Classe di sovratensione del resistore

Ho un circuito con un condensatore da 220uF e un resistore viene utilizzato per limitare la corrente di spunto

Ho montato stupidamente il resistore di potenza nominale errato e (nessuna sorpresa è fallito) mi ci è voluto un po 'di tempo per realizzare il mio errore. Credo che il resistore corretto vada bene (ha funzionato per un periodo di tempo significativo ed è il doppio della potenza) ma sono un po 'sconcertato dal modo in cui calcolo il rating e lo provo teoricamente

I resistori (ne ho usati due in parallelo) montati erano un pacchetto 3R3 da 1,5 W 2512

TE Connectivity CRGS2512J3R3 (Ho provato ad aggiungere un collegamento ma non ho abbastanza reputazione)

C'è anche un grafico nel foglio dati che mi dice che il grado di sovratensione non è adeguato e sono interessato a come calcolano queste curve in modo da poter applicare i calcoli ad altri resistori dove non sono così utili per fornire un grafico

ecco la trama

Ho misurato lo spunto con un oscilloscopio (alimentazione 100 V CC) ed è leggermente superiore a 40 A, il massimo teorico è superiore a 60 A, ma esiste un diodo di protezione contro l'inversione di polarità e fusibile e traccia PCB e ESR che lo riducono.

Questo è lo spunto totale che attraversa due resistori in parallelo, quindi circa 20 A per resistore

Come si può vedere, l'ondata è diminuita al 50% del picco dopo circa 0,5 ms, quindi credo di poterlo considerare un'onda quadrata con una larghezza di 0,5 ms come un'approssimazione decente (come gli standard EMC consigliano per i diodi TVS ecc.)

Ci sono app-note online come

Carico a impulsi Vishays su resistori SMD: al limite (di nuovo non abbastanza reputazione per aggiungere il collegamento)

Capisco che gli impulsi periodici richiedono più declassamento di un singolo impulso (che è logico) a che punto un singolo impulso diventa periodico è un altro argomento poiché probabilmente tutti i componenti elettronici devono essere spenti ad un certo punto!

Usando il calcolo nel foglio dati di vishays per gli impulsi periodici con un periodo di 1 secondo e usando i miei dati di misurazione di spunto

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

V = 100, R = 3.3, ti = 0.0005, tp = 1

Mi dà un valore di 1.515 W (massimo assoluto) e posso vedere se l'applicazione aumenta di frequente quindi la potenza aumenta (che è ciò che è accaduto quando il resistore si è guastato)

Guardando il grafico dal foglio dati (non è facile per gli occhi) ma con 20,1 A attraverso il resistore 3R3 questa è una potenza di picco di 1333 W

Il grafico dal foglio dati non sembra concordare, ad esempio, per il declassamento per un tempo di impulso di 0,001 (per un punto conveniente per leggere i valori) il grafico indica circa 1kW di potenza di picco massima dell'impulso dove, come dice il calcolo, la media sarebbe di circa 3W che è il doppio della valutazione della resistenza

Penso di aver passato troppo tempo a guardare questo e ho semplicemente bisogno di andare a letto e svegliarmi fresco, sono confuso se lo sto facendo bene o semplicemente non ne ho idea!

Posso calcolare l'energia nel condensatore ma non sono sicuro di cosa farei con questo, il metodo è giusto? C'è un modo migliore? È questo il modo di farlo quando il produttore non specifica le classificazioni di impulsi / sovratensioni?

Ogni consiglio è molto apprezzato

resistors derating

— Jamie Lamb
fonte

Buona domanda. + 1. Ai vecchi tempi i resistori erano più grandi, il che rendeva questo meno un problema nonostante la mancanza di informazioni sulle classificazioni di sovratensione. Di per sé sono molto buoni sulle specifiche di sovratensione. Spesso un prodotto reale ha un piccolo induttore in serie con la linea B + per motivi di compatibilità elettromagnetica. Tale bobina può essere manipolata per ridurre le correnti di picco all'accensione, specialmente se non è soggetta a saturazione come l'aria.

— Autistico,

Grazie per aver modificato i miei errori di ortografia e aver aggiunto l'ESR del condensatore di cui mi ero dimenticato !, in realtà c'è un filtro EMI, quindi anche una modalità comune soffocare

— Jamie Lamb

Risposte:

Il flusso di calore richiede tempo. Nei casi in cui quasi tutta l'energia è dedicata all'innalzamento della temperatura e in cui si concede che una piccola porzione utile del calore abbia il tempo necessario per fluire in modo significativo nei suoi dintorni, è possibile utilizzare "l'azione integrale dell'impulso" per stimare i guasti . Se riesci a trovare una specifica in "Joules per Ohm" o " per il resistore, allora potresti applicarla. In caso contrario, dovrai usare quelle curve per fare delle stime. $I^2\cdot s$

I tipi di specifiche di cui sopra si trovano più comunemente per i fusibili, perché è questo il lavoro che svolgono e pertanto sono specificati. I resistori, invece, sono effettivamente progettati per dissipare. Quindi questo aggiunge un altro fattore da considerare.

Invece, diamo un'occhiata alla tua curva 2512. È piatto fino a circa . All'angolo, immagino che possa gestire un impulso di circa . Questo aumenta linearmente (su una scala di registro) a circa per un impulso di . Date le scale di log qui, ottengo la seguente equazione per la capacità del resistore di assorbire un impulso di energia nel tempo: $t=100\:\mu\textrm{s}$ $4000\:\textrm{W}\cdot 100\:\mu\textrm{s}=400\:\textrm{mJ}$ $18\:\textrm{W}\cdot 1\:\textrm{s}=18\:\textrm{J}$ $1\:\textrm{s}$

\begin{aligned} E_{l io m io t} & = 4000 W \cdot t \\ E_{l io m io t} & = 1.91089572 J \cdot \ln (t) + 18 J \end{aligned} \begin{aligned} dove t \leq 100 μ S \\ dove 100 μ S \leq t \leq 10 S \end{aligned}

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

Questo è un calcolo hot-spot ed è probabilmente buono solo per alcune volte la durata del grafico, dove altri fattori consentono alla dissipazione di stabilizzarsi alla potenza nominale. Mostrano solo la curva che si spegne in un secondo. Ma l'equazione sopra potrebbe funzionare per un po 'oltre la fine di quella curva. Indipendentemente da ciò, ti dà un'idea.

Se ho fatto il diritto integrale, l'energia fornita nella tua R, dal tuo circuito RC, è la seguente funzione del tempo:

E_{d e c un' y} = \frac{V_{0}^{2} \cdot C}{2} \cdot (1 - e^{- \frac{2 \cdot t}{R \cdot C}})

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

Se questo valore supera in qualsiasi momento, potresti avere un problema. Dato che stai misurando fino a , sto per dire che il tuo per i suddetti scopi. Quindi, se osservi il caso , ottieni che supera la curva di valutazione che hai. Per sicurezza, probabilmente vorrai essere sostanzialmente sotto di esso, credo. Non finita $E_{limit}$ $40\:\textrm{A}$ $V_0=132\:\textrm{V}$ $t=100\:\mu\textrm{s}$ $\approx 462\:\textrm{mJ}$

La curva indica che, dato un po 'più di tempo, dovrebbe esserci abbastanza tempo e quindi nessun problema rimanente. Ma questo sembra suggerire un problema di caso angolare quando si utilizza un singolo dispositivo.

Ho capito che ne stai usando due e hai ancora problemi. (Non sono sicuro di come sia montato tutto ciò e che potrebbe anche essere importante.) In ogni caso, se si collega l' equivalente a resistore accoppiato , si ottengono per entrambi . Che, diviso tra i due supera ancora le specifiche (solo di poco). $1.65\:\Omega$ $812\:\textrm{mJ}$

Solo una nota aggiunta perché ho dovuto apportare una correzione alla prima equazione sopra, per . Avevo appena fatto una costante prima, ma è davvero una funzione del tempo. Meno tempo? Meno energia erogata. La linea piatta della curva lo rende evidente. Non ero riuscito a spiegarlo nell'equazione. $t\lt 100\:\mu\textrm{s}$

Quindi, con la correzione, puoi vedere più facilmente che per un periodo di tempo ancora più piccolo, dire , che l' equazione fornisce (usando il mio figura basata sul hai scritto) per circa di energia in . Ma come limite della curva. Quindi la curva è di gran lunga superata quando si considerano tempi più brevi come questo. Anche usando , ottengo di energia in quel breve tempo. Quindi, supera ancora le specifiche. $t=10\:\mu\textrm{s}$ $E_{decay}$ $V_0=132\:\textrm{V}$ $40\:\textrm{A}$ $100\:\textrm{mJ}$ $1.65\:\Omega$ $4000\:\textrm{W}\cdot 10\:\mu\textrm{s}=40\:\textrm{mJ}$ $V_0=100\:\textrm{V}$ $60\:\textrm{mJ}$

Vedo perché hai problemi.

— Jonk
fonte

Grazie per questa risposta, Joules per Ohm non è disponibile nei fogli dati che potrei consultare il produttore, forse se avrò tempo dopo, completerà il tutto. Vedo come sei arrivato alle tue equazioni, ma non ho ancora controllato i dettagli. Nella tua equazione per Edecay è Vo la tensione di ingresso?

— Jamie Lamb,

La tensione di alimentazione è di 100 V CC e, a ragione, sto usando due di questi resistori in parallelo per fornire una resistenza totale di 1,65 Ohm. Quello che ancora non ha senso per me è come l'equazione nel foglio dati di Vishay non sia d'accordo con il grafico, se lo guardi è semplice (V ^ 2 / R) * (duty cycle), ha senso per me, se lo fosse un impulso di 1 secondo con un periodo di 1 secondo quindi il suo DC e non ci sarebbe alcun declassamento così nella mia mente che l'equazione del foglio dati di Vishay dovrebbe funzionare per tutti i resistori, sembra che si stia semplicemente declassando per potenza. Grazie per la risposta che hai apprezzato

— Jamie Lamb,

@JamieLamb Sì, il Vo è il 132 Vdc che ho stimato in base alla cifra di 40 A. (40 A volte 3.3 Ohm.)

— Jon

@JamieLamb Non ho guardato il foglio dati molto più che guardare il grafico e usare la curva lì per stimare l'energia a breve termine che potrebbe tollerare rispetto al tempo. Era una derivazione semplice, poiché la linea di derating è "dritta" sulla scala del log.

— Jon

Ho un ingresso DC di 100 V, due resistori da 3,3 Ohm in parallelo quindi equivalenti a 1,65 Ohm. C'è un diodo e un filtro EMI e l'ESR del condensatore funzionano tutti per ridurre la mia corrente misurata Nessun problema, anche se posso lavorare con quello che hai fornito, è molto apprezzato

— Jamie Lamb

Consente di calcolare l'aumento di temperatura da un impulso, supponendo che il calore rimanga totalmente INTERNO della resistenza. Se 5 gradi centesimi, va bene, giusto? Ma se 5.000 gradi centigradi aumentano, il suo (già trasformato in plasma) non va bene, d'accordo?

Dobbiamo sapere la quantità di calore che il resistore può immagazzinare internamente. Ecco un numero utile: il calore specifico del silicio (come il materiale puro, usato come wafer di silicio) è di 1,6 picoJoule per micron cubo per grado di aumento dei gradi centigradi.

Ti permetterò di convertire le dimensioni del resistore in micron, Lunghezza, Larghezza, Altezza e calcolare il volume totale. Supponiamo che il resistore abbia una base di argilla / ceramica su cui è depositato il film metallico. Il calore viene generato nel film e scorre rapidamente nella base di silicio / argilla / ceramica.

Quali sono le costanti di tempo? ATTENZIONE QUI. Le costanti di tempo per il flusso di calore NON sono LINEARI con le dimensioni. Le costanti di tempo cambiano come il quadrato della dimensione.

Dimensione del cubo di silicio Costante di tempo

Cubo da 1 metro 11.400 secondi

Cubo da 10 cm 114 secondi

Cubo da 1 cm 1,14 secondi

Cubo da 1 mm 0,014 secondi (14 milliSecondi) che è circa la dimensione dei resistori SMT

Cubo da 100 micron 114 microsecondi

Cubo da 10 micron 1,14 microsecondi

Cubo da 1 micron 11,4 nanosecondi

Cubo 0,1 micron 114 picosecondi (circa lo spessore dello strato conduttivo di FETS

EDIT Secondo me, più spessa è la regione resistiva, più sopravvissuta è la resistenza. Nei film sottili, il calore deve fluire nella massa di argilla / silicio. In un resistore a composizione di carbonio, la maggior parte del corpo del resistore comprende il resistore; il risultato è che il calore viene generato in tutta la massa in eccesso e sfrutta bene l'intera massa come un dissipatore di calore immediato, perché il calore non ha dove andare, tranne i cavi. Con questo in mente, esamina questo diagramma:

schematico

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

Parliamo dell'accumulo di energia del resistore cubo da 1 mm. Hai una sfida per l'accumulo di energia. A 1.000 micron per lato, quel cubo ha 1 miliardo di cubi di volume. Supponendo che l'intera resistenza ---- regione resistiva, smalto protettivo esterno e qualsiasi base interna in ceramica dura ---- abbia 1,6 picoJoules per cubicmicron per grado Centesimo, la tua capacità di calore è

1 B io l l io o n c u B io c m io c r o n S * 1.6 p io c o J o u l e / c u B io c m io c r o n / d e g r e e C e n t

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

o 1,6 milliJoule / grado di accumulo di energia cent.

La tua energia è di 20 A per resistore (2 R in parallelo, ogni 3,3) per 0,5 mlSec. Cos'è Joules? P = I ^ 2 & * R = 20 * 20 * 3,3 * 0,0005 sec, o 1320 joule / secondo * 0,0005 = 0,65 joule.

Ora dividi 650 milliJoules / 1.6 milliJoule (per un volume cubo di 1milliMeter) e l'aumento della temperatura è di 400 gradi C. La saldatura si scioglie; alluminio si insinua.

— analogsystemsrf
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Grazie per il tuo contributo, è apprezzato, mi ci è voluto un po 'di tempo per rispondere dato che sono stato legato. Mi piace la tua soluzione e cercherò di risolverla più tardi. Sono interessato alla termodinamica in grande misura, sfortunatamente non sono qualificato in questo settore e le persone a cui presento la soluzione metteranno in dubbio ogni dettaglio che non sarò in grado di sostenere con la scienza. Molte grazie, però, ci proverò sicuramente solo per divertimento!

— Jamie Lamb,

P = v^{2} / R \frac{t io}{t p} = (100 X 100 / 1.65) X 0,0005 / 1 = 3.03 W

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

p = {io}^{2} R = 40 X 40 X 1.65 = 2, 640

$p = I^2R = 40x40x1.65 = 2,640$ resistori, per sicurezza, dovresti far caricare a pieno carico ogni resistore. Pertanto è necessario che ogni resistore 3.3 sia in grado di dissipare 3W .

EDIT: Ulteriori motivi per raddoppiare la potenza nominale sono: 1) ogni resistenza interferisce con la capacità di dissipazione del calore dell'altra resistenza, 2) ogni resistenza diventa un riscaldatore , per l'altra resistenza.

— Guill
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Sei sicuro ?, i resistori sono in parallelo e ognuno ha la piena tensione applicata, quindi ho pensato di calcolare i resistori singolarmente. Capisco che i resistori non hanno eguali, ma è realistico aspettarsi che solo uno porti il pieno carico?

— Jamie Lamb,

I resistori condivideranno gran parte del carico, la parte disuguale dovrebbe essere stimabile in base alla tolleranza (valore su per uno e giù per l'altro) Per due resistori dello stesso lotto, la corrispondenza è generalmente molto migliore di quanto specificato.

— KalleMP,

@JamieLamb: Sì, è ragionevole. Considerando che si sta valutando l'ampiezza dell'impulso, il 100v potrebbe essere maggiore e le caratteristiche di dissipazione dei resistori e dei loro dintorni potrebbero essere meno efficaci di quanto specificato.

— Guill