降额总则

1.定义

额定值：元器件允许的最大使用应力值。

应力：影响元器件失效率的电、热、机械、环境条件等负载。

降额因子：元器件工作应力与额定应力之比，又称为应力比。

电应力：元器件外加的电压、电流及功率等。

温度应力：指元器件所处工作环境的温度。

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。

环境应力：指元器件所处工作环境条件下，温度以外的其他外界因素，如灰尘、温度、气压、盐雾、腐蚀等。

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.降额等级

通过降额设计，使元器件工作中所承受的应力低于其额定值，可达到延缓参数退化，增加工作寿命，提高使用可靠性的目的。降额设计有两大问题，一是分级，二是合理选择降额参数。

降额分三个等级（见表1），对于一台整机或一个独立的系统，其各组成部分的降额等级可以是不一样的。例如整机降额等级确定为Ⅲ级，对其中的重要关键部分及易失效部分，可以采用一个稍高的降额等级Ⅱ级，而其他部分为Ⅲ级。如小区监控系统，户内设备因为其工作环境条件较好，可以采用Ⅲ级降额，而户外摄像头中的电路可以采用Ⅱ级降额。

表1降额等级分类和确定标准

Ⅲ级降额最小，适用于故障对任务的完成影响很小的情况以及少量的维修。

降额的等级应按设备可靠性要求、设计的成熟性、维修费用和难易程度、安全性要求，及对设备重量和尺寸的限制因素，综合权衡，确定其降额等级。常规地面民用设备一般推荐选取Ⅲ级降额即可。

元器件环境应力大小直接影响元器件的失效率，虽然降额考虑的主要因素是电应力和温度，但并不仅仅是主要性能指标才需要降额，需要结合使用条件环境进行分析，确定受应力条件影响最大的指标要素。如220V电源输入端的对地电容，耐压是降额的重点指标，但用在潮湿环境条件下，漏电流也是安规的一个关键指标。因此总结起来，降额要关注的主要技术点如下：

·　降额参数的基准要考虑电路稳态工作、瞬时过载、动态电应力等条件下的综合应力叠加；

·　电阻类主要是功率降额，对高压应用环境还需电压降额；

·　电容类主要是电压和功耗降额，有时考虑工作频率降额；

·　数字IC对带负载能力、应用频率降额；

·　线性与混合集成电路对工作电流或工作电压降额；

·　微波IC对功率和频率降额；

·　晶体管对工作电流、工作电压、功耗、频率降额；

·　普通二极管频率降额、开关二极管的工作峰值反向电压降额，变容二极管的击穿电压降额、可控硅的工作浪涌电流及正向工作电流降额；

·　继电器触点电流，按容性负载、感性负载及阻性负载等不同负载的性质，做出不同比例的降额，对容性负载要按电路接通时峰值电流进行降额；

·　电连接器对工作电流降额和工作电压降额，降额程度根据触件间隙大小及直流和交流电源而定；

·　开关元器件对开关功率和触点电流的降额；

·　电缆和导线对电流降额，高压电缆和导线对工作电压降额；

·　晶体晶振在保证功率的前提下，对驱动电压降额。

另外也有两个注意事项：

一：是降额幅度并不是越大越好，各类元器件均有一个最佳降额范围（一般推荐经验值在40%～80%之间，此范围为一般元器件常用区间，仅供参考），在此范围内应力变化对其故障率的影响较大，较小的投入即可见到较大的可靠性收益。再继续降额，可靠性的提高很微小，甚至个别元器件还会因为降额过度而引入新的失效机理。典型案例如瓷片电容的低压失效，大功率晶体管在小电流下，大大降低放大系数，参数稳定性也会降低。

二：是有些指标是不允许降额的，如继电器的吸合驱动线包电流，降额后会影响被吸合触点的可靠接触力大小；发光二极管、数码管电流与亮度成比例关系，降额会影响其发光的基本功能。