Uso di resistori alla loro potenza nominale

Un resistore a foro passante (PTH) con pellicola metallica standard all'1% è generalmente valutato a 250 mW. In quali condizioni può gestire quel potere? Sono necessarie precauzioni speciali per il montaggio o il montaggio è piatto su un PCB con tracce di 0,5 mm?

Un resistore raggiungerà un equilibrio termico quando l'energia dissipata è uguale all'energia drenata nell'ambiente. Per scaricare calore nell'ambiente, la temperatura del resistore deve essere superiore a quella dell'ambiente; maggiore è la differenza di temperatura, maggiore sarà il flusso di calore. Quindi il resistore può dissipare più potenza a basse temperature ambientali. La potenza nominale può essere specificata a 25 ° C e declassare a temperature più elevate. Queste resistenze a chip a film spesso si riducono solo a 70 ° C, come mostra il seguente grafico:

Quindi un 0603 da 100mW può ancora dissipare questi 100mW a 70 ° C, ma non dovrebbe dissipare più di 50mW a una temperatura ambiente di 100 ° C.

Il foglio dati non fornisce suggerimenti per la disposizione del rame (motivi del terreno e larghezze delle tracce) che influenzeranno il calore condotto. (La convezione sarà bassa per gli SMD e le radiazioni quasi zero; la temperatura è troppo bassa per quello.) Potrebbe essere allettante avere un sacco di rame collegato a un pad, ma assicurarsi che ciò non causi problemi nella saldatura.

In questa situazione potresti incontrare il termine "declassamento". Ad esempio, una resistenza da 250mW integrata in un design in modo da dissipare 200mW viene declassata di 50mW. In genere si lascia almeno un piccolo margine perché la resistenza effettiva di un resistore può discostarsi dal valore dichiarato quando diventa troppo caldo e generalmente si surriscalda sensibilmente se lo si utilizza alla potenza massima specificata.

La quantità di declassamento richiesta in un progetto ha tutto a che fare con la disposizione fisica del circuito; il suo involucro, indipendentemente dal flusso d'aria (o da qualche altro refrigerante), da quanto vicini sono i componenti e, naturalmente, anche la prevista dissipazione di potenza di tutte le altre parti del circuito. Questa è comunemente chiamata "analisi termica".

La vera risposta è nel foglio dati, ovviamente, ma generalmente la potenza nominale di un tale resistore è per aria calma a una certa temperatura specificata, di solito 25 ° C.

È possibile utilizzare il resistore alla sua potenza nominale solo se è possibile garantire le condizioni. Ad esempio, se questa è una scheda aperta in una situazione di ufficio, probabilmente è fattibile. Se è in una piccola scatola chiusa o ci sono altre cose che dissipano una potenza significativa nella stessa scatola, allora probabilmente non puoi soddisfare le specifiche a 25 ° C. Se la scatola ha un ventilatore e verrà utilizzata in un ambiente d'ufficio, allora probabilmente puoi farlo.

Se il circuito deve funzionare all'aperto senza alcun raffreddamento attivo, non è possibile garantire le specifiche a 25 ° C. In tal caso, è necessario consultare nuovamente la scheda tecnica e vedere quanto è necessario ridurre le specifiche di potenza. Il foglio dati dovrebbe fornire una curva o un'equazione di declassamento, come ad esempio un declassamento di 2 mW per grado C. Supponiamo che questa unità debba funzionare praticamente ovunque all'aperto, quindi è possibile calcolare temperature dell'aria fino a 125 ° F, che arrivano a 52 ° C. Ora aggiungi qualunque aumento di temperatura nella scatola rispetto all'esterno a causa della dissipazione. Diciamo che sono altri 10 ° C, quindi ora la resistenza può vedere fino a 62 ° C. Aggiungine un po 'di più per eventualmente sederti al sole, quindi forse lo chiameremo 75 ° C. Quindi ora hai 75 ° C - 25 ° C = 50 ° C sopra il livello massimo di potenza. A 2 mW per ° C, ciò significa che devi ridurre la capacità di potenza del resistore di 100 mW. Quindi in questo esempio (ho appena composto questi numeri, vedere la scheda tecnica per i valori reali), un resistore da "1/4 Watt" può essere utilizzato solo a 150 mW.

Inoltre, quando ha trovato un valore di potenza accettabile, rispondi un po 'di più se ti preoccupi della vita.

I valori di dissipazione per i componenti SMD avranno spesso una o più note correlate. Ciò può significare, ad esempio,
1. "aria libera" / 2. montato su un PCB FR4 a doppia faccia con almeno 4 centimetri quadrati di rame / 3. quando raffreddato dal deflusso della diga di Boulder a metà inverno, o simile. L'affondamento di calore in tracce di rame da 0,5 mm e piatto sul PCB è probabilmente vicino al caso peggiore per il raffreddamento. Il declassamento a una frazione del valore calcolato dopo che altri fattori sono considerati "è probabilmente saggio".

Far funzionare termicamente qualsiasi componente "al limite" può rendere i suoi giorni meno lunghi sulla superficie del terreno.

Di solito l'esecuzione al 50% del valore massimo consentito in una determinata situazione non è un grosso problema. Se devi correre alla massima dissipazione, chiediti quanto sei sicuro che questo sia davvero il massimo che vedrà mai.