Skok rezystancji

Mam obwód z kondensatorem 220uF, a rezystor służy do ograniczenia prądu rozruchowego

Głupio zamontowałem niewłaściwy rezystor mocy i (nic dziwnego, że się nie udało) zajęło mi trochę czasu, zanim zrozumiałem swój błąd. Uważam, że właściwy rezystor jest w porządku (działał przez znaczny czas i ma podwójną moc), ale jestem nieco zdezorientowany, jak obliczyć ocenę i udowodnić to teoretycznie

Rezystory (użyłem dwóch równolegle) były w pakiecie 3R3 1,5W 2512

TE Connectivity CRGS2512J3R3 (Próbowałem dodać link, ale nie mam wystarczającej reputacji)

Jest nawet wykres w arkuszu danych, który mówi mi, że ocena udaru jest niewystarczająca i jestem zainteresowany tym, jak obliczają te krzywe, dzięki czemu mogę zastosować cielęta do innych rezystorów, w których nie są tak pomocne, aby uzyskać wykres

oto fabuła

Zmierzyłem rozruch z lunetą (zasilanie 100VDC) i jego nieco ponad 40A, teoretyczne maksimum wynosi ponad 60A, ale jest dioda zabezpieczająca przed odwrotną polaryzacją i bezpiecznik oraz ślad płytki drukowanej i korek ESR zmniejszający to.

Jest to całkowity rozruch, który przechodzi przez dwa oporniki równolegle, więc około 20A na każdy opornik

Jak widać, skok spadł do 50% wartości szczytowej po około 0,5 ms, więc uważam, że mogę to potraktować jako falę kwadratową o szerokości 0,5 ms jako przyzwoite przybliżenie (podobnie jak normy EMC dla diod TVS itp.)

Istnieją notatki aplikacji online, takie jak

Obciążenie pulsacyjne Vishays na rezystorach SMD: At the Limit (ponownie za mało reputacji, aby dodać link)

Rozumiem, że okresowe impulsy wymagają więcej obniżania wartości znamionowych niż pojedynczego impulsu (co jest logiczne), w którym momencie pojedynczy impuls staje się okresowy, to kolejny temat, ponieważ prawdopodobnie cała elektronika musi zostać w pewnym momencie wyłączona!

Korzystanie z obliczeń w arkuszu danych Vishays dla okresowych impulsów z 1 sekundowym okresem i przy użyciu moich danych pomiarowych rozruchu

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

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

Daje mi wartość 1,515 W (absolutne maks.) I widzę, czy zastosowane udary częściej niż wzrost mocy (co się stało, gdy rezystor się zepsuł)

Patrząc na wykres z arkusza danych (nie jest to łatwe dla oka), ale przy 20,1 A przez rezystor 3R3 to szczytowa moc 1333 W

Wykres z arkusza danych wydaje się nie zgadzać, na przykład obniżenie wartości znamionowej dla czasu impulsu 0,001 (dla dogodnego punktu do odczytania wartości), wykres przedstawia maksymalną moc szczytową impulsu wynoszącą około 1 kW, przy czym, jak wynika z obliczeń, średnia wynosiłaby około 3 W, co jest dwa razy większy niż rezystor

Wydaje mi się, że spędziłem zbyt wiele czasu na oglądaniu tego i po prostu muszę położyć się spać i obudzić na świeżo. Jestem zdezorientowany, czy robię to dobrze, czy też nie mam pojęcia!

Mogę obliczyć energię do kondensatora, ale nie jestem pewien, co bym z tym zrobił, czy metoda jest odpowiednia? czy jest lepszy sposób? Czy jest to sposób, aby to zrobić, gdy producent nie określa wartości impulsów / udarów?

Wszelkie porady są mile widziane

resistors derating

— Jamie Lamb
źródło

Dobre pytanie. + 1. W dawnych czasach rezystory były większe, co czyniło ten problem mniejszym, pomimo braku informacji o wartościach udarowych. Same są bardzo dobre w specyfikacji udarowej. Często prawdziwy produkt ma mały induktor szeregowo z linią B + z powodów EMC. Taką cewką można manipulować w celu zmniejszenia prądów udarowych przy włączaniu, szczególnie jeśli nie jest ona podatna na nasycenie jak powietrze.

— Autystyczny

Dzięki za edycję moich badziewnych pisowni i dodanie ESR kondensatora, o którym zapomniałem !, faktycznie jest tam filtr EMI, więc też wspólny tryb dławił się

— Jamie Lamb

Odpowiedzi:

Przepływ ciepła wymaga czasu. W przypadkach, w których prawie cała energia jest przeznaczona na podniesienie temperatury i gdy niewiele użytecznej części ciepła ma czas potrzebny na znaczny dopływ do jego otoczenia, możesz użyć „całki działania impulsu” do oszacowania awarii . Jeśli możesz znaleźć specyfikację w „Dżulach na om” lub „ dla rezystora, możesz ją zastosować. Jeśli nie, musisz użyć tych krzywych do oszacowania. $I^2\cdot s$

Powyższe specyfikacje są częściej spotykane w przypadku bezpieczników, ponieważ jest to praca, którą wykonują i dlatego są one określone do wykonania. Z drugiej strony rezystory są tak naprawdę zaprojektowane do rozproszenia. To dodaje kolejny czynnik do rozważenia.

Zamiast tego spójrzmy na twoją krzywą 2512. Jest płaski do około . mi się, że w rogu może obsłużyć puls około . Zwiększa się liniowo (w skali dziennika) do około dla impulsu . Biorąc pod uwagę tutaj skale logów, otrzymuję następujące równanie dotyczące zdolności rezystora do pochłaniania jednego impulsu energii w czasie: $t=100\:\mu\textrm{s}$ $4000\:\textrm{W}\cdot 100\:\mu\textrm{s}=400\:\textrm{mJ}$ $18\:\textrm{W}\cdot 1\:\textrm{s}=18\:\textrm{J}$ $1\:\textrm{s}$

\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}

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

Jest to obliczenie punktu krytycznego i prawdopodobnie jest dobre tylko kilka razy dłużej niż czas trwania wykresu, gdzie inne czynniki pozwalają ustabilizować rozproszenie na mocy znamionowej. Pokazują tylko krzywą wychodzącą na sekundę. Ale powyższe równanie może działać nieco powyżej końca tej krzywej. Niezależnie od tego daje to pomysł.

Jeśli zrobiłem prawo integralne, energia dostarczana do twojego R przez obwód RC jest następującą funkcją czasu:

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

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

Jeśli ta wartość w dowolnym momencie przekroczy wartość , możesz mieć problem. Biorąc pod uwagę, że do , powiem, że twoje dla powyższych celów. Więc jeśli spojrzysz na przypadek dla , otrzymasz który przekracza twoją krzywą oceny. Myślę, że dla bezpieczeństwa, prawdopodobnie chciałbyś być znacznie pod tym względem. Nie koniec. $E_{limit}$ $40\:\textrm{A}$ $V_0=132\:\textrm{V}$ $t=100\:\mu\textrm{s}$ $\approx 462\:\textrm{mJ}$

Krzywa wskazuje, że biorąc pod uwagę trochę więcej czasu, powinno być wystarczająco dużo czasu, a zatem nie pozostały żadne problemy. Ale wydaje się to sugerować problem ze skrzynką narożną podczas korzystania z jednego urządzenia.

Rozumiem, że używasz dwóch z nich i nadal masz problemy. (Nie jestem pewien, jak to wszystko jest zamontowane i to może być również ważne.) W każdym razie, jeśli podłączysz odpowiednik sparowanego rezystora , otrzymasz dla obu . Co, podzielone między nimi, wciąż przewyższa specyfikację (tylko trochę). $1.65\:\Omega$ $812\:\textrm{mJ}$

Tylko dodana uwaga, ponieważ musiałem dokonać korekty do pierwszego powyższego równania dla . Wcześniej ustawiłem to na stałe, ale tak naprawdę jest to funkcja czasu. Mniej czasu? Mniej dostarczonej energii. Widoczna jest tam płaska linia krzywej. Po prostu nie uwzględniłem tego w równaniu. $t\lt 100\:\mu\textrm{s}$

Dzięki korekcie łatwiej można zauważyć, że przez jeszcze czas, powiedzmy , że równanie dostarcza (używając mojego na podstawie , który napisałeś) za około energii do . Ale jako ograniczenie według krzywej. Krzywa jest więc znacznie przekroczona, jeśli wziąć pod uwagę takie krótsze czasy. Nawet używając , otrzymuję energii w tak krótkim czasie. Tak więc nadal przekracza specyfikację. $t=10\:\mu\textrm{s}$ $E_{decay}$ $V_0=132\:\textrm{V}$ $40\:\textrm{A}$ $100\:\textrm{mJ}$ $1.65\:\Omega$ $4000\:\textrm{W}\cdot 10\:\mu\textrm{s}=40\:\textrm{mJ}$ $V_0=100\:\textrm{V}$ $60\:\textrm{mJ}$

Rozumiem, dlaczego masz problemy.

— jonk
źródło

Dzięki za tę odpowiedź, Joules na Ohm nie jest dostępny w kartach danych, z którymi mógłbym skonsultować się z producentem, może jeśli później dostanę czas, to wszystko zaokrągli. Widzę, jak doszedłeś do swoich równań, ale jeszcze nie sprawdziłem szczegółów. Czy w twoim równaniu dla Edecay Vo jest napięciem wejściowym?

— Jamie Lamb

Napięcie zasilania wynosi 100 VDC i masz rację. Używam dwóch z tych rezystorów równolegle, aby uzyskać całkowitą rezystancję 1,65 oma. To, co nadal nie ma dla mnie sensu, to to, jak równanie w arkuszu danych Vishay nie zgadza się z wykresem, jeśli spojrzysz na to jego proste (V ^ 2 / R) * (cykl pracy), to ma dla mnie sens, jeśli tak było 1 sekundowy impuls z 1 sekundowym okresem, a następnie jego DC i nie byłoby żadnego obniżenia wartości znamionowej, więc w moim umyśle równanie arkusza danych Vishay powinno działać dla wszystkich rezystorów, wygląda na to, że po prostu obniża wartość mocy. Dziękuję za odpowiedź, którą doceniłem

— Jamie Lamb

@JamieLamb Tak, Vo to 132 Vdc, które oszacowałem na podstawie Twojej wartości 40 A. (40 razy w 3,3 omów.)

— Jonk

@JamieLamb Nie patrzyłem na arkusz danych bardziej niż na mapę i wykorzystałem tam krzywą do oszacowania krótkoterminowej energii, którą może tolerować w funkcji czasu. Było to proste wyprowadzenie, ponieważ linia obniżania jest „prosta” w skali logarytmicznej.

— jonk

Mam wejście prądu stałego o wartości 100 V, dwa równoległe rezystory 3,3 oma, co odpowiada 1,65 oma. Tam jest dioda i filtr EMI oraz ESR kondensatora - wszystko to zmniejsza mój zmierzony prąd. Nie ma problemu, ale mogę pracować z tym, co dostarczyłeś, to naprawdę docenione

— Jamie Lamb

Pozwala obliczyć wzrost temperatury z jednego impulsu, przy założeniu, że ciepło pozostaje całkowicie WEWNĄTRZ rezystora. Jeśli 5 stopni Centów, to OK, prawda? Ale jeśli podniesie się o 5000 stopni, jego (już zamieniona w plazmę) nie będzie OK, zgadzasz się?

Musimy wiedzieć, ile ciepła rezystor może przechowywać wewnętrznie. Oto użyteczna liczba: ciepło właściwe krzemu (podobnie jak czysty materiał, stosowany jako płytki krzemowe) wynosi 1,6 pikululi na mikron sześcienny na stopień wzrostu Celsjusza.

Pozwolę ci przekonwertować rozmiar rezystora na mikrony, długość, szerokość, wysokość i obliczyć całkowitą objętość. Załóżmy, że rezystor ma glinianą / ceramiczną podstawę, na której osadzony jest metalowy film. Ciepło generowane jest w folii i szybko przepływa do podstawy krzem / glina / ceramika.

Jakie są stałe czasowe? ZWRÓĆ UWAGĘ TUTAJ. Stałe czasowe przepływu ciepła NIE są LINIOWE w zależności od wielkości. Stałe czasowe zmieniają się jako kwadrat wielkości.

Rozmiar krzemowej kostki Stała czasowa

1 metr sześcianu 11,400 sekund

10 cm sześcian 114 sekund

Kostka 1 cm 1,14 sekundy

Kostka 1 mm 0,014 sekundy (14 milisekund), co odpowiada rozmiarowi rezystorów SMT

Kostka 100 mikronów 114 mikrosekund

Kostka 10 mikronów 1,14 mikrosekundy

1 mikron sześcian 11,4 nanosekund

Kostka 0,1 mikrona 114 pikosekund (w przybliżeniu grubość przewodzącej warstwy FETS

EDYCJA Moim zdaniem, im grubszy region rezystancyjny, tym bardziej odporny jest rezystor. W cienkich warstwach ciepło musi przepływać do masy gliny / krzemu. W rezystorze o składzie węglowym większość korpusu rezystora zawiera opornik; W rezultacie ciepło jest wytwarzane w całej masie reaktywnej i dobrze wykorzystuje całą masę jako bezpośredni radiator, ponieważ ciepło nie ma dokąd pójść, z wyjątkiem odprowadzeń. Mając to na uwadze, sprawdź ten schemat:

schematyczny

^{symulacja tego obwodu - Schemat utworzony przy użyciu CircuitLab}

Omówmy przechowywanie energii rezystora kostki 1 mm. Masz wyzwanie w zakresie magazynowania energii. Przy 1000 mikronach na stronę, ta kostka ma 1 miliard mikronów objętości. Zakładając, że cały rezystor ---- obszar rezystancyjny, zewnętrzna szkliwo ochronne i dowolna wewnętrzna twarda podstawa ceramiczna - - mają 1,6 pikuletu na mikron sześcienny na stopień Cent, twoja pojemność cieplna wynosi

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

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

lub 1,6 milisejula / stopień Centa magazynowania energii.

Twoja energia wynosi 20 amperów na rezystor (2 Rs równolegle, każda 3,3) na 0,5 milliSec. Co to są dżule? P = I ^ 2 i * R = 20 * 20 * 3,3 * 0,0005 s lub 1320 dżuli / sekundę * 0,0005 = 0,65 dżuli.

Teraz podziel 650 650 milisejów / 1,6 mililoula (dla objętości kostki 1 milliMeter), a wzrost temperatury wynosi 400 stopni C. Lutowie topi się; pełzanie aluminium.

— analogsystemsrf
źródło

Dziękuję za wasz wkład, doceniam, zajęło mi trochę czasu, aby odpowiedzieć, gdy byłem związany. Podoba mi się twoje rozwiązanie i przyjrzę się później. Interesuję się termodynamiką na całkiem spory sposób, niestety nie mam kwalifikacji w tej dziedzinie, a ludzie, których przedstawię, będą kwestionować każdy szczegół, którego nie będę w stanie poprzeć twardą nauką. Wielkie dzięki, ale na pewno dam temu szansę tylko dla zabawy!

— Jamie Lamb

Uważam, że powinieneś był zastosować 1,65 zamiast 3,3 omów we wzorze, który podajesz, W Jak możesz widzisz, to pokazuje, że potrzebujesz dwa razy więcej mocy. Ponadto, maksymalna moc szczytowa byłaby teraz, To pokazuje, że każdy rezystor musi mieć co najmniej 1,5 W, ale ponieważ używasz dwóch niedopasowanych rezystorów 3,3 oma , aby być bezpiecznym, powinieneś spraw, aby każdy rezystor przenosił pełne obciążenie. Dlatego potrzebujesz każdego opornika 3.3, aby rozproszyć 3W .

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

$p = I^2R = 40x40x1.65 = 2,640$

EDYCJA: Dodatkowe powody do podwojenia mocy znamionowej to: 1) każdy rezystor zakłóca zdolność do rozpraszania ciepła drugiego rezystora, 2) każdy rezystor staje się grzejnikiem dla drugiego rezystora.

— Guill
źródło

Jesteś pewien ?, rezystory są równoległe i każdy z nich ma przyłożone pełne napięcie, więc pomyślałem, że obliczam rezystory indywidualnie. Rozumiem, że rezystory nie mają sobie równych, ale czy realistyczne jest oczekiwanie, że tylko jeden przenosi pełne obciążenie?

— Jamie Lamb

Rezystory będą dzielić dużą część obciążenia, nierówna część powinna być możliwa do oszacowania na podstawie tolerancji (wartość dla jednego i spadek dla drugiego). W przypadku dwóch rezystorów z tej samej partii dopasowanie jest zwykle znacznie lepsze niż określone.

— KalleMP

@JamieLamb: Tak, to rozsądne. Biorąc pod uwagę, że szacujesz szerokość impulsu, wartość 100 V może być większa, a charakterystyki rozpraszania rezystorów i ich otoczenia mogą być mniej skuteczne niż podano.

— Guill