降额设计( 二）

Posted 2021-08-29 bobuddy

降额设计是使电子元器件的工作应力适当低于其规定的额定值，从而达到降低基本故障率，保证系统可靠性的目的。降额设计是电子产品可靠性设计中的最常用的方法。

不同的电子元器件所要考虑的应力因素是不一样的，有的是电压，有的是电流，有的是温度，有的是频率，有的是振动等等。

对电容的耐压及频率特性，电阻的功率，电感的电流及频率特性，二极管、三极管、可控硅、运放、驱动器、门电路等器件的结电流、结温或扇出系数，电源的开关和主供电源线缆的耐电压/电流和耐温性能，信号线缆的频率特性，还有散热器、接插件、模块电源等器件的使用要求进行降额设计。
通常，根据降额幅度的大小可分为一、二、三级降额，

一级降额（(实际承受应力)/(器件额定应力) < 50%的降额）在技术设计上最容易实现，降额的效果也最好，但存在成本过高的问题；

二级降额（70%左右的降额）在技术设计上也比较容易实现，降额的效果也很好，并且成本适中；

三级降额在技术实现上要仔细推敲，必要时要通过系统设计采取一些补偿措施，才能保证降额效果的实现，有一定难度，但三级降额的成本最低。一般说来，建议使用二级降额设计方法，在保证降额设计取得良好效果的同时，技术实现难度和成本都适中。对于涉及到频率特性的器件的降额要谨慎处理

第一部分，我们已经发布了电阻、电容、电感的降额规范；第二部分，包含：二极管、三极管、MOS管、光电半导体（发光二极管）

二极管降额规范

二极管按功能可分为普通、开关、稳压等类型二极管；按工作频率可分为低频、高频

二极管；按耗散功率（或电流）可分为小功率（小电流）大功率（大电流）二极管。所有

二极管需要降额的参数是基本相同的。

高温是对二极管破坏性最强的应力，所以对二极管的功率和结温必须进行降额；电压

击穿是导致二极管失效的另一主要因素，所以二极管的电压也需降额。

器件	降额参数	降额-稳态	降额-瞬态
快速恢复二极管 快速整流二极管 肖特基二极管 开关二极管 桥堆	正向电流IF	90%	90%
	非重复正向浪涌电流IFSM	60%	60%
	反向电压VR	80%	90%
PIN 变容二极管	功率	90%	90%
	反向电压VR	80%	90%
稳压二极管	功率	90%	90%

二极管最高结温的降额，根据二极管相关详细规范给出的最高结温T jmax而定，降额后的最高结温见表

注：

1、所有降额是在结温降额满足的情况下的要求。

2、参数额定值需要从datasheet中查询

3、如果参数额定值与温度、时间无关，可直接降额

4、如果参数额定值与温度有关，则选取结温最高时的参数进行降额

5、如果与时间有关，则通过查找datasheet对应的时间和温度曲线，根据实际情况进行降额。

三极管MOS管降额规范

1 概述

晶体管按结构可分为双极型晶体管、场效应晶体管、单结晶体管等类型；按工作频率可分为低频晶体管和高频晶体管；按耗散功率可分为小功率晶体管和大功率晶体管（简称功率晶体管）。所有晶体管的降额参数是基本相同的，它们是电压、电流和功率。但对MOS 型场效应晶体管、功率晶体管的降额又有特殊的要求。

高温是对晶体管破坏性最强的应力，因此晶体管的功耗和结温须进行降额；电压击穿是导致晶体管失效的另一主要因素，所以其电压须降额。功率晶体管有二次击穿的现象，因此要对它的安全工作区进行降额。

2、注意事项

1 功率晶体管在遭受由于多次开关过程所致的温度变化冲击后会产生“热疲劳”失效。使用时要根据功率晶体管的相关详细规范要求限制壳温的最大变化值。

2 预计的瞬间电压峰值和工作电压峰值之和不得超过降额电压的限定值。

3 为保证电路长期可靠的工作，设计应允许晶体管主要参数的设计容差为：

电流放大系数：±15%（适用于已经筛选的晶体管）±30%（适用于未经筛选的晶体管）

漏电流： +200%

开关时间: +20%

饱和压降: +15%

器件	降额参数	降额-稳态	降额-瞬态
三极管	功率	90%	90%
	击穿电压VCE、VEB、VCB	80%	90%
	最大结温
MOS管	栅源电压VGSmax	85%	85%
	Vds平台电压	80%	90%
	Vds尖峰电压	95%	100%
	漏极电流ID	有效值70%	有效值70%

晶体管最高结温的降额。

晶体管最高结温的降额，根据晶体管相关详细规范给出的最高结温Tjmax而定，降额后的最高结温见表

功率晶体管安全工作区的降额

半导体光电器件降额规范

1 概述

半导体光电器件主要有三类：发光、光敏器件或两者的结合。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；常用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。

2 应用指南

1）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。

2）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。

3）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。

3 降额准则

半导体光电器件电压、电流见表。其中：

a) 电压从额定值降额；

b) 电流从额定值降额；

最高结温降额根据光电器件相关详细规范给出的最高结温 T jmax 而定。