Clasificación de sobretensión de resistencia

Tengo un circuito con un condensador de 220uF y se usa una resistencia para limitar la corriente de entrada

Estúpidamente instalé la resistencia de potencia incorrecta y (no es de extrañar que haya fallado) me tomó un tiempo darme cuenta de mi error. Creo que la resistencia correcta está bien (funcionó durante una cantidad de tiempo significativa y es el doble de potencia), pero estoy un poco desconcertado en cuanto a cómo calculo la clasificación y la pruebo teóricamente

Las resistencias (utilicé dos en paralelo) instaladas fueron 3R3 1.5W 2512 paquete

TE Connectivity CRGS2512J3R3 (Traté de agregar un enlace pero no tengo suficiente reputación)

Incluso hay un gráfico en la hoja de datos que me dice que el índice de sobretensión no es adecuado y estoy interesado en cómo calculan estas curvas para poder aplicar los cálculos a otras resistencias donde no son tan útiles para proporcionar un gráfico

aqui esta la trama

Medí la entrada con un alcance (suministro de 100 V CC) y es un poco más de 40 A, el máximo teórico es de más de 60 A pero hay un diodo y fusible de protección de polaridad inversa y un rastro de PCB y casquillo ESR que lo reduce.

Esa es la entrada total que pasa a través de dos resistencias en paralelo, por lo que aproximadamente 20A cada resistencia

Como puede verse, el aumento ha disminuido al 50% del pico después de aproximadamente 0.5 ms, así que creo que puedo tratar esto como una onda cuadrada con un ancho de 0.5 ms como una aproximación decente (como los estándares EMC aconsejan para diodos TVS, etc.)

Hay notas de aplicaciones en línea como

Vishays Pulse Load en resistencias SMD: al límite (de nuevo, no hay suficiente reputación para agregar un enlace)

Entiendo que los pulsos periódicos requieren más reducción que un solo pulso (eso es lógico) en qué punto un pulso único se vuelve periódico es otro tema ya que probablemente todos los componentes electrónicos deben apagarse en algún momento.

Usando el cálculo en la hoja de datos de Vishays para pulsos periódicos con un período de 1 segundo y usando mis datos de medición de irrupción

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

V = 100, R = 3.3, ti = 0.0005, tp = 1

Me da un valor de 1.515W (máximo absoluto) y puedo ver si la aplicación aumenta con más frecuencia y luego aumenta la potencia (que es lo que sucedió cuando la resistencia falló)

Mirando el gráfico de la hoja de datos (no es fácil a la vista) pero con 20.1A a través de la resistencia 3R3, eso es una potencia máxima de 1333W

El gráfico de la hoja de datos no parece estar de acuerdo, por ejemplo, reducir el tiempo de pulso 0.001 (para un punto conveniente para leer los valores), el gráfico dice aproximadamente 1kW de potencia máxima de pulso donde, como el cálculo dice que el promedio sería aproximadamente 3W, que es el doble de la resistencia

Creo que he pasado demasiado tiempo mirando esto y simplemente necesito ir a la cama y despertarme fresco, ¡estoy confundido si lo estoy haciendo bien o no tengo ni idea!

Puedo calcular la energía en el condensador pero no estoy seguro de qué haría con eso, ¿es el método correcto? ¿hay una mejor manera? ¿Es esta la forma de hacerlo cuando el fabricante no especifica las clasificaciones de pulso / sobretensión?

Cualquier consejo es muy apreciado

resistors derating

— Jamie Lamb
fuente

Buena pregunta. + 1. En los viejos tiempos, las resistencias eran más grandes, lo que hacía que esto fuera un problema menor a pesar de la falta de información sobre las calificaciones de sobretensión. Ellos mismos son muy buenos en sus especificaciones de sobretensión. A menudo, un producto real tiene un pequeño inductor en serie con la línea B + por razones de EMC. Dicha bobina se puede manipular para reducir las corrientes de sobretensión en el encendido especialmente si no es propensa a la saturación como el aire.

— Autista

¡Gracias por editar mi ortografía de mierda y agregar el ESR del condensador, me había olvidado de eso! En realidad hay un filtro EMI, así que también un estrangulador de modo común

— Jamie Lamb

Respuestas:

$I^2\cdot s$

Los tipos de especificaciones anteriores se encuentran más comúnmente para fusibles, porque ese es el trabajo que hacen y, por lo tanto, se especifica que lo hagan. Las resistencias, por otro lado, en realidad están diseñadas para disiparse. Entonces esto agrega otro factor 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} {mi}_{l yo metro yo t} & = 4000 W \cdot t \\ {mi}_{l yo metro yo t} & = 1.91089572 J \cdot En (t) + 18 años J \end{aligned} \begin{aligned} dónde t \leq 100 μ s \\ dónde 100 μ s \leq t \leq 10 s \end{aligned}

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

Este es un cálculo de punto caliente y probablemente solo sea bueno unas pocas veces la duración del gráfico, donde otros factores permiten que la disipación se estabilice a la potencia nominal. Solo muestran la curva saliendo a un segundo. Pero la ecuación anterior podría funcionar un poco más allá del final de esa curva. De todos modos, te da una idea.

Si hice el derecho integral, la energía entregada en su R, por su circuito RC, es la siguiente función del tiempo:

{mi}_{re mi C un y} = \frac{V_{0 0}^{2} \cdot C}{2} \cdot (1 - {mi}^{- \frac{2 \cdot t}{R \cdot C}})

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

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

La curva indica que, dado un poco más de tiempo, debería haber suficiente tiempo y, por lo tanto, no quedan problemas. Pero esto parece sugerir un problema de caso de esquina cuando se usa un solo dispositivo.

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

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

$t=10\:\mu\textrm{s}$ $E_{decay}$ $V_0=132\:\textrm{V}$ $40\:\textrm{A}$ $100\:\textrm{mJ}$ $1.65\:\Omega$ $4000\:\textrm{W}\cdot 10\:\mu\textrm{s}=40\:\textrm{mJ}$ $V_0=100\:\textrm{V}$ $60\:\textrm{mJ}$

Puedo ver por qué tienes problemas.

— jonk
fuente

Gracias por esta respuesta, el Joules por Ohm no está disponible en las hojas de datos, podría consultar al fabricante, tal vez si tengo tiempo más tarde lo redondeará todo. Puedo ver cómo has llegado a tus ecuaciones, pero todavía no he verificado los detalles. En su ecuación para Edecay, ¿es Vo el voltaje de entrada?

— Jamie Lamb

El voltaje de alimentación es de 100 V CC y tiene razón. Estoy usando dos de estas resistencias en paralelo para proporcionar una resistencia total de 1.65 ohmios. Lo que todavía no tiene sentido para mí es cómo la ecuación en la hoja de datos de Vishay no concuerda con el gráfico, si lo miras es simple (V ^ 2 / R) * (ciclo de trabajo), tiene sentido para mí, si fuera un pulso de 1 segundo con un período de 1 segundo, luego su CC y no habría reducción, así que en mi opinión la ecuación de la hoja de datos de Vishay debería funcionar para todas las resistencias, parece que simplemente disminuye la potencia. Gracias por su respuesta es apreciada

— Jamie Lamb

@JamieLamb Sí, el Vo es el 132 Vdc que calculé en función de su cifra de 40 A. (40 A veces 3.3 Ohms.)

— jonk

@JamieLamb No miré la hoja de datos mucho más que mirar el gráfico y usar la curva allí para estimar la energía a corto plazo que podría tolerar frente al tiempo. Fue una derivación simple, ya que la línea de reducción es "recta" en la escala logarítmica.

— jonk

Tengo una entrada de CC de 100 V, dos resistencias de 3,3 ohmios en paralelo, por lo que equivalen a 1,65 ohmios. Hay un diodo y un filtro EMI y el ESR del condensador, todos funcionan para disminuir mi corriente medida. No hay problema, aunque puedo trabajar con lo que usted suministró, es realmente apreciado

— Jamie Lamb

Calculemos el aumento de temperatura de un pulso, suponiendo que el calor permanezca totalmente DENTRO de la resistencia. Si 5 cent Cent, está bien, ¿verdad? Pero si el aumento de 5,000 grados Cent, no está bien (ya se convirtió en plasma), ¿de acuerdo?

Necesitamos saber cuánto calor puede almacenar internamente la resistencia. Aquí hay un número útil: el calor específico del silicio (como el material puro, utilizado como obleas de silicio) es 1.6 picoJoules por micrón cúbico por grado de aumento de centígrado.

Te dejaré convertir el tamaño de la resistencia en micras, longitud, ancho, altura y calcular el volumen total. Suponga que la resistencia tiene una base de arcilla / cerámica sobre la cual se deposita la película de metal. El calor se genera en la película y fluye rápidamente hacia la base de silicio / arcilla / cerámica.

¿Cuáles son las constantes de tiempo? PAGA ATENCIÓN AQUÍ. Las constantes de tiempo para el flujo de calor NO SON LINEALES con el tamaño. Las constantes de tiempo cambian como el cuadrado del tamaño.

Tamaño del cubo de silicio Constante de tiempo

Cubo de 1 metro 11,400 segundos

Cubo de 10 cm 114 segundos

Cubo de 1 cm 1.14 segundos

Cubo de 1 mm 0.014 segundos (14 milisegundos) que es aproximadamente del tamaño de las resistencias SMT

Cubo de 100 micras 114 microsegundos

Cubo de 10 micras 1.14 microsegundos

Cubo de 1 micra 11.4 nanosegundos

Cubo de 0,1 micras 114 picosegundos (aproximadamente el grosor de la capa conductora de FETS

EDITAR En mi opinión, cuanto más gruesa es la región resistiva, más puede sobrevivir la resistencia. En películas delgadas, el calor tiene que fluir hacia la masa de arcilla / silicio. En una resistencia de composición de carbono, la mayor parte del cuerpo de la resistencia comprende la resistencia; El resultado es que el calor se genera en toda la masa resistente y explota bien toda la masa como un disipador de calor inmediato, porque el calor no tiene a dónde ir, excepto los cables. Con eso en mente, examine este diagrama:

esquemático

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Analicemos el almacenamiento de energía de la resistencia de cubo de 1 mm. Tienes un desafío de almacenamiento de energía. A 1,000 micras por lado, ese cubo tiene 1 mil millones de micras cúbicas de volumen. Suponiendo que toda la resistencia ---- región resistiva, esmalte protector exterior y cualquier base interior de cerámica dura ---- tenga 1.6 picoJoules por cubicmicron por grado Cent, su capacidad de calor es

1 si yo l l yo o norte C tu si yo C metro yo C r o norte s * 1.6 pag yo C o J o tu l mi / / C tu si yo C metro yo C r o norte / / re mi sol r mi mi C mi norte t

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

o 1.6 miliJoule / grado Cent almacenamiento de energía.

Su energía es de 20 amperios por resistencia (2 R en paralelo, cada 3.3) por 0.5milliSec. ¿Qué son los julios? P = I ^ 2 & * R = 20 * 20 * 3.3 * 0.0005 segundos, o 1320 julios / segundo * 0.0005 = 0.65 julios.

Ahora divida 650 miliJoules / 1.6 miliJoule (para un volumen de cubo de 1milliMeter) y el aumento de temperatura es de 400 grados C. La soldadura se derrite; escalofríos de aluminio.

— analogsystemsrf
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Gracias por su aporte, es apreciado, me ha tomado un tiempo responder ya que he estado atado. Me gusta su solución y lo analizaré más adelante. Estoy interesado en la termodinámica en gran medida, desafortunadamente no estoy calificado en esta área y las personas a las que les presento la solución cuestionarán cada detalle que no podré respaldar con ciencia sólida. ¡Muchas gracias, sin embargo, definitivamente lo intentaré solo por diversión!

— Jamie Lamb

PAG = v^{2} / / R \frac{t yo}{t pag} = (100 X 100 / / 1,65) X 0,0005 / / 1 = 3,03 W

$P = v^2/R\frac{ti}{tp} = (100x100/1.65) \text x 0.0005/1 = 3.03W$

pag = {yo}^{2} R = 40 X 40 X 1,65 = 2, 640

$p = I^2R = 40x40x1.65 = 2,640$ resistencias, para estar seguro, debe hacer que cada resistencia transporte la carga completa. Por lo tanto, necesita cada resistencia 3.3 para poder disipar 3W .

EDITAR: Las razones adicionales para duplicar la potencia nominal son: 1) cada resistencia interfiere con la capacidad de disipación de calor de la otra resistencia, 2) cada resistencia se convierte en un calentador , para la otra resistencia.

— Guill
fuente

¿Estás seguro ?, las resistencias están en paralelo y cada una tiene el voltaje completo aplicado, así que pensé que estaba calculando las resistencias individualmente. Entiendo que las resistencias no tienen comparación, pero ¿es realista esperar que solo una lleve la carga completa?

— Jamie Lamb

Las resistencias compartirán gran parte de la carga, la parte desigual debe ser estimada en función de la tolerancia (valor arriba para uno y abajo para el otro) Para dos resistencias del mismo lote, la coincidencia suele ser mucho mejor de lo especificado.

— KalleMP

@JamieLamb: Sí, es razonable. Teniendo en cuenta que está estimando el ancho del pulso, los 100v podrían ser más, y las características de disipación de las resistencias y sus alrededores podrían ser menos efectivas de lo especificado.

— Guill