Używanie rezystorów przy ich mocy znamionowej

Standardowy rezystor z otworem przelotowym 1% pokrytym metalową folią (PTH) ma zwykle moc 250 mW. W jakich warunkach poradzi sobie z tą mocą? Czy potrzebne są specjalne środki ostrożności podczas montażu, czy też wystarczy montaż płaski na płytce drukowanej z odstępami 0,5 mm?

Rezystor osiągnie równowagę termiczną, gdy rozproszona energia będzie równa energii odprowadzonej do otoczenia. Aby odprowadzić ciepło do otoczenia, temperatura rezystora musi być wyższa niż temperatura otoczenia; im wyższa różnica temperatur, tym więcej ciepła będzie przepływać. Tak więc rezystor może rozproszyć więcej energii w niskich temperaturach otoczenia. Moc znamionową można określić przy 25 ° C, a obniżyć ją w wyższych temperaturach. Te grubowarstwowe rezystory mikroprocesorowe mają wartość znamionową poniżej 70 ° C, jak pokazuje poniższy wykres:

Zatem 100mW 0603 może nadal rozpraszać te 100mW w 70 ° C, ale nie powinno rozpraszać więcej niż 50 mW w temperaturze otoczenia 100 ° C.

Arkusz danych nie zawiera sugestii dotyczących rozmieszczenia miedzi (wzorów gruntów i szerokości śladów), które wpłyną na ciepło przewodzące. (Konwekcja będzie niska dla SMD, a promieniowanie prawie zero; temperatura jest na to za niska). Może być kuszące, aby mieć dużo miedzi podłączonej do pada, ale upewnij się, że nie spowoduje to problemów z lutowaniem.

W tej sytuacji możesz spotkać się z terminem „obniżenie wartości znamionowej”. Na przykład rezystor 250 mW wbudowany w konstrukcję w celu rozproszenia 200 mW jest obniżany o 50 mW. Zazwyczaj pozostawiasz co najmniej mały margines, ponieważ rzeczywista rezystancja rezystora może odbiegać od podanej wartości, gdy staje się zbyt gorąca, i generalnie nagrzeje się, jeśli będziesz go używać z określoną maksymalną mocą znamionową.

Wielkość obniżenia wartości znamionowej wymagana w projekcie ma wszystko wspólnego z fizycznym rozmieszczeniem obwodu; jego obudowa, niezależnie od tego, czy występuje przepływ powietrza (lub jakiś inny płyn chłodzący), jak blisko siebie znajdują się komponenty i, oczywiście, oczekiwane rozproszenie mocy również we wszystkich innych częściach obwodu. Jest to powszechnie nazywane „analizą termiczną”.

Prawdziwa odpowiedź znajduje się oczywiście w arkuszu danych, ale generalnie moc znamionowa takiego rezystora dotyczy nieruchomego powietrza o określonej temperaturze, zwykle 25 ° C.

Możesz użyć rezystora o mocy znamionowej tylko wtedy, gdy możesz zagwarantować warunki. Na przykład, jeśli jest to otwarta tablica w biurze, to prawdopodobnie jest to wykonalne. Jeśli jest w małym zamkniętym pudełku lub występują inne rzeczy rozpraszające znaczną moc w tym samym pudełku, prawdopodobnie nie możesz spełnić specyfikacji 25 ° C. Jeśli pudełko ma wentylator i będzie używane w środowisku biurowym, prawdopodobnie możesz.

Jeśli obwód musi działać na zewnątrz bez aktywnego chłodzenia, nie można zagwarantować specyfikacji 25 ° C. W takim przypadku musisz ponownie zajrzeć do arkusza danych i zobaczyć, jak bardzo musisz obniżyć moc. Arkusz danych powinien zawierać krzywą obniżania wartości lub równanie, na przykład obniżenie wartości o 2 mW na przykład na stopień C. Powiedzmy, że to urządzenie musi działać niemal wszędzie na zewnątrz, więc możliwe jest obliczenie temperatur powietrza do 125 ° F, która wynosi 52 ° C. Teraz dodaj cokolwiek wzrost temperatury jest w pudełku w porównaniu do na zewnątrz z powodu rozproszenia. Powiedzmy, że to kolejne 10 ° C, więc teraz rezystor może widzieć do 62 ° C. Dodaj trochę więcej, aby ewentualnie siedzieć na słońcu, więc może nazwiemy to 75 ° C. Masz teraz 75 ° C - 25 ° C = 50 ° C powyżej poziomu specyfikacji pełnej mocy. Przy 2 mW na ° C oznacza to, że musisz obniżyć moc wyjściową rezystora o 100 mW. Tak więc w tym przykładzie (właśnie stworzyłem te liczby, patrz rzeczywiste wartości w arkuszu danych) rezystor „1/4 W” może być użyty tylko przy 150 mW.

Co więcej, dobre odpowiedzi, kiedy wymyślisz dopuszczalną wartość mocy, obniż ją jeszcze bardziej, jeśli zależy ci na życiu.

Wartości rozproszenia dla elementów SMD często zawierają jedną lub więcej powiązanych uwag. Mogą to być np.
1. „wolne powietrze” / 2. zamontowane na dwustronnej płytce FR4 z co najmniej 4 centymetrami kwadratowymi miedzi / 3. po schłodzeniu przez odpływ zapory Boulder w środku zimy lub podobne. Upadek ciepła w miedzianych śladach 0,5 mm i płaskich na płytce drukowanej jest prawdopodobnie najgorszym przypadkiem chłodzenia. Obniżanie wartości do ułamka wartości obliczonej po uwzględnieniu innych czynników „jest prawdopodobnie rozsądne”.

Uruchamianie termiczne dowolnego elementu „na krawędzi” może skrócić jego dni na powierzchni ziemi.

Zwykle praca z 50% maksymalnej dozwolonej wartości w danej sytuacji nie stanowi większego problemu. Jeśli musisz działać z maksymalnym rozproszeniem, zadaj sobie pytanie, czy jesteś pewien, że tak naprawdę JEST to maksymalne maksimum, jakie kiedykolwiek zobaczy.