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品工作時承受的工作應力適當低于元器件或產品規定的額定值，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，日本的色摩亮次發現，溫度降低10℃，元器件的失效率可降低一半以上。實踐證明，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，故而降額設計技術和熱設計技術對電子產品則顯得尤為重要。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。

　　對于各類電子元器件，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現，并且不會在產品體積、重量和成本方面付出過大的代價。當然，過度的降額并無益處，會使元器件的特性發生或導致元器件的數量不必要的增加或無法找到適合的元器件，反而對產品的正常工作和可靠性不利。

　　二、術語

　　1、應力：在貯存/運輸和工作中對于元器件產品的功能產生影響的各種外界因素，統稱為應力。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、碰撞和跌落，等等。

　?。áぃ┉h境應力：指元器件所處工作環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間應力：指元器件承受應力時間的長短（承受應力時間越長，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的失效率，也稱為額定失效率或通用失效率（一般由元器件制造廠產品目錄提供）。

　　3、失效率（λр）：指元器件在實際運用狀態下工作時的失效率，也稱為現場失效率。

　　一般λр﹥λь λр ＝λьΠπī

　　4、降額系數（S）：元器件降額應用時引入一個降額系數，其定義為：

　　降額系數定義實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個降額等級：

　　1、Ⅰ級是最大的降額，適用于設備故障將會危及安全，導致任務失敗和造成嚴重經濟損失情況時的降額設計。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再增長多少，而且設計上是難以接受的。

　　2、Ⅱ級降額