Resistenza da 125 mW soggetta a dissipazione di 600 mW in un sistema di sicurezza professionale

Lo schema seguente è il circuito di ingresso di un PCB di segnalazione, che acquistiamo da uno dei nostri fornitori di sistemi di rilevazione incendi. Detto PCB deve essere integrato in un cosiddetto pannello di evacuazione geografica che consente ai vigili del fuoco di vedere in quale zona di un edificio è iniziato un incendio e come tale fa parte di un sistema di sicurezza.

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

Il LED mostrato è in realtà il LED IR di un fotoaccoppiatore (necessario per motivi di rifiuto della modalità comune). Ogni zona di rilevamento incendio ha un tale ingresso. Le uscite dell'accoppiatore ottico vengono immesse in una MCU Atmel dove vengono elaborate per illuminare determinati LED su una pianta dell'edificio. In assenza di segnali di ingresso, l'MCU ripristinerà tutti i LED sul pannello.

Il resistore da 820 ohm è di tipo SMD e, dalle sue dimensioni, lo considero un pacchetto 0805 e come tale è valutato per 125mW. La documentazione del nostro fornitore afferma che l'intervallo di tensione di ingresso è compreso tra 2,2 e 24 V. Questo è di progettazione, al fine di supportare molte marche di computer di rilevazione incendi. Non tutti, ma un certo numero di sistemi produce effettivamente 24V. Secondo i miei calcoli, il resistore dissipa circa 600mW a 24 V in ingresso, assumendo una tensione diretta totale di 1,9 V sia per diodo che per LED. L'applicazione effettiva di 24 V all'ingresso per soli 5 secondi fa sì che il resistore si riscaldi così tanto da non poterlo toccare. A questo punto la corrente di ingresso è di circa 26 mA. Dato che non ho molta esperienza con i componenti SMD, essendo fuori dall'elettronica per molti anni, devo sapere se esiste il rischio che il resistore si esaurisca,

Nel momento in cui i vigili del fuoco sono in grado di osservare il pannello, il primo rilevamento è in media di + 15 minuti. Ciò significa che i resistori negli ingressi attivati ​​saranno soggetti a tali condizioni per almeno 15 minuti, in aree densamente popolate. Nelle aree rurali con meno personale antincendio questo può essere ancora più lungo.

Le risposte autorevoli o i collegamenti ad esse sono molto apprezzati.

Immagine di un pannello geografico:

Immagine della scheda con circuito di ingresso:

Esistono otto circuiti di ingresso identici. Ho aggiunto il testo "820 ohm" sotto uno dei resistori. A sinistra di questo resistore si trova il diodo, in alto a sinistra è l'opto-isolatore. È un dispositivo a 4 pin con codice SMD 824.

Vista ravvicinata della resistenza in questione:

Dai dati forniti, questo sembra davvero un cattivo design. Ho anche una dissipazione di circa 600 mW in R1 nel circuito che mostri.

Il fatto che il resistore stia diventando molto caldo è la prova diretta che sta dissipando una potenza significativa per le sue dimensioni, ma non necessariamente troppo. I resistori possono funzionare indefinitamente senza danni a temperature che potrebbero bruciare il dito. Un test con le dita non ti dice davvero se si sta dissipando solo entro il limite o al di sopra di esso.

Una possibilità è che il circuito non sia come mostrato. Forse sta succedendo qualcos'altro che non è facilmente visibile dall'esterno del tabellone. Un buon test sarebbe quello di misurare la tensione effettiva attraverso il resistore. Che insieme all'etichetta sul resistore ti darà una risposta definitiva a quanta potenza sta dissipando.

Si noti che i resistori 0805 sono etichettati con 3 o 4 cifre. Questo è un formato a virgola mobile con l'ultima cifra che è l'esponente di 10 e le cifre precedenti la mantissa. Un resistore al 5% 820 Ω sarà etichettato "821", che significa 82 x 10 ¹ = 820.

La potenza dissipata da una resistenza è il quadrato della tensione attraverso di essa divisa per la resistenza. In unità comuni,

Pertanto, la tensione che provoca una particolare dissipazione è

A 125 mW, avrà una resistenza da 820 Ω

attraverso di esso.

Se la resistenza è davvero 820 Ω, è davvero buona solo per 125 mW e ha più di 10 V, allora sì, questo è un design difettoso. Dai dati che ci hai fornito, queste premesse sembrano essere vere.

Se si scopre che il resistore è davvero sovraccarico, probabilmente quello che è successo è che l'unità è stata originariamente progettata per una tensione inferiore. Qualcuno ha capito che mancava troppo al mercato non supportando una tensione maggiore. Chiunque fosse tenuto a verificarlo in ingegneria, o non lo faceva, era generalmente incompetente, o se lo mancava.

Naturalmente perché non è così per te. Devi assolutamente rifiutare questo sistema. Attualmente, è solo un'altra azienda che mette sul mercato un prodotto scadente. Se lo incorporate nel vostro sistema, state mettendo sul campo un prodotto difettoso e possedete la responsabilità risultante, e sarà danneggiata dalla vostra reputazione.

Anche se sicuramente non vuoi usare questo prodotto (di nuovo, supponendo che le cose siano davvero come dici tu), è molto improbabile che il dispositivo si incendi di conseguenza. Tali resistori sovraccarichi di solito si bruciano e non si aprono. Non c'è abbastanza materiale infiammabile in giro per provocare un incendio. Tuttavia, la resistenza potrebbe bruciarsi e aprirsi prima dell'arrivo dei vigili del fuoco, fornendo loro informazioni errate su dove si trova l'incendio. Questo è il vero pericolo di questo sistema. Oppure, il sistema potrebbe bloccare le informazioni fino al ripristino manuale, quindi non ci sono sintomi durante il primo incidente. Tuttavia, ora quel canale è interrotto e non risponderà ai futuri incendi in quella zona. Questo è ovviamente anche molto male.

Effettuare la misurazione della tensione e segnalare la propria preoccupazione al produttore. Potrebbe valere la pena di ascoltare ciò che hanno da dire, ma dovrebbe essere qualcosa di veramente buono per me fidarmi di nuovo dei loro prodotti. Ricorda che con gli ingegneri elettrici, proprio come con qualsiasi grande gruppo di persone, ce ne sono davvero di buoni nella parte alta, la maggioranza abbastanza decente nel mezzo e gli incompetenti nella parte inferiore. Esistono sicuramente prodotti progettati in modo incompetente. Potresti averne trovato uno.

Bene, stai indovinando un sacco di cose, ma sembri molto sicuro che un resistore 0805, che pensi che siano, sia valutato per 125mW.

Sono disponibili resistori 0805 da 1W (a 70 ° C). Ovviamente funzioneranno molto caldi, ma sono progettati per farlo. Nel valore che hai, è più probabile che sia 500mW massimo a 70 ° C. O forse un punteggio più basso, ma non ci sarebbero differenze visibili.

Io vorrei , non personalmente stare tranquillo in questa particolare situazione in esecuzione parti, anche vicino a loro specifiche stampata, ma in realtà la superficie di montaggio le parti sono molto sensibili al Dettagli- PCB da prove di una parte molto piccola in grado di dissipare un sacco di potenza (simile ad una molto più grande parte) se montato su un piano di massa. Una parte molto grande su una tavola a un solo lato con tracce sottili potrebbe essere più calda di una parte 0603 con cavi grassi, un piano terra ecc.

Non vedo alcuna ridondanza in questo circuito, quindi qualsiasi tipo di guasto a punto singolo - l'opto, i fili all'unità, la resistenza, il diodo potrebbe causare il mancato riconoscimento della segnalazione, quindi questo non viene trattato come un fattore critico per la sicurezza il design del dispositivo al minimo.

(Modifica: ho un suggerimento: confermi che l'ingresso è effettivamente valutato a 24 V CC. La dissipazione di potenza con 24 V CA sarebbe circa la metà di quella con ingresso 24 V CC. Va bene, hai coperto questo in un commento )

Dall'altro lato dell'equazione, se la tensione in questione proviene da un banco di batterie di backup, il "24 V CC" potrebbe essere più simile a 28 V CC, il che aumenterebbe considerevolmente la dissipazione di potenza a oltre 850 mW. I resistori sono vicini l'uno all'altro quindi si riscaldano a vicenda.

Solleva questo con il fornitore.

I tipici resistori SMD per uso generale sono generalmente del tipo a film spesso .

Questo tipo di resistenza è non progettato per sovraccarico lungo termine (anzi, nessuno è), ma l'effetto di eccessiva sollecitazione della parte termicamente (via troppo potere) è quello di cambiare la resistenza giù nella fase iniziale:

( Fonte )

In questo tipo di circuito, dove la tensione diretta del LED e del diodo non cambierà significativamente per le variazioni di corrente (per un diodo al silicio è 60mV per decennio di corrente), che aumenterà la corrente nel circuito con una tensione quasi costante attraverso la resistenza durante questo periodo portando a più calore nella parte. Ciò potrebbe presumibilmente causare una fuga termica .

Non è noto se si esaurirà o meno (ma è molto probabile che sia continuamente soggetto a questo tipo di sovraccarico), ma avrà sicuramente una durata inferiore a quella dichiarata (normalmente dichiarato a 25 ° C anche se alcuni valori di resistenza sono alla temperatura nominale); infatti, aumentare la temperatura di un dispositivo per indurre deliberatamente guasti è un test comune per i produttori poiché il tasso di guasto aumenta esponenzialmente con l'aumentare della temperatura.

Questo processo viene utilizzato dai produttori per prevedere la vita utile dei componenti utilizzando l' equazione di Arrhenius in molti casi causando deliberatamente guasti precoci a temperature elevate. Ciò porta a una durata prevedibile del componente a condizioni più favorevoli.

Concordo pienamente con Olin sul fatto che dovresti rifiutare queste unità poiché l'affidabilità dell'unità è garantita essere bassa agli estremi di tensione specificati dal fornitore, anche se sopravvivono al sovraccarico.

Una progettazione corretta non consentirà mai di sovraccaricare una parte, sebbene vi siano parti progettate deliberatamente per resistere a eventi impulsivi a breve termine e spesso si trovano nei circuiti ESD e di protezione contro i fulmini.

[Aggiornamento] È possibile, come commenta Supercat, che si tratti di un PTC, come questa serie

L'unico modo in cui il circuito ha senso è che la resistenza da 820 ohm è una resistenza di limitazione della corrente. Funziona insieme alla resistenza del collettore della precedente fase di guida. La tensione del collettore del driver potrebbe essere 24v, ma se la sua resistenza del collettore è 1 k ohm, la corrente attraverso la resistenza 820 sarà solo di circa 12ma e la perdita di potenza sarà di circa 118mW.

Ciò dimostra che questo circuito non deve essere utilizzato con driver di ingresso open collector !