整机的可靠性设计及热设计.pptVIP

可靠性设计 1、简化设计方案与集成化设计 2、元器件的选用及筛选 3、降额设计 4、热设计 5、容差设计 6、瞬态过应力保护设计 7、安全和抗干扰设计 简化设计方案与集成化设计 在保证电路性能与功能的条件下，尽量减少系统中的元器件数量和简化设计方案，可显著提高整机可靠性。 充分注意继承性，尽量利用定型的标准化电路，压缩品种提高可靠性。 尽量选用集成电路（兼顾成本要求），减少分立元件数量，减少调整点数量，尽量使元器件总数量减少，可避免大量分立元件布线困难以及后续的焊接问题，分布参数影响、自激、干扰等等。 元器件的选用及筛选 元器件失效率计算和分配方法 MTBF（mean time between failures） 总失效率的合理分布 1、70%来自元器件失效率总和 2、30%来自工艺失效率总和 总失效率λ =Σ λi(各单元失效率之和) 对失效率较高器件进行排序 一般来说（PRT投影）失效率从高到低排列顺序： 电源部分（电源厚膜等功率半导体MOS、三极管、二极管）——》二次电源（稳压器、DC-DC）—》扫描部分（行管、场扫描功放）——》会聚部分（会聚功放）—》视放部分（末级功放）—》伴音功放—》功率电阻——》电解电容 可以看出几乎所有功率器件（有一定温升）都是早期失效率较高的器件。 针对这些功率器件，作好可靠性设计，对提高整机直通率、降低早期失效率具有重大意义。 降额设计与主要元器件的热应力和电应力 电子设备的可靠性，很大程度取决元器件工作时的可靠性、失效率，该失效率又与元器件承受的电应力（电压、电流、功率负荷）和热应力（环境温度、实际温升）密切相关。比如普通铝电解电容负荷电压下降30%，温度降低一半，则失效率可降低3个数量级。降额使用是提高整机可靠性的有效途径，但过分降额将导致设计成本的大幅度上升，而且不同元件的降额方法也是不同的，要充分了解该元器件的特点，作到有的放矢。 一般降额系数的选取（S） 1、电阻 功率降额（0.2-0.4） 2、电容 电压降额（≤ 0.6） 3、电感 电流降额（≤ 0.6） 4、半导体 电压降额（≤ 0.6）、电流降额（≤ 0.5）、功耗降额（≤ 0.6）、温度降额（≤ 50OC） 5、变压器 温升不超过40OC 元器件的选用对可靠性的影响 半导体器件的选用 分立元件的电应力和热应力 1、电压应力：所有半导体器件均有耐压极限，当工作电压大于极限电压时，将会出现永久性击穿或瞬时击穿。前者可使器件永久性失效，后者可导致电参数漂移，使丧失正常工作能力。 对三极管主要考虑Vce，Veb（如感性负载的 共射放大器，要防止反电动势超过Vce）,最后对照规格书确认SOA（安全工作区） 对二极管主要考虑反向耐压、额定电流、恢复时间等等 2、电流应力：半导体工作时要产生一定的热量，在环境温度和工作电流的综合影响下，器件内温升超过某一值就将导致器件彻底失效，要防止工作电流超过PN结所允许的最大电流Imax ——通常半导体电应力降额小于0.6 结温：Tj=Tc+（150）λ λ=Pm/Pjm Pm为实际功率，Pjm为室温（25OC）的极限功率（来自规格书） 实际还应考虑散热器影响 ——结温每降低10OC，失效率降低1个数量级，所以尽量降低结温 元器件的选用对可靠性的影响 3、工作频率：工作频率要小于特征频率ft 集成电路的热应力和电应力 Vcc（电源电压） Vin（输入电压） IL（负载电流） Vcc X Icc（允许功耗）要求温升小于要求规定温度。 一般小于50OC比较可靠 电阻器（电位器）的选用 阻值稳定性 频率特性：分布电容、趋肤效应 负荷特性（冲击特性）： 阻值非线形 功率降额0.2-0.4，温度低于50OC（过低不能驱赶潮气） 电容器的选用 元器件的选用对可靠性的影响 使用频率范围 容量的稳定性（如库存时间太长的电解电容，应进行赋能处理，重新充放电） 噪声（漏电将产生噪声，选用损耗角正切小的。电解噪声最大，所以在滤波电路中一般并联一损耗角正切小的旁路电容：瓷片） 电压负荷：直流负荷、交流负荷（随频率升高、耐压下降） 低失效率 功率降额（滤波旁路电解电容，考虑工作电压、纹波电流 降额比小于0.5，特别要注意冲击、降低工作温度） 电感器（变压器）的选用 稳定性 频率特性 额定电压、电流（降额0.6为好） 温度特性，温度过高磁芯易出现饱和，损坏器件，温度小于70OC比较可靠，温度过低也不好，不利于驱潮 PCB设计与可靠性的关系 PCB的设计要符合安全规范（GB8898-2001）如：安全间距、标记等等 高低电压之间要留够间隙，防止打火、爬电等不安全现象出现 部分大电流线路要考虑走线宽度，特别是要防止最坏情况下的一些情况出现。如CRT打火对PCB的损伤，保险丝短路对PCB