A Vishay Dale huzalellenállások impulzustűrési képességei

A teljesítmény huzalellenállások állandósult állapotra vonatkozó névleges teljesítmény- és feszültségértékekkel rendelkeznek, ahol meg van adva az a maximális hőmérséklet is, amely esetén ez érvényes. Rövid, legfeljebb 5 másodperces időtartamra ezek a névleges értékek megfelelőek, az ellenállások azonban rövid ideig (az átmeneti pont eléréséig tartó időtartamnál rövidebb ideig) sokkal nagyobb teljesítményt és feszültséget is képesek elviselni. Például szobahőmérsékleten az RS005 folyamatos névleges teljesítménye 5 W, de 1 ms időtartamig az egység 24 500 W-ot, 1 μs-ig pedig 24 500 000 W-ot képes elviselni. Ez a látszólag nagy terhelhetőség onnan ered, hogy a hőfejlődés a teljesítmény és az idő szorzataként az energia, nem pedig csak önmagában a teljesítmény következménye. A Vishay Dale megoldást tud nyújtani egy-egy adott alkalmazáshoz, ha rendelkezik a 2. ábrán részletezett információkkal.

1. ábra: A Vishay Dale széles kínálattal rendelkezik a huzalellenállások terén. (Kép: Vishay Dale)

Rövid impulzusok (amelyek rövidebbek az átmeneti pont eléréséig tartó időtartamnál)

Rövid impulzusok esetén meg kell határozni az ellenállásba betáplált energiát. Az átmeneti pont elérésétől rövidebb ideig tartó impulzusok esetén a Vishay Dale mérnökei azt feltételezik, hogy az impulzus teljes energiája az ellenálláselemben (huzalban) disszipálódik el. Annak érdekében, hogy az ellenállás a termék élettartama során végig megőrizze a működésbeli jellemzőit, a Vishay Dale az elemzést és az ajánlásokat arra az energiamennyiségre alapozza, amely az ellenálláselem hőmérsékletének +350°C-ra való emeléséhez szükséges, a mag, a bevonat vagy a kivezetések irányában leadott hőveszteség nélkül. Az átmeneti pont az az időpont, amikor jelentős energia kezd el disszipálódni nemcsak magában a huzalban, hanem már a magban, a kivezetésekben és a tokozás anyagában is. Ez az a pont, amikor az impulzust már nem rövid, hanem hosszú impulzusnak kell tekinteni.

Az impulzustűrési képesség minden egyes típusú és értékű ellenállás esetében más és más, mivel az az ellenálláselem tömegén és fajhőjén alapul. A teljesítmény és az energia meghatározása után a Vishay Dale ki tudja választani az alkalmazáshoz legmegfelelőbb ellenállást.

Átmeneti pont

Példa egy RS005 500 Ω-os ellenállásra vonatkozóan szobahőmérsékleten:

Szükséges információk:

ER = az adott típus névleges energetikai besorolása, az ellenállás értéke és a környezeti hőmérséklet (Energy Rating, ER). Ezt a Vishay Dale adja meg, ER = 6,33 J.

PO = Az alkatrész túlterhelhetőségi teljesítménye 1 s esetén. Az RS005 túlterhelhetőségi teljesítménye 1 másodpercig tartó impulzus esetén: 10 x 5 W x 5 s = 250 Ws/1 s = 250 W

Átmeneti pont (s) = ER (J) / PO (W)

6,33 J/ 250 W = 0,0253 s

Tehát, az RS005 500 Ω-os ellenállás esetében az átmeneti pont szobahőmérsékleten körülbelül 25,3 ms.

Hosszú impulzusok (az átmeneti pont elérésétől kezdve 5 másodpercig)

Hosszú impulzusok esetén a hő nagy része a magban, a kivezetésekben és a tokozás anyagában disszipálódik. Ennek alapján a rövid impulzusokra alkalmazott számítások túlságosan konzervatívak. Hosszú impulzusú alkalmazásoknál az adatlapokon szereplő névleges rövid idejű túlterhelési értékeket használják. Figyelembe kell venni, hogy a rövid idejű túlterhelés mértékének megfelelő ismétlődő impulzusok rendkívül megterhelőek, és egyes ellenállásfajták meghibásodását okozhatják.

• Egy 5 másodperces impulzusra vonatkozó túlterhelési teljesítmény meghatározásához meg kell szorozni a névleges teljesítményt 5-tel vagy 10-zel, ahogyan az az adatlapon szerepel.
• Az 1 s és 5 s közötti túlterhelhetőségi teljesítmény meghatározásához a túlterhelési teljesítményt 5 s-mal megszorozva energiává, majd azt az impulzus másodpercben kifejezett szélességével osztva újra teljesítménnyé kell alakítani.
• Az átmeneti pont és az 1 s közötti impulzushosszúságok esetén az 1 s-ra kiszámított túlterhelési teljesítményt kell használni.

Példa

1. Mekkora a túlterhelési teljesítmény egy RS005-ös ellenállás esetében?

   Az adatlap szerint az RS005 névleges teljesítménye 5 W és ennek az értéknek a 10-szeresével terhelhető 5 másodpercig: 10 x 5 W = 50 W.

2. Mekkora az RS005 energiakapacitása 5 másodpercig?

   5 s esetén az energiakapacitás: 50 W x 5 s = 250 Ws vagy J.

3. Mekkora az RS005 túlterhelhetőségi teljesítménye 1 s-ra?

   1 s esetén a túlterhelhetőségi teljesítmény 250 Ws / 1 s = 250 W.

4. Mekkora az RS005 energiakapacitása 0,5 másodpercig?

   0,5 s esetén az energiakapacitás 250 W x 0,5 s = 125 Ws vagy J.

Az impulzustűrési képesség meghatározásához szükséges információk

2. ábra: Az impulzustűrési képességre vonatkozó kérdésekre adott válaszok segítenek az alkalmazási megoldás meghatározásában. (Kép: Vishay Dale)

Az impulzusokkal kapcsolatos alkalmazások gyakran a következő három kategória egyikébe sorolhatók: négyszögjel, kapacitív töltés/kisülés vagy exponenciális lecsengés. A következő részekben ezek mindegyikéhez mutatunk példát az impulzus energiájának kiszámítására.

Négyszögjel

Egy adott impulzus időtartama alatt állandó feszültség vagy áram van jelen egy ellenálláson.

3. ábra: Példa az impulzus energiájának kiszámítására 1 ms-os, 100 V_DC amplitúdójú négyszögjel 10 Ω-os ellenállásra kapcsolása esetén. (Kép: Vishay Dale)

Kapacitív töltés/kisülés

Egy kondenzátort adott feszültségre feltöltünk, majd egy huzalellenálláson keresztül kisütjük.

4. ábra: Példa az impulzus energiájának kiszámítására kapacitív töltés/kisülés alkalmazás esetén. (Kép: Vishay Dale)

Exponenciális lecsengés / villámlás (túlfeszültség)

Az alkalmazás elér egy csúcsfeszültséget, majd a feszültség az értékével arányos sebességgel csökken. Ez jellemzően villámcsapást jelent, amelyet a DO-160E WF4 vagy az IEC 6100-4-5 szabvány modellez.

5. ábra: Példa az impulzus energiájának kiszámítására villámcsapás esetén. (Kép: Vishay Dale)

Egyenletesen elosztott ismétlődő impulzusok

Az ismétlődő impulzusokkal szembeni tűrési képességek kiszámításakor az átlagteljesítményt, valamint az egyes impulzusok energiáját kell figyelembe venni. Ez azért van így, mert az átlagteljesítmény adott átlagos hőemelkedést hoz létre az alkatrészen, ami az alkatrész energiakapacitásának adott százalékát használja fel. Az energiának az átlagteljesítmény által fel nem használt része áll rendelkezésre a pillanatnyi impulzusenergia elnyeléséhez. Ha a két százalékos arányt (a névleges teljesítményhez képesti átlagos teljesítményt és az impulzustűrési képességhez viszonyított impulzusenergiát) összeadjuk, akkor az nem haladhatja meg az alkatrész teljes névleges teljesítményének 100 %-át.

Példa

A következő példa egy egyenletesen elosztott, ismétlődő négyszögjel impulzuson alapul.

6. ábra: Ez a példa egy egyenletesen elosztott ismétlődő négyszögjel impulzuson alapul. (Kép: Vishay Dale)

1. A P =V²/R vagy I²R impulzusteljesítmény kiszámítása egyetlen impulzusra történik.
2. Az átlagteljesítményt a következőképpen kell kiszámítani: P_Avg = Pt/T.
3. Számítsa ki az impulzus energiáját: E = Pt.
4. Számítsa ki az átlagteljesítmény százalékos arányát a névleges teljesítményhez (PR) képest: Százalék (teljesítmény) = 100 x P_AVG/P_R
5. A Vishay Dale mérnökei az ellenállás fajtája, értéke és a környezeti hőmérséklet alapján meg tudják adni az impulzustűrési képességet (ER).
6. Számítsa ki az impulzus energiájának százalékos arányát az impulzustűrési képességhez képest: Százalék (energia) = 100 x E/E_R.
7. Adja össze a (4) és (6) százalékos értékeket. Ha az eredmény kevesebb, mint 100 %, akkor a kiválasztott ellenállás elfogadható. Ha az eredmény nagyobb, mint 100 %, akkor nagyobb teljesítményű vagy jobb impulzustűrési képességű ellenállást kell választani. Lépjen kapcsolatba a Vishay Dale mérnökeivel, hogy meghatározhassa az alkalmazásához legmegfelelőbb ellenállást.

Példa

Egyenletesen elosztott, 200 V_DC amplitúdójú, 20 ms impulzusszélességű és 20 s ciklusidejű négyszögjel impulzusok sorozata kerül egy RS007 100 Ω ellenállásra 25 °C környezeti hőmérsékleten.

1. Az impulzus teljesítménye: P = V²/R = (200 V)²/100 Ω = 400 W.
2. Az átlagteljesítmény: P_AVG = Pt/T = (400 W x 0,02 s)/20 s = 0,4 W.
3. Az impulzus számított energiája: E = Pt = 400 W x 0,02 s = 8,0 Ws, vagy J.
4. Az RS007 ellenállás névleges teljesítménye (P_R) 7 W. Az átlagteljesítmény százalékos aránya a névleges teljesítményhez képest: P_AVG/P_R x100 = ((0,4 W)/(7,0 W)) x 100 = 5,7%.
5. A Vishay Dale mérnökei által megadott impulzustűrési képesség (E_R) 25 °C környezeti hőmérsékleten 15,3 J.
6. Az impulzus energiájának százalékos aránya az impulzustűrési képességhez viszonyítva:

   100 x E/E_R = 100 x ((8,0 J)/(15,3 J)) = 52,3%.

7. A (4) és (6) pontokban kiszámított százalékos arányok összege: 5,7% + 52,3% = 58%.

Mivel ez az érték kevesebb, mint a teljes névleges érték 100 %-a, az RS007 típusú ellenállás megfelelően képes elviselni az impulzust.

Nem induktív ellenállások

A nem induktív teljesítményellenállások két tekercsből állnak, amelyek mindegyike a kész ellenállás értékének kétszerese. Emiatt az energiakapacitás majdnem mindig nagyobb lesz, mint egy szokásos tekercselt egység esetében. A nem induktív fajtákhoz szükséges energiakapacitás meghatározásához számítsa ki az ohmonkénti energiát (J/Ω) úgy, hogy az energiát elosztja az ellenállás értékének négyszeresével.

Példa

Mekkora egy ohmra jutó impulzustűrési kapacitás szükséges egy 500 Ω-os ellenállásra adott 0,2 J energiájú impulzus elviseléséhez?

Az ohmonként szükséges energia: E/4R = (0,2 J)/(4 x 500 Ω) = 100 x10^-6 J/Ω.

Ez megadható a Vishay Dale mérnökeinek, hogy megtalálhassák a legjobb terméket az alkalmazáshoz.

Feszültséggel kapcsolatos korlátozások

Rövid impulzusok – Rövid ideig tartó impulzusokra a huzalellenállások esetében még nem állapítottak meg névleges túlterhelési feszültségértéket. A Sandia Corporation 20 µs-os impulzusok alkalmazásával vizsgálatot végzett NS és RS ellenállásainkon. Ez a tanulmány azt jelzi, hogy egy ilyen típusú egység hüvelykenként körülbelül 20 kV-ot vesz fel, amíg az impulzuskezelési kapacitást nem lépik túl.

Hosszú impulzusok – Az átmeneti pont és 5 s közötti impulzusok esetében az ajánlott maximális túlterhelés a 4 W-os és nagyobb méretek esetében a maximális üzemi feszültség √10-szerese, 4 W-nál kisebb méretek esetében pedig a maximális üzemi feszültség √5-szöröse.

Olvadó ellenállások

Az olyan alkalmazásokhoz, amelyek célja az, hogy az ellenállás egy bizonyos feltétel esetén kiolvadjon, a Vishay Dale olvadó ellenállásokat kínál. A gyakori RS olvadó ellenállások típusai a 7. ábrán láthatók, vagy kattintson a következő linkre az RS olvadó ellenállások teljes adatlapjáért.

Gyors működésű, egyedi alkalmazásokra tervezett, kiöntött típusok

A Vishay Dale a huzalellenállások széles választékát kínálja. Emellett egyedi, kiöntött, gyors működésű ellenállásokat is képes szállítani speciális alkalmazásokhoz. Miközben a DigiKey is tart raktáron néhány ilyen típusú ellenállást, szó szerint több száz lehetőség áll rendelkezésre. A 7. ábrán néhány példa és a cikkszámok táblázata látható, amely segítségével egyedileg testre szabható a megfelelő ellenállás egy adott alkalmazáshoz.

7. ábra: A fent példaként látható ellenállások csak néhány a lehetséges változatok százai közül. Egyedi, speciális alkalmazáshoz tervezett ellenálláshoz az alul található cikkszámtáblázatot kell használni. (Kép: Vishay Dale)