Номинальное сопротивление резистора

У меня есть цепь с конденсатором 220 мкФ и резистор используется для ограничения пускового тока

Я тупо установил неправильный резистор номинальной мощности и (неудивительно, что это не удалось), мне потребовалось время, чтобы осознать свою ошибку. Я считаю, что с правильным резистором все в порядке (он работает в течение значительного времени и удваивает мощность), но я немного удивлен, как рассчитать рейтинг и доказать его теоретически

Резисторы (я использовал два параллельно) были 3R3 1,5 Вт 2512 пакет

TE Connectivity CRGS2512J3R3 (я пытался добавить ссылку, но у меня недостаточно репутации)

В таблице данных есть даже график, показывающий, что рейтинг всплесков не является адекватным, и мне интересно, как они рассчитывают эти кривые, чтобы я мог применить кальки к другим резисторам, где они не очень полезны для построения графика.

вот сюжет

Я измерил пусковой ток с помощью прицела (источник питания 100 В пост. Тока), его чуть более 40 А, теоретический максимум - более 60 А, но есть защитный диод с обратной полярностью, предохранитель и трассировка печатной платы и крышка ESR, уменьшающая это.

То есть общий пусковой ток, который проходит через два резистора параллельно, примерно 20А каждый резистор

Как можно видеть, всплеск уменьшился до 50% от пика примерно через 0,5 мс, поэтому я считаю, что я могу воспринимать это как прямоугольную волну с шириной 0,5 мс в качестве достойного приближения (как советуют стандарты EMC для диодов TVS и т. Д.)

В Интернете есть заметки о приложениях, такие как

Импульсная нагрузка Вишайса на резисторы SMD: на пределе (опять-таки недостаточно репутации, чтобы добавить ссылку)

Я понимаю, что периодические импульсы требуют большего снижения номинальной мощности, чем один импульс (это логично), в какой момент отдельный импульс становится периодическим, это другая тема, поскольку, вероятно, в какой-то момент вся электроника должна быть отключена!

Использование расчета в таблице данных Vishays для периодических импульсов с периодом 1 секунда и использование моих данных измерений пускового тока

P = (V ^ 2 / R) * ti / tp

V = 100, R = 3,3, ti = 0,0005, tp = 1

Дает мне значение 1,515 Вт (абсолютный максимум), и я могу видеть, что применяемые импульсы всплывают чаще, чем увеличивается мощность (что и произошло, когда отказал резистор)

Если посмотреть на график из таблицы данных (это не просто на глаз), но с 20,1 А через резистор 3R3, то это пиковая мощность 1333 Вт.

График из таблицы данных, по-видимому, не соответствует, например, снижению номинального значения для времени импульса 0,001 (для удобной точки для считывания значений), график показывает максимальную пиковую мощность импульса около 1 кВт, где, как показывают расчеты, среднее значение будет приблизительно 3 Вт, что удвоенный номинал резистора

Я думаю, что потратил слишком много времени, чтобы посмотреть на это, и мне просто нужно лечь спать и проснуться свежим, я запутался, если я делаю это правильно или у меня просто нет подсказки!

Я могу рассчитать энергию в конденсаторе, но не уверен, что я буду делать с этим, верно ли этот метод? Есть ли способ лучше? Это способ сделать это, когда производитель не указывает значения пульса / пульса?

Любой совет высоко ценится

resistors derating

— Джейми Лэмб
источник

Хороший вопрос. +1. В старые времена резисторы были больше, что делало эту проблему менее проблемной, несмотря на отсутствие информации о номинальных характеристиках импульсного напряжения. У самочувствия очень хорошие характеристики, связанные с импульсными характеристиками. Часто у реального продукта есть небольшой индуктор последовательно с линией B + по причинам ЭМС. Такой катушкой можно манипулировать, чтобы уменьшить импульсные токи при включении питания, особенно если она не склонна к насыщению, как воздух.

— аутистическое

Спасибо за редактирование моих дерьмовых написаний и добавление в ESR конденсатора, о котором я забыл об этом !, на самом деле есть и фильтр EMI, поэтому дроссель синфазного сигнала тоже

— Jamie Lamb

Ответы:

$I^2\cdot s$

Вышеуказанные виды спецификаций чаще встречаются для плавких предохранителей, потому что это работа, которую они выполняют и, следовательно, должны выполнять. Резисторы, с другой стороны, на самом деле предназначены для рассеивания. Так что это добавляет еще один фактор для рассмотрения.

$t=100\:\mu\textrm{s}$ $4000\:\textrm{W}\cdot 100\:\mu\textrm{s}=400\:\textrm{mJ}$ $18\:\textrm{W}\cdot 1\:\textrm{s}=18\:\textrm{J}$ $1\:\textrm{s}$

\begin{aligned} Е_{L я м я T} & знак равно 4000 W \cdot T \\ Е_{L я м я T} & знак равно 1.91089572 J \cdot пер (T) + 18 J \end{aligned} \begin{aligned} где T \leq 100 μ s \\ где 100 μ s \leq T \leq 10 s \end{aligned}

$\begin{split}E_{limit}&=4000\:\textrm{W}\cdot t\\E_{limit}&=1.91089572\:\textrm{J}\cdot \ln \left(t\right)+18\:\textrm{J}\end{split}\quad\begin{split}&\textrm{ where}\quad t \le 100\:\mu\textrm{s}\\&\textrm{ where}\quad 100\:\mu\textrm{s}\le t \le 10\:\textrm{s}\end{split}$

Это расчет «горячей точки», и он, вероятно, будет полезен только в несколько раз дольше, чем график, когда другие факторы позволяют диссипации стабилизироваться при номинальной мощности. Они показывают только кривую, выходящую на секунду. Но вышеприведенное уравнение может работать немного позже конца этой кривой. Несмотря на это, это дает вам идею.

Если я сделал интегральное право, энергия, передаваемая в ваш R вашей RC-цепью, является следующей функцией времени:

Е_{d е с a Y} знак равно \frac{В_{0}^{2} \cdot С}{2} \cdot (1 - е^{- \frac{2 \cdot T}{р \cdot С}})

$E_{decay}=\frac{V_0^2\cdot C}{2}\cdot \left(1-e^{-\cfrac{2\cdot t}{R\cdot C}}\right)$

$E_{limit}$ $40\:\textrm{A}$ $V_0=132\:\textrm{V}$ $t=100\:\mu\textrm{s}$ $\approx 462\:\textrm{mJ}$

Кривая действительно показывает, что, учитывая немного больше времени, должно быть достаточно времени и, следовательно, не осталось проблем. Но это, кажется, наводит на мысль о проблемах с угловым случаем при использовании одного устройства.

$1.65\:\Omega$ $812\:\textrm{mJ}$

$t\lt 100\:\mu\textrm{s}$

$t=10\:\mu\textrm{s}$ $E_{decay}$ $V_0=132\:\textrm{V}$ $40\:\textrm{A}$ $100\:\textrm{mJ}$ $1.65\:\Omega$ $4000\:\textrm{W}\cdot 10\:\mu\textrm{s}=40\:\textrm{mJ}$ $V_0=100\:\textrm{V}$ $60\:\textrm{mJ}$

Я понимаю, почему у вас проблемы.

— Йонк
источник

Спасибо за этот ответ, Joules per Ohm не доступен из таблиц, которые я мог бы проконсультировать с производителем, возможно, если я получу время позже, он все округлит. Я вижу, как вы пришли к своим уравнениям, но я еще не проверил детали (пока). В вашем уравнении для Edecay есть входное напряжение Vo?

— Джейми Лэмб

Напряжение питания составляет 100 В пост. Тока, и вы в порядке. Я использую два из этих резисторов параллельно, чтобы получить общее сопротивление 1,65 Ом. Что до сих пор не имеет смысла для меня, так это то, как уравнение в таблице данных Vishay не согласуется с графиком, если вы посмотрите на его простой (V ^ 2 / R) * (рабочий цикл), то для меня имеет смысл, если оно было 1-секундный импульс с 1-секундным периодом, а затем его постоянным током, и никакого ухудшения не будет, так что, на мой взгляд, уравнение таблицы данных Вишая должно работать для всех резисторов, похоже, оно просто снижает мощность. Спасибо за ответ, его оценили

— Джейми Лэмб

@JamieLamb Да, Vo - это 132 В постоянного тока, который я оценил, исходя из вашей цифры 40 А. ( В 40 раз 3,3 Ом.)

— Йонк

@JamieLamb Я не смотрел на таблицу намного больше, чем смотрел на график и использовал там кривую, чтобы оценить кратковременную энергию, которую он мог выдержать в зависимости от времени. Это был простой вывод, так как линия снижения является «прямой» в логарифмическом масштабе.

— jonk

У меня постоянный вход 100 В, два параллельно включенных резистора 3,3 Ом, что эквивалентно 1,65 Ом. Theres диод и EMI фильтр и ESR конденсатора все работают, чтобы уменьшить мой измеренный ток Нет проблем, хотя я могу работать с тем, что вы поставили, это действительно ценится

— Джейми Лэмб

Рассчитаем повышение температуры за один импульс, предполагая, что тепло остается полностью ВНУТРИ резистора. Если 5 градусов, все в порядке, верно? Но если рост на 5000 градусов цент, его (уже превращенный в плазму) не в порядке, согласились?

Нам нужно знать, сколько тепла резистор может хранить внутри. Вот полезное число: удельная теплоемкость кремния (как и чистого материала, используемого в качестве кремниевых пластин) составляет 1,6 пикоджоуля на кубический микрон на градус Цельсия.

Я позволю вам преобразовать размер резистора в микроны, длину, ширину, высоту и вычислить общий объем. Предположим, что резистор имеет глино-керамическое основание, на которое нанесена металлическая пленка. Тепло генерируется в пленке и быстро течет в кремниевую / глинистую / керамическую основу.

Каковы постоянные времени? ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ ЗДЕСЬ. Постоянные времени для теплового потока НЕ являются ЛИНЕЙНЫМИ с размером. Постоянные времени изменяются как квадрат размера.

Размер силиконового куба Постоянная времени

1 метр куба 11 400 секунд

10см куб 114 секунд

1см куб 1.14 секунды

1 мм куб 0,014 секунды (14 миллисекунд), что примерно соответствует размеру резисторов SMT

100 микрон куб 114 микросекунд

10 микрон куб 1,14 микросекунды

1 микрон куб 11,4 наносекунды

0,1 микрона куб 114 пикосекунд (приблизительно толщина проводящего слоя FETS

РЕДАКТИРОВАТЬ На мой взгляд, чем толще резистивный регион, тем более живучим является резистор. В тонких пленках тепло должно течь в объем глины / кремния. В резисторе с углеродным составом большая часть корпуса резистора содержит резистор; В результате тепло вырабатывается во всем резистивном объеме и хорошо использует всю массу в качестве непосредственного теплоотвода, потому что тепло некуда идти, кроме выводов. Имея это в виду, изучите эту схему:

схематический

^{смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab}

Давайте обсудим накопление энергии 1-миллиметрового кубического резистора. У вас есть проблема накопления энергии. При 1000 микрон на сторону этот куб имеет объем в 1 миллиард кубических микрон. Предполагая, что весь резистор ---- резистивная область, внешняя защитная глазурь и любое внутреннее твердокерамическое основание ---- имеют 1,6 пикоджоуля на кубический микрон на градус цент, ваша теплоемкость

1 б я L L я о N с U б я с м я с р о N s * 1,6 п я с о J о U L е / с U б я с м я с р о N / d е грамм р е е С е N T

$1billion cubicmicrons * 1.6 picoJoule/cubicmicron/degree Cent$

или 1,6 миллиджоулей / градус цента накопления энергии.

Ваша энергия составляет 20 ампер на резистор (2 Rs параллельно, каждый 3,3) для 0.5milliSec. Что такое джоуль? P = I ^ 2 & * R = 20 * 20 * 3,3 * 0,0005 с или 1320 Дж / сек * 0,0005 = 0,65 Дж.

Теперь разделите 650 миллиджоулей / 1,6 миллиджоулей (для объема куба в 1 миллиметр), и повышение температуры составит 400 градусов Цельсия. Припой плавится; алюминий ползет.

— analogsystemsrf
источник

Спасибо за ваш вклад, его оценили, мне потребовалось некоторое время, чтобы ответить, так как меня связали. Мне нравится ваше решение, и я посмотрю на его разработку позже. Я довольно сильно интересуюсь термодинамикой, к сожалению, я не обладаю достаточной квалификацией в этой области, и люди, которым я представляю решение, зададутся вопросом о каждой детали, которую я не смогу подкрепить точными науками. Большое спасибо, хотя я обязательно попробую!

— Джейми Лэмб

п знак равно v^{2} / р \frac{T я}{T п} знак равно (100 Икс 100 / 1,65) Икс 0,0005 / 1 знак равно 3,03 W

$P = v^2/R\frac{ti}{tp} = (100x100/1.65) \text x 0.0005/1 = 3.03W$

п знак равно я^{2} р знак равно 40 Икс 40 Икс 1,65 знак равно 2, 640

$p = I^2R = 40x40x1.65 = 2,640$ резисторы, чтобы быть в безопасности, вы должны заставить каждый резистор нести полную нагрузку. Поэтому вам нужно, чтобы каждый 3,3 резистор рассеивал 3 Вт .

РЕДАКТИРОВАТЬ: Дополнительные причины удвоения номинальной мощности: 1) каждый резистор сталкивается с возможностью рассеивания тепла другого резистора, 2) каждый резистор становится нагревателем для другого резистора.

— Guill
источник

Вы уверены? Резисторы расположены параллельно, и на каждый из них подается полное напряжение, поэтому я подумал, что рассчитывал резисторы индивидуально. Я понимаю, что резисторы не имеют себе равных, но реально ли ожидать, что только один из них будет нести полную нагрузку?

— Джейми Лэмб

Резисторы будут распределять большую часть нагрузки, неравная часть должна быть оценена на основе допуска (значение увеличивается для одного и уменьшается для другого). Для двух резисторов из одной партии согласование обычно намного лучше, чем указано.

— KalleMP

@JamieLamb: Да, это разумно. Учитывая, что вы оцениваете длительность импульса, 100 В может быть больше, а характеристики рассеяния резисторов и их окружения могут быть менее эффективными, чем указано.

— Guill