プロの安全システムで600 mWの電力消費を受ける125 mWの抵抗

以下の回路図は、火災検知システムのサプライヤーから購入したシグナリングPCBの入力回路です。前記PCBは、消防士が建物のどのゾーンで火災が発生したかを確認できるいわゆる地理的避難パネルに組み込まれる必要があり、それ自体が安全システムの一部です。

^{この回路のシミュレーション – CircuitLabを使用して作成された回路図}

表示されているLEDは、実際にはオプトカプラーのIR LEDです（コモンモード除去の理由で必要です）。各火災検知ゾーンにはこのような入力があります。フォトカプラの出力はAtmel MCUに送られ、そこで建物のフロアプランの特定のLEDを点灯するために処理されます。入力信号がない場合、MCUはパネル上のすべてのLEDをリセットします。

820オームの抵抗器はSMDタイプであり、その寸法からパッケージ0805と見積もっており、125mWの定格です。サプライヤーの文書によると、入力電圧範囲は2.2〜24Vです。これは、多くのブランドの火災検知コンピューターをサポートするための仕様です。すべてではありませんが、実際には多くのシステムが24Vを出力します。私自身の計算では、ダイオードとLEDの両方の合計順方向電圧が1.9Vであると仮定すると、抵抗は24V入力で約600mWを消費します。実際に入力に24Vを5秒ほど印加すると、抵抗器が非常に熱くなり、触ることができなくなります。この時点で、入力電流は約26 mAです。私はSMDコンポーネントの経験があまりなく、長年電子機器を使用していないため、抵抗器が焼損するリスクがあるかどうかを知る必要があります。

消防隊がパネルを見ることができる瞬間は、平均して最初の検出+ 15分です。これは、人口密集地域では、アクティブ化された入力の抵抗器が少なくとも15分間これらの条件にさらされることを意味します。消防要員が少ない地方では、これはさらに長くなる可能性があります。

信頼できる回答、またはそれらへのリンクを高く評価しています。

地理的パネルの画像：

入力回路を備えたボードの写真：

8つの同一の入力回路があります。抵抗器の下に「820オーム」というテキストを追加しました。この抵抗の左側はダイオードで、上と左側は光アイソレータです。SMDコード824の4ピンデバイスです。

問題の抵抗器の拡大図：

あなたが提供するデータから、これは確かに悪いデザインのように思えます。また、表示されている回路では、R1で約600 mWの損失があります。

抵抗器が実際に熱くなっているという事実は、そのサイズのためにかなりの電力を消費しているという直接的な証拠ですが、必ずしも過大ではありません。抵抗器は、指を火傷するような温度で無害に動作できます。フィンガーテストでは、限界内で消費されているのか、それ以上で消費されているのかはわかりません。

一つの可能​​性は、回路があなたが示した通りではないということです。おそらく、ボードの外側からは簡単に見えない何かが進行中です。適切なテストは、抵抗両端の実際の電圧を測定することです。それは抵抗器のラベルと一緒になって、どれだけの電力が消費されているかについての決定的な答えを与えます。

0805抵抗には3桁または4桁のラベルが付いていることに注意してください。これは浮動小数点形式で、最後の桁は10の指数で、前の桁は仮数です。5％820Ω抵抗には「821」というラベルが付けられます。これは、82 x 10 ¹ = 820 を意味します。

抵抗器によって消費される電力は、抵抗器の両端の電圧を抵抗で割ったものです。一般的なユニットでは、

したがって、特定の消費を引き起こす電圧は

125 mWでは、820Ω抵抗は

それを渡って。

抵抗が実際に820Ωであり、125 mWでのみ有効であり、10 Vを超える場合、これは欠陥のある設計です。あなたが私たちに与えたデータから、これらの前提は真実のようです。

抵抗器が実際に過負荷であることが判明した場合、おそらく起こったのは、ユニットが元々低電圧用に設計されていたことです。誰かが、より高い電圧をサポートしていないことで、市場の多くが失われていることに気付きました。エンジニアリングでこれをチェックすることになった人は誰でも、そうしなかったか、一般的に無能であったか、またはちょうどこれを逃しました。

もちろん、なぜこのようになるのかはあなたには関係ありません。このシステムを拒否する必要があります。現在、他の会社がこの分野に悪い製品を投入しています。それをシステムに組み込むと、悪い製品を現場に置き、結果として生じる責任を所有することになり、評判によって損害を被ることになります。

この製品を使用したくないことは間違いありませんが（ここでも、実際にあなたの言う通りであると仮定します）、結果としてデバイスが発火することはほとんどありません。このような過負荷抵抗器は通常、燃え尽きてフェールオープンになります。火災を引き起こすのに十分な可燃物がありません。ただし、消防士が到着する前に抵抗器が燃え尽きて開き、火災の場所に関する誤った情報を与える可能性があります。 それがこのシステムの本当の危険です。または、システムは手動でリセットするまで情報をラッチする可能性があるため、最初のインシデント中に症状はありません。ただし、現在、そのチャネルは壊れており、そのゾーンでの今後の火災に応答しません。それは明らかに悪いことでもあります。

電圧測定を行い、懸念事項をメーカーに指摘してください。彼らが言わなければならないことを聞く価値があるかもしれませんが、彼らの製品を再び信頼することは私にとって本当に良いものでなければなりません。電気技術者の場合、大勢の人々と同様に、トップエンドには本当に良い人がいて、中間にはまともな大多数がいて、下には無能な人がいることを忘れないでください。確かに無能に設計された製品が世の中にあります。見つけたかもしれません。

まあ、あなたは多くのことを推測しているのですが、あなたはこれらがそうであると思う0805抵抗器が125mWの定格であることを非常に確信しているようです。

1W定格（70°C）の0805抵抗があります。もちろん、非常に熱くなりますが、そうするように設計されています。お持ちの値では、70°Cで最大500mWになる可能性が高くなります。または、おそらく低い評価ですが、目に見える違いはありません。

私は考えていない個人的にも、その印刷された仕様に近い部分を実行し、この特定の状況で快適に感じるが、実際の表面に部品がはるかに大きいと（同様の非常に小さな部分が多くの電力を放散することができるテストからPCBの詳細-に非常に敏感であるマウント部品）グランドプレーン上に取り付けられている場合。薄いトレースを備えた片面ボード上の非常に大きな部品は、太いリード線、グランドプレーンなどを備えた0603部品よりも高温になる可能性があります。

この回路には冗長性がないので、あらゆる種類のシングルポイント障害-オプト、ユニットへの配線、抵抗、ダイオードが信号を認識できなくなる可能性があるため、これは安全性が重視されるものとして扱われていませんわずかなデバイス設計。

（編集：1つの提案があります-入力が実際にDC 24Vで定格されていることを確認することです。24VACでの電力消費は24VDC入力の約半分になります。- コメントでこれをカバーしました）

方程式の反対側では、問題の電圧がバックアップバッテリーバンクから供給されている場合、「24VDC」は28VDCに似ている可能性があり、電力損失が850mW以上に大幅に増加します。抵抗器は互いに近接しているため、互いに加熱します。

サプライヤーにこれを提起してください。

典型的な汎用SMD抵抗器は、通常、厚膜タイプです。

このタイプの抵抗器は、長期的な過負荷（実際はありません）向けに設計されていませんが、熱をかけすぎると（過剰な電力を介して）初期段階で抵抗が低下します。

（ソース）

このタイプの回路では、LEDおよびダイオードの順方向電圧が電流の変化に対して大きく変化しないため（シリコンダイオードの場合、電流の10倍あたり60mV）、ほぼ一定の電圧で回路の電流が増加します。この期間中に抵抗器の両端で、デバイスの熱が増加します。これはおそらく熱暴走を引き起こす可能性があります。

燃え尽きるかどうかは不明ですが（ただし、この種の過負荷が継続的に発生する可能性が非常に高い）、規定の寿命よりも確実に短くなります（通常、耐久温度定格は定格温度ですが、25°Cで規定されています）; 実際、意図的に故障を誘発するためにデバイスの温度を上げることは、故障率が温度の上昇とともに指数関数的に増加するため、メーカーにとって一般的なテストです。

メーカーはこのプロセスを使用して、高温で意図的に早期故障を引き起こすことにより、多くの場合、アレニウスの式を使用してコンポーネントの耐用年数を予測します。これにより、より温和な条件でコンポーネントの寿命が予測可能になります。

ユニットの信頼性は、供給者が指定した極端な電圧では、たとえ過負荷に耐えても低くなることが保証されているため、これらのユニットを拒否する必要があることに、Olinに完全に同意します。

適切な設計では、短期的なパルス事象に耐えるように意図的に設計された部品がありますが、ESDや雷保護回路によく見られますが、部品に過度のストレスがかかることはありません。

[更新] Supercatがコメントしているように、これはこのシリーズのようなPTCである可能性があります

回路が意味をなす唯一の方法は、820オームの抵抗が電流制限抵抗であることです。これは、前の駆動段のコレクタ抵抗と一緒に機能します。ドライバーのコレクター電圧は24vかもしれませんが、そのコレクター抵抗が1 kオームの場合、820抵抗器を流れる電流は約12mAに過ぎず、電力損失は約118mWになります。

これは、この回路をオープンコレクター入力ドライバーで使用してはならないことを示しています！