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電阻降額以改善平均故障間隔時間
電阻降額以改善平均故障間隔時間
根據(jù)設(shè)計，電阻器限制電流流動，吸收電能并將其轉(zhuǎn)換為熱能。所有電阻器都具有指定的額定功率，該額定功率決定了組件在不降低性能或組件故障的情況下可以轉(zhuǎn)換的最大能量。
電阻器的最大額定功率取決于其結(jié)構(gòu)中使用的材料、物理尺寸以及組件可以安全運行的最高溫度。最高溫度將取決于組件周圍的環(huán)境溫度和從組件散發(fā)到環(huán)境中的熱量。后者將取決于設(shè)計人員在PCB布局、散熱器、氣流和任何其他可能存在的冷卻機(jī)制方面為組件和電路的其余部分實施的熱管理措施。
在計算電阻元件所需的額定功率時，需要考慮電阻兩端電壓變化的性質(zhì)。平均電壓為 VL 的脈沖負(fù)載不會引起與幅度也等于 VL 的穩(wěn)態(tài)電壓相同的熱效應(yīng)。實際差異將取決于電阻器的組成。線繞電阻器比薄膜電阻器更能承受脈沖負(fù)載。脈沖負(fù)載會產(chǎn)生過載條件，具體取決于脈沖序列中的平均功率、重復(fù)頻率和上升時間等因素。需要將過載條件考慮到所需的額定功率計算中以生成準(zhǔn)確的結(jié)果。最簡單的方法是通過計算脈沖串的平均功率并根據(jù)所需電阻器類型和脈沖特性進(jìn)行調(diào)整，將脈沖能量視為等效穩(wěn)態(tài)能量。這可以通過使用可用的方程來計算確切的過載條件系數(shù)來完成，也可以使用工程判斷來選擇最壞情況的乘數(shù)。
要記住的一件事是，任何組件的電阻都會隨溫度變化，具體取決于用于構(gòu)造電阻器的材料。這種變化被指定為組件的電阻溫度系數(shù) (TCR)。以 ppm/°C（百萬分之一/攝氏度）表示，它代表溫度每變化度數(shù)時電阻變化的百分比。電阻器使用金屬材料制造的材料通常具有正溫度系數(shù)，這意味著它們的電阻隨著溫度的升高而增加。相反，使用半導(dǎo)體材料制造的電阻器通常具有負(fù)溫度系數(shù)，這意味著它們的電阻會隨著溫度升高而降低。仔細(xì)選擇材料可以制造具有中性溫度系數(shù)的電阻器，這意味著它們的電阻不隨溫度變化。這是生產(chǎn)精密電阻器的理想選擇，但其結(jié)構(gòu)所需的金屬合金會使它們變得昂貴。
降額電阻器是一種設(shè)計技術(shù)，其中組件故意在顯著低于最大額定電壓的電壓下運行。這降低了組件內(nèi)可能產(chǎn)生的峰值溫度。這有利于降低用于構(gòu)造部件的材料的降解速率。這導(dǎo)致組件的可靠性和預(yù)期壽命增加。大多數(shù)電阻器制造商都規(guī)定了在 70°C 溫度下、空氣流通的環(huán)境中的額定功率。假設(shè)一個組件位于沒有自由氣流和其他冷卻機(jī)制的設(shè)備中。在這種情況下，需要進(jìn)行熱分析以確定應(yīng)應(yīng)用的實際最大額定功率。假設(shè)一個組件位于提供額外冷卻的設(shè)備內(nèi)。在這種情況下，理論上，
電阻數(shù)據(jù)表通常提供工作溫度超過標(biāo)準(zhǔn) 70°C 時的降額值。這些以應(yīng)用于組件額定功率的百分比形式提供，以計算額定工作功率。這也稱為電阻器的應(yīng)力比，由最大工作功率與制造商額定功率的比值計算得出。一般的經(jīng)驗法則是對典型的電路設(shè)計采用 0.8 的應(yīng)力比。但是，制造商的數(shù)據(jù)表可能會針對一系列典型的操作和設(shè)計條件提供推薦的應(yīng)力比值。
降額電阻器的另一個優(yōu)點是它增加了元件限制與實際應(yīng)用應(yīng)力之間的安全裕度，這些應(yīng)力在設(shè)計過程中可能無法預(yù)料。這包括導(dǎo)致電阻兩端電壓高于預(yù)期的電源電平變化。或者由于外部環(huán)境條件或內(nèi)部熱管理挑戰(zhàn)，它可能高于預(yù)期的工作溫度。在不可能降額的情況下，替代選項包括并聯(lián)連接電阻器以共享電能吸收或為設(shè)備引入主動冷卻機(jī)制。如果您需要使用更高額定值的電阻器，您需要考慮它的物理尺寸會大于您計劃使用的組件。
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