NB T 10297-2019 交流-直流开关电源电子组件降额 技术规范.pdf

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1、ICS 29.200 K 81 NB 中 华 人 民 共 和 国 能源 行 业 标 准 NB/T 102972019 交流 -直流开关电源电子组件降额 技术规范 Technology specification of AC-DC switching power supply for electronic components derating 2019 - 11 - 04发布 2019 - 05 - 01实施 国家能源局 发布 NB/T 102972019 I 目 次 前 言 . II 1 范围 . 1 2 规范性引用文件 . 1 3 术语和定义 . 1 4 电子组件降额要求 . 2 5 测试

2、方法及测试要求 . 7 附录 A（资料性附录） 标准温度降额表 . 14 图 1 温度测试示意图 . 8 图 2 器件温度测试位置示意图 1 . 8 图 3 器件温度测试位置示意图 2 . 9 图 4 热电偶示意图 . 9 图 5 浪涌电流测试示意图 . 11 图 6 浪涌电流尖形波 . 11 图 7 浪涌电流梯形波 . 12 图 8 浪涌电流矩形波 . 12 图 9 浪涌电流脉冲波 . 12 图 10 浪涌电流拱形波 . 12 表 1 电阻降额要求 . 2 表 2 电容降额要求 . 3 表 3 二极管降额要求 . 4 表 4 晶体管降额要求 . 5 表 5 微型集成电路降额要求 . 5 表

3、6 光电子器件降额要求 . 6 表 7 磁性器件降额要求 . 6 表 8 连接器、印制电路板、线材、保险丝降额要求 . 7 表 9 外壳温度降额要求 . 7 NB/T 102972019 II 前 言 本标准按照 GB/T 1.1 2009给出的规则起草。 本标准 由中国电器工业协会提出。 本标准由全国电器附件标准化技术委员会（ SAC/TC 67）归口。 本标准起草单位： 深圳市航嘉驰源电气股份有限公司、嘉兴威凯检测技术有限公司、杭州鸿雁电器 有限公司、万可电子（天津）有限公司、宁波公牛光电科技有限公司、广东省电源行业协会、中国电器 科学研究院 股份 有限公司、深圳市瓦特源检测研究有限公司

4、。 本标准主要起草人： 罗勇进、林治、汪凤琴、汪芳、王劲、秦汉军、蔡军、曹兵喜、伍金铨、邓以 成、李泳、李细琴、谢婷婷 。 NB/T 102972019 1 交流 -直流开关电源 电子组件降额 技术规范 1 范围 本标准规定了交流 -直 流开关电源的电子组件降额的术语和定义、技术要求、测试方法、相关测试 设备要求及测试注意事项等。 本标准适用于交流 -直流开关电源电子组件的选型和试验，为制定产品标准提供依据。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文 件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB

5、/T 17626.5 电磁兼容 试验和测量技术 浪涌 (冲击 )抗扰度试验 GB/T 17626.12 电磁兼容 试验和测量技术 振荡波抗扰度试验 YD/T 944 通信电源设备的防雷技术要求和测试方法 JB/T 12148-2015 家用和类似用途带 USB充电接口的插座 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本 文件 。 3.1 电子组件 electronic components 组成开关电源的元器件，包括电阻、电容、二极管、晶体管、微型集成电路、光电子器件、磁性器 件、连接器、印制电路板、线材、保险丝、外壳等。 3.2 表面组装技术 surface mount technology 它是

6、一种将无引脚（线）或短引线（脚）表面组装元器件（又称片状元器件）安装在印制电路板的 表面或其它基 板的表面上，运用回流焊或浸焊等方法进行焊接组装的电路装配技术。 3.3 脉冲宽度调制 pulse width modulation 脉冲宽度调制是一种模拟控制方式，其根据相应载荷的变化来调制晶体管栅极或基极的偏置，来实 现开关稳压电源输出晶体管或晶体管导通时间的改变，这种方式能使电源的输出电压在工作条件变化时 保持恒定。 3.4 热阻 Rth NB/T 102972019 2 热量在热流通道上遇到的阻力，热流通道上的温度差与通道上耗散功率之比，反映介质或介质间的 传热能力的大小，表明 1 W功率损

7、耗所引起的温升大小，单位为 /W或 K/W。用热功耗乘以热阻，即可 获 得该热流通道上的温升。 3.5 磁饱和度 Bmax 磁性材料或磁化体在磁化状态时，其单位横截面积通过的磁通量称为磁通密度，它随着磁化磁场的 增加而增大，当磁场强度继续增加而磁通密度不再增大时的磁通密度称为磁饱和度。 3.6 降额 derating 元器件使用中承受的应力低于其额定值，以达到延缓其参数退化，提高使用可靠性的目的。通常用 应力比和环境温度来表示。 3.7 额定值 rating 元器件允许的最大使用应力值。 3.8 应力 stress 影响元器件失效率的电、热、机械等负载。 4 电子组件降额要求 如果元器件的工作

8、状态不超过供应 商提供的规格书上的指标，那么可以实现全寿命工作。降额使用， 可以提高产品的可靠性。实际寿命达不到额定寿命的重要因素，是器件工作工况处于最差状况。最差状 况，就是产品在各种正常或异常工作条件下（包括在高温、低温环境，输入最低、最高工作电压，在开 机、关机，输出各种负载、短路等）承受着最大应力的工作状况。 根据产品的可靠性要求、设计的成熟性和成本要求、维修费用和难易程度、安全性要求，规定交流 -直流开关电源的主要电子组件的三种降额等级如下： 等级：是最大的降额，对元器件使用可靠性的改善最大。适用于下述情况：产品的失效 给人 员带来安全性危险或给应用系统带来严重的破坏；对产品有高可靠

9、性要求，且采用新技术、新 工艺的设计；由于费用和技术原因，产品失效后无法或不宜维修；应用系统对产品的尺寸、重 量有苛刻的限制。 等级：是中等降额，对元器件使用可靠性有明显改善。适用于下述情况：产品的失效将可能 引起应用系统的损坏；有高可靠性要求，且采用了某些专门的设计；需支付较高的维修费用。 等级：是最小的降额，对元器件使用可靠性改善的相对效益最大，但可靠性改善的绝对效果 不如等级和等级。适用于下述情况：产品的失效不会给人员带来安全性危险或对应用 系统 造成破坏；产品采用成熟的标准设计；故障产品可迅速、经济地加以修复；对产品的尺寸、重 量无大的限制。 注： 温度降额计算见附录 A。 4.1 电

10、阻 电阻降额要求见表 1。 表 1 电阻降额要求 NB/T 102972019 3 类型 参数 等级 等级 等级 碳膜电阻 电压 功率消耗 温度低于最大额定值 70 30 80 30 80 20 金属膜电阻 电压 功率消耗 温度低于最大额定值 70 30 80 30 80 20 金属氧化膜电阻 电压 功率消耗 温度低于最大额定值 70 50 80 40 80 40 线绕电阻 电压 功率消耗 温度低于最大额定值 70 50 80 40 80 40 SMT电阻 电压 功率消耗 温度低于 PCB最大额定值 70 30 75 20 75 10 热敏电阻 功率消耗 温度低于最大额定 20 20 10 压

11、敏电阻 最大冲击电流（ 8/20 S） 最大温度 额定值 85 额定值 85 额定值 85 可变电阻器 功率消耗 低于额定温度 非线绕 线绕 20 10 20 10 10 5 其它类型电阻 温度低于最大额定值 30 30 20 注： 如果电阻为卧式，即平贴在 PCB上，那么温度降额为低于 PCB额定温度 20 。 4.2 电容 电容降额要求见表 2。 表 2 电容降额要求 类型 参数 等级 等级 等级 陶瓷电容 DC电压 温度低于最大额定值 10 10 5 片状陶瓷电容 DC电压 温度低于最大额定值 10 10 10 塑胶膜电容 DC 电压 温度低于最大额定值 10 10 10 铝电解电容 D

12、C电压 额定电压 200 V 90 95 90 95 90 95 NB/T 102972019 4 DC电压（冲击） 纹波电流 正常条件下工作寿命 耐雷击（或振铃波）残压 额定值 50 000小时 600 V 额定值 30 000小时 800 V 额定值 20 000小时 1 000 V 钽固体电容 DC电压 纹波电流 反向电压 峰值 温度低于最大额定值 40 60 20 50 80 20 60 额定 20 X/Y安规电容 AC电压 温度低于最大额定值 10 10 5 注： 上表中耐雷击 (或振铃波 )残压技术指标仅适用于交流 -直流开关电源输入回路上的大电解电容。测试要求见章 条 5.6.1

13、和 5.6.2。 4.3 二极管 二极管降额要求见表 3。 表 3 二极管降额要求 类型 参数 等级 等级 等级 普通用途 (传递信号或做开关作 用 ) 正向导通电流 冲击电流 反向电压 工作中 瞬态 最大结温度 (TJ) 80 80 80 80 70 80 80 90 95 80 90 90 90 Max 90 肖特基 正向导通电流 冲击电流 反向电压 工作中 瞬态 最大结温度 (TJ) 80 90 80 80 70 80 90 90 98 75 90 90 90 Max 85 功率整流作用 整流桥 正向导通电流 冲击电流 开机浪涌电流能量 (I2t) 反向电压 工作中 瞬态 最大结温度 (

14、TJ) 耐雷击 (或振铃波 )残压 80 90 25 80 80 70 600 V 80 90 30 90 98 80 800 V 90 90 35 90 Max 90 1 000 V NB/T 102972019 5 瞬态吸收作用 正向导通电流 冲击电流 反向电压 工作中 瞬态 最大结温度 (TJ) 80 Max 80 80 70 80 Max 90 98 80 90 Max 95 Max 90 稳压二极管 功率消耗 最大结温度 (T J) 70 70 80 80 85 90 4.4 晶体管 晶体管降额要求见表 4。 表 4 晶体管降额要求 类型 参数 等级 等级 等级 三极管 集 -射极电

15、压 (VCE) 工作中 瞬态 射 -基极电压 (VEB) 工作中 瞬态 集极电流 最大结温度 (TJ) 80 80 80 90 80 70 90 Max 85 95 80 80 90 Max 90 Max 80 90 MOS管 IGBT管 源 -漏极电压 (VDS) 工作中 瞬态 基 -漏极电压 (VGS) 工作中 瞬态 源 -漏极电流 最大结温度 (TJ) 80 80 80 90 80 70 90 Max 85 95 80 80 90 Max 90 Max 80 90 可控硅开关元件 导通电流 冲击电流 关闭电压 最大结温度 (TJ) 80 80 80 70 80 90 80 80 90 9

16、5 90 90 4.5 微型集成电路 微型集成电路降额要求见表 5。 表 5 微型集成电路降额要求 类型 参数 等级 等级 等级 驱动、 PWM、运算放大器、 微分比较器 供电电压 (Vcc) 最小工作电压 最小工作电压 最小工作电压 NB/T 102972019 6 最大结温度 (TJ) 75 75 80 三端稳压器 供电电压 (Vcc) 电流 最大结温度 (TJ) 75 75 80 80 80 80 90 90 90 4.6 光电子器件 光电子器件降额要求见表 6。 表 6 光电子器件降额要求 类型 参数 等级 等级 等级 发光二极管 (LED) 正向导通电流 外壳温度 (T C) 75

17、Topr-10 80 Topr-10 85 Topr-10 光电偶合器 输入 正向导通电流 反向电压 输 出 电压 集极电流 外壳温度 (TC) (带风扇散热产品 ) (无风扇散热产品 ) 最大结温度 (TJ) 75 75 80 80 Topr-20 Topr-20 60 80 80 80 80 Topr-20 Topr-10 70 85 85 90 90 Topr-10 Topr-10 80 4.7 磁性器件 磁性器件降额要求见表 7。 表 7 磁性器件降额要求 类型 参数 等级 等级 等级 变压器绕线 最大温 度 等级 B (130 ) 等级 F (155 ) 磁饱和度 (Bmax) 10

18、5 125 Bmax-0.05T 105 125 Bmax-0.05T 105 135 Bmax-0.05T 电感绕线 最大温度 等级 B (130 ) 等级 F (155 ) 电流密度 风冷 无风 磁饱和度 (Bmax) 120 140 J14 A/mm2 J7 A/mm2 最大值 120 140 J14 A/mm2 J7 A/mm2 最大值 120 140 J14 A/mm2 J7 A/mm2 最大值 铁粉芯磁芯 a 最大温度 110 110 110 铁氧体磁芯 最大温度 120 120 120 钼皮合金粉末 /高磁通密度铁 最大温度 120 120 120 NB/T 102972019

19、7 镍磁粉芯 /非晶态 磁芯 a IPC标准不推荐使用此类材质。 4.8 连接器、印制电路板、线材、保险丝 连接器、印制电路板、线材、保险丝降额要求见表 8。 表 8 连接器、印制电路板、线材、保险丝降额要求 类型 参数 等级 等级 等级 连接器件 电压 电流 温度低于最大额定值 80 15 80 15 90 10 印制电路板 (PCB) 温度低于最大额定值 10 10 0 线材 电压 电流 温度低于最大额定值 80 15 80 15 90 10 保险丝 电压 电流 开机浪涌电流能量 (I2t) 额定值 75 25 额定值 75 30 额定值 75 35 USB母座 电流 80 80 90 温

20、升 8 K 10 K 15 K 最大温度（人体可 触及 部位） 70 70 70 最大温度 85 85 85 4.9 外壳 外壳温度降额要求见表 9。 表 9 外壳温度降额要求 类型 参数 等级 等级 等级 金属表面 最大温度 67 67 67 塑胶表面 最大温度 90 90 90 充电器塑胶表面 最大温升 25 K 25 K 25 K 5 测试方法及 测试 要求 5.1 器件温度测试 5.1.1 温度 测试示意图见图 1。 NB/T 102972019 8 图 1 温度测试示意图 5.1.2 对测试用的交流稳压电源要求如下： 稳定度 1； 波形失真 5； 频率变化（ 1） Hz。 5.1.3

21、 测试用负载设备要求 应使用可程式电子负载，如果测试产品为多路输出，应使用一体化的可程式多路电子负载。 5.1.4 器件温度测试位置示意图见图 2、图 3。 图 2 器件温度测试位置示意图 1 交流稳压电源 被测产品 功率表 电子负载机 温度采集系统 环境箱 NB/T 102972019 9 图 3 器件温度测试位置示意图 2 5.1.5 功率半导体内核温度（ Tj）计算 Tj = Tc + Pdiss Rth(j-c) . (1) 式中： Tc：外壳表面温度。 Pdiss：器 件损耗功率。 Rth(j-c)：器件表面到内核热阻。 5.1.6 温度测试要求如下 ： 热电偶的末端外露金属部分不宜

22、留太长，大约 0.5 cm 并不能拧在一起有多个接触点，如图 4 所示，粘贴热电偶时金属末端应与被测器件充分接触； 图 4 热电偶示意图 碰到有热缩套管的零件， 需 将套管取下，贴上组件本体后再套回去，必要的时候可以剪去套管 的一部分； 变压器， PFC电感等有绝缘皮包裹的器件，需要将外层的绝缘皮轻轻刮开一小块，直至露出漆 包线，将温升线贴在漆包线上； 记录器件温度变化曲线，直到曲线平稳， 30分钟内温度变化小于 2度。 5.2 器件电压与 电流应力测试 NB/T 102972019 10 5.2.1 测试目的 验证器件的最高工作电压与电流的应力满足降额要求，确保器件使用有充足的设计余量，从而

23、提升 产品的可靠性。 5.2.2 所需测试设备如下 ： 电子负载机； 交流稳压电源 ； 示波器； 电压探头、差分探头、电流探头。 5.2.3 测试步骤如下 ： a) 确保给被测电源提供交流电为单独隔离，不能与测试设备共用一个电源网络。 b) 测试前探头必须做复位归零。 c) 电压应力测试示波器带宽设置为满带宽，电流应力测试示波器带宽可以设置为 20 M。 d) 一次只能使用一个探头测试一个器件，测试电路中不直接与地相连的器件必须使用差分探头。 e) 测试电源在各种条 件下器件的应力（包括最低、最高输入电压，开机、关机，输出短路等正常 或异常情况）。 5.3 器件损耗功率测试 5.3.1 测试目

24、的 由于只能测试到器件的表面温度，对于功率器件可 通过测试其功率损耗，从而推算出其内核温度， 验证是否满足降额要求。 5.3.2 MOS管损耗功率 总功率损耗 =导通损耗 +开关损耗 =Id(rms)2 Rds(on)+开通损耗 +关断损耗 . (2) 式中： Id(rms) 流过 DS极电流均方根值； Rds(on) MOS管的 DS极导通 电阻 。 5.3.3 二极管损耗功率 导 通损耗 =If(rms) Vf . (3) 式中： If(rms) 正向导通电流均方根值； Vf 正向导通压降。 5.3.4 电阻损耗功率 平均损耗 =(Irms)2 R . (4) =(Vrms)2/R . (

25、5) 式中： Irms 流过电阻均方根值； Vrms 电阻 上电压均方根值。 5.4 输入浪涌电流测试 5.4.1 测试目的 NB/T 102972019 11 电源 上电瞬间，输入滤波电 容的等效阻抗几乎为零，此时 ，若交流 输入回路上没有 保护组件， 输入 电流 将 达到数百安培 ,可能会造成输入回路组件损坏。 5.4.2 浪涌电流测试示意图见图 5。 图 5 浪涌电流测试示意图 5.4.3 测试步骤如下： a) 交流输入为电源最大工作输入电压。 b) 输出满载，分别测试电源在冷机与热机条件下的浪涌电流。 c) 根据浪涌电流波形的形状计算对应能量（ I2t）。 图 6所示浪涌电流波形可依据

26、公式（ 6）计算对应能量： I2t = 1/3 (Ip2 t) . (6) 图 7所示浪涌电流波形可依据公式（ 7）计算对应能量： I2t = 1/3 (Ia2 + Ia Ib + Ib2) t . (7) 图 8所示浪涌电流波形可依据公式（ 8）计算对应能量： I2t = Ip2 t . (8) 图 9所示浪涌电流波形可依据公式（ 9）计算对应能量： I2t = 1/2 (Ip2 t) . (9) 图 10所示浪涌电流波形可依据公式（ 10）计算对应能量： I2t = 1/2 (Ip2 t) . (10) 以上 式中： I 浪涌电流； t 浪涌电流持续时间。 图 6 浪涌电流尖形波 被测用

27、电产品 交流电 电解电容 浪涌电流测试 开关 整流桥 电流侦测设备 测试位置 NB/T 102972019 12 图 7 浪涌电流梯形波 图 8 浪涌电流矩形波 图 9 浪涌电流脉冲波 图 10 浪涌电流拱形波 5.5 USB母座测试 5.5.1 USB母座温升测试 指在相同电压、负载和环境条件下对 USB母座单体单独进行测试的结果。 5.5.2 USB母座插拔测试 测试方法 按 JB/T 12148-2015中 18.2的规 定进行 。 5.6 整流桥、电解电容等器件耐雷击 (或振铃波 )残压测试 5.6.1 耐雷击波测试 NB/T 102972019 13 试验方法按 GB/T 17626

28、.5规定进行，试验等级设定共模 6 kV、差模 6 kV，相位分别设置： 0度、 90度、 180度、 270度，每个相位测试 5次，每次间隔时间 60秒，信号发生器的等效输出阻抗设置，共模 电压测试时为 12 ，差模电压测试时为 2 ，输出负载要求带满载测试，且为电阻性负载，测试过程 中用示波器测量整流桥、电解电容等器件的冲击浪涌残留电压，应满足表 2、表 3中的规定。 5.6.2 耐抗振铃波测试 试验方法按 GB/T 17626.12的 规定进行。试验等级、设置要求等参照 5.6.1的规定。 注： 为防止损坏示波器，应通过隔离变压器与市电连接。 5.7 雷击电流抗扰度 试验方法按 YD/T

29、 944的 规定进行，交流 -直流开关电源输入接口应能承受 5 kA（ 8/20 S）的标称 放电电流的冲击试验，测试分别在火线对地线、零线对地线、火线对零线之间进行，冲击电流试验波形 采用正极性、负极性各重复试验 5次，每次间隔时间 3分钟，输出负载要求带满载测试，且为电阻性负载。 试验后开关电源性能正常且无器件损坏。 5.8 外壳温度测试 5.8.1 自带风扇型开关电源 a) 在最差条件下测试（包括输入电压、 输出负载、环境温度等） b) 热电偶粘贴位置应包括开关电源外壳温度最高的区域，必要时用红外热成像测试仪进行分析。 c) 待温度曲线稳定后， 30 min内温度变化小于 2度，记录温度

30、测试数据。 5.8.2 非自带风扇型开关电源 a) 在最差条件下测试（包括输入电压、输出负载、环境温度等） b) 热电偶粘贴位置应包括开关电源外壳温度最高的区域，必要时用红外热成像测试仪进行分析。 c) 测试时，应按产品标签向上和产品标签向下情况分别进行。 d) 测试应在密闭无风自然对流的环境中进行。 e) 待温度曲线稳定后， 30 min内温度变化小于 2度，记录温度测试数据。 NB/T 102972019 14 A A 附 录 A （ 资料性附录） 标准温度降额表 降额 ( ) 器件最高温度 105 130 155 180 125 150 175 60 / / / / 85 100 115 70 81 98.5 116 133.5 95 112.5 130 80 89 109 129 149 105 125 145 90 97 119.5 142 164.5 115 137.5 160 降额温度 T（ n） =（ Tmax 25 ） n + 25 . (A.1) 以器件最大温度 (Tmax)为 150 来计算降额要求 80为例，结果如下： T（ 80） =（ 150 25 ） 80 + 25 = 125 . (A.2) _