電路設計中的元件降額設計

一、概述

　　降額設計就是使元器件或產(chǎn)品工作時(shí)承受的工作應力適當低于元器件或產(chǎn)品規定的額定值，從而達到降低基本失效率（故障率），提高使用可靠性的目的。20世紀50年代，日本的色摩亮次發(fā)現，溫度降低10℃，元器件的失效率可降低一半以上。實(shí)踐證明，對元器件的某些參數適當降額使用，就可以大幅度提高元器件的可靠性。因電子產(chǎn)品的可靠性對其電應力和溫度應力比較敏感，故而降額設計技術(shù)和熱設計技術(shù)對電子產(chǎn)品則顯得尤為重要。它是可靠性設計中必不可少的組成部分。下面介紹電子元件的降額技術(shù)。

　　對于各類(lèi)電子元器件，都有其最佳的降額范圍，在此范圍內工作應力的變化對其失效率有明顯的影響，在設計上也較容易實(shí)現，并且不會(huì )在產(chǎn)品體積、重量和成本方面付出過(guò)大的代價(jià)。當然，過(guò)度的降額并無(wú)益處，會(huì )使元器件的特性發(fā)生或導致元器件的數量不必要的增加或無(wú)法找到適合的元器件，反而對產(chǎn)品的正常工作和可靠性不利。

　　二、術(shù)語(yǔ)

　　1、應力：在貯存/運輸和工作中對于元器件產(chǎn)品的功能產(chǎn)生影響的各種外界因素，統稱(chēng)為應力。常遇到的有：

　?。á。╇姂Γ褐冈骷饧拥碾妷?電流及功率等。

　?。áⅲ囟葢Γ褐冈骷幍墓ぷ鳝h(huán)境的溫度。

　?。á＃C械應力：指元器件所承受的直接負荷、壓力、沖擊、振動(dòng)、碰撞和跌落，等等。

　?。áぃ┉h(huán)境應力：指元器件所處工作環(huán)境條件下除溫度外的其它外界因素，例如：灰塵、溫度、氣壓、鹽霧、腐蝕，等等。

　?。áィr(shí)間應力：指元器件承受應力時(shí)間的長(cháng)短（承受應力時(shí)間越長(cháng)，越易老化或失效。）

　　2、基本失效率（λь）：指元器件在額定條件下工作時(shí)的失效率，也稱(chēng)為額定失效率或通用失效率（一般由元器件制造廠(chǎng)產(chǎn)品目錄提供）。

　　3、失效率（λр）：指元器件在實(shí)際運用狀態(tài)下工作時(shí)的失效率，也稱(chēng)為現場(chǎng)失效率。

　　一般λр﹥λь λр ＝λьΠπī

　　4、降額系數（S）：元器件降額應用時(shí)引入一個(gè)降額系數，其定義為：

　　降額系數定義實(shí)際上與電應力系數的定義相同，故兩者可以通用。

三、降額等級

　　在最佳降額范圍內，一般又分3個(gè)降額等級：

　　1、Ⅰ級是最大的降額，適用于設備故障將會(huì )危及安全，導致任務(wù)失敗和造成嚴重經(jīng)濟損失情況時(shí)的降額設計。它是保證設備可靠性所必須的最大降額。若采用比它還大的降額，不但設備的可靠性不會(huì )再增長(cháng)多少，而且設計上是難以接受的。

　　2、Ⅱ級降額