电路设计中的元件降额设计

一、概述

　　降额设计就是使元器件或产品工作时承受的工作应力适当低于元器件或产品规定的额定值，从而达到降低基本失效率（故障率），提高使用可靠性的目的。20世纪50年代，日本的色摩亮次发现，温度降低10℃，元器件的失效率可降低一半以上。实践证明，对元器件的某些参数适当降额使用，就可以大幅度提高元器件的可靠性。因电子产品的可靠性对其电应力和温度应力比较敏感，故而降额设计技术和热设计技术对电子产品则显得尤为重要。它是可靠性设计中必不可少的组成部分。下面介绍电子元件的降额技术。

　　对于各类电子元器件，都有其最佳的降额范围，在此范围内工作应力的变化对其失效率有明显的影响，在设计上也较容易实现，并且不会在产品体积、重量和成本方面付出过大的代价。当然，过度的降额并无益处，会使元器件的特性发生或导致元器件的数量不必要的增加或无法找到适合的元器件，反而对产品的正常工作和可靠性不利。

　　二、术语

　　1、应力：在贮存/运输和工作中对于元器件产品的功能产生影响的各种外界因素，统称为应力。常遇到的有：

　　（ⅰ）电应力：指元器件外加的电压/电流及功率等。

　　（ⅱ）温度应力：指元器件所处的工作环境的温度。

　　（ⅲ）机械应力：指元器件所承受的直接负荷、压力、冲击、振动、碰撞和跌落，等等。

　　（ⅳ）环境应力：指元器件所处工作环境条件下除温度外的其它外界因素，例如：灰尘、温度、气压、盐雾、腐蚀，等等。

　　（ⅴ）时间应力：指元器件承受应力时间的长短（承受应力时间越长，越易老化或失效。）

　　2、基本失效率（λь）：指元器件在额定条件下工作时的失效率，也称为额定失效率或通用失效率（一般由元器件制造厂产品目录提供）。

　　3、失效率（λр）：指元器件在实际运用状态下工作时的失效率，也称为现场失效率。

　　一般λр﹥λь λр ＝λьΠπī

　　4、降额系数（S）：元器件降额应用时引入一个降额系数，其定义为：

　　降额系数定义实际上与电应力系数的定义相同，故两者可以通用。

三、降额等级

　　在最佳降额范围内，一般又分3个降额等级：

　　1、Ⅰ级是最大的降额，适用于设备故障将会危及安全，导致任务失败和造成严重经济损失情况时的降额设计。它是保证设备可靠性所必须的最大降额。若采用比它还大的降额，不但设备的可靠性不会再增长多少，而且设计上是难以接受的。

　　2、Ⅱ级降额