣層的額定溫度和線纜捆扎導(dǎo)線數(shù)有關(guān)。