El derateo es cuando un sistema o componente es operado por debajo de su límite normal de operación. Esto reduce la tasa de deterioro del componente y minimiza los fallos atribuidos a condiciones de funcionamiento extremas.
El proceso se apoya en curvas de reducción de potencia publicadas y en la literatura basada en varias normas. El objetivo es proteger contra las tensiones y las variaciones de resistencia y evitar los fallos derivados de los efectos de pequeños cambios en las características de funcionamiento.
Los componentes suelen estar clasificados para tensiones y temperaturas elevadas. Sin embargo, la aplicación simultánea de estas condiciones puede deteriorar los componentes y provocar fallos más tempranos.
La deformación aumenta la resistencia media, disminuye la tensión media y reduce las variaciones de tensión. Esto prolonga la vida útil del componente, además de mejorar la fiabilidad. En las fuentes de alimentación, la reducción de potencia suele realizarse en situaciones en las que las temperaturas de funcionamiento son más elevadas.
En los equipos electrónicos, la reducción de potencia puede realizarse en cualquiera de las tres variables del circuito; a saber, la tensión, la corriente o la potencia. Esto crea una zona de amortiguación entre el valor nominal máximo recomendado por el fabricante y la tensión real aplicada. El procedimiento es obligatorio en algunas normas de fiabilidad y puede implicar la realización de un análisis de tensión del componente para determinar la directriz de reducción de potencia.
Dado que la mayoría de los componentes están clasificados a temperatura ambiente y aire libre, un cambio en cualquiera de estas condiciones, como poner los componentes en una caja sellada o en un entorno caliente, el componente debe ser reducido y operado a niveles más bajos que los valores nominales del componente(s). Esto evita el estrés y el deterioro de los componentes, además de prolongar su vida útil.
La reducción de potencia implica hacer funcionar el sistema o el componente a una tensión o corriente más baja y, por lo tanto, se genera menos calor. Y puede aplicarse a casi todos los componentes electrónicos, incluyendo resistencias, diodos, transistores, tiristores, LEDs ICs, condensadores de CPUs y otros.
Directrices y curvas de derrateo
El derrateo sigue las normas de los fabricantes de componentes o equipos, de los militares o de cualquier otro organismo.
La curva de derrateo de los componentes semiconductores suele basarse en la temperatura de la unión, que suele estar más caliente que la caja y el ambiente. Las curvas de reducción de potencia desarrolladas para cada componente permiten al usuario ver la máxima disipación de potencia en un rango de condiciones de funcionamiento. Por lo tanto, hay que conocer las condiciones, como la temperatura ambiente y los flujos de aire que probablemente se experimenten, y asegurarse de que se aplica la reducción de potencia adecuada para garantizar la fiabilidad y la larga vida útil del equipo o de los componentes.
Las curvas de reducción de potencia actúan como guía a la hora de determinar la máxima disipación de potencia a distintas temperaturas ambiente. Estas curvas se generan a partir de cálculos de la potencia máxima basados en los valores de resistencia térmica a diferentes flujos de aire.
Figura 1: Curvas de reducción de potencia para el encapsulado SOIC (DW) de 16 patillas – Crédito de la imagen: Texas Instruments