抵抗サージ定格

220uFのコンデンサを備えた回路があり、抵抗を使用して突入電流を制限しています

私は間違った電力定格抵抗器を愚かに取り付けましたが、（それが失敗したことは驚くことではありませんでしたが）私のミスに気付くまでに時間がかかりました。正しい抵抗は問題ないと思います（かなりの時間動作し、電力は2倍になります）が、定格を計算して理論的に証明する方法については少し戸惑っています

抵抗器（2つを並列に使用）には3R3 1.5W 2512パッケージを取り付けました

TE Connectivity CRGS2512J3R3（リンクを追加しようとしましたが、評判が十分ではありません）

データシートには、サージ定格が適切ではないことを示すグラフもあり、これらの曲線の計算方法に興味があるので、グラフを提供するのに役立つ他の抵抗器に計算を適用できます

ここにプロットがあります

突入電流をスコープ（100VDC電源）と40Aを少し超えて測定しましたが、理論上の最大値は60Aを超えていますが、逆極性保護ダイオードとヒューズ、PCBトレース、およびキャップESRがこれを減らしています。

つまり、2つの抵抗を並列に通過する合計突入電流なので、各抵抗は約20A

ご覧のように、サージは約0.5ms後にピークの50％に減少したため、これを適切な近似として0.5msの幅を持つ方形波として扱うことができると考えています（EMC規格がTVSダイオードなどに助言するように）

以下のようなオンラインのアプリノートがあります

SMD抵抗器のVishaysパルス負荷：限界（リンクを追加するのに十分な評価が得られない）

おそらく、ある時点ですべての電子機器をオフにする必要があるため、単一のパルスが周期的になるポイントでは、周期的なパルスは単一のパルス（論理的）よりもディレーティングが必要であることを理解しています！

1秒周期の周期パルスに対するvishaysデータシートの計算と突入測定データの使用

P =（V ^ 2 / R）* ti / tp

V = 100、R = 3.3、ti = 0.0005、tp = 1

1.515W（絶対最大値）の値が得られ、電力が増加するよりも頻繁にサージが印加されるかどうかを確認できます（抵抗器が故障したときに起こります）

データシートからグラフを見ると（目には簡単ではありませんが）、3R3抵抗を介して20.1Aで1333Wのピーク電力になります

データシートのグラフは、たとえば、0.001パルス時間のディレーティング（値を読みやすいように）に一致していないようです。抵抗器の定格の2倍

私はこれを見てあまりにも多くの時間を費やし、寝て新鮮に目を覚ます必要があるだけだと思います。

コンデンサへのエネルギーを計算することはできますが、それで何をするのかわかりません。方法は正しいですか？より良い方法はありますか？これは、製造業者がパルス/サージ定格を指定していないときに行う方法ですか？

どんなアドバイスも大歓迎です

resistors derating

— ジェイミーラム
ソース

良い質問です。+ 1。昔は、抵抗値が大きかったため、サージ定格に関する情報が不足していても、これは問題になりませんでした。Melfはサージ仕様で非常に優れています。このようなコイルは、特に空気のように飽和する傾向がない場合、パワーアップ時のサージ電流を減らすように操作できます。

— 自閉症

私のがらくたの綴りを編集し、それを忘れていたコンデンサのESRを追加してくれてありがとう！実際、EMIフィルタがあるので、コモンモードチョークもあります

— ジェイミーラム

回答:

$I^2\cdot s$

上記の種類の仕様は、ヒューズでより一般的に見られます。これは、ヒューズが行う仕事であり、そのために行うように指定されているためです。一方、抵抗は実際に消費するように設計されています。したがって、これは考慮すべき別の要因を追加します。

代わりに、2512曲線を見てみましょう。約まで平坦です $t=100\:\mu\textrm{s}$ $4000\:\textrm{W}\cdot 100\:\mu\textrm{s}=400\:\textrm{mJ}$ $18\:\textrm{W}\cdot 1\:\textrm{s}=18\:\textrm{J}$ $1\:\textrm{s}$

\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}

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

これはホットスポットの計算であり、おそらくグラフの継続時間の数倍にしか適していません。他の要因により、定格電力で消費が安定します。曲線が一瞬だけ表示されます。しかし、上記の方程式は、その曲線の終わりを少し過ぎてからうまくいくかもしれません。とにかく、それはあなたにアイデアを与えます。

私が完全な権利を行使した場合、RC回路によってRに供給されるエネルギーは、次の時間関数です。

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

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

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

この曲線は、もう少し時間があれば、十分な時間があるはずなので、問題が残っていないことを示しています。しかし、これは、単一のデバイスを使用している場合のコーナーケースの問題を示唆しているようです。

あなたがそれらのうちの2つを使用していて、まだ問題を抱えていると思います。（これがどのようにマウントされているかはわかりませんが、それも重要です。）いずれの場合でも、をプラグインすると $1.65\:\Omega$ $812\:\textrm{mJ}$

場合、上記の最初の式を修正しなければならなかったため、メモを追加しました。 $t\lt 100\:\mu\textrm{s}$

そのため、修正を行うと、さらに短い時間でより簡単にそれを確認できます $t=10\:\mu\textrm{s}$ $E_{decay}$ $V_0=132\:\textrm{V}$ $40\:\textrm{A}$ $100\:\textrm{mJ}$ $1.65\:\Omega$ $4000\:\textrm{W}\cdot 10\:\mu\textrm{s}=40\:\textrm{mJ}$ $V_0=100\:\textrm{V}$ $60\:\textrm{mJ}$

なぜ問題が発生しているのかわかります。

— ジャンク
ソース

この回答のおかげで、オームあたりのジュールは、メーカーに問い合わせることができるデータシートから入手できません。おそらく後で時間があれば、それをすべて丸めることができます。方程式にどのように到達したかはわかりますが、詳細はまだ確認していません。Edecayの式では、Voは入力電圧ですか？

— ジェイミーラム

供給電圧は100VDCであり、これらの抵抗のうち2つを並列に使用して合計抵抗が1.65オームになるようにしています。私にとってまだ意味をなさないのは、Vishayデータシートの方程式がグラフと一致しないことです。それを単純な（V ^ 2 / R）*（デューティサイクル）で見ると、それが理にかなっています1秒周期の1秒パルス、そのDC、およびディレーティングはありませんので、Vishayデータシートの式はすべての抵抗器で機能するはずであるため、単純に電力のディレーティングのように見えます。感謝に答えてくれてありがとう

— ジェイミーラム

@JamieLambはい、Voは40 Aの数値に基づいて推定した132 Vdcです。（40 A回3.3オーム。）

— 22:34にjonk

@JamieLambグラフを見て、そこにある曲線を使用して、時間に対して許容できる短期エネルギーを推定するよりも、データシートをあまり見ませんでした。ディレーティング線はログスケールで「直線」であるため、これは単純な派生でした。

— ジョンク

100VのDC入力と2つの3.3オーム抵抗が並列に接続されているため、1.65オームに相当します。ダイオードとEMIフィルターがあり、コンデンサのESRがすべて、測定電流を減少させる働きをします。供給したもので作業できますが、問題ありません

— ジェイミーラム

熱が抵抗器内に完全に残っていると仮定して、1つのパルスからの温度上昇を計算してみましょう。5度セントなら、大丈夫ですよね？しかし、5,000度Centが上昇した場合、その（すでにプラズマに変換されている）OKではありません、同意しましたか？

抵抗器が内部に蓄積できる熱量を知る必要があります。有用な数値は次のとおりです。シリコンの比熱（シリコンウエハーとして使用される純粋な物質のような）は、摂氏1度あたり1立方ミクロンあたり1.6ピコジュールです。

抵抗器のサイズをミクロン、長さ、幅、高さに変換し、総体積を計算します。抵抗器には、金属膜が堆積する粘土/セラミックのベースがあると仮定します。熱はフィルムで生成され、シリコン/粘土/セラミックのベースにすばやく流れ込みます。

時定数とは何ですか？ここで注意してください。熱流の時定数は、サイズに対して線形ではありません。時定数はサイズの二乗として変化します。

シリコンキューブの時定数のサイズ

1メートルキューブ11,400秒

10cmキューブ114秒

1cm立方体1.14秒

1mm立方体0.014秒（14ミリ秒）。これは、SMT抵抗器のサイズとほぼ同じです

100ミクロンキューブ114マイクロ秒

10ミクロンキューブ1.14マイクロ秒

1ミクロンキューブ11.4ナノ秒

0.1ミクロンキューブ114ピコ秒（ほぼFETSの導電層の厚さ

編集私の意見では、抵抗性領域が厚いほど、抵抗体はより生き残ります。薄膜では、熱は粘土/シリコンバルクに流れ込む必要があります。炭素組成抵抗器では、抵抗器本体のほとんどが抵抗器で構成されています。その結果、熱は抵抗性バルク全体で生成され、リード全体を除いてどこにも行けないため、質量全体を即時のヒートシンクとして十分に活用します。それを念頭に置いて、次の図を調べてください。

回路図

^{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}

1mmの立方体抵抗器のエネルギー貯蔵について議論しましょう。エネルギー貯蔵の課題があります。1辺1,000ミクロンで、その立方体の体積は10億立方ミクロンです。抵抗器全体-抵抗性領域、外側保護グレーズ、および内部ハードセラミックベース----が1立方ミクロンあたり1セントあたり1.6ピコジュールであると仮定すると、熱容量は

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

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

または1.6ミリジュール/度のエネルギー貯蔵。

0.5milliSecの場合、エネルギーは抵抗ごとに20アンペア（並列に2つのR、それぞれ3.3）です。ジュールとは何ですか？P = I ^ 2＆* R = 20 * 20 * 3.3 * 0.0005秒、または1320ジュール/秒* 0.0005 = 0.65ジュール。

次に、650ミリジュール/ 1.6ミリジュール（1ミリメーターキューブの体積）を除算すると、温度の上昇は400℃になります。はんだが溶ける。アルミニウムがクリープします。

— analogsystemsrf
ソース

ご協力いただきありがとうございます。私は縛られているので、対応に時間がかかりました。私はあなたのソリューションが好きで、後で解決することを検討します。残念ながら、私はこの分野で熱力学に非常に大きな意味で興味がありません。私が解決策を提示する人々は、私がハードサイエンスでバックアップすることができないすべての詳細を疑問視します。ただ、楽しみのためだけに写真を撮るつもりです！

— ジェイミーラム

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

$P = v^2/R\frac{ti}{tp} = (100x100/1.65) \text x 0.0005/1 = 3.03W$ ご覧のとおり、これは2倍の電力が必要であることを示しています。また、ピーク電力は次のようになります。

p = 私^{2} R = 40 バツ 40 バツ 1.65 = 2 、 640

$p = I^2R = 40x40x1.65 = 2,640$ これは、各抵抗が少なくとも1.5Wである必要があることを示していますが、安全のために2つの 3.3Ωの不整合抵抗を使用しているため、各抵抗に全負荷をかける必要があります。したがって、3Wを放散できるようにするには、各3.3抵抗器が必要です。

編集：電力定格を2倍にする追加の理由は、1）各抵抗器が他の抵抗器の熱放散能力に干渉すること、2）各抵抗器が他の抵抗器のヒーターになることです。

— ギル
ソース

確かに、抵抗器は並列に接続されており、それぞれに最大電圧が印加されているので、抵抗器を個別に計算していると思いました。私は抵抗器が比類のないものであることを理解していますが、1つだけが全負荷を運ぶと予想するのは現実的ですか？

— ジェイミーラム

抵抗器は負荷の大部分を共有します。不均等部分は許容差に基づいて推定可能である必要があります（一方の値が上で、他方の値が下です）。

— -KalleMP

@JamieLamb：はい、それは合理的です。パルス幅を推定していることを考えると、100vが大きくなる可能性があり、抵抗とその周囲の消費特性は指定されたものよりも効果が低い可能性があります。

— ギル