降額設計基礎知識

目錄

什麼是降額設計？

降額設計原則

降額設計的注意事項

1.什麼是降額(derating)設計？
降额设计，为了提升电子设备的可靠性而常用，主要是指构成电子设备的元器件
使用中所承受的应力（电应力和温度应力）低于元器件本身的额定值，以达到延
缓其参数退化，增加工作寿命，提高使用可靠性的目的。

降额主要因素：电应力和温度
降额设计的关键：降额的程度与效果

施加在电子元器件上的电应力、热应力大小直接影响电子元器件的失效率高低。
如锗NPN晶体管基本失效率与电应力及热应力关系，如果温度不变（0℃），而从
满负荷使用降至额定负荷的0.1使用，则基本失效率降低了6倍；如果电应力不变
（额定负荷的0.1）而温度从90℃降至0℃，则基本失效率降低了16倍；如果负荷
及温度都降低，电应力从额定值0.6降至0.1，而温度从55℃降至0℃，则基本失
效率降低到原来的1/20。

降額系數(S)
降額系數S=工作應力/額定應力
1.這裡應力泛指：電應力(電壓、電流和功率)和熱應力

2.不同的電子器件在不同的環境有不同的應力表現
降额等级

– Ι 级降额：最大适用于故障危及安全、导致任务失败和造成重大经济损失的
情况；
– Π级降额：适用于故障使任务降级和增加不合理的维修费用；
– Ш级降额：适用于故障对任务完成影响很小和少量的维修。

降额等级(續) 

2.降額設計原則

– 各类元器件均有一个最佳的降额范围，在此范围内应力变化对其故障率影响
较大。过度的降额也不可取，增加元器件的数量；降额到一定程度后，可靠性的
提高是很微小的；过度降额反而有害：大功率晶体管在小电流下，大大降低放大
系数而且参数稳定性降低；继电器的线包电流不仅不能降低，反而应在额定值之
上，否则影响可靠的接触；
– 电应力降额容易，对温度降额，主要依靠热设计；
– 降额提高可靠性，但要综合考虑可靠性、体积、重量和费用等问题；
– 根据设计、可靠性等的需要进行，一般参照MIL-HDBK-217F&GJB/Z-35《元器
件降额准则》。

降额准则的制定
– 在工程型号中制定降额准则，指导降额设计；
– 参照MIL-HDBK-217F&GJB/Z-35制定降额准则
– 根据可靠性需求、以往的经验或相似型号的降额准则确定
• 元器件的种类及其在不同重要性要求下的降额等级；
• 系统/分系统及其要求的降额等级；
• 确定具体的参数应力；
– 编制降额准则初稿；
– 广泛征求意见，修改降额准则初稿；
– 确定正式的“降额准则”；

可靠性设计准则的实施
– 将准则作为“总师”的规范文件下发执行；
– 设计人员学习，熟悉准则；
– 对照与自己设计部分相关的准则，进行设计，确定参数的应力值；
– 设计人员自查其设计对准则的“符合性”：
• 不符合的条款，说明理由“为什么不符合”，并报上一级设 #p#分页标题#e#
计主管；
• 编制准则符合性报告；
– 与可靠性预计相结合；
– 组织专家评审，进行“符合性”检查；
– 对“不符合”的条款，根据其对可靠性影响的程度，决策处理。

3.降額設計的注意事項

1.不应将标准所推荐的降额量值绝对化，应该根据产品的特殊性适当调整 ；
2.应注意到，有些元器件参数不能降额；
3.一般说来，对于电子元器件，其应用应力越降低越能提高其使用可靠性，但却
不尽然。如聚苯乙烯电容器，降额太大易产生低电平失效；
4.为了降低元器件的失效率，提高设备可靠性而大幅值降低其应用应力，按其功
能往往需要增加元器件数量和接点，反而降低了设备可靠性；
5.对器件进行降额应用时，不能将所承受的各种应力孤立看待，应进行综合权衡；
6.不能用降额补偿的方法解决低质量元器件的使用问题，低质量产品要慎重使用；

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