开关电源13类元器件的电压、电流、温度使用安全区

【Word版本下载可任意编辑】开关电源13类元器件的电压、电流、温度使用安全区为什么要降额使用元器件？因为如果元器件的工作状态不超过供给商提供的规格书上的指标。那么可以实现全寿命工作。降额使用，可以提高产品的可靠性。

降额使用规则的制订，是依据差工况(worstcase)来制定的。处于差工况工作的元件，是实际寿命达不到额定寿命的重要因素。

差工况，就是元件工作时承受着应力的工作状况。这种情况一般由外部环境的参数比方温度、电压、开关次数、负载等条件中的一种或多种组合而成。这些应力的边界条件一般在元件的规格书中都是给出来的。

一个良好的设计，是应该根据差工况时，元件的设计风险来评估设计的可靠性的。风险评估同时可以确定失败的原因、潜在的风险、失败的概率、后果的严重性等。

要制定降额使用规范，就要开展worstcase下的失败风险评估。要开展风险评估，就要建立加速实验模型。要是风险评估按照正常使用时间来做的话，等到评估完了，市场份额早就被瓜分完了。

模型的准确性，将严重影响风险评估的结果。要保证模型的准确性，那又是一门大学问了。在我们这里，就定性的简单分析一下吧。

加速试验的加速因子，一般遵循阿累尼乌斯定律：

其中：

A加速因子

Ea活化能

K波尔兹曼常数，8.63E-5eV/K

T温度

如果加速因子对应某个要降额条件下的值是已知的，那么可以用下面的公式来计算其他情况下的寿命：

其中：

T温度，以摄氏度为单位

Tref参考降额使用温度，以摄氏度为单位

tref参考使用寿命，单位KHrs(千小时)

t使用寿命，单位KHrs(千小时)

A每10摄氏度加速因子

举个例子：一个元件在90摄氏度下的寿命是30KHrs，加速因子A约等于2每10摄氏度，那么在什么温度下，元件的寿命就变成了20KHrs呢？

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，工作电压，不超过额定电压80%

2，输出电流，不超过额定电流75%

3，结温，85摄氏度，或不超过额定结温的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，比方保险丝电阻，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，VRMS<50%×额定连续工作电压

R≤100K时，VRMS<90%×额定连续工作电压或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：

VRMS<90%×额定连续工作电压或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是电流跌落到值38%时的时间。

九，磁性元件

磁性元件中，线对线之间的电压不能超过下表：

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：

CLASSB：95℃～110℃注：额定温度是130℃

CLASSF：110℃～125℃注：额定温度是155℃

CLASSH：125℃～150℃注：额定温度是180℃

磁芯的降额规定：

Bmax<80%×Bsat在任何条件下。

Bsat是磁芯的饱和磁感应强度

TCORE<70%×Tcurie-10℃

Tcurie是磁芯居里点温度

十，金属氧化物压敏电阻MOV

Tcase≤85℃，在任何条件下

具体选型推荐为：

AC120V/127V选用150Vrms

AC220V选用275Vrms(此项尚存争议)

AC277V选用320Vrms

AC347V选用420Vrms

十一，印刷电路板

PCB材料和可用表面温度如下：

FR275℃

FR390℃

FR4125℃

CEM1125℃

CEM3125℃

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