Classificação de sobretensão do resistor

Eu tenho um circuito com um capacitor de 220uF e um resistor é usado para limitar a corrente de irrupção

Eu estupidamente coloquei o resistor de potência errado e (sem surpresa, ele falhou) demorei um pouco para perceber meu erro. Eu acredito que o resistor correto está bom (ele funcionou por um período significativo de tempo e é o dobro da potência), mas estou um pouco confuso sobre como calculo a classificação e provo teoricamente

Os resistores (eu usei dois em paralelo) instalados foram 3R3 1.5W 2512

TE Connectivity CRGS2512J3R3 (tentei adicionar um link, mas não tenho reputação suficiente)

Existe até um gráfico na folha de dados informando que a classificação de sobretensão não é adequada e estou interessado em como eles calculam essas curvas, para que eu possa aplicar os cálculos a outros resistores onde eles não são tão úteis para fornecer um gráfico

aqui está o enredo

Eu medi a irrupção com um osciloscópio (alimentação de 100VDC) e está um pouco acima de 40A, o máximo teórico é superior a 60A, mas há um diodo de proteção contra polaridade reversa e fusível, e rastreamento de PCB e ESR reduzindo isso.

É a irrupção total que passa por dois resistores em paralelo, de modo que aproximadamente 20A cada resistor

Como pode ser visto, o aumento diminuiu para 50% do pico depois de aproximadamente 0,5ms, então eu acredito que posso tratar isso como uma onda quadrada com uma largura de 0,5ms como uma aproximação decente (como os padrões da EMC recomendam diodos TVS etc.)

Existem notas de aplicativos on-line como

Carga de pulso Vishays em resistores SMD: No limite (novamente não é suficiente uma repetição para adicionar link)

Entendo que pulsos periódicos exigem mais desclassificação do que um único pulso (isso é lógico); em que ponto um único pulso se torna periódico é outro tópico, pois provavelmente todos os componentes eletrônicos precisam ser desligados em algum momento!

Usando o cálculo na folha de dados vishays para pulsos periódicos com um período de 1 segundo e usando meus dados de medição de irrupção

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

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

Dá-me um valor de 1.515W (máximo absoluto) e posso ver se a aplicação aumenta com mais frequência do que a potência aumenta (foi o que aconteceu quando o resistor falhou)

Olhando para o gráfico da folha de dados (não é fácil para os olhos), mas com 20.1A através do resistor 3R3, isso representa uma potência de pico de 1333W

O gráfico da folha de dados não parece concordar, por exemplo, com uma redução de tempo de pulso de 0,001 (para um ponto conveniente para ler os valores), o gráfico indica aproximadamente 1kW de potência máxima de pulso de pico, onde, como o cálculo indica que a média seria de aproximadamente 3W, é o dobro da classificação do resistor

Eu acho que passei muito tempo olhando isso e simplesmente preciso ir para a cama e acordar fresco, estou confuso se estou fazendo isso direito ou simplesmente não tenho idéia!

Posso calcular a energia no capacitor, mas não tenho certeza do que faria com isso, é o método certo? Existe uma maneira melhor? É assim que o fabricante não especifica as classificações de pulso / sobretensão?

Qualquer conselho é muito apreciado

resistors derating

— Jamie Lamb
fonte

Boa pergunta. + 1. Antigamente, os resistores eram maiores, o que tornava isso menos problemático, apesar da falta de informações sobre as classificações de sobretensão. Eles são muito bons em suas especificações de sobretensão. Muitas vezes, um produto real tem um pequeno indutor em série com a linha B + por motivos de EMC. Essa bobina pode ser manipulada para reduzir as correntes de pico na energização, especialmente se não for propensa a saturação como o ar.

— Autistic

Obrigado por editar os meus grafias porcaria e adicionando no ESR do capacitor que eu tinha esquecido disso !, há realmente eo filtro EMI por isso um modo comum engasgar demais

— Jamie Lamb

Respostas:

$I^2\cdot s$

Os tipos de especificações acima são mais comumente encontrados para fusíveis, porque esse é o trabalho que eles fazem e, portanto, são especificados para fazer. Os resistores, por outro lado, são projetados para dissipar-se. Portanto, isso adiciona outro fator a considerar.

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

\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}

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

Esse é um cálculo de hot spot e provavelmente é bom apenas algumas vezes a duração do gráfico, onde outros fatores permitem que a dissipação se estabilize na potência nominal. Eles apenas mostram a curva saindo para um segundo. Mas a equação acima pode funcionar um pouco além do final dessa curva. Independentemente disso, dá uma idéia.

Se eu fiz o direito integral, a energia fornecida ao seu R, pelo seu circuito RC, é a seguinte função do tempo:

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

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

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

A curva indica que, dado um pouco mais de tempo, deve haver tempo suficiente e, portanto, nenhum problema restante. Mas isso parece sugerir um problema de caixa de canto ao usar um único dispositivo.

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

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

$t=10\:\mu\textrm{s}$ $E_{decay}$ $V_0=132\:\textrm{V}$ $40\:\textrm{A}$ $100\:\textrm{mJ}$ $1.65\:\Omega$ $4000\:\textrm{W}\cdot 10\:\mu\textrm{s}=40\:\textrm{mJ}$ $V_0=100\:\textrm{V}$ $60\:\textrm{mJ}$ de energia nesse curto espaço de tempo. Portanto, ainda excede a especificação.

Eu posso ver por que você está tendo problemas.

— jonk
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Obrigado por esta resposta, o Joules por Ohm não está disponível nas planilhas de dados que eu poderia consultar o fabricante, talvez se eu tiver tempo mais tarde ele concluirá tudo. Posso ver como você chegou às suas equações, mas ainda não verifiquei os detalhes. Na sua equação para Edecay, Vo é a tensão de entrada?

— Jamie Cordeiro

A tensão de alimentação é 100VDC e você está correto. Estou usando dois desses resistores em paralelo para fornecer uma resistência total de 1,65 Ohms. O que ainda não faz sentido para mim é como a equação na folha de dados do Vishay não concorda com o gráfico, se você a observar simples (V ^ 2 / R) * (ciclo de serviço), faz sentido para mim, se for um pulso de 1 segundo com um período de 1 segundo, em seguida, seu DC e não haveria desclassificação, portanto, em minha mente, a equação da folha de dados Vishay deve funcionar para todos os resistores; parece que ela simplesmente desclassifica a energia. Obrigado por você responder a sua apreciada

— Jamie Lamb

@JamieLamb Sim, o Vo é o 132 Vcc que eu estimei com base no seu valor de 40 A. (40 A times 3.3 Ohms.) #

— 1146

@ JamieLamb Não olhei para a folha de dados muito mais do que olhar para o gráfico e usar a curva para estimar a energia de curto prazo que ela poderia tolerar versus o tempo. Foi uma derivação simples, pois a linha de redução é "reta" na escala de log.

— jonk

Eu tenho uma entrada CC de 100V, dois resistores de 3,3 Ohm em paralelo, de modo equivalente a 1,65 Ohms. Há um filtro de diodo e EMI e o ESR do capacitor, todos trabalhando para diminuir minha corrente medida Não há problema, embora eu possa trabalhar com o que você forneceu, é realmente apreciado

— Jamie Lamb

Permite calcular a elevação da temperatura de um pulso, assumindo que o calor permaneça totalmente DENTRO do resistor. Se 5 graus Cent, tudo bem, certo? Mas se um aumento de 5.000 graus centígrados (já foi transformado em plasma) não está bem, concorda?

Precisamos saber quanto calor o resistor pode armazenar internamente. Aqui está um número útil: o calor específico do silício (como o material puro, usado como pastilhas de silício) é de 1,6 picoJoules por mícron cúbico por grau de aumento centígrado.

Vou permitir que você converta o tamanho do resistor em mícrons, Comprimento, Largura, Altura e calcule o volume total. Suponha que o resistor tenha uma base de argila / cerâmica na qual o filme metálico é depositado. O calor é gerado no filme e flui rapidamente para a base de silício / argila / cerâmica.

Quais são as constantes de tempo? PRESTE ATENÇÃO AQUI. As constantes de tempo para o fluxo de calor NÃO são LINEARES com o tamanho. As constantes de tempo mudam como o quadrado do tamanho.

Tamanho do cubo de silício Constante de tempo

Cubo de 1 metro 11.400 segundos

Cubo de 10cm 114 segundos

Cubo de 1 cm 1,14 segundos

Cubo de 1 mm 0,014 segundos (14 miliSegundos), aproximadamente o tamanho dos resistores SMT

Cubo de 100 mícrons 114 microssegundos

Cubo de 10 mícrons 1,14 microssegundos

Cubo de 1 mícron 11,4 nanossegundos

Cubo de 0,1 mícron 114 picossegundos (aproximadamente a espessura da camada condutora de FETS

EDIT Na minha opinião, quanto mais espessa a região resistiva, mais sobrevivível é o resistor. Em filmes finos, o calor deve fluir para o volume de argila / silício. Em um resistor de composição de carbono, a maior parte do corpo do resistor compreende o resistor; O resultado é que o calor é gerado em toda a massa resitiva e explora bem toda a massa como um dissipador de calor imediato, porque o calor não tem para onde ir, exceto os condutores. Com isso em mente, examine este diagrama:

schematic

^{simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab}

Vamos discutir o armazenamento de energia do resistor de cubo de 1 mm. Você tem um desafio de armazenamento de energia. A 1.000 mícrons por lado, esse cubo tem 1 bilhão de mícrons cúbicos de volume. Assumindo que todo o resistor ---- região resistiva, cobertura externa de proteção e qualquer base de cerâmica dura interna ---- tenha 1,6 picoJoules por cubicmicron por grau Cent, sua capacidade de aquecimento é

1 b Eu eu eu Eu o n c você b Eu c m Eu c r o n s * 1.6 p Eu c o J o você eu e / c você b Eu c m Eu c r o n / d e g r e e C e n t

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

ou armazenamento de energia de 1,6 miliJoule / degree Cent.

Sua energia é de 20 amperes por resistor (2 Rs em paralelo, cada 3,3) por 0,5 milliSec. O que são os Joules? P = I ^ 2 & * R = 20 * 20 * 3,3 * 0,0005 seg, ou 1320 joules / segundo * 0,0005 = 0,65 joules.

Agora divida 650 milliJoules / 1,6 milliJoule (para um volume de cubo de 1 milliMeter) e o aumento da temperatura é de 400 graus C. A solda derrete; arrepios de alumínio.

— analogsystemsrf
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Obrigado pelo seu contributo, é apreciado, demorou um tempo para responder, pois fui amarrado. Gosto da sua solução e analisarei isso mais tarde. Estou interessado em termodinâmica em grande parte, infelizmente, não sou qualificado nessa área e as pessoas a quem apresento a solução questionarão todos os detalhes dos quais não poderei fazer backup com a ciência. Muito obrigado, embora eu definitivamente estarei dando uma chance apenas por diversão!

— Jamie Lamb

Eu acredito que você deveria ter usado 1,65 em vez de 3,3 ohm na fórmula fornecida,

P = v^{2} / R \frac{t Eu}{t p} = (100 x 100 / 1,65) x 0,0005 / 1 = 3.03 W

$P = v^2/R\frac{ti}{tp} = (100x100/1.65) \text x 0.0005/1 = 3.03W$ Como você pode ver, isso mostra que você precisa do dobro da potência. Além disso, o pico de potência seria agora,

p = {Eu}^{2} R = 40. x 40. x 1,65 = 2, 640

$p = I^2R = 40x40x1.65 = 2,640$ Isso mostra que cada resistor precisa ter pelo menos 1,5 W, mas como você está usando dois resistores incomparáveis de 3,3 ohm , para garantir, você deve fazer com que cada resistor carregue a carga máxima. Portanto, você precisa de cada resistor 3.3 para poder dissipar 3W .

EDIT: Outras razões para dobrar a potência são: 1) cada resistor interfere com a capacidade de dissipação de calor do outro resistor, 2) cada resistor se torna um aquecedor para o outro resistor.

— Guill
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Você tem certeza ?, os resistores estão em paralelo e cada um tem a tensão total aplicada, então pensei que estava calculando os resistores individualmente. Entendo que os resistores são incomparáveis, mas é realista esperar que apenas um carregue a carga completa?

— Jamie Lamb

Os resistores compartilharão grande parte da carga; a parte desigual deve ser estimada com base na tolerância (valor acima de um e baixo no outro). Para dois resistores do mesmo lote, a correspondência geralmente é muito melhor do que a especificada.

— precisa saber é o seguinte

@ JamieLamb: Sim, é razoável. Considerando que você está estimando a largura do pulso, os 100v podem ser mais e as características de dissipação dos resistores e seus arredores podem ser menos eficazes do que o especificado.

— Guill