降额设计定义

Posted 2021-08-29 bobuddy

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。

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支出解决，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盘踞，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。

瞬态降额 只要时间足够短，电阻可以承受比额定功率大得多的瞬态功率。要参考厂家资料中的最高过负荷电压参数，再在此基础上降额。

瞬态功耗，又要按照单脉冲和多脉冲，分别进行讨论和分析。

单脉冲：

多脉冲：

具体的原理，本文不赘述，本文重点强调降额设计的思路。后续继续完善“电阻降额规范”。

对于降额设计的华为内部会做的具体操作：

1、在华为内部的原理图设计工具是EPD，自行开发的降额审查工具，可以自动化进行降额审查。

2、设计人员在器件的选型中，主要在功耗、温度、耐压，这几个维度会进行重点的降额设计。

3、有些器件，需要注意是一定条件下的额定值，是需要对这些内容写入设计文档，并进行跟踪的。例如，DDR3内存的工作额定温度，有两个值，对应着不同的刷新率。相关设计需要协同，软硬件和热设计，并建立专题分析或者写入详细设计文档。

4、测试人员在设计阶段对降额设计进行核查，在测试阶段进行有针对性的测试。

5、器件可靠性工程师在产品的转测试阶段和转生产阶段，都需要对产品的降额设计进行审查。

6、定期会进行可靠性相关的活动和持续改进，并形成持续完善《降额设计规范》的工作，定期刷新，不定期事件触发式刷新降额规范。

降额是“可靠性设计的一部分”，但是也是非常重要的一部分。