ความสามารถในการรองรับพัลส์ของตัวต้านทานแบบลวดพันของ Vishay Dale

ตัวต้านทานไฟฟ้าแบบลวดพันมีระดับกำลังและแรงดันไฟฟ้าคงที่ในระดับอุณหภูมิสูงสุดที่อุปกรณ์ทนได้ สำหรับช่วงเวลาสั้น ๆ 5 วินาทีหรือน้อยกว่า ค่าพิกัดนี้เป็นที่น่าพอใจ อย่างไรก็ตาม ตัวต้านทานสามารถรองรับระดับกำลังและระดับแรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่ามากในช่วงเวลาสั้น ๆ (น้อยกว่าเวลาที่จุดครอสโอเวอร์) ตัวอย่างเช่น ที่อุณหภูมิห้อง RS005 มีพิกัดกำลังไฟฟ้าต่อเนื่องที่ 5 วัตต์ แต่ในระยะเวลา 1 มิลลิวินาที อุปกรณ์สามารถทนได้ 24,500 วัตต์ และสำหรับ 1 ไมโครวินาที อุปกรณ์สามารถทนได้ถึง 24,500,000 วัตต์ เหตุผลของความสามารถรองรับกำลังไฟฟ้าที่ดูเหมือนสูงนี้ คือความจริงที่ว่าพลังงานที่เป็นผลคูณระหว่างกำลังไฟฟ้าและเวลาคือสิ่งที่สร้างความร้อน ไม่ใช่แค่กำลังไฟฟ้าเพียงอย่างเดียว Vishay Dale มีโซลูชั่นสำหรับการใช้งาน หากมีข้อมูลตามรายละเอียดในรูปที่ 2

รูปที่ 1: Vishay Dale มีตัวต้านทานแบบลวดพันที่หลากหลาย (ที่มาของภาพ: Vishay Dale)

พัลส์สั้น (น้อยกว่าระยะเวลาที่จุดครอสโอเวอร์)

สำหรับพัลส์สั้น จำเป็นต้องกำหนดพลังงานที่ใช้กับตัวต้านทาน สำหรับพัลส์ที่จุดครอสโอเวอร์ ฝ่ายวิศวกรรมของ Vishay Dale จะถือว่าพลังงานพัลส์ทั้งหมดกระจายอยู่ในองค์ประกอบความต้านทาน (ลวด) เพื่อให้ตัวต้านทานมีคุณลักษณะด้านประสิทธิภาพตลอดอายุการใช้งานของผลิตภัณฑ์ จะต้องมีการวิเคราะห์พื้นฐานและคำแนะนำของ Vishay Dale เกี่ยวกับปริมาณพลังงานที่จำเป็นในการเพิ่มองค์ประกอบความต้านทานเป็น +350°C โดยไม่สูญเสียความร้อนไปยังแกนกลาง สารเคลือบ หรือขาตัวต้านทาน โดยที่จุดครอสโอเวอร์คือเวลาที่พลังงานที่มีนัยสำคัญเริ่มกระจายไป ไม่เพียงแต่ในตัวลวดเองเท่านั้น แต่จะกำลังกระจายไปยังแกนกลาง ขา และวัสดุห่อหุ้มตัวต้านทาน จุดนี่คือจุดที่พัลส์ไม่ถือว่าเป็นพัลส์สั้นอีกต่อไป แต่จะถือว่าเป็นพัลส์ยาว

ความสามารถในการรองรับพัลส์จะแตกต่างกันในตัวต้านทานแต่ละรุ่นและแต่ละค่า โดยขึ้นอยู่กับมวลและความร้อนจำเพาะขององค์ประกอบความต้านทาน เมื่อกำหนดกำลังไฟฟ้าและพลังงานแล้ว Vishay Dale สามารถกำหนดตัวเลือกตัวต้านทานที่ดีที่สุดในการใช้งานได้

จุดครอสโอเวอร์

ตัวอย่างตัวต้านทาน RS005 ขนาด 500 Ω ที่อุณหภูมิห้อง:

ข้อมูลที่จำเป็น:

ER = ระดับพลังงานของรุ่นที่กำหนด ค่าความต้านทาน และอุณหภูมิแวดล้อม ค่าจาก Vishay Dale, ER = 6.33 J

PO = ความสามารถในการรองรับต่อโอเวอร์โหลดของชิ้นส่วนที่ 1 วินาที ความสามารถในการรองรับต่อโอเวอร์โหลดของ RS005 เป็นเวลา 1 วินาที, 10 x 5 W x 5 s = 250 Ws/1 s = 250 W

จุดครอสโอเวอร์ = ER (J)/PO (W)

6.33 J/ 250 W = 0.0253 s

จุดครอสโอเวอร์ของตัวต้านทาน RS005 ขนาด 500 Ω ที่อุณหภูมิห้องอยู่ที่ประมาณ 25.3 มิลลิวินาที

พัลส์ยาว (ระยะเวลาที่จุดครอสโอเวอร์จนถึง 5 วินาที)

สำหรับพัลส์ยาว ความร้อนส่วนใหญ่จะกระจายไปยังแกนกลาง ขา และวัสดุห่อหุ้ม ด้วยเหตุนี้ การคำนวณที่ใช้สำหรับพัลส์สั้นจึงค่อนข้างเกินจำเป็น สำหรับการใช้งานกับพัลส์ยาว จะใช้พิกัดโอเวอร์โหลดในช่วงเวลาสั้น ๆ จากเอกสารข้อมูล ซึ่งพัลส์ซ้ำ ๆ ซึ่งประกอบด้วยขนาดโอเวอร์โหลดในช่วงเวลาสั้น ๆ ทำให้เกิดความเครียดเป็นอย่างมาก และอาจทำให้รูปแบบตัวต้านทานบางตัวเสียหาย

• ในการค้นหากำลังไฟฟ้าโอเวอร์โหลดสำหรับพัลส์ 5 วินาที ให้คูณพิกัดกำลังไฟฟ้าด้วย 5 หรือ 10 ตามที่ระบุไว้ในเอกสารข้อมูล
• ในการค้นหาความสามารถในการรองรับกำลังไฟฟ้าโอเวอร์โหลดเป็นเวลา 1 วินาทีถึง 5 วินาที ให้แปลงกำลังไฟฟ้าโอเวอร์โหลดเป็นพลังงานโดยคูณด้วย 5 วินาที แล้วแปลงกลับเป็นกำลังไฟฟ้าโดยหารด้วยความกว้างพัลส์เป็นวินาที
• สำหรับระยะเวลาพัลส์ระหว่างจุดครอสโอเวอร์กับ 1 วินาที ให้ใช้กำลังไฟฟ้าโอเวอร์โหลดที่คำนวณได้สำหรับเวลา 1 วินาที

ตัวอย่าง

1. กำลังไฟฟ้าโอเวอร์โหลดของตัวต้านทาน RS005 เท่ากับเท่าไร

   จากเอกสารข้อมูล RS005 มีพิกัดที่ 5 วัตต์และมีพิกัดกำลังไฟ 10 เท่าสำหรับเวลา 5 วินาที: 10 x 5 W = 50 W

2. ความสามารถในการรองรับพลังงานของ RS005 เป็นเวลา 5 วินาทีเท่ากับเท่าไร

   สำหรับ 5 วินาที ความสามารถในการรองรับพลังงานคือ 50 W x 5 s = 250 W·s หรือ J

3. ความสามารถในการรองรับโอเวอร์โหลดของ RS005 เป็นเวลา 1 วินาทีเท่ากับเท่าไร

   สำหรับ 1 วินาที ความสามารถในการรองรับโอเวอร์โหลดคือ 250 W·s / 1 s = 250 W

4. ความสามารถด้านพลังงานของ RS005 เป็นเวลา 0.5 วินาทีคือเท่ากับเท่าไร

   สำหรับ 0.5 วินาที ความสามารถในการรองรับพลังงานคือ 250 W x 0.5 s = 125 W·s หรือ J

ข้อมูลที่จำเป็นในการกำหนดความสามารถในการรองรับพัลส์

รูปที่ 2: การตอบคำถามเหล่านี้ที่เกี่ยวกับความสามารถในการรองรับพัลส์จะช่วยกำหนดโซลูชันการใช้งาน (ที่มาของภาพ: Vishay Dale)

การใช้งานพัลส์มักอยู่ในสามประเภทนี้: คลื่นสี่เหลี่ยม การเก็บประจุ/การคายประจุแบบคาปาซิทีฟ หรือการสลายแบบเอ็กซ์โพเนนเชียล ตัวอย่างการคำนวณพลังงานพัลส์สำหรับแต่ละประเภทจะแสดงในส่วนต่อไปนี้

คลื่นสี่เหลี่ยม

แรงดันหรือกระแสคงที่ถูกนำไปใช้กับตัวต้านทานสำหรับระยะเวลาพัลส์ที่กำหนด

รูปที่ 3: ตัวอย่างการคำนวณพลังงานพัลส์สำหรับคลื่นสี่เหลี่ยมที่มีแอมพลิจูด 100 V_DC เป็นเวลา 1 มิลลิวินาทีถึงตัวต้านทาน 10 Ω (ที่มาของภาพ: Vishay Dale)

การเก็บประจุ/การคายประจุแบบคาปาซิทีฟ

ตัวเก็บประจุจะเก็บประจุด้วยแรงดันไฟฟ้าค่าหนึ่ง จากนั้นจึงคายประจุผ่านตัวต้านทานแบบลวดพัน

รูปที่ 4: ตัวอย่างการคำนวณพลังงานพัลส์สำหรับการใช้งานการเก็บประจุ/การคายประจุแบบคาปาซิทีฟ (ที่มาของภาพ: Vishay Dale)

การสลายตัวแบบเอ็กซ์โพเนนเชียล/เสิร์จที่เกิดจากฟ้าผ่า

การใช้งานจนถึงแรงดันไฟฟ้าสูงสุดและลดลงในอัตราที่เป็นสัดส่วนกับค่าของตัวต้านทาน โดยทั่วไปจะใช้โมเดล DO-160E WF4 หรือ IEC 6100-4-5 เพื่อแสดงถึงให้เห็นถึงเสิร์จที่เกิดจากฟ้าผ่า

รูปที่ 5: ตัวอย่างการคำนวณพลังงานพัลส์สำหรับเหตุการณ์เสิร์จที่เกิดจากฟ้าผ่า (ที่มาของภาพ: Vishay Dale)

พัลส์ซ้ำที่เว้นระยะเท่ากัน

เมื่อคำนวณความสามารถในการจัดการพัลส์สำหรับพัลส์ซ้ำ จะต้องพิจารณากำลังไฟฟ้าเฉลี่ยและพลังงานของแต่ละพัลส์ด้วย เนื่องจากกำลังไฟฟ้าเฉลี่ยทำให้เกิดความร้อนขึ้นโดยเฉลี่ยบนชิ้นส่วน โดยใช้ความสามารถในการรองรับพลังงานของชิ้นส่วนเป็นเปอร์เซ็นต์ พลังงานส่วนนั้นที่ไม่ได้ถูกใช้โดยกำลังไฟฟ้าเฉลี่ยจะมีไว้เพื่อจัดการกับพลังงานพัลส์ในทันที เมื่อรวมเปอร์เซ็นต์ทั้งสองค่า (กำลังไฟฟ้าเฉลี่ยต่อกำลังไฟฟ้าพิกัดและพลังงานพัลส์ต่อความสามารถในการรองรับพัลส์) เข้าด้วยกัน จะต้องไม่เกิน 100 % ของพิกัดโดยรวมของชิ้นส่วน

ตัวอย่าง

ตัวอย่างต่อไปนี้อิงตามพัลส์คลื่นสี่เหลี่ยมซ้ำที่เว้นระยะเท่ากัน

รูปที่ 6: ตัวอย่างนี้อิงตามพัลส์คลื่นสี่เหลี่ยมซ้ำที่เว้นระยะเท่ากัน (ที่มาของภาพ: Vishay Dale)

1. กำลังพัลส์ P = V² /R หรือ I² คำนวณ R สำหรับพัลส์เดียว
2. ค่าเฉลี่ยกำลังคำนวณดังนี้ P_{เฉลี่ย} = Pt/T
3. คำนวณพลังงานพัลส์: E = Pt
4. คำนวณเปอร์เซ็นต์ของกำลังไฟฟ้าเฉลี่ยต่อพิกัดกำลังไฟฟ้า (PR): เปอร์เซ็นต์ (กำลัง) = 100 x P_AVG/P_R
5. ฝ่ายวิศวกรรมของ Vishay Dale สามารถให้ความสามารถในการรองรับพัลส์ (ER) ได้จากแบบจำลองตัวต้านทาน ค่าความต้านทาน และอุณหภูมิแวดล้อม
6. คำนวณเปอร์เซ็นต์ของพลังงานพัลส์ต่อความสามารถในการรองรับพัลส์: เปอร์เซ็นต์ (พลังงาน) = 100 x E/E_R
7. นำค่าเปอร์เซ็นต์ใน (4) บวกกับ (6) ถ้าเปอร์เซ็นต์น้อยกว่า 100 % ตัวต้านทานที่เลือกเป็นที่ยอมรับได้ หากเปอร์เซ็นต์มากกว่า 100% ควรเลือกตัวต้านทานที่มีพิกัดกำลังไฟฟ้าสูงกว่าหรือมีความสามารถในการรองรับพัลส์ที่สูงขึ้น ติดต่อฝ่ายวิศวกรรมของ Vishay Dale เพื่อพิจารณาตัวเลือกตัวต้านทานที่ดีที่สุดสำหรับการใช้งานของคุณ

ตัวอย่าง

ชุดพัลส์คลื่นสี่เหลี่ยมที่มีระยะห่างเท่ากันมีแอมพลิจูด 200 V_DC ความกว้างพัลส์ 20 มิลลิวินาที และรอบเวลา 20 วินาที ใช้กับตัวต้านทาน RS007 100 Ω ที่อุณหภูมิแวดล้อม 25°C

1. กำลังพัลส์คือ: P = V² /R = (200 V)² /100 Ω = 400 W
2. กำลังเฉลี่ยคือ: P_AVG = Pt/T = (400 W x 0.02 s)/20 s = 0.4 W
3. คำนวณพลังงานพัลส์: E = Pt = 400 W x 0.02 s = 8.0 Ws หรือ J
4. ตัวต้านทาน RS007 มีกำลังไฟพิกัด (P_R) ที่ 7 วัตต์ คำนวณเปอร์เซ็นต์ของกำลังเฉลี่ยต่อกำลังไฟฟ้าที่กำหนด: P_AVG/P_R x100 = ((0.4 W)/(7.0 W)) x 100 = 5.7%
5. ความสามารถในการจัดการพัลส์ (E_R) โดยฝ่ายวิศวกรรม Vishay Dale ที่อุณหภูมิแวดล้อม 25°C คือ 15.3 J
6. คำนวณเปอร์เซ็นต์ของพลังงานพัลส์ต่อความสามารถในการจัดการพัลส์:

   100 x E/E_R = 100 x ((8.0 J)/(15.3 J)) = 52.3%

7. เปอร์เซ็นต์ที่คำนวณใน (4) บวกกับ (6): 5.7% + 52.3% = 58%

เนื่องจากเปอร์เซ็นต์นี้น้อยกว่า 100 % ของพิกัดโดยรวม ตัวต้านทานแบบ RS007 จะรองรับพัลส์ได้อย่างเพียงพอ

ตัวต้านทานแบบไม่เหนี่ยวนำ

ตัวต้านทานกำลังไฟฟ้าแบบไม่เหนี่ยวนำประกอบด้วยขดลวดสองเส้น ซึ่งแต่ละขดมีค่าความต้านทานสองเท่าของค่าความต้านทานสำเร็จ ด้วยเหตุผลนี้ ความสามารถการรองรับพลังงานมักจะมากกว่าตัวต้านทานลวดพันมาตรฐาน ในการคำนวณความสามารถการรองรับพลังงานที่จำเป็นสำหรับตัวต้านทานแบบที่ไม่เหนี่ยวนำ ให้คำนวณพลังงานต่อโอห์ม (J/Ω) โดยหารพลังงานด้วยสี่เท่าของค่าของความต้านทาน

ตัวอย่าง

ความสามารถในการรองรับพัลส์พลังงานต่อโอห์มที่จำเป็นสำหรับการรองรับพัลส์ 0.2 J ที่ใช้กับตัวต้านทาน 500 Ω เท่ากับเท่าไร

พลังงานต่อโอห์มที่ต้องการคือ: E/4R = (0.2 J)/(4 x 500 Ω) = 100 x10^-6 J/Ω

ซึ่งสามารถให้ค่านี้กับฝ่ายวิศวกรรมของ Vishay Dale เพื่อค้นหาผลิตภัณฑ์ที่ดีที่สุดสำหรับการใช้งาน

ข้อจำกัดด้านแรงดันไฟฟ้า

พัลส์สั้น - ไม่มีการกำหนดพิกัดแรงดันไฟโอเวอร์โหลดสำหรับตัวต้านทานแบบลวดพันสำหรับพัลส์ระยะเวลาสั้น ๆ Sandia Corporation ได้ทำการศึกษาตัวต้านทาน NS และ RS ของเราโดยใช้พัลส์ 20 ไมโครวินาที การศึกษานี้บ่งชี้ว่าชิ้นส่วนประเภทนี้จะทนต่อแรงดันประมาณ 20 kV ต่อนิ้ว ตราบใดที่ไม่เกินความสามารถในการรองรับพัลส์

พัลส์ยาว – สำหรับพัลส์ระหว่างเวลาที่จุดครอสโอเวอร์ถึง 5 วินาที โอเวอร์โหลดสูงสุดที่แนะนำคือ √10 เท่าของแรงดันใช้งานสูงสุดสำหรับขนาด 4 วัตต์ขึ้นไป และ √5 เท่าของแรงดันใช้งานสูงสุดสำหรับขนาดที่เล็กกว่า 4 วัตต์

ตัวต้านทานแบบหลอมได้

หากวัตถุประสงค์การใช้งานคือให้ตัวต้านทานฟิวส์เปิดภายใต้เงื่อนไขเฉพาะ Vishay Dale ขอเสนอตัวต้านทานแบบหลอมได้ อ้างอิงหน้าเจ็ดสำหรับตัวต้านทานฟิวส์ RS ทั่วไป หรือคลิกลิงก์นี้เพื่อดูทั้งหมดเอกสารข้อมูลฟิวส์ RS

ทำงานเร็ว ขึ้นรูปโดยใช้แม่พิมพ์ ออกแบบสำหรับการใช้งานเฉพาะ

Vishay Dale มีตัวต้านทานแบบลวดพันหลากหลาย พวกเขายังมีความสามารถในการจัดหาตัวต้านทานที่ทำงานเร็ว ขึ้นรูปโดยใช้แม่พิมพ์ ออกแบบสำหรับการใช้งานเฉพาะ ในขณะที่ DigiKey มีตัวต้านทานประเภทนี้เก็บสำรองไว้อยู่บ้าง โดยมีตัวเลือกหลายร้อยรายการ ดูรูปที่ 7 สำหรับตัวอย่างบางส่วนและแผนภูมิหมายเลขชิ้นส่วนที่สามารถใช้เพื่อปรับแต่งตัวต้านทานให้เหมาะสมสำหรับการใช้งานเฉพาะ

รูปที่ 7: ตัวอย่างตัวต้านทานด้านบนแสดงถึงตัวแปรที่เป็นไปได้หลายร้อยแบบ สำหรับตัวต้านทานแบบกำหนดเองที่ออกแบบมาสำหรับการใช้งานเฉพาะ สามารถใช้แผนภูมิหมายเลขชิ้นส่วนด้านล่างได้ (ที่มาของภาพ: Vishay Dale)