Pulshåndteringskapasitet for Vishay Dale-trådmotstander

Trådmotstander (trådviklede strømmotstander) har strøm- og spenningsklassifiseringer i stabil tilstand som gir uttrykk for de maksimale temperaturene som enhetene bør oppnå. For korte varigheter på 5 sekunder eller mindre, er disse klassifiseringene tilfredsstillende. Motstandene er imidlertid i stand til å håndtere mye høyere strøm- og spenningsnivåer i korte tidsperioder (mindre enn overgangspunktet). For eksempel har RS005 en kontinuerlig klassifisering på 5 W ved romtemperatur, men enheten kan håndtere 24 500 W i en varighet på 1 ms, og den kan håndtere 24 500 000 W i 1 μs. Grunnen til denne tilsynelatende høye effektkapasiteten er at energi, som er en funksjon av effekt og tid, er det som skaper varme, og ikke effekten alene. Vishay Dale kan tilby løsninger for en konstruksjon hvis den kommer med informasjonen som er beskrevet i figur 2.

Figur 1: Vishay Dale tilbyr et bredt utvalg av trådmotstander. (Bildekilde: Vishay Dale)

Korte pulser (mindre enn tidsvarigheten til overgangspunktet)

For korte impulser er det nødvendig å fastsette energien som påføres motstanden. For pulser som er mindre enn overgangspunktet, antar Vishay Dale-produktutviklere at all pulsenergien avledes i motstandselementet (ledningen). For at motstanden skal kunne opprettholde ytelsesegenskapene over produktets levetid, baserer Vishay Dale analyser og anbefalinger på mengden energi som er nødvendig for å heve temperaturen til motstandselementet til +350 °C, uten noe varmetap i kjernen, belegget eller ledningene. Overgangspunktet er tidspunktet hvor en betydelig mengde energi begynner å avledes i, ikke bare selve ledningen, men også inn i kjernen, ledningene og innkapslingsmaterialet. Dette er punktet hvor pulsen ikke lenger regnes som en kort puls, men nå regnes som en lang puls.

Pulshåndteringskapasiteten er forskjellig for hver motstandsmodell og -verdi, ettersom den er basert på massen og den spesifikke varmen til motstandselementet. Når strømmen og energien er definert, kan Vishay Dale fastsette det beste motstandsvalget for konstruksjonen.

Overgangspunkt

Et eksempel på en RS005-motstand på 500 Ω ved romtemperatur:

Påkrevd informasjon:

ER = energiklasse for en gitt modell, motstandsverdi og omgivelsestemperatur. Levert av Vishay Dale, ER = 6,33 J.

PO = overbelastningskapasiteten til delen ved 1 s. Overbelastningskapasiteten til en RS005 i 1 s, 10 x 5 W x 5 s = 250 Ws / 1 s = 250 W

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

6,33 J / 250 W = 0,0253 s

Overgangspunktet for RS005-motstanden på 500 Ω ved romtemperatur, er ca. 25,3 ms.

Lange pulser (overgangspunkt til 5 sekunder)

For lange pulser, avledes mye av varmen i kjernen, ledningene og innkapslingsmaterialet. Som et resultat er beregningene som brukes for korte pulser, altfor konservative. Klassifiseringene for korte overbelastninger fra databladet brukes for konstruksjoner med lange pulser. Merk at gjentatte pulser som består av den kortvarige overbelastningsstørrelsen er ekstremt stressende, og kan føre til at noen motstandstyper svikter.

• For å finne overbelastningseffekten for en puls på 5 s, kan effektklassifiseringen multipliseres med enten 5 eller 10 slik det er angitt på databladet
• For å finne overbelastningskapasiteten for 1 s til 5 s, kan overbelastningskapasiteten konverteres til energi ved å multiplisere med 5 s, og deretter konvertere tilbake til effekt ved å dividere med pulsbredden i sekunder
• For pulsvarigheter mellom overgangspunktet og 1 s, kan overbelastningseffekten som er beregnet for 1 s, brukes

Eksempel

1. Hva er overbelastningseffekten for en RS005-motstand?

   RS005 klassifisert til 5 W i databladet, og er i stand til å håndtere 10 ganger klassifisert effekt i 5 s: 10 x 5 W = 50 W

2. Hva er energikapasiteten til RS005 i 5 s?

   I 5 s er energikapasiteten: 50 W x 5 s = 250 Ws eller J

3. Hva er overbelastningskapasiteten til RS005 i 1 s?

   I 1 s er overbelastningskapasiteten 250 Ws / 1 s = 250 W

4. Hva er energikapasiteten til RS005 i 0,5 s?

   I 0,5 s er energikapasiteten: 250 W x 0,5 s = 250 Ws eller J

Informasjon som kreves for å fastsette pulskapasiteten

Figur 2: Hvis svar på disse spørsmålene om pulskapasitet fastsettes, vil det bidra til å fastsette konstruksjonsløsningen. (Bildekilde: Vishay Dale)

Pulskonstruksjoner faller ofte inn under én av tre kategorier: firkantbølge, kapasitiv ladning/utladning eller eksponentielt forfall. Et eksempel på beregningen av pulsenergi for hver av disse, vil vises i de følgende avsnittene.

Firkantbølge

En konstant spenning eller strøm påføres over en motstand for en gitt pulsvarighet.

Figur 3: Eksempel på pulsenergiberegning for en firkantbølge med en amplitude på 100 V_DC i 1 ms gjennom en motstand på 10 Ω. (Bildekilde: Vishay Dale)

Kapasitiv ladning/utladning

En kondensator blir ladet til en gitt spenning og deretter utladet gjennom en trådmotstand.

Figur 4: Eksempel på pulsenergiberegning for en kapasitiv ladnings-/utladningskonstruksjon. (Bildekilde: Vishay Dale)

Eksponentielt forfall / eksponentiell overspenning fra lynnedslag

Konstruksjonen når en toppspenning og reduseres med en hastighet som er proporsjonal med dens verdi. Dette er vanligvis modellert av DO-160E WF4 eller IEC 6100-4-5, og representerer en overspenning fra et lynnedslag.

Figur 5: Eksempel på pulsenergiberegning for en hendelse med overspenning fra et lynnedslag. (Bildekilde: Vishay Dale)

Repeterende pulser med lik pulsavstand

Når pulshåndteringskapasitet beregnes for repeterende pulser, må den snitteffekten, samt den individuelle pulsenergien, tas i betraktning. Dette skyldes at den gjennomsnittlige effekten etablerer en viss gjennomsnittlig varmeøkning på delen, noe som bruker opp en viss prosentandel av delens energikapasitet. Den delen av energien som ikke brukes av snitteffekt, blir så tilgjengelig slik at den øyeblikkelige pulsenergien kan håndteres. Når de to prosentandelene (snitteffekt til nominell effekt, og pulsenergi til pulshåndteringskapasitet) legges sammen, må de ikke overstige 100 % av delens samlede klassifisering.

Eksempel

Følgende eksempel er gitt basert på en repeterende firkantbølgepuls med lik pulsavstand.

Figur 6: Dette eksemplet er basert på en repeterende firkantbølgepuls med lik pulsavstand. (Bildekilde: Vishay Dale)

1. Pulseffekten, P = V²/R eller I²R, beregnes for en enkelt puls
2. Snitteffekten beregnes på følgende måte: P_Avg = Pt/T
3. Beregn pulsenergien: E = Pt
4. Beregn prosentverdien for snitteffekt til klassifisert effekt (PR): Prosent (effekt) = 100 x P_AVG/P_R
5. Vishay Dale-produktutvikling kan levere pulshåndteringskapasiteten (ER), hvis en gitt motstandsmodell, motstandsverdi og omgivelsestemperatur tilveiebringes
6. Beregn prosentandelen av pulsenergi til pulshåndteringskapasitet: Prosentandel (energi) = 100 x E/E_R
7. Legg til prosentandelene i (4) og (6). Dersom prosentandelen er mindre enn 100 %, er den valgte motstanden akseptabel. Hvis prosentandelen er større enn 100 %, bør en motstand med høyere effektklassifisering eller høyere pulshåndteringskapasitet velges. Kontakt Vishay Dale-produktutvikling for å fastsette det beste motstandsvalget for konstruksjonen.

Eksempel

En serie med like store firkantbølgepulser med en amplitude på 200 V_DC, en pulsbredde på 20 ms og en syklustid på 20 s, påføres en RS007-motstand på 100 Ω ved en omgivelsestemperatur på 25 °C.

1. Pulseffekten er: P = V²/R = (200 V)²/100 Ω = 400 W
2. Snitteffekten er: P_AVG = Pt/T = (400 W x 0,02 s)/20 s = 0,4 W
3. Pulsenergien beregnes: E = Pt = 400 W x 0,02 s = 8,0 W-s eller J
4. RS007-motstanden har en klassifisert effekt (P_R) på 7 W. Prosentandelen av snitteffekt til klassifisert effekt beregnes: P_AVG/P_R x100 = ((0,4 W)/(7,0 W)) x 100 = 5,7 %
5. Pulshåndteringskapasiteten (E_R) levert av Vishay Dale-produktutvikling ved en omgivelsestemperatur på 25 °C, er 15,3 J
6. Prosentandelen av pulsenergi til pulshåndteringskapasitet beregnes:

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

7. Prosentandelene beregnet i (4) og (6) tilføyes: 5,7 % + 52,3 % = 58 %

Siden denne prosentandelen er mindre enn 100 % av den samlede klassifiseringen, vil motstanden av typen RS007 håndtere pulsen på en tilfredsstillende måte.

Ikke-induktive motstander

Ikke-induktive strømmotstander består av to viklinger, som hver er dobbelt så store som den endelige motstandsverdien. Derfor vil energikapasiteten nesten alltid være større enn en standard viklet enhet. For å beregne energikapasiteten som trengs for ikke-induktive typer, beregner du energien per ohm (J/Ω) ved å dividere energien med fire ganger motstandsverdien.

Eksempel

Hva er energi per ohm pulsbehandlingskapasitet som kreves for å håndtere en puls på 0,2 J påført en motstand på 500 Ω?

Påkrevd energi per ohm er: E/4R = (0,2 J)/(4 x 500 Ω) = 100 x10^-6 J/Ω

Dette leveres til Vishay Dale-produktutvikling så de kan finne det beste produktet for konstruksjonen.

Spenningsbegrensninger

Korte pulser – Klassifisert overbelastningsspenning har aldri blitt etablert for trådmotstander når de pulseres i korte varigheter. Sandia Corporation har utført en studie på våre NS- og RS-motstander ved å bruke pulser på 20 µs. Denne studien gir uttrykk for at denne enhetstypen vil håndtere ca. 20 kV per tomme så lenge pulshåndteringskapasiteten ikke overskrides.

Lange pulser – For pulser mellom overgangspunktet og 5 s, er anbefalt maksimal overbelastning √10 ganger den maksimale arbeidsspenningen for størrelser på 4 W og større, og √5 ganger den maksimale arbeidsspenningen for størrelser mindre enn 4 W.

Sikringsmotstander

Hvis målet med konstruksjonen er at motstanden skal være åpen under en bestemt tilstand, tilbyr Vishay Dale sikringsmotstander. Se referanseside syv for vanlige typer RS-sikringsmotstander, eller klikk på følgende kobling for hele RS-sikringsdatabladet.

Kvikke, støpte typer, spesialkonstruert for bestemte bruksområder

Vishay Dale tilbyr et bredt utvalg av trådmotstander. De har også muligheten til å levere kvikke, støpte motstander, spesialkonstruert for bestemte bruksområder. Selv om DigiKey har noen av disse motstandstypene på lager, er det bokstavelig talt hundrevis av muligheter tilgjengelige. Se figur 7 for å se noen eksempler og skjemaet over delenumre som kan brukes til å spesialtilpasse en egnet motstand for en bestemt konstruksjon.

Figur 7: Eksempelmotstandene vist øverst representerer en håndfull av hundrevis av mulige varianter. Skjemaet over delenumre nederst kan brukes for en spesialtilpasset motstand konstruert for en bestemt konstruksjon. (Bildekilde: Vishay Dale)