Capacitățile de gestionare a impulsurilor ale rezistoarelor bobinate Vishay Dale

Rezistoarele de putere bobinate au valori nominale de putere și tensiune în regim staționar care indică temperaturile maxime pe care trebuie să le atingă unitățile. Pentru durate scurte de 5 secunde sau mai puțin, aceste valori nominale sunt satisfăcătoare; totuși, rezistoarele pot suporta niveluri mult mai mari de putere și tensiune pentru perioade scurte de timp (mai puțin decât punctul de tranziție). De exemplu, la temperatura camerei, RS005 are o putere nominală continuă de 5 W, dar pentru o durată de 1 ms, unitatea poate suporta 24.500 W, iar pentru 1 μs, 24.500.000 W. Motivul pentru această capacitate de putere aparent mare este faptul că energia, care este produsul dintre putere și timp, este cea care creează căldură, nu doar puterea. Vishay Dale poate oferi soluții pentru o aplicație dacă i se furnizează informațiile detaliate în Figura 2.

Figura 1: Vishay Dale oferă o mare varietate de rezistoare bobinate. (Sursa imaginii: Vishay Dale)

Impulsuri scurte (mai mici decât durata de timp a punctului de tranziție)

Pentru impulsuri scurte, este necesar să se determine energia aplicată pe rezistor. Pentru impulsuri mai mici decât punctul de tranziție, echipa tehnică Vishay Dale presupune că întreaga energie a impulsului este disipată în elementul de rezistență (fir). Pentru ca rezistorul să își mențină caracteristicile de performanță pe durata de viață a produsului, Vishay Dale își bazează analiza și recomandările pe cantitatea de energie necesară pentru a ridica elementul de rezistență la +350 °C fără pierderi de căldură în miez, înveliș sau conductoare. Punctul de tranziție este momentul în care începe să fie disipată energie semnificativă nu numai în firul în sine, ci și în miez, conductoare și în materialul de încapsulare. Acesta este punctul în care impulsul nu mai este considerat un impuls scurt, ci un impuls lung.

Capacitatea de gestionare a impulsurilor este diferită pentru fiecare model și valoare de rezistor, deoarece se bazează pe masa și căldura specifică a elementului de rezistență. Odată ce puterea și energia au fost definite, Vishay Dale poate determina care este cea mai bună alegere de rezistor pentru o anumită aplicație.

Punctul de tranziție

Un exemplu de rezistor RS005 de 500 Ω la temperatura camerei:

Informații necesare:

ER = puterea energetică nominală a unui anumit model, valoarea rezistenței și temperatura ambiantă. Furnizat de Vishay Dale, ER = 6,33 J.

PO = capacitatea de rezistență la suprasarcină a piesei la 1 s. Capacitatea de rezistență la suprasarcină a unui rezistor RS005 pentru 1 s, 10 x 5 W x 5 s = 250 Ws/1 s = 250 W

Punctul de tranziție (s) = ER (J)/PO (W)

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

Punctul de tranziție pentru rezistorul RS005 de 500 Ω la temperatura camerei este de aproximativ 25,3 ms.

Impulsuri lungi (punctul de tranziție la 5 secunde)

În cazul impulsurilor lungi, o mare parte din căldură este disipată în miez, în conductoare și în materialul de încapsulare. Drept urmare, calculele utilizate pentru impulsurile scurte sunt mult prea conservatoare. Pentru aplicațiile cu impulsuri lungi, se utilizează valorile nominale de suprasarcină de scurtă durată din fișele tehnice. Rețineți că impulsurile repetate care constau în magnitudinea de suprasarcină de scurtă durată sunt extrem de solicitante și pot provoca defectarea unor tipuri de rezistoare.

• Pentru a afla care este puterea de suprasarcină pentru un impuls de 5 s, înmulțiți puterea nominală cu 5 sau 10, după cum se menționează pe fișa tehnică
• Pentru a afla care este capacitatea de rezistență la suprasarcină pentru o perioadă cuprinsă între 1 s și 5 s, convertiți puterea de suprasarcină în energie prin înmulțirea cu 5 s, apoi convertiți-o din nou în putere prin împărțirea la lățimea impulsului în secunde
• Pentru duratele impulsurilor cuprinse între punctul de tranziție și 1 s, se utilizează puterea de suprasarcină calculată pentru 1 s

Exemplu

1. Care este puterea de suprasarcină pentru un rezistor RS005?

   Conform fișei tehnice, RS005 are o putere nominală de 5 W și va primi de 10 ori puterea nominală timp de 5 s: 10 x 5 W = 50 W

2. Care este capacitatea energetică a rezistorului RS005 pentru 5 s?

   Pentru 5 s, capacitatea energetică este: 50 W x 5 s = 250 W s sau J

3. Care este capacitatea de rezistență la suprasarcină a rezistorului RS005 pentru 1 s?

   Pentru 1 s, capacitatea de rezistență la suprasarcină este de 250 W s/1 s = 250 W

4. Care este capacitatea energetică a rezistorului RS005 pentru 0,5 s?

   Pentru 0,5 s, capacitatea energetică este de 250 W x 0,5 s = 125 W s sau J

Informații necesare pentru a determina capacitatea de impuls

Figura 2: răspunsurile la aceste întrebări referitoare la capacitatea de impulsuri vor ajuta la determinarea soluției pentru aplicație. (Sursa imaginii: Vishay Dale)

Aplicațiile cu impulsuri se încadrează adesea într-una din trei categorii: unde pătrate, încărcare/descărcare capacitivă sau scădere exponențială. În secțiunile următoare va fi prezentat un exemplu de calcul al energiei impulsului pentru fiecare dintre acestea.

Undă pătrată

Se aplică o tensiune sau un curent constant pe un rezistor pentru o anumită durată a impulsului.

Figura 3: exemplu de calcul al energiei impulsurilor pentru o undă pătrată cu o amplitudine de 100 V _c.c. timp de 1 ms printr-un rezistor de 10 Ω. (Sursa imaginii: Vishay Dale)

Încărcare/descărcare capacitivă

Un condensator este încărcat la o anumită tensiune și apoi descărcat printr-un rezistor bobinat.

Figura 4: exemplu de calcul al energiei impulsurilor pentru o aplicație de încărcare/descărcare capacitivă. (Sursa imaginii: Vishay Dale)

Scădere exponențială/supratensiune tranzitorie provocată de descărcările electrice

Aplicația atinge o tensiune de vârf și scade cu o rată proporțională cu valoarea sa. În mod normal, aceasta este modelată prin DO-160E WF4 sau IEC 6100-4-5 și reprezintă o supratensiune tranzitorie provocată de descărcări electrice.

Figura 5: exemplu de calcul al energiei impulsurilor pentru un incident de supratensiune tranzitorie provocată de descărcări electrice. (Sursa imaginii: Vishay Dale)

Impulsuri repetitive la distanțe egale

Atunci când se calculează capacitatea de gestionare a impulsurilor pentru impulsuri repetitive, trebuie să se ia în considerare atât puterea medie, cât și energia individuală a impulsurilor. Acest lucru se datorează faptului că puterea medie stabilește o anumită creștere medie a căldurii pe piesă, care consumă un anumit procent din capacitatea energetică a piesei. Acea parte a energiei care nu este utilizată de puterea medie este apoi disponibilă pentru a gestiona energia instantanee a impulsurilor. Atunci când cele două procente (puterea medie la puterea nominală și energia impulsurilor la capacitatea de gestionare a impulsurilor) sunt adunate, ele nu trebuie să depășească 100% din valoarea nominală totală a piesei.

Exemplu

Exemplul următor se bazează pe un impuls repetitiv cu undă pătrată la distanțe egale.

Figura 6: acest exemplu se bazează pe un impuls repetitiv cu undă pătrată la distanțe egale. (Sursa imaginii: Vishay Dale)

1. Puterea impulsului, P =V²/R sau I²R, se calculează pentru un singur impuls
2. Puterea medie se calculează după cum urmează: P_Avg = Pt/T
3. Calculați energia impulsului: E = Pt
4. Calculați procentul de putere medie față de puterea nominală (PR): Procentul (putere) = 100 xP_AVG/P_R
5. Echipa tehnică Vishay Dale poate furniza capacitatea de gestionare a impulsurilor (ER), având în vedere un model de rezistor, valoarea rezistenței și temperatura ambiantă
6. Calculați procentul de energie a impulsurilor în raport cu capacitatea de gestionare a impulsurilor: Procentul (energie) = 100 x E/E_R
7. Adunați procentele din (4) și (6). Dacă procentul este mai mic de 100%, rezistorul ales este acceptabil. Dacă procentul este mai mare de 100%, trebuie selectat un rezistor cu o putere nominală mai mare sau cu o capacitate mai mare de gestionare a impulsurilor. Contactați echipa tehnică Vishay Dale pentru a determina cel mai potrivit rezistor pentru aplicația dvs.

Exemplu

O serie de impulsuri cu undă pătrată la intervale egale, cu o amplitudine de 200 V _c.c., o lățime a impulsului de 20 ms și o durată a ciclului de 20 s, se aplică la un rezistor RS007 de 100 Ω la o temperatură ambiantă de 25 °C.

1. Puterea impulsului este: P = V²/R = (200 V)²/100 Ω = 400 W
2. Puterea medie este: P_AVG = Pt/T = (400 W x 0,02 s)/20 s = 0,4 W
3. Se calculează energia impulsului: E = Pt = 400 W x 0,02 s = 8,0 W s, sau J
4. Rezistorul RS007 are o putere nominală (P_R) de 7 W. Se calculează procentul dintre puterea medie și puterea nominală: P_AVG/P_R x100 = ((0,4 W)/(7,0 W)) x 100 = 5,7%
5. Capacitatea de gestionare a impulsurilor (E_R) furnizată de echipa tehnică Vishay Dale la o temperatură ambiantă de 25 °C este de 15,3 J
6. Se calculează procentul de energie a impulsurilor în raport cu capacitatea de gestionare a impulsurilor:

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

7. Se adaugă procentele calculate la (4) și (6): 5,7% + 52,3% = 58%

Deoarece acest procent este mai mic de 100% din valoarea nominală totală, rezistorul de tip RS007 va gestiona în mod suficient impulsul.

Rezistoare neinductive

Rezistoarele de putere neinductive sunt alcătuite din două bobinaje, fiecare dintre acestea fiind de două ori mai mare decât valoarea rezistenței finale. Din acest motiv, capacitatea energetică va fi aproape întotdeauna mai mare decât cea a unei unități bobinate standard. Pentru a calcula capacitatea energetică necesară pentru tipurile neinductive, calculați energia pe ohm (J/Ω) prin împărțirea energiei la de patru ori valoarea rezistenței.

Exemplu

Care este capacitatea de gestionare a impulsurilor pe ohm necesară pentru a gestiona un impuls de 0,2 J aplicat unui rezistor de 500 Ω?

Energia necesară pe ohm este: E/4R = (0,2 J)/(4 x 500 Ω) = 100 x10^-6 J/Ω

Aceasta poate fi furnizată echipei tehnice Vishay Dale pentru a găsi cel mai bun produs pentru aplicația respectivă.

Limitări de tensiune

Impulsuri scurte – Nu s-a stabilit niciodată o tensiune nominală de suprasarcină pentru rezistoarele bobinate atunci când sunt supuse impulsurilor pentru durate scurte. Sandia Corporation a efectuat un studiu asupra rezistoarelor noastre NS și RS folosind impulsuri de 20 µs. Acest studiu indică faptul că acest tip de unitate va suporta aproximativ 20 kV pe inch, atâta timp cât capacitatea de gestionare a impulsurilor nu este depășită.

Impulsuri lungi – Pentru impulsuri între punctul de tranziție și 5 s, suprasarcina maximă recomandată este de √10 ori mai mare decât tensiunea maximă de lucru pentru dimensiuni de 4 W și mai mari, și de √5 ori mai mare decât tensiunea maximă de lucru pentru dimensiuni mai mici de 4 W.

Rezistoare fuzibile

Dacă scopul aplicației este ca rezistorul să se deschidă prin fuziune în anumite condiții, Vishay Dale oferă rezistoare fuzibile. Consultați pagina șapte pentru tipurile comune de rezistoare fuzibile RS sau faceți clic pe următorul link pentru întreaga fișă tehnică a siguranțelor RS.

Modele turnate, cu acțiune rapidă, concepute special pentru aplicații specifice

Vishay Dale dispune de o mare varietate de rezistoare bobinate. De asemenea, au capacitatea de a furniza rezistoare personalizate, în stil turnat, cu acțiune rapidă, pentru aplicații specifice. În timp ce DigiKey stochează unele dintre aceste tipuri de rezistoare, există, practic, sute de posibilități disponibile. Consultați Figura 7 pentru câteva exemple și tabelul cu numerele de catalog care pot fi utilizate pentru a personaliza un rezistor adecvat pentru o anumită aplicație.

Figura 7: rezistoarele de exemplu prezentate în partea de sus reprezintă câteva sute de variante posibile. Pentru un rezistor personalizat conceput pentru o aplicație specifică, se poate utiliza tabelul cu numere de catalog din partea de jos. (Sursa imaginii: Vishay Dale)