什麼是降額(Derating)

為了提高可靠度,不將電壓、電流、溫度等用到額定值上限,而是保留餘裕來使用。例如訂定電壓在額定值的 70〜80% 以下、接面溫度相對於最大額定 150 ℃ 在 125 ℃ 以下使用等基準。

日文名稱: ディレーティング

「降額(Derating)」出現在4領域的5道練習題中(規格書的閱讀方法, 功率半導體, 時序分析與CDC等)。

這個名詞所屬的領域: 規格書的閱讀方法

練習降額(Derating)的題目

在選擇功率元件時,額定電壓留有餘裕、使用耐壓高於實際使用電壓的元件(降額,derating)之主要理由為下列何者?

  1. A為了因應切換時的突波電壓或宇宙射線造成的故障等,以確保可靠度
  2. B為了降低零件價格
  3. C為了降低導通電阻
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正確答案:A. 為了因應切換時的突波電壓或宇宙射線造成的故障等,以確保可靠度

在實際電路中,切換時除了會疊加寄生電感造成的突波電壓外,持續在高電壓下使用時,源自宇宙射線的中子會在元件內產生電荷,導致突然損壞(單一事件燒毀,single event burnout)的機率隨電壓急遽上升。因此一般會選擇額定值約為使用電壓1.5倍的元件,例如在400 V系統的電路中使用650 V的產品。在海拔高的場所,餘裕還要取得更大。

作為OCV降額(derating),在建立時間分析中將發送端時脈路徑與資料路徑的延遲乘以1.1倍,接收端時脈路徑的延遲乘以0.9倍。當發送端時脈路徑為 1.0 ns、資料路徑(含時脈→輸出)為 1.5 ns、接收端時脈路徑為 1.0 ns(無共同部分)、週期為 3.0 ns、建立時間為 0.1 ns 時,建立時間的餘裕是多少?

  1. A1.05 ns
  2. B1.40 ns
  3. C1.25 ns
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正確答案:A. 1.05 ns

OCV降額是考量即使在同一晶片內,延遲也會因位置而變異,並對建立時間假設最不利之組合(發送端較慢、接收端的時脈較快)的方法。到達時間為 1.1 × (1.0 + 1.5) = 2.75 ns,要求時間為 3.0 + 0.9 × 1.0 − 0.1 = 3.8 ns,因此餘裕為 1.05 ns。1.40 ns 是未降額的值,1.25 ns 是只對資料路徑乘上係數的值。在保持時間分析中,係數的乘法方式相反。

解析中的「降額(Derating)」

出現「降額(Derating)」的題目(5題)

  1. 在選擇功率元件時,額定電壓留有餘裕、使用耐壓高於實際使用電壓的元件(降額,derating)之主要理由為下列何者?
  2. 作為OCV降額(derating),在建立時間分析中將發送端時脈路徑與資料路徑的延遲乘以1.1倍,接收端時脈路徑的延遲乘以0.9倍。當發送端時脈路徑為 1.0 ns、資料路徑(含時脈→輸出)為 1.5 ns、接收端時脈路徑為 1.0 ns(無共同部分)、週期為 3.0 ns、建立時間為 0.1 ns 時,建立時間的餘裕是多少?
  3. 關於零件「降額(derating)」的觀念,下列何者適當?
  4. 在集極-射極間電壓5 V、集極電流100 mA下工作的電晶體,其集極損耗是多少?
  5. 將最大接面溫度 Tj(max) = 125 ℃、θJA = 50 ℃/W 的IC,在周圍溫度 Ta = 85 ℃ 下使用時,容許的功耗上限為多少?

相關名詞

突波(Glitch) OCV(晶片內變異) 保持時間 熱阻 5 V 容忍(5 V tolerant) 外露焊墊(Exposed pad) 安全操作區 建議操作條件 軌對軌(Rail-to-rail) 容許功率損耗

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