Peringkat gelombang resistor

Saya memiliki sirkuit dengan kapasitor 220uF dan resistor digunakan untuk membatasi arus masuk

Aku dengan bodoh memasang resistor peringkat daya yang salah dan (tidak mengejutkan itu gagal) butuh beberapa saat untuk menyadari kesalahan saya. Saya percaya resistor yang benar baik-baik saja (itu berjalan untuk jumlah waktu yang signifikan dan dua kali lipat daya) tetapi saya sedikit bingung bagaimana saya menghitung peringkat dan membuktikannya secara teoritis

Resistor (saya menggunakan dua secara paralel) dipasang adalah paket 3R3 1.5W 2512

TE Connectivity CRGS2512J3R3 (Saya mencoba menambahkan tautan tetapi tidak memiliki reputasi yang cukup)

Bahkan ada grafik dalam lembar data yang memberi tahu saya nilai lonjakan tidak memadai dan saya tertarik pada bagaimana mereka menghitung kurva ini sehingga saya dapat menerapkan calcs ke resistor lain di mana mereka tidak sangat membantu untuk menyediakan grafik

di sini adalah plot

Saya mengukur lonjakan dengan ruang lingkup (pasokan 100VDC) dan sedikit lebih dari 40A, maks teori lebih dari 60A tetapi ada dioda perlindungan polaritas terbalik dan sekering dan jejak PCB dan tutup ESR mengurangi ini.

Itulah total lonjakan yang melewati dua resistor secara paralel sehingga kira-kira 20A setiap resistor

Seperti yang dapat dilihat, lonjakan telah menurun hingga 50% dari puncak setelah sekitar 0,5 ms jadi saya percaya saya dapat memperlakukan ini sebagai gelombang persegi dengan lebar 0,5 ms sebagai perkiraan yang layak (seperti saran standar EMC untuk dioda TVS dll)

Ada aplikasi-catatan online seperti

Beban Pulsa Vishays pada Resistor SMD: Pada Batasnya (sekali lagi tidak cukup repuasi untuk menambahkan tautan)

Saya mengerti bahwa pulsa periodik memerlukan derating lebih dari satu pulsa (itu logis) pada titik mana pulsa tunggal menjadi periodik adalah topik lain karena mungkin semua elektronik perlu dimatikan di beberapa titik!

Menggunakan perhitungan dalam datasheet vishays untuk pulsa periodik dengan periode 1 detik dan menggunakan data pengukuran lonjakan saya

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

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

Memberi saya nilai 1,515W (absolut maks) dan saya bisa melihat apakah yang diterapkan melonjak lebih sering daripada peningkatan daya (yang terjadi ketika resistor gagal)

Melihat grafik dari datasheet (tidak mudah di mata) tetapi dengan 20.1A melalui resistor 3R3 maka itu kekuatan puncak 1333W

Grafik dari datasheet tampaknya tidak setuju misalnya derating untuk waktu 0,001 pulsa (untuk titik nyaman untuk membaca nilai-nilai) grafik mengatakan kira-kira 1kW max daya pulsa puncak di mana ketika perhitungan mengatakan bahwa rata-rata akan kira-kira 3W yang gandakan rating dari resistor

Saya pikir saya telah menghabiskan terlalu banyak waktu untuk melihat ini dan hanya perlu pergi tidur dan bangun segar, saya bingung jika saya melakukan ini dengan benar atau apakah saya tidak memiliki petunjuk!

Saya dapat menghitung energi ke dalam kapasitor tetapi tidak yakin apa yang akan saya lakukan dengan itu, apakah metodenya benar? apakah ada cara yang lebih baik? Apakah ini cara untuk melakukannya ketika produsen tidak menentukan peringkat pulsa / lonjakan?

Setiap saran sangat dihargai

resistors derating

— Jamie Lamb
sumber

Pertanyaan bagus. +1. Di masa lalu resistor lebih besar yang membuat ini kurang dari masalah meskipun kurangnya informasi tentang peringkat lonjakan. Diri Anda sangat baik pada spesifikasi lonjakan mereka. Seringkali produk nyata memiliki induktor kecil dalam seri dengan garis B + untuk alasan EMC. Seperti kumparan dapat dimanipulasi untuk mengurangi arus lonjakan pada saat power up terutama jika tidak rentan terhadap kejenuhan seperti Air.

— Autistik

Terima kasih telah mengedit ejaan omong kosong saya dan menambahkan ESR dari kapasitor yang saya lupa tentang itu!, Sebenarnya ada dan filter EMI sehingga mode umum tersedak juga

— Jamie Lamb

Jawaban:

$I^2\cdot s$

Jenis spesifikasi di atas lebih sering ditemukan untuk sekering, karena itulah pekerjaan yang mereka lakukan dan karenanya ditentukan untuk dilakukan. Resistor, di sisi lain, sebenarnya dirancang untuk menghilang. Jadi ini menambah faktor lain untuk dipertimbangkan.

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

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

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

Ini adalah perhitungan hot-spot dan mungkin hanya baik untuk beberapa kali durasi grafik, di mana faktor-faktor lain memungkinkan disipasi menjadi stabil pada daya terukur. Mereka hanya menunjukkan kurva keluar sedetik. Tetapi persamaan di atas mungkin bekerja sedikit melewati ujung kurva itu. Bagaimanapun, itu memberi Anda ide.

Jika saya melakukan hak integral, energi yang dikirim ke R Anda, oleh sirkuit RC Anda, adalah fungsi waktu berikut:

E_{d e c a y} = \frac{V_{0}^{2} \cdot C}{2} \cdot (1 - e^{- \frac{2 \cdot t}{R \cdot C}})

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

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

Kurva memang menunjukkan bahwa, mengingat sedikit lebih banyak waktu, harus ada cukup waktu dan karenanya tidak ada masalah yang tersisa. Tapi ini tampaknya menunjukkan masalah sudut saat menggunakan satu perangkat.

Saya tahu Anda menggunakan keduanya dan masih mengalami masalah. (Saya tidak yakin bagaimana semua ini dipasang dan itu juga bisa menjadi penting.) Dalam hal apapun, jika Anda mencolokkan $1.65\:\Omega$ $812\:\textrm{mJ}$

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

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

Saya bisa melihat mengapa Anda mengalami masalah.

— jonk
sumber

Terima kasih atas jawaban ini, Joule per Ohm tidak tersedia dari lembar data, saya dapat berkonsultasi dengan pabrikan, mungkin jika saya mendapatkan waktu kemudian akan melengkapi semuanya. Saya bisa melihat bagaimana Anda telah sampai pada Anda persamaan tetapi saya belum memeriksa detailnya (belum). Dalam persamaan Anda untuk Edecay adalah Vo tegangan input?

— Jamie Lamb

Tegangan suplai 100VDC dan Anda benar saya menggunakan dua resistor ini secara paralel untuk memberikan resistansi total 1,65 Ohm. Apa yang masih tidak masuk akal bagi saya adalah bagaimana persamaan dalam lembar data Vishay tidak setuju dengan grafik, jika Anda melihatnya sederhana (V ^ 2 / R) * (siklus kerja), masuk akal bagi saya, jika itu 1 detik pulsa dengan periode 1 detik kemudian DC dan tidak akan ada penurunan sehingga dalam pikiran saya bahwa persamaan lembar data Vishay harus bekerja untuk semua resistor, sepertinya hanya menurunkan daya. Terima kasih atas jawabannya

— Jamie Lamb

@JamieLamb Ya, Vo adalah 132 Vdc yang saya perkirakan berdasarkan angka 40 A Anda. (40 A kali 3,3 Ohms.)

— Jonon

@JamieLamb Saya tidak melihat lembar data lebih dari melihat grafik dan menggunakan kurva di sana untuk memperkirakan energi jangka pendek yang bisa ditoleransi vs waktu. Itu adalah derivasi sederhana, karena garis derating "lurus" pada skala log.

— jonk

Saya memiliki input DC 100V, dua resistor 3,3 Ohm secara paralel sehingga setara dengan 1,65 Ohm. Ada dioda dan filter EMI dan ESR dari kapasitor semua bekerja untuk mengurangi arus saya yang diukur Tidak masalah meskipun saya dapat bekerja dengan apa yang Anda berikan, itu benar-benar dihargai

— Jamie Lamb

Mari kita menghitung kenaikan suhu dari satu pulsa, dengan asumsi panas tetap total di dalam resistor. Jika 5 derajat Cent, tidak apa-apa, kan? Tetapi jika kenaikan 5.000 derajat Cent, itu (sudah diubah menjadi plasma) tidak apa-apa, setuju?

Kita perlu tahu berapa banyak panas yang dapat disimpan resistor secara internal. Berikut adalah angka yang berguna: panas spesifik silikon (seperti barang murni, digunakan sebagai silikon wafer) adalah 1,6 picoJoule per mikron kubik per derajat kenaikan Celcius.

Saya akan membiarkan Anda mengubah ukuran resistor menjadi mikron, Panjang, Lebar, Tinggi, dan menghitung volume total. Asumsikan resistor memiliki dasar tanah liat / keramik tempat film logam disimpan. Panas dihasilkan dalam film, dan dengan cepat mengalir ke dasar silikon / tanah liat / keramik.

Apa konstanta waktu? PERHATIAN MEMBAYAR DI SINI. Konstanta waktu untuk aliran panas BUKAN LINEAR dengan ukuran. Konstanta waktu berubah sebagai Kuadrat dari ukuran.

Ukuran silikon kubus Waktu Konstan

Kubus 1 meter 11.400 detik

Kubus 10cm 114 detik

Kubus 1cm 1,14 detik

Kubus 1mm 0,014 detik (14 mili detik) yaitu sekitar ukuran resistor SMT

100 mikron kubus 114 mikrodetik

Kubus 10 mikron 1,14 mikrodetik

1 mikron kubus 11,4 nanodetik

0,1 mikron kubus 114 picoseconds (sekitar ketebalan lapisan konduktif FETS

EDIT Menurut pendapat saya, semakin tebal daerah resistif, semakin bisa bertahan adalah resistor. Dalam film tipis, panas harus mengalir ke tanah liat / silikon curah. Dalam resistor komposisi karbon, sebagian besar badan resistor terdiri dari resistor; akibatnya adalah panas dihasilkan di seluruh resitive-bulk dan juga mengeksploitasi seluruh massa sebagai heat sink langsung, karena panas tidak memiliki tempat untuk pergi, kecuali keluar timah. Dengan mengingat hal itu, periksa diagram ini:

skema

^{mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab}

Mari kita bahas penyimpanan energi resistor kubus 1mm. Anda memiliki tantangan penyimpanan energi. Dengan 1.000 mikron per sisi, kubus itu memiliki volume 1 Miliar kubik. Dengan asumsi seluruh resistor ---- daerah resistif, glasir pelindung luar, dan setiap dasar keramik keras ---- memiliki 1,6 picoJoule per cubicmicron per derajat Cent, kapasitas panas Anda adalah

1 b saya l l saya Hai n c kamu b saya c m saya c r Hai n s * 1.6 hal saya c Hai J Hai kamu l e / c kamu b saya c m saya c r Hai n / d e g r e e C e n t

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

atau penyimpanan energi 1,6 miliJoule / derajat Cent.

Energi Anda adalah 20 amp per resistor (2 R secara paralel, masing-masing 3,3) untuk 0,5milliSec. Apa itu Joule? P = I ^ 2 & * R = 20 * 20 * 3.3 * 0,0005 dtk, atau 1320 joule / detik * 0,0005 = 0,65 joule.

Sekarang bagi 650 milliJoules / 1,6 milliJoule (untuk volume kubus 1 milimeter) dan kenaikan suhu adalah 400 derajat Celcius. Solder mencair; aluminium merayap.

— analogsystemsrf
sumber

Terima kasih atas masukan Anda, terimakasih, perlu beberapa saat untuk merespons karena saya sudah terikat. Saya suka solusi Anda dan saya akan berusaha mengatasinya nanti. Saya tertarik pada termodinamika dengan cara yang cukup besar, sayangnya saya tidak memenuhi syarat dalam bidang ini dan orang-orang yang saya berikan solusinya akan mempertanyakan setiap detail yang saya tidak akan dapat mendukung dengan ilmu keras. Terima kasih banyak meskipun saya pasti akan mencobanya hanya untuk bersenang-senang!

— Jamie Lamb

Saya percaya Anda harus menggunakan 1,65 bukannya 3,3 ohm dalam rumus yang Anda berikan,

P = v^{2} / R \frac{t saya}{t hal} = (100 x 100 / 1.65) x 0,0005 / 1 = 3.03 W

$P = v^2/R\frac{ti}{tp} = (100x100/1.65) \text x 0.0005/1 = 3.03W$ Seperti yang Anda lihat, ini menunjukkan Anda membutuhkan kekuatan dua kali lipat. Juga, kekuatan puncak sekarang adalah,

hal = {saya}^{2} R = 40 x 40 x 1.65 = 2, 640

$p = I^2R = 40x40x1.65 = 2,640$ Ini menunjukkan bahwa setiap resistor harus setidaknya 1,5W, tetapi karena Anda menggunakan dua resistor 3,3 ohm yang tidak tertandingi , agar aman, Anda harus membuat setiap resistor membawa beban penuh. Oleh karena itu Anda memerlukan setiap resistor 3,3 untuk dapat menghilangkan 3W .

EDIT: Additional reasons to double the power rating are: 1) each resistor interferes with the heat dissipation capability of the other resistor, 2) each resistor becomes a heater, for the other resistor.

— Guill
sumber

Are you sure?, the resistors are in parallel and each one has the full voltage applied so I thought I was calculating the resistors individually. I understand the resistors are unmatched but is it realistic to expect only one to carry the full load?

— Jamie Lamb

Resistor akan berbagi banyak beban, bagian yang tidak sama harus diperkirakan berdasarkan toleransi (nilai naik untuk satu dan turun untuk yang lain) Untuk dua resistor dari batch yang sama, pencocokan biasanya jauh lebih baik daripada yang ditentukan.

— KalleMP

@JamieLamb: Ya, itu masuk akal. Mempertimbangkan bahwa Anda memperkirakan lebar pulsa, 100v mungkin lebih, dan karakteristik disipasi resistor dan lingkungannya mungkin kurang efektif daripada yang ditentukan.

— Guill