电子电路中电阻电容器件降额规范

电子电路中电阻电容等器件降额规范电阻器降额规范稳态功率与瞬态功率稳态功率功率降额是在相应的工作温度下的降额，即是在元件符合曲线所规定环境温度下的功率的进一步降额，采用P=V²/R公式进行计算。为了保证电阻器的正常工作，各种型号的电阻厂家都通过试验确定了相应的降功率曲线，因此在使用过程中，必须严格按照降功率曲线使用电阻器。当环境温度定于额定温度时（TTs）可以施加60%额定功率，不需要考虑温度降额。当环境温度高于额定温度的时候，需要考虑温度降额，应该进一步降额功耗使用，P=PR(0.6+(Ts-T)/(Tmax-Ts))PR是额定功耗；T是环境温度；Tmax是零功耗时最高环境温度。瞬态功耗不同厂家，电阻脉冲功耗和稳态功率的转换曲线不同，具体应用时，要查询转换缺陷，将瞬态功率转换为稳态功率，然后在此基础上降额。厂家额定环境温度为70℃，低于这个温度的时候，直接按照60%进行降额。当超过这个温度的时候，额定曲线是一个斜线。降额曲线也按照，最大温度的降额为121℃，然后绘制一条红色的斜线，按照斜线进行降额。瞬态降额只要时间足够短，电阻可以承受比额定功率大得多的瞬态功率。要参考厂家资料中的最高过负荷电压参数，再在此基础上降额。瞬态功耗，又要按照单脉冲和多脉冲，分别进行讨论和分析。单脉冲：多脉冲：1、合成型电阻器1.1概述合成型电阻器件体积小，过负荷能力强，但它们的阻值稳定性差，热和电流噪声大，电压与温度系数较大。合成型电阻器的主要降额参数是环境温度、功率和电压。1.2应用指南a)合成型电阻为负温度和负电压系数，易于烧坏。因此限制其电压是必须的。b)在潮湿环境下使用的合成型电阻器，不宜过度降额。否则潮气不能挥发将可能使电阻器变质失效。c)热点温度过高可能导致合成型电阻器内部的电阻材料永久性损伤。d)为保证电路长期工作的可靠性，电路设计应允许合成型电阻器有±15%的阻值容差。1.3降额准则合成型电阻器的降额准则见下表。合成型电阻器降额准则2、薄膜型电阻器2.1概述薄膜型电阻器按其结构，主要有金属氧化膜电阻器和金属膜电阻器两种。薄膜型电阻器的高频特性好，电流噪声和非线性较小，阻值范围宽，温度系数小，性能稳定，是使用最广泛的一类电阻器。薄膜型电阻器降额的主要参数是电压、功率和环境温度。2.2应用指南a)各种金属氧化膜电阻器在高频工作情况下，阻值均会下降（见元件相关详细规范）。b)为保证电路长期工作的可靠性，设计应允许薄膜型电阻器有一定的阻值容差，金属膜电阻器为±2%，金属氧化膜电阻器为±4%，碳膜电阻器为±15%。2.3降额准则3、电阻网络3.1概述电阻网络装配密度高，各元件间的匹配性能和跟踪温度系数好，对时间、温度的稳定性好。电阻网络降额的主要参数是功率、电压和环境温度。3.2应用指南为保证电路长期工作的可靠性，设计中应允许电阻网络有±2%的阻值容差。3.3降额准则4、线绕电阻器4.1概述线绕电阻器分精密型与功率型。线绕电阻器具有可靠性高、稳定性好、无非线性，以及电流噪声、温度和电压系数小的优点。线绕电阻器降额的主要参数是功率、电压和环境温度。4.2应用指南a)在II级降额应用条件下，不采用绕线直径小于0.025mm的电阻器。b)功率型线绕电阻器可以经受比稳态工作电压高得多的脉冲电压，但在使用中应作相应的降额。见附录D（参考件）。c)功率型线绕电阻器的额定功率与电阻器底部散热面积有关，在降额设计中应考虑此因素。见附录E（参考件）。d)为保证电路长期工作的可靠性，设计应允许线绕电阻器有一定的阻值容差：精密型线绕电阻器为±0.4％；功率型线绕电阻器为±1.5％。4.3降额准则5、热敏电阻器5.1概述敏电阻器具有很高的电阻—温度系数（正或负的）。敏电阻器降额的主要参数是额定功率和环境温度。5.6.5.2应用指南a)负温度系数型热敏电阻器，应采用限流电阻器，防止元件热失控。b)任何情况下，即使是短时间也不允许超过电阻器额定最大电流和功率。c)为保证电路长期可靠性的工作，设计应允许热敏电阻器阻值有±5％的容差。4.3降额准则磁性器件的降额规范部件类型降额参数降额要求严酷条件一般条件音频变压器功率变压器脉冲变压器脉冲电流（%最大额定值）脉冲电压（%最大额定值）热点温度（℃）90%90%Tmax-25℃100%100%Tmax-25℃射频线圈电感直流电流（%最大额定值）热点温度（℃）90%Tmax-25℃100%Tmax-25℃电容的降额规范非固体铝电解电容器降额规范器件应力考核点：正向电压（浪涌电压）；反向电压；纹波电流；预期寿命1器件简述非固体铝电解电容器的工作介质是在金属铝极箔表面用电解法生成的一层金属氧化物──三氧化二铝（Al2O3），之所以称为非固体，是因为铝电容器的负极是由液体（也称作电解液）充当的。铝电解电容器的结构图如下：铝电解电容器结构图从结构图可以看到，电容器的芯子是由一层正极箔，一层间隔纸（电解液就浸在间隔纸上，故也称作电解纸），一层负极箔，再一层间隔纸卷绕而成，正负极箔分别铆接上引线以连接到电路中。电容器芯子用铝外壳和橡胶塞密封后，再套上热缩套管，就构成了完整的电容器，热缩套管上已印刷了用以识别电容器的商标、额定电压、标准容量、容量误差、工作温度、厂家型号、负极标志等内容。铝电解电容器在电路中主要起滤波、隔直、稳压的作用，实际制造出来的电容器在电路中使用时并不是理想的元件，含有ESR和ESL，其等效电路图如下：ESR的存在是电容器工作时发热的最主要原因，它不但决定了流过电容器的纹波电流的大小，更是影响电容器实际使用寿命的重要因素。铝电解电容器的芯子是卷绕而成的，所以有ESL的存在，它决定了铝电解电容器工作频率不能太高，否则就没有滤波效果，铝电解的工作频率一般在几十Hz~~100KHz。铝电解电容器是有极性的，在应用时绝不能反接。2器件常见失效模式及降额点选取说明相对于其它阻容器件来讲，铝电解电容器因含有液体作负极材料，所以失效率相对较高，且有严格的寿命要求，这在设计选型时需考虑。铝电解常见的失效模式有：短路，开路，电参数性能劣化，防爆阀开裂，漏液。从铝电解电容器应用过程中的失效原因看，主要有以下三种：◆电应力引起的失效：·过电压：电介质击穿，严重时会起火。·反压现象：严重时会爆炸起火。·纹波电流过大：内部温升过高，介质遭到破坏，电解液干涸，寿命缩短。◆热应力引起的失效·过高的环境温度，导致材料性能的蜕化或劣化，电解液挥发，寿命缩短。·不适当的焊接热冲击。◆机械应力引起的失效·引脚间距与PCB板间距不匹配造成外应力损伤。·冲击和震动造成的机械应力损伤。·单板加工时电容内部受伤。综上所述，对铝电解电容器降额考核点主要有4个方面：正向电压（浪涌电压）；反向电压；纹波电流；预期寿命。3器件应力限制3.1正向电压；浪涌电压在I、II工作区最坏应力情况下，正向电压（I区），浪涌电压（II区）降额必须满足下表：应力考核点产品工作区B级产品A级产品正向电压I工作区最坏情况90%90%浪涌电压II工作区最坏情况100%100%说明：1.对于450V电压档次的铝电解，考虑到电压选型及成本、尺寸问题，在应用于PFC电路时，I工作区电压降额允许95％。2.计算电容器寿命时，应考核工作电压对寿命的影响，电压降额对寿命的影响系数如下：电压降额KVOLTAGE90%0.890%~80%0.980%1寿命计算的具体方法见附件：《非固体铝电解电容器应力降额操作指导书》。3.2反向电压在I、II工作区最坏应力情况下，施加在铝电解电容两端的反向电压必须满足下表：应力考核点产品工作区B级产品A极产品反向电压I工作区最坏情况不允许施加反向电压II工作区最坏情况≤0.5V3.3纹波电流允许实际工作纹波电流值超过手册规定的额定值，但必须限制在下表规定的范围内，同时应考核纹波电流对寿命的影响。即在满足寿命的前提下，允许纹波电流超过额定值使用。具体规定见下表：应用场合电容器分类应力考核点产品工作区B级产品A级产品滤波SCREW-TYPE纹波电流I工作区最坏情况220％额定值200％额定值SNAP-IN105℃220％额定值200％额定值SNAP-IN85℃200％额定值180％额定值RADIAL-LEAD150％额定值130％额定值其它场合100％额定值100％额定值说明：1．纹波电流额定值，是指厂家手册中规定的电容在最高工作环境温度下，频率为120Hz时的纹波电流有效值，如实际应用中有多个频率下的纹波电流，可转换成120Hz下的等效值。2．在实际考核纹波电流时，如果：2.2倍额定纹波电流≥实测纹波电流≥额定纹波电流,加上有其它发热器件或强迫风冷影响，不能仅以纹波电流来计算温升,需测试电容器的芯子温升来考核电容器的寿命。3．如果有多个电容器并联使用，测试应力最严重的那个电容的纹波电流作为考核依据。3.4预期寿命当设备在规定的最高工作环境温度下满载运行，同时满足其他正常条件下（如按手册规定的安装方式、正常的输入、输出范围等），铝电解电容的预期寿命必须大于下列值：应力考核点B级产品A级产品I区最坏情况预期寿命≥1年≥2年额定情况预期寿命≥产品规格书规定值注：1年=8760小时铝电解电容的预期寿命主要与电容的工作环境温度、纹波电流(纹波电流发热引起的温升)以及工作电压有关。钽电容降额规范MnO2钽电容耐压稳态50%瞬态55%环境温度稳态≤Tmax-20℃瞬态反向电压稳态禁止瞬态≤2%额定电压电压变化率稳态≤15V/ms瞬态纹波电路环境温度＜85℃100%环境温度＜95℃80%环境温度＜105℃60%Polymer钽电容耐压（额定小于10V）稳态85%瞬态90%耐压（额定10~25V）稳态70%瞬态80%耐压（额定25以上）稳态60%瞬态80%环境温度稳态≤Tmax-10℃瞬态≤Tmax反向电压稳态禁止瞬态≤2%额定电压电压变化率稳态≤15V/ms瞬态纹波电路环境温度＜85℃100%环境温度＜95℃85%环境温度＜105℃70%电容类型降额参数电压（%最大额定值）最高温度（℃）反向电压严酷一般严酷一般固定纸/塑料薄膜60%70%Tmax-10℃Tmax-10℃固定金属化薄膜60%70%Tmax-10℃Tmax-10℃固定陶瓷型60%70%Tmax-10℃Tmax-10℃固定铝电解电容70%80%Tmax-20℃Tmax-20℃可变电容器60%70%Tmax-10℃Tmax-10℃降额设计是使电子元器件的工作应力适当低于其规定的额定值，从而达到降低基本故障率，保证系统可靠性的目的。降额设计是电子产品可靠性设计中的最常用的方法。不同的电子元器件所要考虑的应力因素是不一样的，有的是电压，有的是电流，有的是温度，有的是频率，有的是振动等等。对电容的耐压及频率特性，电阻的功率，电感的电流及频率特性，二极管、三极管、可控硅、运放、驱动器、门电路等器件的结电流、结温或扇出系数，电源的开关和主供电源线缆的耐电压/电流和耐温性能，信号线缆的频率特性，还有散热器、接插件、模块电源等器件的使用要求进行降额设计。通常，根据降额幅度的大小可分为一、二、三级降额，一级降额（(实际承受应力)/(器件额定应力)50%的降额）在技术设计上最容易实现，降额的效果也最好，但存在成本过高的问题；二级降额（70%左右的降额）在技术设计上也比较容易实现，降额的效果也很好，并且成本适中；三级降额在技术实现上要仔细推敲，必要时要通过系统设计采取一些补偿措施，才能保证降额效果的实现，有一定难度，但三级降额的成本最低。一般说来，建议使用二级降额设计方法，在保证降额设计取得良好效果的同时，技术实现难度和成本都适中。对于涉及到频率特性的器件的降额要谨慎处理。