Derating bedeutet, dass ein System oder eine Komponente unterhalb ihrer normalen Betriebsgrenze betrieben wird. Dadurch wird die Verschlechterungsrate des Bauteils verringert und Ausfälle, die auf extreme Betriebsbedingungen zurückzuführen sind, werden minimiert.
Das Verfahren wird durch veröffentlichte Derating-Kurven und Literatur auf der Grundlage verschiedener Normen unterstützt. Ziel ist es, vor Belastungen und Festigkeitsschwankungen zu schützen und Ausfälle zu verhindern, die auf die Auswirkungen kleiner Änderungen der Betriebseigenschaften zurückzuführen sind.
Bauteile werden normalerweise für hohe Spannungen und Temperaturen ausgelegt. Die gleichzeitige Anwendung dieser Bedingungen kann jedoch zu einer Verschlechterung der Bauteile und zu einem früheren Ausfall führen.
Durch die Entlüftung wird die durchschnittliche Festigkeit erhöht, die durchschnittliche Spannung gesenkt und die Spannungsschwankungen verringert. Dadurch wird die Lebensdauer der Komponente verlängert und die Zuverlässigkeit erhöht. Bei Stromversorgungen wird das Derating in der Regel in Situationen vorgenommen, in denen die Betriebstemperaturen höher sind.
In elektronischen Geräten kann das Derating für jede der drei Schaltungsvariablen vorgenommen werden, nämlich für die Spannung, den Strom oder die Leistung. Dadurch wird eine Pufferzone zwischen der vom Hersteller empfohlenen Höchstleistung und der tatsächlichen Beanspruchung geschaffen. Das Verfahren ist in einigen Zuverlässigkeitsnormen vorgeschrieben und kann die Durchführung einer Belastungsanalyse des Bauteils beinhalten, um die Derating-Richtlinie zu bestimmen.
Da die meisten Bauteile für Umgebungstemperaturen und freie Luft ausgelegt sind, muss das Bauteil bei einer Änderung dieser Bedingungen, z. B. wenn es in einem versiegelten Gehäuse oder in einer heißen Umgebung untergebracht wird, herabgestuft und mit niedrigeren Werten als den Nennwerten des Bauteils bzw. der Bauteile betrieben werden. Dies verhindert die Beanspruchung und Verschlechterung der Komponenten und verlängert ihre Lebensdauer.
Derating bedeutet, dass das System oder die Komponente mit einer niedrigeren Spannung oder Stromstärke betrieben wird und daher weniger Wärme erzeugt wird. Es kann auf fast alle elektronischen Bauteile angewendet werden, einschließlich Widerstände, Dioden, Transistoren, Thyristoren, LEDs, ICs, CPUs, Kondensatoren und andere.
Derating-Richtlinien und -Kurven
Derating folgt den Standards von Bauteil- oder Geräteherstellern, dem Militär oder anderen Behörden.
Die Derating-Kurve für Halbleiterkomponenten basiert in der Regel auf der Sperrschichttemperatur, die normalerweise heißer ist als das Gehäuse und die Umgebung. Die für jedes Bauteil entwickelten Derating-Kurven ermöglichen es dem Benutzer, die maximale Verlustleistung über einen Bereich von Betriebsbedingungen zu sehen. Man sollte daher die Bedingungen wie die Umgebungstemperatur und die Luftströme kennen, die wahrscheinlich auftreten werden, und sicherstellen, dass eine angemessene Leistungsreduzierung vorgenommen wird, um die Zuverlässigkeit und eine lange Lebensdauer der Geräte oder Komponenten zu gewährleisten.
Die Leistungsreduzierungskurven dienen als Leitfaden bei der Bestimmung der maximalen Verlustleistung bei verschiedenen Umgebungstemperaturen. Diese Kurven werden aus Berechnungen der maximalen Leistung auf der Grundlage der Wärmewiderstandswerte bei verschiedenen Luftströmen erstellt.
Abbildung 1: Derating-Kurven für 16-Pin SOIC (DW) Gehäuse – Bildnachweis: Texas Instruments