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元器件可靠性降额规范V1.0

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    标    签:元器件降额

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    深圳市设计元器件可靠性降额规范

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    港湾网络有限公司 文 件 编 号 文 件 版 本 共33页 A0 元器件可靠性降额规范 2004-11-06发布 2004-11-06实施 港湾网络有限公司 前 言 本规范起草部门:××××部 本规范起草人: ××× ×××部 ××× ×××部 本规范审核人: ××× ×××部 本规范批准人: ××× ×××部 本规范修订记录: 修订版本 修订日期 修订内容 修改人 审核 目 录 1 目的 6 2 范围 6 3 定义 6 降额 6 额定值 6 应力 6 应力比 6 温度稳定 6 4 一般要求 6 降额等级的划分 6 降额的限度 7 降额量值的调整 7 5 集成电路 7 主要应力 7 降额原则 7 应力分析 7 检查内容 9 6 三极管 9 主要应力 9 降额原则 9 应力分析 10 检查内容 11 7 二极管 12 主要应力 12 降额原则 12 应力分析 13 检查内容 14 8 电阻 15 主要应力 15 降额原则 15 应力分析 15 检查内容 16 9 热敏电阻 17 主要应力 17 降额原则 17 应力分析 17 检查内容 18 10 电容 18 主要应力 18 降额原则 18 应力分析 19 检查内容 19 11 磁性器件 19 主要应力 20 降额原则 20 应力分析 20 检查内容 22 12 继电器 22 主要应力 22 降额原则 22 应力分析 22 检查内容 23 13 晶体晶振 23 主要应力 23 降额原则 23 应力分析 23 检查内容 24 14 空气开关 24 主要应力 24 降额原则 24 应力分析 24 检查内容 24 15 连接器 25 主要应力 25 降额原则 25 应力分析 25 检查内容 26 16 保护器件 26 主要应力 26 降额原则 26 检查内容 26 17 开关 27 主要应力 27 降额原则 27 应力分析 27 检查内容 27 18 EMI滤波器 28 主要应力 28 降额原则 28 应力分析 28 检查内容 28 19 电源 29 主要应力 29 降额原则 29 应力分析 29 检查内容 30 20 降额举例 31 钽电容 31 陶瓷电容 31 电解电容 31 电阻 32 LDO 33 大规模集成电路 34 保险丝 34 21 简单总结 34 22 引用标准 35 1 目的 本规范旨在保证硬件开发中器件的工作应力都小于其额定应力,以保证单板的可靠性。本规范规定了单板审查中器件工作应力可靠性审查的内容,包括各类器件的降额参数,降额要求,降额参数的具体测试、计算方法。 建议降额审查在“单板详细设计” 阶段进行,保证器件使用符合降额规范的要求,在“单板硬件调试”或者中试状态对设计进行测试,验证降额指标是否实现。 降额审查的主要目标是分立器件的电、热特性以及集成电路的热特性。 2 范围 本规范适用于公司所有单板的器件工作应力可靠性审查。 3 定义 降额 元器件使用中承受的应力低于其设计的额定值。通常用应力比和环境温度(或结温)来表示。 额定值 对某一特定参数而言,元器件设计允许承受的最大应力值,如温度、电压、电流等。 应力 能影响元器件失效率的电、热、机械等负载。 应力比 元器件工作应力与额定应力之比,又称降额因子。 温度稳定 在实验室环境条件下,器件表面温度变化率不超过每小时2℃时认为器件已达到温度稳定,通常认为单板稳定工作0.5h以上就达到了温度稳定,可以进行测量。对于结温等测试,可以按照这个标准认为温度已经稳定。 4 一般要求 降额等级的划分 通常元器件有一个最佳的降额范围,在此范围内,元器件工作应力的降低对其失效率的下降有显著的改善,设计易于实施,且不必在产品的体积、重量、成本等方面付出大的代价。 对于通信产品,通常使用的是商业器件,但设备成本高,修理费用高,允许设备不能工作时间很短,而且产品对尺寸也有一定要求。所以,对于通信产品的降额等级要求,选取高可靠性的等级。 降额的限度 降额可以有效地提高元器件的可靠性,但降额是有限度的。通常,超过最佳范围的更大降额,元器件可靠性增长的相对效益下降,而设备的体积、重量、成本却会有较快的增加。有时候过度的降额会使元器件的正常特性发生变化,甚至可能找不到满足功能要求的元器件,过度的降额还可能引入新的失效机理或导致元器件数量不必要的增加,结果反而会使产品的可靠性下降。 降额量值的调整 不应将本规范推荐的降额量值绝对化。降额是多方面因素综合分析的结果。本规范规定的降额值在设计上是可行性的,而且考虑了可靠性增长相吻合的设计限制。在实际使用中由于条件的限制,运行降额值做一些变动,即某一降额参数可与另一参数彼此综合调整。在某些情况下,超过本规范所提出的降额量值的选择可能是合理的,但也应在认真权衡的基础上做出。 5 集成电路 主要应力 对于商业应用,集成电路主要的降额参数为最高结温Tjmax。其他还有:扇出数、工作频率(%最大工作频率)、最高结温、耗散功率。 降额原则 类型 降额参数 降额情况 数字电路 (MOS、双极型) 扇出数 工作频率( %最大工作频率) 最高结温Tjmax 80% 80%(双极型) 80%(MOS) 95℃ 线性电路 (MOS、双极型) 耗散功率PD 最大结温Tjmax 75% 95℃ 大规模集成电路 工作频率 结温 满足功能前提下尽量低 尽量低 对于集成电路工作时最高结温的降额要求,一般都要求: Tj<0.6×(Tjmax-25℃)+20℃ 通常Tjmax为150℃时,即要求Tj<95℃。 应力分析 1) 扇出数计算: 由于数字电路输出有高电平和低电平两种可能,因此要根据驱动器件输出高/低电平时的输出/输入电流以及负载在输入高/低电平时的输入/输出电流分别计算高电平的扇出数和低电平的扇出数,然后取两者中小的那一个。扇出数的降额在此基础上降额。扇出数的计算主要是考虑集成电路输出端电流的驱动能力。 2) 工作频率: 在设计中需要考虑根据电路的工作频率来选用合适的器件,测试工作频率可使用频率计。 3) 耗散功率 耗散功率的计算、测试都比较困难,通常可以不单独考虑,主要通过结温降额来保证。 4) 最高结温: 测试仪器:多点热电偶温度仪 元器件表面温度的测点布置方法: 扁平封装的集成芯片表面温度的测点应布置在发热平面的几何中心。 装有散热器的元件应将测点布置在散热器基板上部对应于元器件发热中心的位置,不能布置在翘片上。 其他元器件表面温度测点的位置,应视其热点情况而定。 温度值到温度判定参数值推算方法: 对于器件实际能测得到的测点温度仅可能是器件壳体表面温度或器件上散热器基板上部的温度。很多情况下无法直接测到降额参数描述的器件温度判定参数。因此为了进行有效的热设计温度测试通过判断,必须明确测点温度值到温度判定参数值的推算方法。 Ⅰ、由器件壳温测点温度推算其结温 推算公式如下; 器件结温:Tj=Pc×θjc+TA短期工作+ΔTc 式中: Pc--通过器件封装外壳散去的热耗(W)。根据热设计经验,推荐按通过单板PCB传导的热量占总功耗的比例按60%计算,因此Pc=40%×器件功耗。 θjc --器件结到器件壳体的热阻(℃/W); TA短期工作--为器件在市场运行时短期工作的最高环境温度,通常的产品规格中均有说明; △Tc--器件壳体表面温升,可通过实验室环境测试获得,△Tc=Tc-TA实验室; Tc--实验室条件下,器件壳体表面温度,即测点温度; TA实验室环境温度; 例:某室类型产品要求在45℃环境温度下能正常工作,单板上某塑封装器件功耗为2W,θjc值为15℃/W,常温下测得壳体表面温升△Tc为28℃,则推算45℃环境温度时该器件的工作结温为: Tj=15×2×40%+45+28=85℃ Ⅱ、散热器基板上部测点温度推算器件的结温 由于散热器底部固定面到基板上部的热阻非常小(0.01℃/W左右),因此可以认为散热器底部固定面温度等于此时的测点温度。 器件结温:Tj=P×(θjc+θcs)+TA短期工作+ΔTs 式中: P—器件功耗值(取此值的原因是:对于加散热器的器件,通过PCB传导的热量占的比例较小); θjc --器件结到器件壳体的热阻(℃/W); θcs—为器件表面与散热器固定面间的接触热阻(℃/W),此热阻值与固定方式相 关; TA短期工作--为器件在市场运行时短期工作的最高环境温度,通常的产品规格中均有说明。 △Ts—散热器基板温升,可通过实验室环境测试获得,△Ts=Ts-TA实验室; Ts--实验室条件下,散热器基板温度,即此时的测点温度; TA实验室环境温度; 例:某产品要求在40℃环境温度下能正常工作,采用完全自然对流散热,某器件功耗为3.5W,外壳上表面与散热器的接触面积为30mm×30mm, θjc值为16℃/W,采用LOCTITEOUTPUT315胶固定散热器,该胶的导热系数为0.808W/m.℃,形成的胶层为1.27×10-4米,计算得接触热阻为0.175℃/W。常温下测得散热器基板上部测点温升为14℃,则40℃环境温度时: Ts=40℃+14℃=54℃ Tj=3.5×(16+0.175)+54=110.6℃ 注:一般来讲,器件功耗大部分以热量形式耗散,所以在温度计算时,直接取功耗。 检查内容 器件 位号 器件 编码 器件 名称 最大 扇出 数 实际 扇出 数 额定 工作 频率 工作 频率 允许 最高 结温 长期 工作 结温 额定 功耗 耗散 功率 扇出 数降 额 频率 降额 功率 降额 结温 降额 是否 合理 - - - 查手 册, 并计 算 实测 查手 册 实测 查手 册 实测 查手 测 实测 实际 扇出 数/ 最大 扇出 数 工作 频率 /额 定功 耗 耗散 功率 /额 定功 率 参见 公式 是/ 否 6 三极管 含双极型晶体管、场效应晶体管、单结型晶体管等。 主要应力 耗散功率,电压,电流,结温,击穿电压。 降额原则 类型 降额参数 降额情况 双极型三极管 耗散功率Pd 最大电压Vce 击穿电压V(BR) 最大结温Tj 最大电流ICmax 90% 80% 70% Tjmax-40℃ 70% 场效应三极管 耗散功率Pd 击穿电压V(BR) 最大结温Tj 最大电流Imax 90% 60% Tjmax-40℃ 70% 应力分析 三极管参数说明: V(BR)cbo 指发射极开路时,集电极和基极间的反向击穿电压。 V(BR)ceo 指基极开路时,集电极和发射极间的反向击穿电压,V(BR)ceo< V(BR)cbo 。 V(BR)ebo 指集电极 开路时,发射极和基极间的反向击穿电压,普通晶体管V(BR)ebo比较小,只有几伏。 PCM集电结最大允许耗散功率。晶体管工作时,集电结要承受较高的电压并流过较大电流,在集电结上要消耗一定的功率,从而导致集电结发热、结温升高。当结温过高时,管子的性能下降,甚至烧坏管子,PCM就是集电结因受热而引起管子参数变化不超过规定值时,集电结耗散的最大功率。 Iceo指基极开路时,集电极和发射极间的电流,称为集电极穿透电流。 Vces指三极管饱和导通时,C、E间的电压,称为饱和压降。通常把Vce=Vbe(即集电结零偏)时称为临界饱和,当Vce Ifrm> If。 Vrm 指二极管在使用时所允许加的最大反向电压,也称反向峰值电压。超过此 值容易发生反向击穿或反向电流过大。通常取反向击穿电压V(BR)的一半作为Vrm。 Pz 指稳压二极管的额定功耗,它是由管子温升所限定的参数,与PN结所用的材料、结构及工艺有关。使用时不允许超过此值。 Iz 稳定电流,指稳压二极管正常工作时的参考电流。电流小于此值时,稳压效果变差,大于此值时,稳压效果好。稳定电压的最大值Izmax 有一个限制,即Izmax=Pz/Vz(Vz为稳定电压)。由于稳压二极管的两个参数Izmax与Pz是相互关联的,因此可选择其中一个参数考虑降额即可。 1) 反向电压: 用示波器测量二极管的实际反向电压Vr(峰值)作为计算依据。 在Vrm的基础上进行降额。 注:重点关注电源用整流二极管,一般5V以下电路中使用的二极管,其反向工作电压远小于器件允许的最大反向工作电压,可不考虑。 2) 正向电流: 主要考核平均正向电流If。用示波器测量二极管的电流波形,取平均值; 对电源整流二极管可以用万用表测量负载电流或直接通过计算得到负载的最大电流,再推算出二极管的正向平均电流(半滤整流电路中按负载电流、全滤和桥式整流电路中按负载电流的一半计算),也可以测量回路中某个电阻两端的电压来换算; 对于脉冲工作情况还应测量重复/非重复峰值正向电流,整流二极管一般还应考核上电时的浪涌电流是否符合要求。测试方法是:用示波器观察刚开机时的电流波形,测量出最大值,记为Ifsm,在Ifsm 的基础上进行降额。 3) 耗散功率: 一般小信号二极管、低频小功率整流二极管(1A以下),只要电流降额满足要求,通常可不考虑; 开关电源使用的高频整流二极管及较大功率的二极管可通过结温降额来保证。 稳压二极管的耗散功率Pd可直接通过Izmax·Vz计算得到,在Pz的基础上进行降额。 Izmax为最大工作电流,通过计算得到,计算:Izmax=(Vimax-Vzmin)/R-Ilmin。 4) 最高结温: 仪器:多点热电偶温度仪 在器件工作达到热平衡时,用点温计测量其最热处的壳温(可以用其中一点监测环境温度,从而能够消除测试准确度不够所带来的误差)。 对于带散热片的二极管,推荐测试其壳温。即二极管散热片与外加绝缘片界面处(对绝缘封装的二极管则是与散热器界面处)的最高温度,理论上的测量点在散热片正中(有孔的部分除外)。实际操作上此点不易测量,可考虑在散热器上打一小孔,灌满导热硅脂,然后用单点点温计测量其温度值(对贴片二极管,测量露出的散热片部分即可;对实在无法打孔的散热器也可测量器件边缘与绝缘膜处的温度,但应注意这种测量误差很大,尽量不用)。对于不带散热器的二极管,将测温探头粘在器件塑壳上,直接测量其温度值,即为壳温。对控制电路用的小信号二极管特别是贴片二极管(无散热片),可以不用逐个测量其壳温,可根据器件分布,划分出区域,每个区域测量一个最热点壳温即可。 由壳温测点温度推算其结温,推算公式如下: 结温:Tj=Pc×θjc+TA短期工作+△Tc 式中: Pc--通过器件封装外壳散去的热耗(W)。根据热设计经验,推荐按通过单板PCB传导的热量占总功耗的比例按60%计算,因此当器件没有装散热片时,Pc=40%×器件功耗;当器件安装了散热片时,Pc=器件功耗; θjc --器件结到器件壳体的热阻(℃/W); TA短期工作--为器件在市场运行时短期工作的最高环境温度,通常的产品技术标准中均有说明(如邮电部相关规范)规定。 △Tc--器件壳体表面温升,可通过实验室环境测试获得,△Tc=Tc-TA实验室 Tc—实验室条件下,器件壳体表面温度,即测点温度; TA实验室--实验室环境温度 检查内容 器件位号 - 器件编码 - 器件名称 - 最大反向电压 查手册 实际最大反向电压 实测 最大正向平均电流 查手册 实际平均正向电流 实测 重复峰值正向电流 查手册 实际重复峰值正向电流 实测 非重复峰值正向电流 查手册 实际浪涌电流 实测 额定功耗 查手册 耗散功率 实测 允许最高结温 查手册 长期工作结温 实测并计算 结温降额 参见公式 反向电压降额 实际最大反向电压/最大反向电压 电流降额 实际重复峰值正向电流/重复峰值正向电流 功率降额 耗散功率/额定功率 浪涌电流降额 实际浪涌电流/非重复峰值正向电流 是否合理 是/否 8 电阻 主要应力 功率、最大工作温度。 降额原则 类型 降额参数 降额情况 片状薄膜电阻器 功率 最大工作温度 50% Tmax-40℃ 薄膜电阻器 功率 最大工作温度 电压(脉冲状态) 50% Tmax-40℃ 70% 薄膜电阻器(功率型) 功率 最大工作温度 50% Tmax-25℃ 电阻网络 功率 最大工作温度 50% Tmax-27℃ 对于电位器,应注意大多数的应用情况是只有部分电阻体流过电流,在此情况下必须按照承受电流流过电阻值来计算功率,此功率值必须满足50%的降额要求。 应力分析 1) 电压 电阻的工作电压参数有两个:额定电压和极限电压。最高工作电压取额定电压与极限电压的小值,电压降额是针对最高工作电压来进行。对于线绕电阻是避免线圈间短路的产生,对于其它电阻是防止产生极间飞弧现象。电阻器厂家技术手册中列出最高使用电压(MAX WORKING VOLTAGE),是指极限电压。 举例说明如何确定最高使用电压。如AVX公司的某系列贴片电阻中一个0603、1/8W、1 M欧的电阻,按照额定功率和阻值计算(P=U2/R,U1=(0.125*106)0.5=353V,查阅厂家手册,对于该系列0603、1/8W的电阻,其最大工作电压(Max Working Voltage)为:U2=50V。二者取其小,则最高使用电压为50V(因为超过50V时,虽然从散热的角度可以忍受,但可能会在膜层的刻槽间发生飞弧击穿而损坏)。降额后不超过35V。在48V电源中使用贴片电阻时要注意不要使用尺寸太小的。(修改插装电阻举例为贴片电阻举例) 对用于非脉冲状态下电阻电压的测试,可采用万用表或者示波器测试。 对于用于脉冲状态下电阻电压的测试,因为涉及到脉冲占空比,用万用表测试不正确,则必须采用示波器(≥20MHz)进行测试。 对于有一端接地的电阻,可以使用普通探头进行测试(电压超过普通探头范围时,要使用高压探头)。将探头的地接到被测电阻的地端,探头接到电阻的另一端,千万不能接反,否则会造成短路。调节示波器,使波形完整地显示在屏幕上,打开DPO功能,用光标读出电阻的平均工作电压和峰值电压。对于两端都不接地的电阻要使用差分探头。将差分探头的地与单板的地相连,探头正负两端分别接到被测电阻的两端,调节示波器,使波形完整地显示在屏幕上,打开DPO功能,用光标读出电阻的平均工作电压和峰值电压。如果没有差分探头,也可以使用两个普通探头代替,将两个探头的地都接到单板的地,探头分别接到被测电阻的两端,使用示波器的减法运算功能得出电阻工作电压。 2) 功率 功率降额是在相应的工作温度下的降额,即是在元件负荷曲线所规定环境温度下的功率的进一步降额。 采用P=V2/R公式进行计算。 电阻器的参数有额定功率、额定环境温度(如上图70℃)和零功率点最高环境温度Tmax(如上图130℃)。降额以后工作的实际功率和温度都要符合器件的降额曲线要求。 3) 温度 仪器:多点热电偶温度仪 方法:测试电阻的工作环境温度时,对于发热不大的电阻,不用逐个测量环境温度,可根据器件分布,划分出区域,每个区域测量一个最热点温度做环境温度即可,也可直接测量机框出风口温度。对于功耗较大的电阻,可利用热电耦测量电阻上方的环境温度,离器件1.2cm左右,注意不要贴着电阻(可以用其中一点监测环境温度,从而能够消除测试准确度不够所带来的误差)。 在实验室环境条件下,测量电阻达到温度稳定时的机箱内环境温度,与当时实验室环境温度之差。计算出器件温升: 温升=机箱内环境温度-实验室环境温度 通过温升计算出电阻在市场运行时的实际工作温度: 实际工作温度=产品短期工作的最高环境温度+温升 产品短期工作的最高环境温度在通常的产品规格中均有标注。 检查内容 器件 位号 器件 编码 器件 名称 最高 工作 电压 工作 电压 额定 功率 最大 工作 温度 工作 温度 工作平均功率 电压 降额 功率 降额 温度 降额 是否 合理 - - - 查手册 实测 查手 册 查手 册 实测 通过工 作电压 和电阻 值计算 得到 工作 电压/ 最高 工作 电压 工作 平均 功率/ 额定 功率 工作 温度 -最 大工 作温 度 是/否 注:对于上下拉电阻、板内信号匹配电阻,通常都可以满足降额要求,可不考虑。对于金膜电阻、片状电阻注意必须同时满足平均功率降额和电压降额。 9 热敏电阻 主要应力 耗散功率,温度。 降额原则 类型 降额参数 降额情况 热敏电阻 耗散功率(%额定最大功率) 热点温度(℃) 50% Tmax-50℃ 应力分析 1) 热点温度 仪器:多点热电偶温度仪 在热敏电阻工作达到热平衡时,用点温计测量其最热处的壳温(可以用其中一点监测环境温度,从而能够消除测试准确度不够所带来的误差),其温升: 温升=壳温-实验室环境温度 通过温升计算出热敏电阻在市场运行时的实际工作温度: 实际工作温度=产品短期工作的最高环境温度+温升 产品短期工作的最高环境温度在通常的产品规格中均有说明。 2) 耗散功率 因为热敏电阻的电阻值与温度有关,不同的温度会导致电阻值的不同,电阻值的变化有可能导致电阻两端电压的不同,这必然使电阻的耗散功率不同。因此测试、计算热敏电阻的耗散功率的时候不能象普通电阻那样简单。在测试热敏电阻工作电压的时候,同时要对工作温度进行监控,通过示波器或者万用表得出工作电压的平均值和峰值,通过热电偶得出工作温度,根据相关手册的参数计算出当时的电阻,在通过P=V2/R公式计算出功率。 3) 工作电压测试方法: 对于有一端接地的电阻,可以使用普通探头进行测试(电压超过普通探头范围时,要使用高压探头)。将探头的地接到被测电阻的地端,探头接到电阻的另一端,千万不能接反,否则会造成短路。调节示波器,使波形完整地显示在屏幕上,打开DPO功能,用光标读出电阻的平均工作电压和峰值电压。对于两端都不接地的电阻,要使用差分探头。将差分探头的地与单板的地相连,探头正负两端分别接到被测电阻的两端,调节示波器,使波形完整地显示在屏幕上,打开DPO功能,用光标读出电阻的平均工作电压和峰值电压。如果没有差分探头,也可以使用两个普通探头代替,将两个探头的地都接到单板的地,探头分别接到被测电阻的两端,使用示波器的减法运算功能得出电阻工作电压。 因为工作温度不是固定的,所以需要在不同的温度下对电阻的工作电压和功率进行测试计算,保证在允许的工作温度范围内,工作电压和功率满足降额要求。可以只抽取典型的和极端的工作温度进行测试、计算。 检查内容 器件 位号 器件 编码 器件 名称 最高工作 温度 热点 温度 额定最 大功率 工作 电压 对应电 阻值 耗散 功率 温度 降额 功率 降额 是否 合理 - - - 查手册 实测 查手册 实测 查手册 计算 最高工作温度 耗散 功率 / 额 定功 率 是/否 10 电容 主要应力 直流电压,最高壳温等,直流电压=施加的直流电压+施加交流峰值电压。 降额原则 类型 降额参数 降额情况 纸/塑料薄膜电容 陶瓷电容 直流电压 最高壳温 60% TAmax-10℃ 钽电解电容 直流电压 最高壳温 反向电压(%,最大正向额定直流电压) 50% TAmax-20℃ 2% 铝电解电容 直流电压 最高壳温 60% TAmax-20℃ 其中,TAmax是电容器额定环境温度,常见是70-85℃。 对于固体钽电解电容器: 1) 通常不允许施加反向电压。特殊情况下:25℃时不能超过最大额定电压值的15%;55℃时不能超过10%;85℃时不能超过5%;125℃时不能超过1%。 2) 通常钽电容器应用于电源滤波电路时,工作电压至少应降额50%;当应用于非电源滤波电路时,工作电压至少应降额70%,钽电容禁止用于-48V电源做滤波。为限制冲击电流,串联保护电阻对降低固体钽电解电容器的失效率至关重要,同时可防止电容器短路时对设备造成危害。通常建议在工作电压低于30V时,串联电阻的推荐阻值为3欧姆/伏特,当工作电压大于30V时,串联电阻的推荐阻值为6欧姆/伏特。 应力分析 1) 工作电压、峰值电压、反向电压: 仪器:示波器 对于有一端接地的电容,可以使用普通探头进行测试(电压超过普通探头范围时,要使用高压探头)。将探头的地接到被测电容的地端,探头接到电容的另一端,千万不能接反,否则可能造成短路。调节示波器,使波形完整地显示在屏幕上,打开DPO功能,用光标读出电容的平均工作电压和峰值电压。对于两端都不接地的电容,对于两端都不接地的电容要使用差分探头。将差分探头的地与单板的地相连,探头正负两端分别接到被测电容两端,调节示波器,使波形完整地显示在屏幕上,打开DPO功能,用光标读出电容的平均工作电压和峰值电压。如果没有差分探头,也可以使用两个普通探头代替,将两个探头的地都接到单板的地,探头分别接到被测电容的两端,使用示波器的减法运算功能对电容的工作电压进行测试。 要点: 尽量要在单板的各种工作状态下进行测试,保证被测状态没有遗漏。 测试时间不能太短,以便扑捉到最大工作电压(瞬间状态的测试除外)。 对于瞬间状态的测试,应该使用示波器的单次触发,或者使用“Normal”触发方式。 2) 壳温 仪器:多点热电偶温度仪 应该测试电容外壳最热点的温度(通常为靠近发热元件的部位),如果无法确定,则可以测试电容顶端的温度,采用热电偶多点热电偶温度仪测试(可以用其中一点监测环境温度,从而能够消除测试准确度不够所带来的误差)。对于发热不大的电容器,不用逐个测量环境温度,可根据器件分布,划分出区域,每个区域测量一个最热点温度做环境温度即可。 在实验室环境条件下,测量器件达到温度稳定时的壳温,与当时环境温度之差。计算出器件温升: 温升=器件壳温-实验室环境温度 通过温升计算出电容在市场运作时的实际工作温度: 实际工作温度=产品短期工作的最高环境温度+温升 产品短期工作的最高环境温度通常在产品规格中均有说明。 检查内容 器件 位号 器件 编码 器件 名称 额定 电压 工作 电压 反向电压 允许最大 工作温度 壳温 工作电 压降额 壳温降 额 反向电 压降额 是否 合理 - - - 查手册 实测 实测―针对钽电容 查手册 实测 工作电 压/额定 电压 壳温- 允许最 大工作 温度 反向电 压/额 定电压 11 磁性器件 磁性器件含变压器、电感器、线圈、磁芯等。 主要应力 浪涌电流,浪涌电压,热点温度,直流电压。 降额原则 因磁性器件的热点温度通常比较难以获得,所以通常我们主要考虑浪涌电流和浪涌电压。仅当对磁性器件的热点温度有怀疑时,热点温度的降额才是必要的。 类型 降额参数 降额情况 音频变压器、功率变压器、 脉冲变压器 浪涌电流(%额定值) 浪涌电压( %额定值) 热点温度(℃) 90% 90% Tmax-25℃ 射频线圈 直流电流(%额定最大值) 热点温度(℃) 90% Tmax-25℃ 电感器件 浪涌电流(%额定最大值) 直流电流(%额定最大值) 热点温度(℃) 90% 65% Tmax-25℃ 应力分析 1) 浪涌电流 仪器:示波器,电流探头 方法:浪涌电流需要使用电流探头进行测试。先在器件的大电流输入端串入一根粗电线,以便电流探头能够夹住,在测试之前,调节电流探头调零按钮,使示波器上显示出的电流值为0;测试上电时浪涌电流时,把电流探头夹在粗电线上,把示波器置为自动触发方式,打开长余辉功能,调节示波器的幅度和扫描时间,进行上电测试3-5次,用光标读出峰值电流,为上电时的浪涌电流。测试正常工作时浪涌电流时,把电流探头夹在粗电线上,把示波器置为自动触发方式,调节示波器的幅度和扫描时间,使电流波形完整地显示在屏幕上,打开长余辉功能,测试2-3秒,用光标读出平均工作电流和峰值电流。 2) 浪涌电压 仪器:示波器,电压探头(或高压探头) 方法:使用高压探头进行测试。如果浪涌电压大小在测试前无法正确估计,为防止损坏测试仪器,可以高压探头,并把示波器的幅度量程置为最高档,根据初测值再调整为合适的量程范围。将探头的地接到参考地端,探头接到器件的待测端。测试上电时浪涌电压时,把示波器置为自动触发方式,打开长余辉功能,调节示波器的幅度和扫描时间,进行上电测试3-5次,用光标读出峰值电压,为上电时的浪涌电压。测试正常工作时浪涌电压时,把示波器置为自动触发方式,调节示波器的幅度和扫描时间,使电压波形完整地显示在屏幕上,打开长余辉功能,测试2-3秒,用光标读出平均工作电压和峰值电压。 3) 磁芯热点温度 磁芯热点温度:是指磁芯工作时温度最高的点的温度。 仪器:多点热电偶温度仪 将点温计热电偶粘贴在线包中最接近磁芯中心柱的位置,并以此点测得的温度近似作为磁芯的热点温度(可以用其中一点监测环境温度,从而能够消除测试准确度不够所带来的误差)。 计算方法: T市场=TA短期工作+△T 其中: T市场—器件在市场运行时的热点温度; TA短期工作--为器件在市场运行时短期工作的最高环境温度,通常的产品技术标准中均有说明(如邮电部相关规范)规定; △T—磁芯温升,可通过实验室环境测试获得,△T=T-TA实验室; T--实验室条件下,磁芯的热点温度,即此时的测点温度; TA实验室--实验室环境温度; 4) 线圈热点温度 线圈热点温度:是指电感(或变压器)工作时,线圈中温度最高的点的温度。 将线圈厚度的内1/3处的温度近似作为线圈的热点温度。热点温度的测量可采用测表面温度,然后估算热点温度的方法(可以用其中一点监测环境温度,从而能够消除测试准确度不够所带来的误差)。用点温计测量绕组表面、散热条件最坏处的温度,然后加上一个修正量A来近似确定热点温度,即: 热点温度=表面温度+A 其中,风冷条件下,A=20℃;自然冷却下,A=10℃; ⊿T的大小受到冷却方式、变压器的大小、测量位置等许多因素的影响,很难给出一个十分准确的标准,当有关各方对⊿T的取值有争议时,以第一种测量方法为准。 计算方法: T市场=TA短期工作+△T 其中: T市场—器件在市场运行时的热点温度; TA短期工作--为器件在市场运行时短期工作的最高环境温度,通常的产品技术标准中均有说明(如邮电部相关规范)规定; △T—线圈温升,可通过实验室环境测试获得,△T=T-TA实验室; T--实验室条件下,线圈的热点温度,即此时的测点温度; TA实验室--实验室环境温度; 检查内容 12 继电器 主要应力 连接触点电流,触点功率,最高环境温度。 降额原则 对于固体继电器,通常可不需要考虑降额。而机电式继电器,通常需要如下表般考虑降额: 类型 降额参数 原则 机电式继电器 连续触点电流 最大开关容量(%额定最大值) 最高环境温度(℃) 工作寿命(循环次数) 75%(电阻负载) 75%(电容负载) 40%(电感负载) 20%(电机负载) 10%(灯丝负载) 50% Tmax-20℃ 50% 应力分析 1) 连续触点电流: 连续触点电流一般采用万用表来测量,把万用表电流档串入继电器的触点管脚,直接读出测量数值并根据所接负载类型来判定是否满足继电器的连续触点电流要求。也可以使用示波器电流探头来测量。 采用电流探头可以测量继电器导通、闭合时的瞬间冲击电流和时间波形,瞬间冲击电流和时间波形要满足器件手册要求。 2) 最大开关容量: 最大开关容量一般采用分别测量负载电流和负载电压来计算最大开关容量。在测量连续触点电流的基础上,用万用表测量继电器负载电压,计算出最大开关容量,判断是否满足继电器触点功率要求。 一般触点功率是以继电器负载电压、电流(交直流曲线不同)关系曲线来描述的,且为电阻性负载时的电流、电压关系曲线,曲线中有要求继电器负载的最大电压,在触点功率测量时负载电压必须满足小于继电器负载的最大电压要求。 3) 最高环境温度测量: 测试继电器的工作环境温度时,可在设备满载工作时利用热电耦测量继电器上方的环境温度,离继电器1.2cm左右,注意不要贴着继电器。 在实验室环境条件下,测量继电器达到温度稳定时的机箱内环境温度,与当时实验室环境温度之差。计算出器件温升: 温升=机箱内环境温度-实验室环境温度 通过温升计算出继电器在市场运行时的实际工作温度; 实际工作温度=产品短期工作的最高环境温度+温升 产品短期工作的最高环境温度在通常的产品规格中均有说明。 检查内容 器件 位号 器件 编码 器件 名称 额定 电流 连续触 点电流 额定最 大容量 最大开 关容量 最高 温度 最高工作温度 电流 降额 功率 降额 温度降 额 是否 合理 - - - 查手 册 实测 查手 册 实测、 计算 查手 册 实测 连续触 点电流 /额定 电流 最大开 关容量 /额定 最大容 量 最高工 作温度-最高 温度 是/否 13 晶体晶振 主要应力 最高工作温度,最低工作温度。 降额原则 最高工作温度需小于器件最高允许工作温度10℃以上。 最低工作温度需大于器件最低允许工作温度10℃以上。 应力分析 1) 壳温: 在晶体工作达到热平衡时,用点温计测量晶体最热处的壳温,对于温度临界或对温度敏感的元器件表面温度,一般应在元器件表面热点附近布置两个测试点,取最大值。晶体的温升: 温升=壳温-实验室环境温度 通过温升计算出晶体在市场运行时的实际工作温度; 实际工作温度=产品短期工作的最高环境温度+温升 产品短期工作的最高环境温度在通常的产品规格中均有说明。 检查内容 14 空气开关 主要应力 电流。 降额原则 工作电流:通常按阻性负载来降额,对于阻性负载降额80%以下。 应力分析 电流降额指系统最大工作电流在空气开关额定电流基础上进行降额,系统最大工作电流通过估算得到。 检查内容 器件位号 器件编码 器件名称 额定工作电 流 实际工作电 流 电流降额 是否合理 - - - 查手册 估算得到 实际工作电 流-额定工 作电流 是/否 15 连接器 主要应力 普通连接器:工作电压、工作电流、工作温度。 光纤连接器:工作温度。 降额原则 类型 降额参数 降额情况 普通连接器 电压(%介质最高承受电压) 电流( %额定电流) 温度(℃) 70% 70% Tmax-50℃ 光纤连接器 温度(℃) Tmax-50℃ 1) 电压: 在最坏的情况下,任意相邻两脚之间的电压必须低于最高额定电压(抗电强度)。连接器的抗电强度是指接触对之间或接触对与金属外壳之间,在规定的时间内所承受的比额定工作电压更高而不产生击穿现象的临界电压。它与接触对的间隙和爬电距离有关,对于同轴连接器而言,抗电强度是针对内外导体之间而言。 2) 电流: 连接器的插针有允许通过最大电流的限制,超过最大电流一定的时间会导致连接器插针的烧毁。为增加接点电流,可将电连接器的接触对并联使用。由于接触对的接触电阻不同,电流也不相同,因此在正常降额的基础上需要增加25%余量的接触对数。 3) 温度: 由连接器的金属材料和绝缘材料决定着连接器的工作温度,高温会破坏绝缘材料,使金属加速氧化并引起镀层变质。在极低的温度下,也可能引起绝缘体开裂和起层。最高接触对额定温度低于最大允许工作温度50℃。最高接触对额定温度包括环境温度和功耗热效应引起的温升的组合。 通常情况下,连接器绝缘材料的材质决定了其所能正常工作的温度范围。当连接器厂家在规格书中没有说明连接器的正常工作温度范围时,取最小值85℃。 应力分析 1) 工作电压: 可使用示波器测量任意相邻两脚之间的实际工作电压,来判定是否满足连接器的电压要求;测试中要注意所用连接在上、下电瞬间和拔、插瞬间所承受的电压和时间也需要测试。对于实际使用中,可只测试用于高电压间连接或做电源引脚使用的连接器管脚间的电压值。 2) 工作电流: 工作电流一般可使用电流探头来测量。对于连接器上难以直接测量的,可以测试连接器前或后的器件或线缆上的电流,然后根据连接器接触对并联使用情况折算到连接器的各个管脚上。 需要注意所用连接器在上、下电瞬间和拔、插瞬间所承受的冲击电流和大冲击电流持续时间也需要测试。对于实际使用中,可只测试用于大电流连接或做电源引脚使用的连接器管脚通过的电流值。 3) 温度测量: 设备满载工作时测量连接器金属部分(接线、螺钉)或绝缘体最热点温度和环境温度(环境温度是指实验室温度),计算出温升: 温升=连接器热点温度-实验室环境温度 通过温升计算出连接器在市场运行时的实际工作温度: 实际工作温度=产品短期工作的最高环境温度+温升 产品短期工作的最高环境温度在通常的产品规格中均有说明。 检查内容 器件 位号 器件 编码 器件 名称 额定 电流 工作 电流 介质 最高 承受 电压 工作 电压 允许 最高 工作 温度 最高 工作 环境 温度 电流 降额 电压 降额 温度降 额 是否 合理 - - - 查手 册 实测 查手 册 实测 查手 册 实测 工作 电流/ 额定 电流 工作 电压/ 介质 最高 承受 电压 最高工 作环境 温度/ 允许最 高工作 温度 是/否 16 保护器件 主要应力 电流。 降额原则 类型 降额参数 降额情况 普通保护器件 电流(%最大额定电流) 80% 慢熔保护器件 电流(%最大额定电流) 35-50% 保险丝类器件必须工作于其额定工作电压以下,避免断路时产生飞弧。随温度增高,保险丝类器件的额定电流会降低,大于25℃以后,需要按照0.005/℃降额,如果保险丝工作环境温度可以达到55度,需要降额到35%,环境温度为25℃时可以降额为50%。 检查内容 器件位号 器件编码 器件名称 最大额定电流 工作电流 电流降额 是否合理 - - - 查手册 实测 工作电流/最大额定电流 是/否 17 开关 主要应力 连续触点电流,触点功率。 降额原则 类型 降额参数 降额情况 开关(普通) 连续触点电流 触点功率(%额定最大值) 触点电流(浪涌) 额定电压 75%(电阻负载) 75%(电容负载) 40%(电感负载) 20%(电机负载) 10%(灯丝负载) 50% 80% 50% 应力分析 1) 连续触点电流: 静态时通过开关的电流。工作电流可使用电源探头来测量。测量开关前后的器件或线缆上的电流,需要注意其电流一定要等于流经开关的电流。负载为满负荷工作状态时测量结果即为连续触点电流。 2) 触点功率: 触点功率是指开关在闭合瞬间的最大功率,由于开关闭合瞬间在开关上产生瞬态强电流:触点电流(I)和触点电阻(R),触点功率可近似计算P=I2*R。 触点电流可以通过设置示波器为单次触发方式可以测试开关瞬间、浪涌时电流变化情况,波形最大值即触发电流值。触点电阻可以借用开关器件手册提供的电阻曲线中的起始点对应的电阻值。 检查内容 器件 位号 器件 编码 器件 名称 额定 电流 连续 触点 电流 额定 最大 功率 触点 功率 最大 承受 电流 浪涌 触点 电流 电流 降额 功率 降额 浪涌 电流 降额 是否 合理 - - - 查手 册 实测 查手 册 实测、 计算 查手 册 实测 连续 触点 电流/ 额定 电流 触点 功率/ 额定 最大 功率 浪涌 触点 电流/ 最大 承受 电流 是/否 18 EMI滤波器 主要应力 工作电压,温度,直流电流。 降额原则 类型 降额参数 降额情况 电容部分 工作电压(%额定值) 壳温 60% Tmax-10℃ 电感部分 直流电流(%额定最大值) 热点温度 90% Tmax-25℃ 当EMI滤波器包含电容和电阻时,EMI滤波器的热点温度需降额25℃。 应力分析 1) 工作电压: 可使用示波器测量输入,输出管脚之间的实际工作电压,来判定是否满足器件电压要求;测试中要注意系统或单板在上、下电瞬间EMI滤波器电压变化。 2) 直流电流: 直流电流一般可使用电流探头来测量。测试滤波器前后的器件或线缆上的同等电流,对应单板上贴片EMI滤波器,可考虑通过串联尽量短的导线的方法近似测量。 3) 温度测量: 利用点温度计,设备满载工作时测量被测EMI滤波器的温度,减去环境温度(环境温度是指实验室温度),计算出温升: 温升=EMI滤波器热点温度-实验室环境温度 通过温升计算出EMI滤波器在市场运行时的实际工作温度: 实际工作温度=产品短期工作的最高环境温度+温升 产品短期工作的最高环境温度在通常的产品规格中均有说明。 检查内容 器件位 号 器件编 码 器件名 称 额定电 流 直流电 流 额定电 压 最大工 作电压 电流降 额 电压降 额 是否合 理 - - - 查手 册 实测 查手 册 实测 直流电 流/额定 电流 最大工 作电压/ 额定电 压 是/否 19 电源 主要应力 最大使用功率,输出电流,基板温度、外壳温度。 降额原则 类型 降额参数 降额情况 二次电源模块 最大使用功率 85% 输出电流 80% 基板温度 90℃ 一次电源模块 最大使用功率 85% 输出电流 80% 外壳温度 85℃ LDO 最大使用功率 80% 输出电流 75% 最大输入电压 80% 输入输出电压差 80% 最高温度 80% 应力分析 1) 最大使用功率、输出电流 仪器:电流探头、数字示波器 二次电源模块: 将被测电源模块从单板上拆下,使用引线将拆下电源模块焊接到单板上以便进行电流测试。系统运行在最大负载状况时,使用示波器电流探头测试电源模块输出电流,以I表示;使用示波器电压探头读出电源模块近端输出电压,以U表示;电源模块最大使用功率=I×U。如果测试输出端电流比较困难,可以采用近似功率测试方法。即测试该电源模块的输入端电压(U)和电流(I),并从电源模块资料手册上查“效率-功率”(或“效率-电流” )曲线,得到此时的电源模块效率(η),注意不要使用中高档示波器的有源探头测二次模块的输入电压,有源探头无法承受大于15V的电压。如电源模块资料手册中无效率曲线,则可以取电源模块的平均效率来进行估算。模块的最大使用功率为=U×I×η。 一次电源模块: 直接测试一次电源模块输出端电压、电流的方法与上文二次电源模块电压、电流测试方法相同。如果测试输出端电流比较困难,也可以采用近似功率测试方法。方法同上文二次电源模块的测算方法。唯一不同的是此时应使用功率分析仪(功率计)测试输入端有效功率,再查手册估算效率。一次电源模块的最大使用功率为=U×I×η。 注:对于多路输出的电源模块(一次电源模块、二次电源模块),需要分别考虑每一路输出的功率、电流降额。 2) 基板温度、外壳温度 仪器:多点热电偶温度仪 在电源模块工作达到热平衡时,用点温计测量其最热处(可多测几个点,取最高温度)的基板温度或外壳温度。可以用其中一点监测环境温度,从而能够消除测试准确度不够所带来的误差。 对于带散热片的二次电源模块,可通过直接测量散热片最热点温度,近似等于最热点基板温度。 电源模块的温升: 温升=基板温度或外壳温度-实验室环境温度 通过温升计算出电源模块在市场运行时的实际工作温度: 实际工作温度=产品短期工作的最高环境温度+温升 产品短期工作的最高环境温度在通常的产品规格中均有说明。 检查内容 器件 位号 器件 编码 器件 名称 额定输 出电流 输出 电流 最高基板(外 壳)温度 最大 使用 功率 额定 功率 电流 降额 温度 降额 功率 降额 是否 合理 - - - 查手 册 实测 实测并计算 实测 并计 算 查手 册 输出 电流/ 额定 输出 电流 90℃ (二次) 85℃ (一 次) 最大 使用 功率/ 额定 功率 是/否 注:对于多路输出的电源模块,需要分别考虑每一路输出的功率、电流降额。 附录:热电偶感温端的固定 测试表面温度时,应保证热电偶感温端与表面间紧密接触,使接触热阻最小;在电气方面应与被测表面保持绝缘。草测时可以使用透明胶带纸将热电偶端头固定在测点表面,这样的安装方式将使测量温度比实际值低0.5~2℃或更大。要减小这个误差,可以使用专门的导热胶将热电偶粘在表面。目前采用的胶为乐泰胶水LOCTITE416和乐泰催化剂LOCTITE7452。采用乐泰胶固定感温端的方法如下: 1,手握热电偶感温端的导线将感温端置于被测面上。 2,另一手将适量乐泰胶滴在感温端上,然后尽快取适量的催化剂,将其涂刷于乐泰胶上面。维持5~10秒后松开。 热电偶探头固定在测温表面上时,必须将一段热电偶导线沿测温表面的等温线布置,这样可以消除热电偶导线本身导热而导致的测量误差,导线长度应大于10mm。在将热电偶导线引出机柜/箱的路径中,应用透明胶在一些合适的位置将其固定,防止意外拉扯使热电偶探头松动,影响测量精度。 20 降额举例 钽电容 如09010001 片状钽电容器-47uF-20%-16V-D,需要符合 钽电解电容0901/2311 直流电压 最高壳温 反向电压(%,最大正向额定直流电压) 50% TAmax-20℃ 2% 它能工作的最高电压为16V×50%=8V,如果电路中有9V、12V的滤波需求,应当使用标称电压25V的钽电容,下图为AVX公司推荐,和本规范基本一致。50%降额可以使电容失效率降低为不降额时的2%-5%。 电容工作耐压和环境温度相关,温度越高,电容能够承受的电压越低。对于耐压16V的钽电容,在125℃时耐压为10V。电容09010001标明温度为85℃,使用时最高壳温应当为85-20=65℃。 陶瓷电容 如09030004片状陶瓷电容器-0.01uF-10%-50V-0603-X7R,需要符合 纸/塑料薄膜电容0904/2317/2318 陶瓷电容0903/2312/2315 直流电压 最高壳温 60% TAmax-10℃ 对于陶瓷电容,电压没有太特别的地方,对于电容09030004,只要使用电压小于50V×60%=30V就可以了。 对于最高温度,陶瓷电容比较麻烦,一般使用的陶瓷电容材质有NP0(C0G)、X7R、X5R、Y5V、Z5U等几种,其中NP0(C0G)、X7R可以工作在125℃,其他几种工作与85℃,最高壳温需要小于85-10=75℃。 电解电容 如09040002 铝电解电容器-470uF-20%-100V-Φ16*25mm-P=7.5mm-105℃,需要符合 铝电解电容0904/2316 直流电压 最高壳温 60% TAmax-20℃ 使用电压小于100V×60%=60V就可以了。 使用温度小于105-20=85℃。 电解电容有的温度等级为85℃,降额以后为65℃,温度比较低。当环境温度为50℃或者更高时,设备内部温度可能会达到65℃以上,导致电解电容加速老化。除非很低端产品,否则不要选用温度等级为85℃的电解电容。 电阻 如21110001片状电阻器-0603-1/16W-1%-8.25K,需要符合 片状薄膜电阻器2111/0801 功率 最大工作温度 50% Tmax-40℃ 较好的片装电阻的功率对应关系一般如下: 封装 0402 0603 0805 1206 1210 2512 功率 1/16W 1/10W 1/8W 1/3W 3/4W 1W 对于具体型号需要看编码描述或者datasheet。 电阻的功率是在额定温度下定义的,一般来说,额定温度都是70℃,超过70℃,电阻达不到其额定功率,这个对应关系就是电阻的降额曲线。 这里的降额按照一级降额,在温度70℃以下时,需要保证实际功率是额定功率的50%,而最大工作温度也需要保证小于130-40=90℃,但在70-90℃之间,功率要小于额定功率的50%。 电阻的最大工作电压也和封装有关系,SKYWELL公司贴片电阻规格如下: 封装 0402 0603 0805 1206 1210 2512 最大电压 25V 50V 100V 200V 200V 200V 这个电压是保证电阻不被击穿的,不保证散热没问题。使用中要对电压进行70%的降额,在48V电源中使用贴片电阻时要注意不要使用尺寸太小的(如0603电阻)。 LDO 如11040020 5.0V outpot 1.0A Positive Voltage Regulators LM7805CT LDO 最大使用功率 80% 输出电流 75% 最大输入电压 80% 最高温度 80% LM7805CT最大输入电压35V,输出电流1A,最大使用功率无明确定义,要根据热阻分析,最高结温150℃。 某LM7805CT应用于9V到5V的转换,电流0.3A。输入电压9V < 35V × 80%=28V,输出电流0.3A < 1A × 75%=0.75A。 经测试,在环境温度25℃下,LM7805CT表面温度为58℃,温升23℃。从datasheet中可以看出,θjc为4℃/W,该应用中,LM7805CT自身散热Pc=(9V-5V)×0.3A=1.2W。 根据通过壳温计算结温的公式: Tj=Pc×θjc+TA短期工作+△Tc 在考虑短期工作环境温度为60℃,这时的结温为: Tj=1.2×4+60+23=87.8℃,该温度小于最高结温的降额150×0.8=120℃。可以满足降额要求。 对于晶体管/MOS管可以参考LDO的计算方法,对于不容易估算散热量的应用,建议保持壳温低于最大结温50℃。 在设计中,可以通过使用散热片来降低LDO的温度,也可以通过在PCB上覆铜皮的方式来进行散热,下面是NS推荐的覆铜面积和热阻的对应关系,供参考。 大规模集成电路 对于大规模集成电路,功能复杂,封装情况多种,芯片功耗难以计算,只能通过测量其多个电源的电流来计算, datasheet往往也不提供θjc,有的甚至连θja都不提供,对热降额分析带来较大困难。 对于这类器件,初步按照一下方法分析:1,芯片往往推荐工作环境温度,最少要保证实际环境温度在这个范围内。2,可以要求壳温小于芯片要求的最大工作环境温度,或者壳温小于最大结温-50℃。3,从降额的角度讲,大规模集成电路要尽可能做好散热,对于正常运行温升较高的芯片,建议使用散热片。 保险丝 如12090001 熔断电阻器-250V-4A-5.2*20mm-慢熔断保险,需满足 慢熔保护器件 电流(%最大额定电流) 35-50% 如果考虑设备工作于55℃环境下,需要按35%降额,对于12090001,4A×35%=1.4A。也就是说,如果该设备正常工作,流过保险丝的电流小于1.4A,就可以选用12090001。 21 简单总结 1) 钽电容使用电压不能超过额定电压的50%,不允许承受反压。 2) 铝电解电容使用电压不能超过额定电压的60%。 3) 陶瓷电容使用电压不能超过额定电压的60%。 4) 铝/钽电解电容表面温度不能高于65度。 5) 陶瓷/聚酯膜电容表面温度不能高于75度。 6) 环境温度小于70度时,电阻消耗功率要小于额定功率的50%。 7) 环境温度打于70度时,电阻消耗功率要更小,需进一步分析。 8) 要注意电阻的耐压。0402电阻耐压18V,0603电阻耐压35V,0805电阻耐压70V,1206/1210及以上电阻耐压140V。(已考虑了降额) 9) 慢熔保险丝工作电流要小于额定电流的35% 10) 大规模集成电路最高表面温度-环境温度要小于25度 11) 数字电路扇出系数要小于8,对驱动能力弱的器件扇出系数要更小。 12) 在满足功能的前提下,数字电路工作的频率尽可能低。 13) 二/三极管、MOS管结温要低于最大结温40度。我司一般场合可以要求温升小于20度。 14) 二极管电流小于额定电流60%,三极管、MOS管电流小于额定电流70%。 15) 电感类器件工作电流小于额定电流65%,峰值电流小于额定电流90%。 16) 电感类器件热点(温度最高点)温度小于其最大环境温度-25度 17) 空气开关电流降额到80%;普通开关/继电器降额到75%,如果带电感负载,需降额到40% 18) 连接器电流降额到70%;多个连接器并联,需要在降额的基础上再降25%。 19) 一般认为连接器最高工作环境温度85度,如果温度大于85度,请根据连接器资料检查是否可以接受; 20) 导线/电缆的最大应用电压要小于电缆规定的最大绝缘电压的50% 21) 导线/电缆的最大电流:AVG30/1.3A,AVG28/1.8A,AVG26/2.5A,AVG24/3.3A,AVG22/4.5A,AVG20/6.5A,AVG18/9.2A,AVG16/13A,AVG14/17A,AVG12/23A,AVG10/33A,AVG8/44A,AVG6/60A,AVG4/81A, 22) 一次/二次电源模块、LDO的最大使用功率、最大输出电流都降额到85%。电源降额非常关键,要仔细进行分析。 22 引用标准 国家军用标准 GJB/z35-93 元器件降额准则 航天部标准 QJ1414-88 元器件可靠性降额准则

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