Vishay Dale -lankavastusten pulssinkestokapasiteetit

Lankatehovastuksilla on tasapainotilaa koskevat teho- ja jänniteluokitukset, jotka ilmaisevat enimmäislämpötilat, jotka vastusyksiköiden tulisi kyetä saavuttamaan. Nämä arvot ovat tyydyttäviä lyhyillä enintään 5 sekunnin aikajaksoilla, mutta vastukset voivat kuitenkin kestää paljon korkeampia teho- ja jännitetasoja lyhytaikaisesti (siirtymispisteen alapuolella). Esimerkiksi RS005-vastuksen jatkuva tehoarvo on huonelämpötilassa 5 W, mutta se kestää 1 ms:n ajan 24 500 W ja 1 μs:n ajan 24 500 000 W. Syy tähän näennäisesti korkeaan tehokapasiteettiin on se, että lämpöä tuottaa energia, joka on tehon ja ajan tuote, eikä pelkästään teho. Vishay Dale voi tarjota ratkaisuja haluttuun sovellukseen, jos sille toimitetaan kuvassa 2 esitetyt tiedot.

Kuva 1: Vishay Dale tarjoaa laajan valikoiman lankavastuksia. (Kuvan lähde: Vishay Dale)

Lyhyet pulssit (lyhyemmät kuin siirtymäpisteen kesto)

Lyhyitä pulsseja varten on määritettävä vastukseen kohdistuva energia. Kun pulssin kesto on alle siirtymäpisteen, Vishay Dale Engineering olettaa, että koko pulssienergia dissipoituu vastuselementissä (langassa). Jotta vastus säilyttäisi suorituskykyominaisuutensa tuotteen koko käyttöiän ajan, Vishay Dale perustaa analyysit ja suositukset energiamäärään, joka tarvitaan vastuselementin nostamiseksi lämpötilaan +350 °C huomioimatta ytimen, pinnoitteen tai johtimien lämpöhäviöitä. Siirtymäpiste on ajankohta, jolloin energiaa alkaa dissipoitua merkittävästi paitsi itse langassa, nyt myös ytimessä, johtimissa ja kotelointimateriaalissa. Tämä on piste, jossa pulssia ei enää pidetä lyhyenä pulssina vaan pitkänä pulssina.

Pulssinkestokapasiteetti on erilainen jokaisessa vastusmallissa ja -arvossa, koska se perustuu vastuselementin massaan ja ominaislämpöön. Kun teho ja energia on määritelty, Vishay Dale voi määrittää parhaan vastusvaihtoehdon sovellusta varten.

Siirtymispiste

Esimerkkinä 500 Ω RS005-vastus huonelämpötilassa:

Tarvittavat tiedot:

ER = tietyn mallin energialuokitus, vastusarvo ja ympäristölämpötila. Tiedot toimittanut Vishay Dale, ER = 6,33 J.

PO = osan ylikuormitustehokapasiteetti 1 sekunniksi. RS005:n ylikuormitustehokapasiteetti 1 sekunniksi, 10 x 5 W x 5 s = 250 Ws/1 s =250 W.

Siirtymispiste (s) = ER (J)/PO (W)

6,33 J/ 250 W = 0,0253 s

500 Ω RS005-vastuksen ylimenopiste huonelämpötilassa on noin 25,3 ms.

Pitkät pulssit (siirtymispisteestä 5 sekuntiin)

Pitkissä pulsseissa suuri osa lämmöstä dissipoituu ytimessä, johtimissa ja kotelointimateriaalissa. Tämän vuoksi lyhyisiin pulsseihin käytetyt laskelmat ovat aivan liian konservatiivisia. Pitkiä pulsseja käyttävissä sovelluksissa käytetään teknisten tietojen sisältämiä lyhytaikaisia ylikuormitusarvoja. Huomaa, että lyhytaikaisesta ylikuormitusarvosta koostuvat toistuvat pulssit ovat erittäin rasittavia ja voivat aiheuttaa joidenkin vastustyyppien vikaantumisen.

• Ylikuormitustehon löytämiseksi 5 sekunnin pulssille kerro teholuokitus joko viidellä tai kymmenellä. Oikea kerroin ilmoitetaan komponentin teknisissä tiedoissa
• Ylikuormitustehokapasiteetin löytämiseksi 1–5 sekunnin pulssille muunna ylikuormitusteho energiaksi kertomalla se 5 sekunnilla. Muunna se sitten takaisin tehoksi jakamalla se pulssileveydellä sekunneissa
• Jos pulssien kestot ovat siirtymispisteen ja 1 sekunnin välillä, käytä 1 sekunnille laskettua ylikuormitustehoa.

Esimerkki

1. Mikä on RS005-vastuksen ylikuormitusteho?

   Komponentin teknisten tietojen mukaan RS005-vastuksen teholuokitus on 5 W ja se kestää 10-kertaisen nimellistehon 5 sekunnin ajan: 10 x 5 W = 50 W

2. Mikä on RS005-vastuksen energiakapasiteetti 5 sekunniksi?

   Energiakapasiteetti 5 sekunniksi on: 50 W x 5 s = 250 W·s tai J

3. Mikä on RS005:n ylikuormituskapasiteetti 1 sekunniksi?

   Ylikuormituskapasiteetti 1 sekunniksi on 250 W·s / 1 s = 250 W.

4. Mikä on RS005-vastuksen energiakapasiteetti 0,5 sekunniksi?

   Energiakapasiteetti 0,5 sekunniksi on 250 W x 0,5 s = 125 W·s tai J

Pulssikapasiteetin määrittämiseen tarvittavat tiedot

Kuva 2: Näiden pulssikapasiteettia koskevien kysymysten vastaukset auttavat määrittämään sovelluskohtaisen ratkaisun. (Kuvan lähde: Vishay Dale)

Pulssisovellukset kuuluvat usein johonkin kolmesta kategoriasta: kanttiaalto, kapasitiivinen lataus/purkaus tai eksponentiaalinen vaimennus. Seuraavissa kappaleissa esitetään esimerkki pulssienergian laskemisesta kullekin niistä.

Kanttiaalto

Vastuksen ylitse syötetään vakiojännite tai -virta tietyn pulssikeston ajan.

Kuva 3: Esimerkki pulssienergian laskennasta kanttiaallolle, jonka amplitudi on 100 V_DC 1 ms:n ajan 10 Ω:n vastuksen yli. (Kuvan lähde: Vishay Dale)

Kapasitiivinen lataus/purkaus

Kondensaattori ladataan tiettyyn jännitteeseen ja puretaan sen jälkeen lankavastuksen kautta.

Kuva 4: Esimerkki pulssienergian laskennasta kapasitiivista latausta/purkausta varten. (Kuvan lähde: Vishay Dale)

Eksponentiaalinen vaimennus / salaman aiheuttama jännitepiikki

Sovellus saavuttaa huippujännitteen ja laskee nopeudella, joka on verrannollinen sen arvoon. Tämä mallinnetaan tyypillisesti standardien DO-160E WF4 tai IEC 6100-4-5 mukaisesti, ja se edustaa salaman aiheuttamaa jännitepiikkiä.

Kuva 5: Esimerkki pulssienergian laskennasta salamaniskun aiheuttamalle jännitepiikille. (Kuvan lähde: Vishay Dale)

Tasaisin väliajoin toistuvat pulssit

Toistuvien pulssien kestokapasiteettia laskettaessa on otettava huomioon sekä keskimääräinen teho että yksittäisen pulssin energia. Tämä johtuu siitä, että keskimääräinen teho nostaa osan keskimääräistä lämpötilaa ja kuluttaa prosentuaalisen osuuden osan energiakapasiteetista. Se osuus energiasta, jota ei käytetä keskimääräiseen tehoon, on sitten käytettävissä hetkellisen pulssienergian käsittelyyn. Kun nämä kaksi prosenttiosuutta (keskimääräinen teho suhteessa nimellistehoon ja pulssienergia suhteessa pulssinkestokapasiteettiin) lasketaan yhteen, ne eivät saa ylittää 100 prosenttia osan kokonaistehosta.

Esimerkki

Seuraava esimerkki perustuu tasaisin väliajoin toistuvaan kanttiaaltopulssiin.

Kuva 6: Tämä esimerkki perustuu tasaisin väliajoin toistuvaan kanttiaaltopulssiin. (Kuvan lähde: Vishay Dale)

1. Pulssiteho, P = V²/R tai I²R, lasketaan yksittäiselle pulssille
2. Keskimääräinen teho lasketaan seuraavasti: P_Avg = Pt/T
3. Laske pulssienergia: E = Pt
4. Laske keskimääräisen tehon prosenttiosuus nimellistehosta (PR): prosenttiosuus (teho) = 100 x P_AVG/P_R
5. Vishay Dale Engineering voi ilmoittaa pulssinkestokapasiteetin (ER) vastusmallin, vastusarvon ja ympäristölämpötilan perusteella
6. Laske pulssienergian prosenttiosuus pulssinkestokapasiteetista: prosenttiosuus (energia) = 100 x E/E_R
7. Laske yhteen kohtien (4) ja (6) prosenttiluvut. Jos prosenttiosuus on alle 100 %, valittu vastus on hyväksyttävä. Jos prosenttiosuus ylittää 100 %, sovellukseen on valittava vastus, jonka nimellisteho on korkeampi tai jonka pulssinkestokapasiteetti on korkeampi. Ota yhteyttä Vishay Dale Engineeringiin selvittääksesi, mikä vastusvaihtoehto sopii parhaiten sovellukseesi.

Esimerkki

100 Ω RS007-vastukseen kytketään sarja tasaisin väliajoin toistuvia kanttiaaltopulsseja, joiden amplitudi on 200 V_DC, pulssileveys 20 ms ja sykliaika 20 s ympäristölämpötilan ollessa 25 °C.

1. Pulssiteho on: P = V²/R = (200 V)²/100 Ω = 400 W
2. Keskimääräinen teho on: P_AVG = Pt/T = (400 W x 0,02 s)/20 s = 0,4 W
3. Pulssienergia lasketaan: E = Pt = 400 W x 0,02 s = 8,0 W-s tai J
4. RS007-vastuksen nimellisteho (P_R) on 7 W. Keskimääräisen tehon prosenttiosuus nimellistehosta lasketaan: P_AVG/P_R x100 = ((0,4 W)/(7,0 W)) x 100 = 5,7 %
5. Vishay Dale Engineeringin ilmoittama pulssinkestokapasiteetti (E_R) ympäristölämpötilassa 25 °C on 15,3 J
6. Pulssienergian prosenttiosuus pulssinkestokapasiteetista lasketaan:

   100 x E/E_R = 100 x ((8,0 J)/(15,3 J)) = 52,3 %

7. Kohdissa (4) ja (6) lasketut prosenttiosuudet lasketaan yhteen: 5,7 % + 52,3 % = 58 %.

Koska tämä prosenttiosuus on alle 100 % kokonaisarvosta, RS007-vastus kestää pulssit riittävän hyvin.

Ei-induktiiviset vastukset

Ei-induktiiviset tehovastukset koostuvat kahdesta käämistä, joista kummankin arvo on kaksinkertainen lopulliseen resistanssiin nähden. Tästä syystä energiakapasiteetti on lähes aina suurempi kuin tavallista käämiä käyttävällä komponentilla. Laske ei-induktiivisten tyyppien energiakapasiteetti laskemalla energia ohmia kohti (J/Ω) jakamalla energia nelinkertaisella resistanssiarvolla.

Esimerkki

Kuinka korkea energia ohmia kohti -pulssinkestokapasiteetti tarvitaan 500 Ω:n vastukseen kohdistuvan 0,2 J:n pulssin käsittelyyn?

Tarvittava energia ohmia kohti on: E/4R = (0,2 J)/(4 x 500 Ω) = 100 x10^-6 J/Ω

Tämä voidaan ilmoittaa Vishay Dale Engineeringille parhaan tuotteen löytämiseksi sovellusta varten.

Jänniterajoitukset

Lyhyet pulssit – Lankavastuksille ei ole koskaan määritetty ylikuormitusjänniteluokitusta lyhytkestoisille pulsseille. Sandia Corporation on tehnyt tutkimuksen käyttäen NS- ja RS-vastuksiamme ja 20 µs:n pulsseja. Tämä tutkimus osoittaa, että tämäntyyppinen komponentti kestää noin 20 kV tuumaa kohti, kunhan pulssinkestokapasiteettia ei ylitetä.

Pitkät pulssit – Siirtymispisteen ja 5 sekunnin väliin sijoittuville pulsseille suositeltu enimmäisylikuormitus on √10-kertaa enimmäiskäyttöjännite teholuokalle 4 W ja sitä suuremmille sekä √5-kertaa enimmäiskäyttöjännite alle 4 W:n teholuokille.

Sulakevastukset

Kun sovelluksen tavoitteena on, että vastus sulaa auki tietyssä tilanteessa, Vishay Dale tarjoaa sulakevastuksia. Katso sivulta 7 yleiset RS-sulakevastustyypit tai klikkaa seuraavaa linkkiä, joka sisältää RS-sulakkeiden kattavat tekniset tiedot.

Asiakaskohtaisiin erityissovelluksiin tarkoitetut nopeatoimiset valetut mallit

Vishay Dale tarjoaa laajan valikoiman erilaisia lankavastuksia. Se voi myös toimittaa asiakaskohtaisia valettuja nopeatoimisia vastuksia erityissovelluksiin. Vaikka Digi-Keyllä on varastossa joitakin tämäntyyppisiä vastuksia, saatavilla on kirjaimellisesti satoja vaihtoehtoja. Katso kuvasta 7 joitakin esimerkkejä ja osanumerotaulukko, jota voidaan käyttää sopivan vastuksen räätälöimiseen tiettyyn sovellukseen.

Kuva 7: Yllä esitetyt esimerkkivastukset edustavat pientä joukkoa sadoista mahdollisista muunnelmista. Erityissovellukseen suunniteltavaa asiakaskohtaista vastusta varten voidaan käyttää alla olevaa osanumerotaulukkoa. (Kuvan lähde: Vishay Dale)