Schopnosti zpracování impulzů drátových vinutých rezistorů společnosti Vishay Dale

Výkonové drátové vinuté rezistory mají jmenovitý výkon a napětí v ustáleném stavu udávající maximální teploty, kterých by zařízení měla dosáhnout. Na krátkou dobu 5 sekund nebo méně jsou tyto hodnoty uspokojivé. Rezistory jsou však schopny krátkodobě (do času přechodu) zpracovávat mnohem vyšší úrovně výkonu a napětí. Například při pokojové teplotě má rezistor RS005 trvalý výkon 5 W, ale po dobu 1 ms dokáže zařízení zpracovat až 24 500 W a po dobu 1 μs dokonce až 24 500 000 W. Důvodem tohoto zdánlivě vysokého výkonu je skutečnost, že energie, která je produktem výkonu a času, je to, co vytváří teplo, nikoli jen výkon sám. Společnost Vishay Dale je schopna poskytnout řešení pro jakoukoli aplikaci, pokud jí budou poskytnuty informace popsané na obrázku 2.

Obrázek 1: Společnost Vishay Dale nabízí širokou škálu drátových vinutých rezistorů. (Zdroj obrázku: Vishay Dale)

Krátké impulzy (kratší než čas přechodu)

U krátkých impulzů je nutné určit energii aplikovanou na rezistor. U impulzů menších, než je čas přechodu, předpokládají technici společnosti Vishay Dale, že se veškerá energie impulzu rozptýlí v odporovém prvku (drátu). K tomu, aby si rezistor udržel své výkonnostní charakteristiky po celou dobu životnosti produktu, vychází společnost Vishay Dale z analýzy a doporučení ohledně množství energie potřebné ke zvýšení teploty odporového prvku na +350 °C bez tepelných ztrát jádra, potahu nebo vodičů. Přechodový bod je čas, kdy se značná část energie začne rozptylovat nejen v samotném drátu, ale nyní také do jádra, vodičů a materiálu pouzdra. Jde o bod, ve kterém již impulz není považován za krátký, ale za dlouhý.

Schopnost zpracování impulzu je pro každý model a hodnoty rezistoru odlišná, protože se zakládá na hmotě a konkrétní teplotě odporového prvku. Jakmile je definován výkon a energie, může společnost Vishay Dale určit nejlepší rezistor pro danou aplikaci.

Přechodový bod

Příklad 500Ω rezistoru RS005 při pokojové teplotě:

Požadované informace:

ER = hodnoty energie daného modelu, hodnota rezistoru a okolní teplota. Společnost Vishay Dale uvádí ER = 6,33 J.

PO = přetížitelnost součástky po dobu 1 s Přetížitelnost rezistoru RS005 po dobu 1 s, 10 × 5 W × 5 s = 250 W/1 s = 250 W

Přechodový bod (s) = ER (J) / PO (W)

6,33 J / 250 W = 0,0253 s

Přechodový bod 500Ω rezistoru RS005 při pokojové teplotě je přibližně 25,3 ms.

Dlouhé impulzy (čas přechodu do 5 sekund)

U dlouhých impulsů se velká část tepla rozptyluje v jádru, vodičích a materiálu pouzdra. Výsledkem je, že výpočty používané pro krátké impulzy jsou příliš konzervativní. Pro aplikace s dlouhým impulzem se používají krátkodobé hodnoty přetížení z katalogových listů. Všimněte si, že opakované impulzy sestávající z velikosti krátkodobého přetížení jsou extrémně namáhavé a mohou způsobit selhání některých typů rezistorů.

• Ke zjištění výkonu přetížení pro 5s impulz je třeba vynásobit jmenovitý výkon buď 5 nebo 10, jak je uvedeno v katalogovém listu.
• Ke zjištění výkonu přetížení po dobu 1 až 5 s převeďte přetížitelnost na energii vynásobením 5 s, poté převeďte zpět na výkon vydělením šířkou impulzu v sekundách.
• Pro trvání impulzu mezi časem přechodu a 1 s použijte přetížitelnost vypočítanou pro čas 1 s.

Příklad

1. Jaká je přetížitelnost rezistoru RS005?

   Podle katalogového listu je rezistor RS005 dimenzován na 5 W a bude po dobu 5 s odebírat 10násobek jmenovitého výkonu: 10 × 5 W = 50 W

2. Jaká je energie rezistoru RS005 v čase 5 s?

   Energie v čase 5 s je: 50 W × 5 s = 250 Ws nebo J.

3. Jaká je přetížitelnost rezistoru RS005 v čase 1 s?

   V čase 1 s je přetížitelnost: 250 Ws / 1 s = 250 W.

4. Jaká je energie rezistoru RS005 v čase 0,5 s?

   Energie v čase 0,5 s je: 250 W × 0,5 s = 125 Ws nebo J.

Informace potřebné k určení vlastností impulzu

Obrázek 2: Určení odpovědí na tyto otázky týkající se vlastností impulzu pomůže určit řešení aplikace. (Zdroj obrázku: Vishay Dale)

Aplikace impulzů často spadají do jedné ze tří kategorií: čtvercový průběh vlny, kapacitní nabíjení/vybíjení nebo exponenciální pokles. V následujících částech bude uveden příklad výpočtu energie impulzu pro každou z těchto kategorií.

Čtvercový průběh vlny

Na rezistor je po danou dobu trvání impulzu aplikováno konstantní napětí nebo proud.

Obrázek 3: Příklad výpočtu energie impulzu pro čtvercový průběh vlny s amplitudou 100 V _DC po dobu 1 ms přes 10Ω rezistor. (Zdroj obrázku: Vishay Dale)

Kapacitní nabíjení/vybíjení

Kondenzátor se nabije na dané napětí a poté se vybije přes drátový vinutý rezistor.

Obrázek 4: Příklad výpočtu energie impulzu pro aplikaci kapacitního nabíjení/vybíjení. (Zdroj obrázku: Vishay Dale)

Exponenciální pokles / úder blesku

Aplikace dosahuje špičkového napětí a klesá rychlostí úměrnou jeho hodnotě. Typicky je tato situace představující úder blesku modelována v normách DO-160E WF4 nebo IEC 6100-4-5.

Obrázek 5: Příklad výpočtu energie impulzu pro incident úderu blesku. (Zdroj obrázku: Vishay Dale)

Rovnoměrně rozmístěné opakující se impulzy

Při výpočtu schopnosti zpracování impulzů pro opakující se impulzy je třeba vzít v úvahu průměrný výkon a také energii jednotlivých impulzů. Důvodem je, že průměrný výkon stanoví nějaký průměr nárůstu tepla součástky, což spotřebuje určité procento energetické schopnosti součástky. Ta část energie, která není využita průměrným výkonem, je pak k dispozici pro zvládnutí okamžité energie impulzu. Pokud se tyto dvě procentní hodnoty sečtou (průměrný výkon na jmenovitý výkon a energie impulzu ke zpracování impulzu), nesmí překročit 100 % celkových jmenovitých hodnot součástky.

Příklad

Následující příklad je poskytován na základě impulzu s rovnoměrně rozmístěnými opakujícími se čtvercovými vlnami.

Obrázek 6: Tento příklad je založený na impulzu s rovnoměrně rozmístěnými opakujícími se čtvercovými vlnami. (Zdroj obrázku: Vishay Dale)

1. Vypočítá se impulzní výkon, P = V²/R nebo I²R, pro jeden impulz.
2. Průměrný výkon se vypočítá následujícím způsobem: P_prům = Pt/T.
3. Vypočítejte energii impulzu: E = Pt.
4. Vypočítejte procentuální podíl průměrného výkonu ke jmenovitému výkonu (PR): procenta (výkon) = 100 × P_prům/P_R.
5. Technici společnosti Vishay Dale mohou poskytnout schopnost zpracování impulzů (ER) na základě modelu rezistoru, hodnotě odporu a okolní teplotě.
6. Vypočítejte procentuální podíl schopnosti energie impulzu ke schopnosti zpracovávání impulzu: procento (energie) = 100 × E/E_R.
7. Sečtěte procenta v bodech (4) a (6). Pokud je procento menší než 100 %, je zvolený rezistor přijatelný. Pokud je procento větší než 100 %, měl by být vybrán rezistor s vyšším jmenovitým výkonem nebo vyšší schopností zpracování impulzů. Kontaktujte techniky společnost Vishay Dale, kteří určí nejvhodnější rezistor pro vaši aplikaci.

Příklad

Série impulzů s rovnoměrně rozloženými čtvercovými vlnami s amplitudou 200 V_DC, šířka impulzu 20 ms a dobou cyklu 20 s se aplikuje na 100Ω rezistor RS007 při okolní teplotě 25 °C.

1. Impulzní výkon je: P = V²/R = (200 V)²/100 Ω = 400 W
2. Průměrný výkon je: P_prům = Pt/T = (400 W × 0,02 s)/20 s = 0,4 W.
3. Energie impulzu se vypočítá: E = Pt = 400 W × 0,02 s = 8,0 Ws nebo J.
4. Rezistor RS007 má jmenovitý výkon (P_R) 7 W. Procentuální podíl průměrného výkonu na jmenovitém výkonu se vypočítá: P_prům/P_R × 100 = ((0,4 W)/(7,0 W)) × 100 = 5,7 %.
5. Schopnost zpracování impulzu (E_R) poskytnutá techniky společnosti Vishay Dale při okolní teplotě 25 °C je 15,3 J.
6. Procentuální podíl energie impulzu ke schopnosti zpracování impulzu se vypočítá:

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

7. Sečtou se procenta vypočítaná v bodech (4) a (6): 5,7 % + 52,3 % = 58 %.

Protože toto procento je menší než 100 % celkových jmenovitých hodnot, rezistor typu RS007 tento impulz zvládne dostatečně.

Neindukční rezistory

Neindukční výkonové rezistory se skládají ze dvou vinutí, z nichž každé je dvojnásobkem konečné hodnoty odporu. Z tohoto důvodu bude energetická kapacita téměř vždy větší než u standardního vinutého zařízení. Chcete-li vypočítat energii potřebnou pro neindukční typy, vydělením energie čtyřnásobkem hodnoty odporu vypočítejte energii na ohm (J/Ω).

Příklad

Jaká je schopnost zpracování impulzu energie na ohm potřebná ke zpracování impulzu 0,2 J aplikovaného na 500Ω rezistor?

Potřebná energie na ohm je: E/4R = (0,2 J)/(4 × 500 Ω) = 100 × 10⁻⁶ J/Ω.

Tato hodnota může být poskytnuta technikům společnosti Vishay Dale, aby bylo možné nalézt nejlepší produkt pro danou aplikaci.

Omezení napětí

Krátké impulzy – u drátových vinutých rezistorů nebylo při krátkodobém impulzu nikdy stanoveno jmenovité napětí přetížení. Společnost Sandia Corporation provedla studii na našich rezistorech NS a RS pomocí 20µs impulzů. Tato studie ukazuje, že tento typ zařízení bude potřebovat asi 20 kV na palec do té doby, než bude překročena schopnost zpracování impulzu.

Dlouhé impulzy – pro impulzy mezi časem přechodu do 5 s je doporučené maximální přetížení √10násobku maximálního pracovního napětí pro velikost 4 W a větší a √5násobku maximálního pracovního napětí pro velikosti menší než 4 W.

Tavné rezistory

Pokud je cílem aplikace, aby se rezistor za určitých podmínek rozpojil, nabízí pro tyto situace společnost Vishay Dale tavné rezistory. Na stránce sedm najdete běžné typy pojistkových rezistorů RS, nebo kliknutím na následující odkaz zobrazíte celý katalogový list pojistky rezistoru RS.

Rychle reagující, zalisované rezistory a rezistory navržené na míru pro konkrétní aplikace

Společnost Vishay Dale má k dispozici širokou škálu drátových vinutých rezistorů. Společnost může nabídnout také vlastní, zalisované, rychle reagující rezistory pro konkrétní aplikace. Společnost DigiKey má některé tyto typy rezistorů na skladě, k dispozici jsou však doslova stovky dalších možností. Na obrázku 7 najdete několik příkladů a tabulku objednacích čísel, které můžete použít k přizpůsobení vhodného rezistoru pro konkrétní aplikaci.

Obrázek 7: Ukázky rezistorů zobrazené nahoře představují jen malou část ze stovek možných variant. Pro vlastní rezistor navržený pro konkrétní aplikaci lze použít tabulku s objednacím číslem ve spodní části. (Zdroj obrázku: Vishay Dale)