电阻浪涌额定值

我有一个带有220uF电容器的电路，并且使用一个电阻器来限制浪涌电流

我愚蠢地安装了错误的额定功率电阻器（这并不奇怪，它失败了）花了我一段时间才意识到我的错误。我相信正确的电阻器是可以的（它运行了很长时间并且是功率的两倍），但是对于如何计算额定值并从理论上证明它，我有些困惑

安装的电阻器（我并联使用了两个）分别是3R3 1.5W 2512封装

TE Connectivity CRGS2512J3R3（我尝试添加链接，但信誉不足）

数据表中甚至有一张图告诉我浪涌额定值不足，我对它们如何计算这些曲线很感兴趣，因此我可以将计算结果应用到其他电阻上，因此它们对提供这样的图表很有帮助。

这是情节

我用示波器（100VDC电源）测量了浪涌，其浪涌电流略高于40A，理论最大值超过60A，但有一个反极性保护二极管和保险丝以及PCB迹线和电容ESR降低了该浪涌。

那就是通过两个电阻并联的总浪涌，所以每个电阻大约20A

可以看出，在大约0.5毫秒后，电涌已降至峰值的50％，因此我相信我可以将其视为宽度为0.5毫秒的方波，作为近似值（如EMC标准建议的TVS二极管等）。

网上有一些应用笔记，例如

SMD电阻上的Vishays脉冲负载：处于极限（再次没有足够的重复以添加链接）

我知道周期性脉冲比单个脉冲（在逻辑上）比单个脉冲需要更多的降额，这是另一个话题，因为可能所有电子设备都需要在某个时刻关闭！

使用vishays数据表中的计算来计算周期为1秒的周期性脉冲并使用我的涌流测量数据

P =（V ^ 2 / R）* ti / tp

V = 100，R = 3.3，ti = 0.0005，tp = 1

给我一个1.515W的值（绝对最大值），我可以看到施加的电涌是否更频繁，然后功率增加（这是电阻器发生故障时发生的情况）

从数据表中查看该图（在眼中不容易），但通过3R3电阻提供20.1A的电流，那么那是1333W的峰值功率

数据表中的图表似乎不同意，例如降低0.001脉冲时间（为了方便读取数值），图表显示最大峰值脉冲功率约为1kW，而计算得出的平均值为约3W，是电阻额定值的两倍

我想我花了太多时间在研究这个问题，只是需要上床睡觉并醒来，如果我做得对，或者我什么都不知道，我会感到困惑！

我可以计算出电容器的能量，但不确定该怎么做，这种方法正确吗？有没有更好的办法？当制造商未指定脉冲/电涌额定值时，这是这样做的方法吗？

任何建议深表感谢

resistors derating

— 杰米·兰姆（Jamie Lamb）
source

好问题。+ 1。过去，电阻器较大，尽管缺乏有关浪涌额定值的信息，但这使问题变得较小。Melf的浪涌规格非常好。出于EMC的原因，真正的产品通常与B +系列串联一个小型电感器。可以对这种线圈进行操作，以减少加电时的浪涌电流，尤其是当它不像空气那样容易饱和时。

— 自闭症

感谢您编辑我的废话拼写并添加我已经忘记的电容器的ESR ！，实际上还有EMI滤波器，所以也有一个共模扼流圈

— Jamie Lamb

Answers:

热流需要时间。如果几乎所有的能量都用于提高温度，而热量的有用部分却几乎没有，需要大量的时间流入周围的环境，则可以使用“脉冲的作用积分”来估计故障。如果您可以在“焦耳每欧姆”或“找到该电阻的规格，则可以应用它。如果没有，则必须使用这些曲线进行估算。 $I^2\cdot s$

以上类型的规格在熔断器中更常见，因为这是熔断器的工作，因此被指定要做。另一方面，电阻实际上是为了消散而设计的。因此，这增加了要考虑的另一个因素。

相反，让我们看一下2512曲线。直到大约为止，它都是平坦。在角落，我猜测它可以处理大约的脉冲。线性此增加（对数标度）至约对的脉冲。给定此处的对数刻度，我得到了电阻随时间吸收一个能量脉冲的能力的以下公式： $t=100\:\mu\textrm{s}$ $4000\:\textrm{W}\cdot 100\:\mu\textrm{s}=400\:\textrm{mJ}$ $18\:\textrm{W}\cdot 1\:\textrm{s}=18\:\textrm{J}$ $1\:\textrm{s}$

\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}

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

这是一个热点计算，可能只对图表持续时间好几倍，而其他因素则允许耗散稳定在额定功率下。它们只显示出一秒钟的曲线。但是上面的等式可能会在曲线的末尾起作用。无论如何，它给您一个想法。

如果我做完积分的权利，那么由您的RC电路传递到R中的能量就是时间的以下函数：

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

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

如果此值随时超过，则可能有问题。假设您要测量的为，那么我要说的是，您的用于上述目的。因此，如果查看，您将得到，它超出了您的额定曲线。为了安全起见，我认为您可能希望对此有所了解。还没结束 $E_{limit}$ $40\:\textrm{A}$ $V_0=132\:\textrm{V}$ $t=100\:\mu\textrm{s}$ $\approx 462\:\textrm{mJ}$

曲线确实表明，给定更多的时间，应该有足够的时间，因此没有剩余的问题。但这似乎暗示了使用单个设备时的极端情况问题。

我知道您正在使用其中两个，但仍然有问题。（我不确定如何安装所有这些，这也可能很重要。）无论如何，如果您插入等效的配对电阻，则两者都会得到。两者之间的差距仍然超出了规格（只有一点点）。 $1.65\:\Omega$ $812\:\textrm{mJ}$

只是增加一个注释，因为我必须对上述第一个方程进行校正。之前我只是将其设为常数，但这确实是时间的函数。更短的时间？减少传递的能量。那里的曲线平线使这一点显而易见。我只是未能在方程式中说明这一点。 $t\lt 100\:\mu\textrm{s}$

所以与校正，可以更方便地看到，对于时间甚至更小的周期，假设，即方程用品（使用我基于您编写的图，将约的能量转换为。但是受曲线限制。因此，当考虑这样的较短时间时，曲线就远远超出了。即使使用，我也能在短时间内获得的能量。因此，仍超出规格。 $t=10\:\mu\textrm{s}$ $E_{decay}$ $V_0=132\:\textrm{V}$ $40\:\textrm{A}$ $100\:\textrm{mJ}$ $1.65\:\Omega$ $4000\:\textrm{W}\cdot 10\:\mu\textrm{s}=40\:\textrm{mJ}$ $V_0=100\:\textrm{V}$ $60\:\textrm{mJ}$

我明白你为什么遇到麻烦了。

— nk
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感谢您提供此答案，我无法向制造商咨询数据表，因此无法获得每欧姆的焦耳数。我可以看到您如何得出方程式，但是我还没有检查细节（尚未）。在您的Edecay方程中，Vo是输入电压吗？

— Jamie Lamb'17

电源电压为100VDC，您是正确的，我正在并联使用这些电阻中的两个，以提供1.65欧姆的总电阻。对我来说仍然没有意义的是，Vishay数据表中的方程式如何与图形不一致，如果您看一下它的简单（V ^ 2 / R）*（占空比），对我来说是有意义的，如果它是一个1秒钟的脉冲，其周期为1秒钟，然后是其DC，因此不会有任何降额，因此在我看来，Vishay数据手册公式适用于所有电阻器，看起来它只是在降低功率。谢谢您的答复，感谢您的反馈

— Jamie Lamb

@JamieLamb是的，Vo是根据您的40 A数字估算的132 Vdc。（40 A乘以3.3欧姆。）

— 播出

@JamieLamb除了查看图表并使用那里的曲线来估算它可以承受的随时间变化的短期能量，我对数据表的关注不多。这是一个简单的推导，因为降额线在对数刻度上是“直线”。

— 2015年

我有一个100V的直流输入，两个并联的3.3欧姆电阻，等效于1.65欧姆。那里有一个二极管和EMI滤波器以及电容器的ESR都可以降低我的测量电流没问题，尽管我可以使用您提供的电源，但它确实受到赞赏

— Jamie Lamb

假设热量完全保留在电阻内，让我们从一个脉冲计算出温度升高。如果是5分，就可以了吧？但是如果上升5,000摄氏度，它（已经变成等离子）就不行，同意吗？

我们需要知道电阻器内部可以存储多少热量。这是一个有用的数字：硅的比热（像纯硅粉一样，用作硅片）是每摄氏度每立方微米1.6皮焦耳。

我将让您将电阻大小转换为微米，长度，宽度，高度，然后计算总体积。假设电阻器具有粘土/陶瓷基底，金属膜沉积在该基底上。薄膜中产生热量，并迅速流入硅/粘土/陶瓷基体中。

时间常数是多少？请在这里付款。热流的时间常数与尺寸不是线性的。时间常数随大小的平方而变化。

硅立方尺寸时间常数

1米立方11,400秒

10cm立方114秒

1cm立方1.14秒

1mm立方0.014秒（14毫秒），约为SMT电阻器的大小

100微米立方体114微秒

10微米立方1.14微秒

1微米立方体11.4纳秒

0.1微米立方体114皮秒（大约是FETS导电层的厚度

编辑在我看来，电阻区域越厚，电阻器的寿命就越长。在薄膜中，热量必须流入粘土/硅块中。在碳复合电阻器中，电阻器主体的大部分由电阻器组成。结果是在整个散装本体中产生热量，并充分利用了整个质量作为直接散热片，因为除了引线之外，热量无处可去。考虑到这一点，请检查以下图表：

原理图

^{模拟该电路 –使用CircuitLab创建的原理图}

让我们讨论1mm立方体电阻的能量存储。您面临着储能挑战。以每侧1,000微米计，该立方体的体积为10亿立方微米。假设整个电阻器-电阻区域，外部保护性釉料和任何内部硬陶瓷基体-每一立方微米每摄氏度具有1.6皮焦耳，则您的热容量为

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

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

或1.6毫焦耳/摄氏度的能量存储。

对于0.5milliSec，每个电阻的能量为20安（并联2 Rs，每个3.3 Rs）。什么是焦耳？P = I ^ 2＆* R = 20 * 20 * 3.3 * 0.0005秒，或1320焦耳/秒* 0.0005 = 0.65焦耳。

现在除以650毫焦耳/ 1.6毫焦耳（对于1mL的立方体积），温度上升为400℃。焊料熔化；铝小兵。

— 模拟系统
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感谢您的投入，感谢您的投入，我花了一段时间才做出回应，因为我被束缚了。我喜欢您的解决方案，以后会考虑解决。不幸的是，我对热力学有很大的兴趣，但我在这一领域并不合格，向我提出解决方案的人们将质疑我无法用硬科学支持的每个细节。非常感谢，尽管我一定会试玩一下！

— Jamie Lamb

我相信您应提供在公式中使用了1.65，而不是3.3欧姆，，你可以看到，这表明您需要两倍的电源。同样，峰值功率现在为：这表明每个电阻都需要至少1.5W，但是由于您使用的是两个 3.3 ohm 不匹配的电阻，为了安全起见，您应该使每个电阻器承担满负载。因此，您需要每个3.3电阻才能耗散3W功率。

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

$p = I^2R = 40x40x1.65 = 2,640$

编辑：使额定功率翻倍的其他原因是：1）每个电阻器都会干扰另一个电阻器的散热能力，2）每个电阻器都会成为另一个电阻器的加热器。

— 吉尔
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您确定吗？电阻是并联的，每个电阻都施加了全部电压，所以我想我是分别计算电阻的。我了解电阻器是无与伦比的，但是期望仅一个电阻器来承担满负载是否现实？

— Jamie Lamb

电阻将分担大部分负载，不相等的部分应根据容差（一个值向上，另一个值向下）来估计。对于同一批中的两个电阻，匹配通常比规定的要好得多。

— KalleMP

@JamieLamb：是的，这很合理。考虑到您正在估算脉冲宽度，因此100v可能会更大，并且电阻器及其周围环境的耗散特性可能会比指定的效率低。

— 吉尔