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可靠性元器件降额设计_电阻(1)

NUOJIYAE66
德凯宜特
关于De-rating,相信大家对这个单词并不陌生,不过大多是基于懂得基本的理论(例如GJB/Z 35-93里降额通常分为三级降额,也列出了应力和环境降额的标准等等),并没有真正参与前期的设计分析,这部分工作大多数由EE完成了...近两个月的时间一直在学习De-rating(降额)的计算与实际应用,都说万事开头难,然后发现真正做起来-----更难%>_<%,好了,开个玩笑~~分享下学到的知识,非EE出身,累计学习时间不长,所以如果有所错误,还请包涵,暂无留言功能,有愿意交流者还请多多关注,争取能开通原创功能~~谢谢,∩_∩进入正题。


1)概念——关于降额设计
电子产品的可靠性对其电应力和温度应力较为敏感,电子产品的降额设计就是使元器件在使用过程中所承受的电应力和温度应力适当地低于其额定值,从而达到降低基本故障率,提高使用可靠性的目的。(摘自可靠性设计与分析—王自力)知道浴盆曲线的同学,也可以这么理解,就是保证最下面底端的那条线的X轴(正常使用寿命)更长,更晚的到达耗损期。


2)降额设计的步骤
  1. 确定降额标准,通常每个公司都有自己的降额设计标准,也可以参考GJB/Z 35-93, 以及IPC 9592等标准里的降额设计规范;
  2. 确定降额参数及降额比例,这里降额参数指通常容易造成元器件失效的应力(电压,电流,功率,温度等),上面列到的四个应力参数并非全部要考虑,只需对容易造成元器件失效的应力进行降额;降额比例是指工作应力与额定应力之比。如果第二步在第一步里面如果有涉及可以直接跳过,直接进入正题-----计算应用。

     
大的理论基础差不多就如上面所说,欢迎补充,接下来回到这篇文章的主题,电阻降额的举例说明,这次分享下普通定值电阻的降额示例。
1:确定降额标准---举例参考 IPC 9592如下截图;可以发现此标准里同时列出了需要降额的参数(功率,电压,温度),直接包含了上面的第二步。
PS:这里有显示SMD Max Body Temperature,解释下相关名词SMD(surface-mount devices)SMT(Surface-mount technology), SMD就是通过SMT(表面安装技术)安装到PCB板上的元器件(Device)。如果选10年寿命的应用场景,需考虑SMD Max Body Temperature,最高不超过100度。

举1颗此类电阻(RK73H1ETTP1001F)示例如下:
1)RK73H1ETTP1001F(供应商料号)---SMD1000欧姆厚膜电阻;
先查询到此颗电阻的Datasheet,(谷歌,百度,公司内部数据库,方法自选),推荐一个网站http://www.mouser.cn/ 这是贸泽电子官网,里面有绝大多数电子元器件的Datasheet,只需输入供应商料号便可查询;
示例截图得到关键几个因素如下:
第一张截图是RK73H系列电阻的解释,得出有用信息:此电阻阻值1000欧姆;
第二张截图描述了此电阻的额定参数,得出有用信息:此电阻额定功耗0.1W@70°C,额定最大工作电压50V,额定最高工作温度155°C;
!!!注意如下第三张截图得出有用信息:此电阻的额定功耗会随着温度而变化,从曲线可以看出,当温度为70°C以下时,额定功耗保持最大0.1W不变,但是当温度升高至70°C以上时,此电阻的额定功耗会有一个线性的递减,举例当温度为85°C时,利用1E对应的斜线(155度时为0W),算出85°C时额定功率为82.35%,也就是说在85度时,此电阻的额定功率变为0.0823W;如果计算85度的降额比例时就是拿实际的工作功耗除以0.0823W再进行判断,而非0.1W;




将上面举例的电阻R1并入电路图示意举例如下-----通常会遇到如下两种情况
1)70度以下额定功率不变:因为De-rating为前期设计,此时通常还没有正式电路板进行测试,此时通常需要Thermal提供热设计仿真图进行预判各个元器件的最大使用温度,假设仿真图提供的工作中此电阻附近的最大温度为65度,根据上面的分析得知,此时该电阻的额定功耗是0.1W,同时算出实际使用的功耗,电压,与允许降额的数值进行逐个对比如下,发现三项参数均在允许范围内,另SMD温度明显小于100度,则说明此电阻在该电路中符合降额要求;


2)70度以上额定功率改变:假设Thermal仿真图提供的工作中此电阻附近的最大温度为85度,根据上面的分析得知,此时该电阻的额定功耗是0.0823W,同时算出实际使用的功耗,电压,与允许降额的数值进行逐个对比如下,发现此时电压与温度参数仍在允许范围内,但是功耗已经超出降额要求,则说明此电阻在该电路中不符合降额要求,解决方案需要根据将来的实际电路图案例制定,可能需要更换部件或者提高散热能力等;

 

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