(整理)元器件降额使用参考

元器件降额使用参考
一、集成电路
因为集成电路的复杂性和保密性，一般我们只能根据半导体结温来推断集成电路的可靠性了。

我们通常规定：
1，最大工作电压，不超过额定电压80%
2，最大输出电流，不超过额定电流75%
3，结温，最大85摄氏度，或不超过额定最高结温的80%
二、二极管
二极管种类繁多，特性不一。

故而，有通用要求，也有特别要求：
通用要求：
长期反向电压<70%～90%×V RRM（最大可重复反向电压）
最大峰值反向电压<90%×V RRM
正向平均电流<70%～90%×额定值
正向峰值电流<75%～85%×I FRM正向可重复峰值电流
对于工作结温，不同的二极管要求略有区别：
信号二极管< 85～150℃
玻璃钝化二极管< 85～150℃
整流二极管和快恢复、超快恢复二极管（<1000V）<85～125℃
整流二极管和快恢复、超快恢复二极管（≥1000V）<85～115℃
肖特基二极管< 85～115℃
稳压二极管（<0.5W）<85～125℃
稳压二极管（≥0.5W）<85～100℃
T case(外壳温度)≤0.8×T jmax-2×θjc×P，2×θjc×P<15℃，θjc是从结到壳的热阻，P是功率损耗。

这是一个可供参考的经验值
三、功率MOS
V GS<85%×V GSmax(最大栅极驱动电压)
I D_peak<80%×I D_M(最大漏极脉冲电流)
V DS<80～90%×额定电压
dV/dt<50%～90%×额定值
结温<85℃~80%×T jmax(最大工作结温)
T case(外壳温度)≤0.8×T jmax-2×θjc×P，2×θjc×P<15℃，θjc是从结到壳的热阻，P是功率损耗。

这是一个可供参考的经验值。

四，三极管
所有的电压指标都要限制在85%的额定值之下
功率损耗不超过70%～90%额定值
IC必须在RBSOA(反偏安全工作区)与FBSOA(正偏安全工作区)范围内降额30%（就是额定的70%）
结温不超过85～125℃
Tcase(外壳温度)≤0.75×T jma x-2×θjc×P，2×θjc×P<15℃，θjc是从结到壳的热阻，P是功率损耗。

这是一个可供参考的经验值。

五，电解电容
铝电解电容是开关电源中一个非常重要的元件。

而很多开关电源的故障率偏高，都是因为对铝电解的使用不当造成的。

由于铝电解的重要性，我们对他的研究比较多，因而制定出来的规则也比较多。

1，V dc+V ripple<90%×额定电压
2，在电容体之下，PCB正面，尽量不要有地线之外的其他走线。

3，纹波电流，这个问题比较复杂，因为开关电源中，纹波电流的频谱是非常丰富的，所以必须把纹波电流折算一下：
频率因子，供应商应该可以提供的。

纹波电流必须保证在供应商的额定值的70%～90%之内。

4，电解电容的初始容量要保证20%的裕量。

同时，要保证额外的20%的容量裕量，以应对寿命快到时的容量衰减。

5，电解电容的寿命温度加速因子为2每10℃，也就是说，温度每升高10度，寿命减半。

6，壳温T case受限于设计寿命。

7，自温升<5℃，所谓自温升，是指电容实际工作时，完全因为自身发热导致的温升。

六，瓷片电容
工作电压<60%～90%×额定电压
表面温度<105℃
自温升<15℃或由规格书定义，以低的为准。

七，薄膜电容
1，在开关电源中，不要使用聚苯乙烯电容，因为聚苯乙烯电容耐热比较差。

2，表面温度<85℃，超过85℃耐压按照下图降额使用。

此处的电压指的是直流电压叠加交流峰值电压。

3，聚酯电容自温升<8℃或由规格书定义，以低的为准
4，聚丙烯电容自温升<5℃或由规格书定义，以低的为准
5，薄膜电容的使用寿命取决于电压值和电压脉冲的上升速率。

允许的脉冲数量和电压值以及脉冲斜率的关系，如下式：
其中：
N pulse为脉冲总数
V r,max最大额定直流电压
V applied实际使用峰峰值电压
(dv/dt)max最大额定脉冲斜率
(dv/dt)applied实际使用脉冲斜率
八，电阻
电阻可以分为三大类：固定线性电阻、固定非线性电阻、可变电阻
固定线性电阻包括：碳膜、金属膜、金属氧化膜、金属釉、碳质等电阻和绕线电阻。

固定非线性电阻包括：NTC、PTC
电阻的可靠性主要取决于电阻的温度，而温度则是环境温度和自身功率损耗产生热量后叠加的效果。

功率和电压都对电阻的选择与使用产生限制：
从图中可以知道，对于阻值低于临界阻值的电阻，使用是受功率限制，而对于高于临界阻值的电阻，使用上是受耐压的限制。

对于单个脉冲的功率限制，取决于脉冲的形状。

同时脉冲的峰值电压必须不能超过额定限制。

电阻的降额使用规则：
1，在有瞬间高压脉冲的电路中使用金属釉电阻
2，在有大的冲击电流的场合使用绕线电阻
3，连续功率<50%×额定功率
4，不要使用>1MΩ的碳膜电阻，因为长期稳定性太差
5，高阻值长期稳定性好的电阻应采用金属釉电阻
6，在热冲击试验后，电阻的阻值必须在±5%的额定范围内
7，可熔断电阻，比如保险丝电阻，不要靠PCB太近，以免PCB过热
8，尽量不要将矩形的贴片电阻用在ESD保护电路，因为矩形的尖角容易放电
9，在电压、电流采样时，如果用贴片电阻，尽量使用尺寸在1206以上的。

10，耐压的降额使用：
对于碳膜、金属膜、金属氧化膜电阻：
R>100K时，V RMS<50%×额定最大连续工作电压
R≤100K时，V RMS<90%×额定最大连续工作电压或90%×(P×R)0.5，以低的为准。

对于碳质电阻、金属釉电阻和绕线电阻：
V RMS<90%×额定最大连续工作电压或90%×(P×R)0.5，以低的为准。

11，电路中有冲击电流的时候的瞬时功率可以按照下面的经验公式计算：
P=I2×R×t/4，其中，t是电流跌落到最大值38%时的时间。

九，磁性元件
磁性元件中，线对线之间的最大电压不能超过下表：
将AWG线规可以按照此式转换为mm单位线径：d=25.4×0.005×92((36-AWG)/39)漆包线的使用寿命加速因子约为2.5每10℃。

线包的温度降额规定：
CLASS B：95℃～110℃注：额定温度是130℃
CLASS F：110℃～125℃注：额定温度是155℃
CLASS H：125℃～150℃注：额定温度是180℃
磁芯的降额规定：
B max<80%×B sat在任何条件下。

B sat是磁芯的饱和磁感应强度
T CORE<70%×T curie-10℃T curie是磁芯居里点温度
十，金属氧化物压敏电阻MOV
T case≤85℃，在任何条件下
具体选型推荐为：
AC120V/127V 选用150V rms
AC220V 选用275V rms(此项尚存争议)
AC277V 选用320V rms
AC347V 选用420V rms
十一，印刷电路板
PCB材料和最高可用表面温度如下：
FR2 75℃
FR3 90℃
FR4 125℃
CEM1 125℃
CEM3 125℃
此外，有以下一些规则：
可以使用过孔帮助散热
每个过孔流过电流不超过2A
布线之间的间距与电压的关系参考UL935
FR1的导热率是FR4的两倍，但FR1不适合做双面板
十二，保险丝
对保险丝的降额使用，是对电路保护可靠性和保险丝使用寿命之间的妥协。

降额使用保险丝，并不能直接带来产品可靠性的提升。

环境温度和电流是影响保险丝寿命的主要因素。

在25℃下，保险丝的电流应该降额25%使用。

在环境温度升高时，慢熔断的保险丝，要按照0.5%/℃来增加降额。

而快融断保险丝则按照0.1%/℃来增加降额。

十三，光耦
最大工作电压<70%～90%×额定电压
最大工作电流<25%～90%×额定电流
电流传输比，按照产品寿命时间，保留20%裕量结温<85℃～100℃。