Estimation de montée subite de résistance

J'ai un circuit avec un condensateur 220uF et une résistance est utilisée pour limiter le courant d'appel

J'ai stupidement installé la mauvaise résistance de puissance et (pas de surprise, cela a échoué), cela m'a pris un certain temps pour réaliser mon erreur. Je crois que la bonne résistance est bonne (elle a fonctionné pendant une période de temps importante et est le double de la puissance) mais je suis un peu perplexe quant à la façon de calculer la cote et de la prouver théoriquement

Les résistances (j'en ai utilisé deux en parallèle) montées étaient des boîtiers 3R3 1.5W 2512

TE Connectivity CRGS2512J3R3 (J'ai essayé d'ajouter un lien mais je n'ai pas assez de réputation)

Il y a même un graphique dans la fiche technique qui me dit que le taux de surtension n'est pas adéquat et je suis intéressé par la façon dont ils calculent ces courbes afin que je puisse appliquer les calculs à d'autres résistances où ils ne sont pas si utiles pour fournir un graphique

voici l'intrigue

J'ai mesuré l'appel avec un oscilloscope (alimentation 100VDC) et son un peu plus de 40A, le maximum théorique est supérieur à 60A mais il y a une diode et un fusible de protection contre la polarité inversée et une trace PCB et un capuchon ESR réduisant cela.

C'est l'appel total qui passe à travers deux résistances en parallèle donc environ 20A pour chaque résistance

Comme on peut le voir, la surtension a diminué à 50% du pic après environ 0,5 ms, donc je crois que je peux traiter cela comme une onde carrée avec une largeur de 0,5 ms comme une approximation décente (comme le recommandent les normes EMC pour les diodes TVS, etc.)

Il y a des notes d'application en ligne comme

Vishays Pulse Load on SMD Resistors: At the Limit (encore une fois pas assez de réputation pour ajouter un lien)

Je comprends que les impulsions périodiques nécessitent plus de déclassement qu'une seule impulsion (c'est logique) à quel point une seule impulsion devient périodique est un autre sujet car probablement tous les appareils électroniques doivent être éteints à un moment donné!

Utiliser le calcul dans la fiche technique vishays pour les impulsions périodiques avec une période de 1 seconde et utiliser mes données de mesure d'appel

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

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

Me donne une valeur de 1,515 W (max absolu) et je peux voir si les surtensions appliquées sont plus fréquentes que la puissance augmente (ce qui s'est produit lorsque la résistance est tombée en panne)

En regardant le graphique de la fiche technique (ce n'est pas facile à regarder) mais avec 20,1 A à travers la résistance 3R3, c'est une puissance de crête de 1333W

Le graphique de la fiche technique ne semble pas être d'accord, par exemple, le déclassement pour un temps d'impulsion de 0,001 (pour un point pratique pour lire les valeurs), le graphique indique une puissance d'impulsion de crête maximale d'environ 1 kW, alors que le calcul indique que la moyenne serait d'environ 3 W, ce qui est le double de la résistance

Je pense que j'ai passé trop de temps à regarder cela et que j'ai simplement besoin de me coucher et de me réveiller frais, je suis confus si je fais ça correctement ou si je n'ai tout simplement pas la moindre idée!

Je peux calculer l'énergie dans le condensateur mais je ne sais pas ce que je ferais avec ça, la méthode est-elle correcte? existe-t-il une meilleure façon? Est-ce la façon de procéder lorsque le fabricant ne spécifie pas les valeurs d'impulsion / surtension?

Tout conseil est fort apprécié

resistors derating Jamie Lamb
la source

Bonne question. + 1. Dans le passé, les résistances étaient plus grandes, ce qui rendait le problème moins difficile malgré un manque d'informations sur les taux de surtension.Moi-même, les spécifications de surtension sont très bonnes.Un produit réel a souvent un petit inducteur en série avec la ligne B + pour des raisons de compatibilité électromagnétique. Une telle bobine peut être manipulée pour réduire les courants de surtension à la mise sous tension, surtout si elle n'est pas sujette à la saturation comme l'air.

Autistic

Merci d'avoir édité mes orthographes de merde et d'avoir ajouté l'ESR du condensateur que j'avais oublié à ce sujet!, Il y a en fait et un filtre EMI donc un étranglement en mode commun aussi

Jamie Lamb

Réponses:

$I^2\cdot s$

Les types de spécifications ci-dessus sont plus couramment trouvés pour les fusibles, car c'est le travail qu'ils font et sont donc spécifiés pour le faire. Les résistances, d'autre part, sont en fait conçues pour se dissiper. Cela ajoute donc un autre facteur à considérer.

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

\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}

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

Il s'agit d'un calcul de point chaud et il n'est probablement bon que pour quelques fois la durée du graphique, où d'autres facteurs permettent à la dissipation de se stabiliser à la puissance nominale. Ils ne montrent que la courbe s'étendant sur une seconde. Mais l'équation ci-dessus pourrait fonctionner un peu après la fin de cette courbe. Quoi qu'il en soit, cela vous donne une idée.

Si je fais le droit intégral, l'énergie délivrée dans votre R, par votre circuit RC, est la fonction du temps suivante:

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

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

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

La courbe indique que, avec un peu plus de temps, il devrait y avoir suffisamment de temps et donc pas de problèmes restants. Mais cela semble suggérer un problème de cas d'angle lors de l'utilisation d'un seul appareil.

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

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

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

Je peux voir pourquoi vous rencontrez des problèmes.

jonk
la source

Merci pour cette réponse, les Joules par Ohm ne sont pas disponibles dans les fiches techniques. Je pourrais consulter le fabricant, peut-être que si j'ai le temps plus tard, cela complètera le tout. Je peux voir comment vous en êtes arrivé à vos équations mais je n'ai pas (encore) vérifié les détails. Dans votre équation pour Edecay, Vo est-il la tension d'entrée?

Jamie Lamb

La tension d'alimentation est de 100VDC et vous avez raison j'utilise deux de ces résistances en parallèle pour donner une résistance totale de 1,65 Ohms. Ce qui n'a toujours pas de sens pour moi, c'est comment l'équation de la fiche technique de Vishay ne correspond pas au graphique, si vous regardez son simple (V ^ 2 / R) * (rapport cyclique), cela a du sens pour moi, s'il était une impulsion de 1 seconde avec une période de 1 seconde, puis son courant continu et il n'y aurait aucun déclassement, donc dans mon esprit, l'équation de la fiche technique de Vishay devrait fonctionner pour toutes les résistances, il semble qu'elle se contente de déclasser la puissance. Merci d'avoir répondu à son appréciation

Jamie Lamb

@JamieLamb Oui, le Vo est le 132 Vdc que j'ai estimé sur la base de votre chiffre de 40 A. (40 A fois 3,3 Ohms.)

jonk

@JamieLamb Je n'ai pas beaucoup regardé la fiche technique que de regarder le graphique et d'utiliser la courbe pour estimer l'énergie à court terme qu'elle pourrait tolérer en fonction du temps. C'était une dérivation simple, car la ligne de déclassement est "droite" sur l'échelle logarithmique.

jonk

J'ai une entrée DC de 100V, deux résistances de 3,3 Ohm en parallèle donc équivalent à 1,65 Ohms. Il y a une diode et un filtre EMI et l'ESR du condensateur fonctionnent tous pour diminuer mon courant mesuré Aucun problème bien que je puisse travailler avec ce que vous avez fourni, c'est vraiment apprécié

Jamie Lamb

Permet de calculer l'augmentation de température à partir d'une impulsion, en supposant que la chaleur reste totalement à l'intérieur de la résistance. Si 5 degrés cent, c'est OK, non? Mais si une augmentation de 5 000 degrés Celsius, (elle a déjà été transformée en plasma) n'est pas OK, d'accord?

Nous devons savoir combien de chaleur la résistance peut stocker en interne. Voici un nombre utile: la chaleur spécifique du silicium (comme les matières pures, utilisées comme plaquettes de silicium) est de 1,6 picoJoules par micron cube par degré d'élévation en centigrades.

Je vous laisse convertir la taille de la résistance en microns, longueur, largeur, hauteur et calculer le volume total. Supposons que la résistance a une base d'argile / céramique sur laquelle le film métallique est déposé. La chaleur est générée dans le film et s'écoule rapidement dans la base silicium / argile / céramique.

Quelles sont les constantes de temps? FAITES ATTENTION ICI. Les constantes de temps pour le flux de chaleur ne sont pas linéaires avec la taille. Les constantes de temps changent en carré de la taille.

Taille du cube de silicium Constante de temps

1 mètre cube 11 400 secondes

10cm cube 114 secondes

Cube de 1 cm 1,14 seconde

Cube de 1 mm 0,014 seconde (14 milliSecondes) qui est à peu près de la taille des résistances SMT

100 microns cube 114 microsecondes

10 microns cube 1,14 microsecondes

1 cube micron 11,4 nanosecondes

0,1 micron cube 114 picosecondes (environ l'épaisseur de la couche conductrice des FETS

EDIT À mon avis, plus la région résistive est épaisse, plus la résistance est résistante. Dans les films minces, la chaleur doit circuler dans la masse d'argile / silicium. Dans une résistance de composition de carbone, la majeure partie du corps de résistance comprend la résistance; Le résultat est que la chaleur est générée dans l'ensemble du bloc résistant et exploite bien toute la masse comme un dissipateur de chaleur immédiat, car la chaleur n'a nulle part où aller, à l'exception des fils. Dans cet esprit, examinez ce diagramme:

schématique

^{simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab}

Parlons du stockage d'énergie d'une résistance cubique de 1 mm. Vous avez un défi de stockage d'énergie. À 1000 microns par côté, ce cube a 1 milliard de microns cubes de volume. En supposant que la résistance entière ---- la région résistive, la glaçure de protection extérieure et toute base intérieure en céramique dure ---- ont 1,6 picoJoules par cubicmicron par degré Cent, votre capacité thermique est

1 b i l l i o n c u b i c m i c r o n s * 1.6 p i c o J o u l e / c u b i c m i c r o n / d e g r e e C e n t

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

ou un stockage d'énergie de 1,6 milliJoule / degré Cent.

Votre énergie est de 20 ampères par résistance (2 R en parallèle, 3,3 chacun) pour 0,5 millisec. Qu'est-ce que les Joules? P = I ^ 2 & * R = 20 * 20 * 3,3 * 0,0005 sec, ou 1320 joules / seconde * 0,0005 = 0,65 joules.

Divisez maintenant 650 milliJoules / 1,6 milliJoule (pour un volume de cube de 1 millimètre) et l'augmentation de la température est de 400 degrés C. La soudure fond; l'aluminium se glisse.

analogsystemsrf
la source

Merci pour votre contribution, son appréciée, il m'a fallu un certain temps pour répondre car je suis attaché. J'aime votre solution et j'essaierai de la résoudre plus tard. Je m'intéresse beaucoup à la thermodynamique, malheureusement je ne suis pas qualifié dans ce domaine et les personnes à qui je présente la solution vont remettre en question chaque détail que je ne pourrai pas soutenir avec la science dure. Merci beaucoup mais je vais certainement lui donner un coup juste pour le plaisir!

Jamie Lamb

P = v^{2} / R \frac{t i}{t p} = (100 x 100 / 1.65) x 0.0005 / 1 = 3.03 W

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

p = I^{2} R = 40 x 40 x 1.65 = 2, 640

$p = I^2R = 40x40x1.65 = 2,640$ résistances, pour être sûr, vous devez faire en sorte que chaque résistance porte la pleine charge. Par conséquent, vous avez besoin de chaque résistance 3,3 pour pouvoir dissiper 3W .

EDIT: Les raisons supplémentaires de doubler la puissance nominale sont: 1) chaque résistance interfère avec la capacité de dissipation thermique de l'autre résistance, 2) chaque résistance devient un élément chauffant , pour l'autre résistance.

Guill
la source

Êtes-vous sûr?, Les résistances sont en parallèle et chacune a la pleine tension appliquée, donc je pensais calculer les résistances individuellement. Je comprends que les résistances sont inégalées, mais est-il réaliste de s'attendre à ce qu'une seule porte la pleine charge?

Jamie Lamb

Les résistances partageront une grande partie de la charge, la partie inégale devrait être estimable en fonction de la tolérance (valeur en hausse pour l'une et en baisse pour l'autre) .Pour deux résistances d'un même lot, l'adaptation est généralement bien meilleure que celle spécifiée.

KalleMP

@JamieLamb: Oui, c'est raisonnable. Étant donné que vous estimez la largeur d'impulsion, le 100 V peut être supérieur et les caractéristiques de dissipation des résistances et de leur environnement peuvent être moins efficaces que celles spécifiées.

Guill