【技术】开关电源13类元器件的电压、电流、温度使用安全区！
0、概述为什么开关电源 要降额使用元器件?因为如果元器件的工作状态不超过供应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，是依据最差工况(worst case)来制定的。处于最差工况工作的元件，是实际寿命达不到额定寿命的重要因素。 最差工况，就是元件工作时承受着最大应力的工作状况。这种情况一般由外部环境的参数比如温度、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，是应该根据最差工况时，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，就要进行worst case下的失败风险评估。要进行风险评估，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。要精确保证模型的准确性，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-5 eV/K T 绝对温度 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，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%×VRRM(最大可重复反向电压) 最大峰值反向电压<90%×VRRM 正向平均电流<70%～90%×额定值 正向峰值电流<75%～85%×IFRM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℃ Tcase(外壳温度)≤0.8×Tjmax-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。 这里很多指标给的是个范围，因为不同的可靠性要求和成本之间有矛盾。所以给出一个相对比较注重可靠性的和一个比较注重成本的两个值供参考。下面同理。 三、功率MOS
VGS<85%×VGSmax(最大栅极驱动电压) ID_peak<80%×ID_M(最大漏极脉冲电流) VDS<80～90%×额定电压 dV/dt<50%～90%×额定值 结温<85℃~80%×Tjmax(最大工作结温) Tcase(外壳温度)≤0.8×Tjmax-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×Tjmax-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。 |
