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怎样设计一个稳定可靠零失效的硬件电路(WCCA理论、步骤、实例)

2025-08-06 04:43:26
作者:小编
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  WCCA即最坏情况分析(Worst case circuit analysis)的硬件电路误差分析的一种技术手段,用于电路的可靠性分析,用于评估电路器件的性能参数同时发生最坏情况时的电路性能,用于保证电路在不同的工作环境(温度、湿度、气压等)下,在整个产品的生命期内都能可靠工作,它是全面、系统分析电路的方法,是可靠性设计的重要手段。

  极值法一种根据器件的最大值、最小值或者是中间取值,根据器件参数与电路性能参数之间的解析关系,得到电路性能参数的最大值、最小值、平均值的一种分析方法;

  1. 根据电子电路技术,分析电路,得到电路性能参数与各器件性能参数的数学解析表达式;

  2. 从数学解析表达式中,分析电路性能参数与器件参数之间的变化关系,比如当器件参数增大时,电路性能参数也增大;或者是器件参数取极大、极小值之间的某一个数值时,电路性能参数可以得到最大/最小值;

  4. 根据分析出的关系,选择器件的参数数值确定电路性能参数的最大值,最小值;

  5. 判断电路性能参数是否满足最大值、最小值是否满足电路可靠性工作要求;

  是指元件器因为制作工艺、器件差异、生产批次等原因,导致其性能参数与其标称值相比的误差;

  比如标称1k,5%精度的电阻,其厂的初值电阻可以在0.95k-1.05k之间;

  是指元器件的性能受环境因素影响,其参数指标发生了变化,与其标称值发生了偏差;

  比如从下图三极管的BE极导通电压与温度、C极电流的关系曲线,我们可以知道,当温度在-25℃,C极电流为3.2A时,BE极的电压可以高达 1.4V。

  再比如三极管的电流放大倍数,从下图可以得到,当C极电流达到2.0A,温度为-25℃时,电流放大倍数仅为40左右。

  下图的电路是某网友提供的采用三极管实现的继电器驱动电路,我们用WCCA分析一下该电路的可靠性;

  1. Q51的C极电路,能否让继电器可靠的吸合、断开,以及Q51饱和导通;

  根据电子、电路的相关理论,我们通过下面两个公式计算Q51的C极电流以及CE极的压降:

  当VH取最小值,VBE(on)取最大值,R123最大值,R125取最小值,放大倍数β取最小值时,IC取最小值;

  我们通过excel的公式对参数进行优化,R123只需要选择1kΩ,5%精度的R123就可以满足可靠性的设计要求;

  不需要改电路,不需要增加成本,仅是一个电阻阻值变化,就可以大大增加设计可靠性,真是一个电阻引发的血案。

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