คะแนนการต้านทานไฟกระชาก

ฉันมีวงจรที่มีตัวเก็บประจุ 220uF และตัวต้านทานถูกใช้เพื่อ จำกัด กระแสการไหลเข้า

ฉันติดตั้งตัวต้านทานการจัดอันดับพลังงานที่ไม่ถูกต้องอย่างโง่เขลา ฉันเชื่อว่าตัวต้านทานที่ถูกต้องนั้นดี (มันวิ่งมาเป็นเวลานานและมีกำลังเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า) แต่ฉันก็สับสนนิดหน่อยว่าจะคำนวณคะแนนได้อย่างไรและพิสูจน์ในทางทฤษฎี

ตัวต้านทาน (ฉันใช้สองแบบขนาน) ติดตั้งคือแพ็คเกจ 3R3 1.5W 2512

TE Connectivity CRGS2512J3R3 (ฉันพยายามเพิ่มลิงค์ แต่ไม่มีชื่อเสียงพอ)

แม้จะมีกราฟในแผ่นข้อมูลที่บอกให้ฉันทราบว่าระดับการกระชากไม่เพียงพอและฉันสนใจที่จะคำนวณเส้นโค้งเหล่านี้เพื่อให้ฉันสามารถใช้ calcs กับตัวต้านทานอื่น ๆ ที่พวกเขาไม่ได้ให้ประโยชน์กับกราฟ

นี่คือพล็อต

ฉันวัดการไหลเข้าด้วยขอบเขต (แหล่งจ่าย 100VDC) และค่าน้อยกว่า 40A ค่าสูงสุดเชิงทฤษฎีคือมากกว่า 60A แต่มีไดโอดป้องกันกระแสไฟฟ้าย้อนกลับและฟิวส์และ PCB ติดตามและหมวก ESR ลดสิ่งนี้

นั่นเป็นการไหลเข้ารวมที่ผ่านตัวต้านทานสองตัวในแบบขนานดังนั้นประมาณ 20A แต่ละตัวต้านทาน

ดังจะเห็นได้ว่าคลื่นได้ลดลงถึง 50% ของจุดสูงสุดหลังจากประมาณ 0.5ms ดังนั้นฉันเชื่อว่าฉันสามารถใช้คลื่นสี่เหลี่ยมที่มีความกว้าง 0.5ms เป็นการประมาณที่เหมาะสม (เช่นมาตรฐาน EMC แนะนำให้ใช้ไดโอด TVS เป็นต้น)

มีบันทึกย่อแอปออนไลน์เช่น

Vishays Pulse Load บนตัวต้านทาน SMD: ที่ขีด จำกัด (อีกครั้งไม่เพียงพอที่จะเพิ่มลิงก์)

ฉันเข้าใจว่าชีพจรเป็นระยะจำเป็นต้องได้รับมากกว่าชีพจรเดียว (นั่นคือตรรกะ) ณ จุดที่ชีพจรเดี่ยวกลายเป็นระยะเป็นอีกหัวข้อหนึ่งเนื่องจากอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทั้งหมดอาจต้องปิดในบางจุด!

การใช้การคำนวณในแผ่นข้อมูล vishays สำหรับพัลส์เป็นระยะด้วยระยะเวลา 1 วินาทีและใช้ข้อมูลการวัดการไหลเข้าของฉัน

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

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

ทำให้ฉันมีค่า 1.515W (สัมบูรณ์สูงสุด) และฉันสามารถดูว่าการใช้งานเพิ่มขึ้นบ่อยครั้งหรือไม่จากนั้นพลังงานจะเพิ่มขึ้น (ซึ่งเป็นสิ่งที่เกิดขึ้นเมื่อตัวต้านทานล้มเหลว)

ดูกราฟจากแผ่นข้อมูล (ไม่ใช่เรื่องง่ายในสายตา) แต่ด้วย 20.1A ผ่านตัวต้านทาน 3R3 ดังนั้นจึงมีกำลังสูงสุด 1333 วัตต์

กราฟจากแผ่นข้อมูลดูเหมือนจะไม่เห็นด้วยเช่นการหาค่าเวลา 0.001 (สำหรับจุดที่สะดวกในการอ่านค่า) กราฟบอกว่าพลังงานพัลส์สูงสุดประมาณ 1kW สูงสุดซึ่งการคำนวณบอกว่าค่าเฉลี่ยจะอยู่ที่ประมาณ 3W เป็นสองเท่าคะแนนของตัวต้านทาน

ฉันคิดว่าฉันใช้เวลามากเกินไปในการมองดูสิ่งนี้และเพียงแค่ต้องเข้านอนและตื่นขึ้นมาใหม่ฉันสับสนถ้าฉันทำสิ่งนี้ถูกต้องหรือฉันไม่มีเงื่อนงำ!

ฉันสามารถคำนวณพลังงานเป็นตัวเก็บประจุ แต่ไม่แน่ใจว่าฉันจะทำอย่างไรกับสิ่งนั้น มีวิธีที่ดีกว่า? นี่เป็นวิธีที่จะทำเมื่อผู้ผลิตไม่ระบุคะแนนพัลส์ / ไฟกระชาก?

คำแนะนำใด ๆ ที่ชื่นชมมาก

resistors derating

— เจมี่แลมบ์
แหล่งที่มา

เป็นคำถามที่ดี + 1 ในสมัยก่อนตัวต้านทานมีขนาดใหญ่ขึ้นซึ่งทำให้ปัญหานี้น้อยลงแม้ว่าจะไม่มีข้อมูลเกี่ยวกับการจัดอันดับของคลื่นตัวเองดีมากในสเป็คไฟกระชากของพวกเขาบ่อยครั้งที่ผลิตภัณฑ์ตัวจริงมีตัวเหนี่ยวนำขนาดเล็กในซีรีส์ ขดลวดดังกล่าวสามารถจัดการเพื่อลดกระแสไฟกระชากที่กำลังขึ้นโดยเฉพาะอย่างยิ่งถ้ามันไม่ได้มีแนวโน้มที่จะอิ่มตัวเช่นอากาศ

— ออทิสติก

ขอบคุณสำหรับการแก้ไขการสะกดอึของฉันและการเพิ่มใน ESR ของตัวเก็บประจุที่ฉันลืมไปแล้ว! มีจริง ๆ และตัวกรอง EMI ดังนั้นโหมดทั่วไปก็ทำให้หายใจไม่ออกด้วย

— Jamie Lamb

คำตอบ:

$I^2\cdot s$

ข้อมูลจำเพาะชนิดข้างต้นพบได้ทั่วไปสำหรับฟิวส์เพราะนั่นคืองานที่พวกเขาทำและถูกระบุให้ทำ ตรงกันข้ามตัวต้านทานได้รับการออกแบบมาเพื่อกระจาย ดังนั้นสิ่งนี้จึงเพิ่มปัจจัยอื่นที่ต้องพิจารณา

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

\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}

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

นี่เป็นการคำนวณฮอตสปอตและน่าจะดีเพียงไม่กี่ครั้งในระยะเวลาของแผนภูมิซึ่งปัจจัยอื่น ๆ ช่วยให้การกระจายมีเสถียรภาพที่ระดับพิกัด พวกเขาแสดงเส้นโค้งที่ออกไปเพียงเสี้ยววินาที แต่สมการข้างบนอาจใช้งานได้สักหน่อยผ่านจุดสิ้นสุดของเส้นโค้งนั้น มันช่วยให้คุณมีความคิด

หากฉันทำสิ่งที่ถูกต้องครบถ้วนพลังงานที่ถูกส่งเข้าสู่ R ของคุณโดยวงจร RC ของคุณคือฟังก์ชันของเวลาต่อไปนี้:

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

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

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

เส้นโค้งไม่แสดงว่าให้เวลาอีกเล็กน้อยควรมีเวลาเพียงพอและไม่มีปัญหาใด ๆ แต่สิ่งนี้ดูเหมือนจะแนะนำปัญหามุมตัวพิมพ์ใหญ่เมื่อใช้อุปกรณ์เดียว

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

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

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

ฉันเห็นได้ว่าทำไมคุณถึงมีปัญหา

— Jonk
แหล่งที่มา

ขอบคุณสำหรับคำตอบนี้ Joules ต่อ Ohm ไม่พร้อมใช้งานจากเอกสารข้อมูลทางเทคนิคที่ฉันสามารถปรึกษาผู้ผลิตบางทีถ้าฉันได้รับเวลาต่อมามันจะปิดมันทั้งหมด ฉันสามารถดูว่าคุณมาถึงคุณสมการ แต่ฉันไม่ได้ตรวจสอบรายละเอียด (ยัง) ในสมการของคุณสำหรับ Edecay Vo เป็นแรงดันไฟฟ้าขาเข้าหรือไม่

— Jamie Lamb

แรงดันไฟฟ้าคือ 100VDC และคุณถูกต้องฉันกำลังใช้ตัวต้านทานสองตัวเหล่านี้ในแบบขนานเพื่อให้ได้ความต้านทานรวมที่ 1.65 โอห์ม สิ่งที่ยังไม่สมเหตุสมผลสำหรับฉันคือสมการในแผ่นข้อมูล Vishay ไม่เห็นด้วยกับกราฟถ้าคุณดูมันง่าย (V ^ 2 / R) * (รอบการทำงาน) มันสมเหตุสมผลกับฉันถ้ามันเป็น พัลส์ 1 วินาทีที่มีระยะเวลา 1 วินาทีจากนั้น DC และจะไม่มีการลดทอนใด ๆ ดังนั้นในใจของฉันว่าสมการ Vishay แผ่นข้อมูลควรจะทำงานสำหรับตัวต้านทานทั้งหมดดูเหมือนว่ามันเพียงแค่หาพลังงาน ขอบคุณสำหรับคำตอบของคุณชื่นชม

— Jamie Lamb

@JamieLamb ใช่ Vo คือ 132 Vdc ที่ฉันประเมินตามตัวเลข 40 A ของคุณ (40 A

— คูณ

@JamieLamb ฉันไม่ได้ดูแผ่นข้อมูลมากไปกว่าดูแผนภูมิและใช้เส้นโค้งที่นั่นเพื่อประเมินพลังงานระยะสั้นที่สามารถทนต่อเวลาได้ มันเป็นเรื่องง่ายที่มาเนื่องจากเส้น derating คือ "ตรง" ในระดับบันทึก

— jonk

ฉันมีอินพุต DC ของ 100V ตัวต้านทาน 3.3 โอห์มสองตัวในแบบขนานดังนั้นเทียบเท่ากับ 1.65 โอห์ม มีตัวกรองไดโอดและ EMI และ ESR ของตัวเก็บประจุทั้งหมดทำงานเพื่อลดกระแสที่วัดได้ของฉันไม่มีปัญหาแม้ว่าฉันจะสามารถทำงานกับสิ่งที่คุณให้มามันชื่นชมจริง ๆ

— Jamie Lamb

ให้คำนวณอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นจากหนึ่งพัลส์โดยสมมติว่าความร้อนยังคงอยู่ภายในตัวต้านทานทั้งหมด ถ้าร้อยละ 5 องศาก็โอเคใช่ไหม แต่ถ้าเพิ่มขึ้น 5,000 องศาเซ็นต์มันก็กลายเป็นพลาสมาแล้วไม่ตกลงตกลง?

เราจำเป็นต้องรู้ว่าตัวต้านทานสามารถเก็บความร้อนภายในได้มากแค่ไหน นี่คือตัวเลขที่มีประโยชน์: ความร้อนเฉพาะของซิลิกอน (เช่นของบริสุทธิ์ที่ใช้เป็นเวเฟอร์ซิลิกอน) คือ 1.6 picoJoules ต่อลูกบาศก์ไมครอนต่อองศาการเพิ่มขึ้นของเซนติเกรด

ฉันจะให้คุณแปลงขนาดตัวต้านทานเป็นไมครอนความยาวความกว้างความสูงและคำนวณปริมาตรรวม สมมติว่าตัวต้านทานมีฐานดิน / เซรามิกที่มีการสะสมฟิล์มโลหะ ความร้อนเกิดขึ้นในฟิล์มและไหลลงสู่ฐานซิลิคอน / ดิน / เซรามิกอย่างรวดเร็ว

ค่าคงที่เวลาคืออะไร? จ่ายความสนใจที่นี่ ค่าคงที่เวลาสำหรับการไหลของความร้อนไม่ใช่ขนาดเชิงเส้น ค่าคงที่เวลาจะเปลี่ยนเป็นสแควร์ของขนาด

ขนาดของซิลิกอนคิวบ์เวลาคงที่

ลูกบาศก์เมตร 1 เมตร 11,400 วินาที

ลูกบาศก์ 10 ซม. 114 วินาที

1cm cube 1.14 วินาที

1mm cube 0.014 วินาที (14 มิลลิวินาที) ซึ่งมีขนาดประมาณตัวต้านทาน SMT

100 ไมครอนลูกบาศก์ 114 ไมโครวินาที

10 ไมครอนคิวบ์ 1.14 ไมโครวินาที

1 ไมครอนคิวบ์ 11.4 นาโนวินาที

0.1 ไมครอนลูกบาศก์ 114 picoseconds (ประมาณความหนาของชั้นนำไฟฟ้าของ FETS

แก้ไขตามความเห็นของฉันยิ่งภูมิภาคที่มีความต้านทานมากเท่านั้นยิ่งมีชีวิตรอดมากขึ้นก็คือตัวต้านทาน ในฟิล์มบางความร้อนจะต้องไหลผ่านกลุ่มดิน / ซิลิคอน ในตัวต้านทานองค์ประกอบของคาร์บอนตัวต้านทานส่วนใหญ่ประกอบด้วยตัวต้านทาน ผลลัพธ์คือความร้อนถูกสร้างขึ้นตลอดทั้งกลุ่มที่มีความต้านทานและใช้ประโยชน์จากมวลทั้งหมดในฐานะที่เป็นฮีตซิงก์ทันทีเพราะความร้อนไม่มีทางที่จะไปยกเว้นตัวนำ โดยที่ในใจตรวจสอบแผนภาพนี้:

แผนผัง

^{จำลองวงจรนี้ - แผนผังที่สร้างโดยใช้CircuitLab}

เรามาพูดถึงการจัดเก็บพลังงานของตัวต้านทานแบบลูกบาศก์ขนาด 1 มม. คุณมีความท้าทายในการจัดเก็บพลังงาน ที่ 1,000 ไมครอนต่อด้านลูกบาศก์นั้นมีปริมาตร 1 พันล้านลูกบาศก์เมตร สมมติว่าตัวต้านทานทั้งหมด ---- บริเวณที่ต้านทานภายนอกเคลือบป้องกันภายนอกและฐานเซรามิกภายในที่มีความแข็งใด ๆ ---- มี 1.6 picoJoules ต่อลูกบาศก์ไมครอนต่อองศา Cent ความจุความร้อนของคุณคือ

1 b i l l i o n c u b i c m i c r o n s * 1.6 p i c o J o u l e / c u b i c m i c r o n / d e g r e e C e n t

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

หรือ 1.6 milliJoule / degree Cent การจัดเก็บพลังงาน

พลังงานของคุณคือ 20 แอมป์ต่อตัวต้านทาน (2 Rs ในแบบคู่ขนานแต่ละ 3.3) สำหรับ 0.5milliSec จูลคืออะไร P = I ^ 2 & * R = 20 * 20 * 3.3 * 0.0005 วินาทีหรือ 1320 จูล / วินาที * 0.0005 = 0.65 จูล

ตอนนี้แบ่ง 650 milliJoules / 1.6 milliJoule (สำหรับปริมาตรลูกบาศก์ 1 มิลลิเมตร) และอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นคือ 400 องศาเซลเซียส ประสานละลาย; อะลูมิเนียมครีพ

— analogsystemsrf
แหล่งที่มา

ขอบคุณสำหรับข้อมูลของคุณมันชื่นชมมันใช้เวลาสักครู่ในการตอบสนองตามที่ฉันได้รับการผูกขึ้น ฉันชอบวิธีการแก้ปัญหาของคุณและฉันจะดูออกมาทำงานในภายหลัง ฉันสนใจอุณหพลศาสตร์ค่อนข้างมากโชคไม่ดีที่ฉันไม่มีคุณสมบัติในบริเวณนี้และผู้คนที่ฉันนำเสนอวิธีแก้ปัญหาจะตั้งคำถามทุกรายละเอียดซึ่งฉันจะไม่สามารถสำรองด้วยวิทยาศาสตร์ที่ยาก ขอบคุณมากแม้ว่าฉันจะให้มันยิงแน่นอนเพื่อความสนุก!

— Jamie Lamb

P = v^{2} / R \frac{t i}{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 = I^{2} R = 40 x 40 x 1.65 = 2, 640

$p = I^2R = 40x40x1.65 = 2,640$ 3.3 ohmไม่ตรงกัน3W 3W

แก้ไข: เหตุผลเพิ่มเติมเพื่อเพิ่มระดับพลังงานเป็นสองเท่า: 1) ตัวต้านทานแต่ละตัวขัดขวางความสามารถในการระบายความร้อนของตัวต้านทานอื่น ๆ 2) ตัวต้านทานแต่ละตัวจะกลายเป็นตัวทำความร้อนสำหรับตัวต้านทานอื่น ๆ

— Guill
แหล่งที่มา

คุณแน่ใจหรือว่าตัวต้านทานอยู่ในแนวขนานและแต่ละตัวมีแรงดันไฟฟ้าเต็มรูปแบบดังนั้นฉันคิดว่าฉันคำนวณตัวต้านทานเป็นรายบุคคล ฉันเข้าใจว่าตัวต้านทานนั้นไม่มีใครเทียบได้ แต่จริงหรือไม่ที่จะคาดหวังว่ามีเพียงตัวเดียวที่จะรับภาระเต็มได้หรือไม่

— Jamie Lamb

ตัวต้านทานจะแบ่งการโหลดส่วนมากส่วนที่ไม่เท่ากันควรประมาณตามความคลาดเคลื่อน (ค่าขึ้นหนึ่งและลงสำหรับอีก) สำหรับตัวต้านทานสองตัวจากชุดเดียวกันการจับคู่มักจะดีกว่าที่ระบุไว้มาก

— KalleMP

@JamieLamb: ใช่มันสมเหตุสมผล เมื่อพิจารณาว่าคุณกำลังประเมินความกว้างของพัลส์ 100v อาจมากกว่าและลักษณะการกระจายของตัวต้านทานและสภาพแวดล้อมอาจมีประสิทธิภาพน้อยกว่าที่ระบุ

— Guill