Capacità di gestione degli impulsi dei resistori a filo avvolto di Vishay/Dale

I resistori di potenza filo avvolto hanno una potenza e una tensione nominali allo stato stazionario che indicano le temperature massime ammesse per le unità. Per durate di 5 secondi o meno queste valutazioni sono soddisfacenti; tuttavia, i resistori sono in grado di gestire livelli molto più elevati di potenza e tensione per brevi periodi (inferiori al punto di crossover). Ad esempio, a temperatura ambiente, RS005 ha una potenza continua di 5 W, ma per una durata di 1 ms l'unità può gestire 24.500 W e per 1 μs può gestire 24.500.000 W. La ragione di questa capacità di potenza apparentemente alta è il fatto che l'energia, cioè il prodotto della potenza e del tempo, è ciò che crea calore; non solo la potenza. Vishay/Dale può fornire soluzioni per un'applicazione se vengono fornite le informazioni dettagliate illustrate nella Figura 2.

Figura 1: Vishay/Dale offre un'ampia varietà di resistori a filo avvolto. (Immagine per gentile concessione di Vishay/Dale)

Impulsi brevi (meno della durata del punto di crossover)

Per impulsi brevi, è necessario determinare l'energia applicata al resistore. Per impulsi inferiori al punto di crossover, Vishay/Dale assume che tutta l'energia dell'impulso sia dissipata nell'elemento di resistenza (filo). Affinché il resistore mantenga le sue caratteristiche prestazionali durante la vita del prodotto, Vishay/Dale basa l'analisi e le raccomandazioni sulla quantità di energia necessaria per portare l'elemento di resistenza a +350 °C senza perdita di calore del nucleo, del rivestimento o dei conduttori. Il punto di crossover è il momento in cui l'energia significativa inizia ad essere dissipata non solo nel filo stesso, ma anche nel nucleo, nei cavi e nel materiale di incapsulamento. Questo è il punto in cui l'impulso non è più considerato un impulso breve, ma un impulso lungo.

La capacità di gestione degli impulsi è diversa per ogni modello di resistore e valore di resistenza, poiché si basa sulla massa e sul calore specifico dell'elemento di resistenza. Una volta che la potenza e l'energia sono state definite, Vishay/Dale può determinare il miglior resistore per l'applicazione.

Punto di crossover

Un esempio di un resistore RS005 da 500 Ω a temperatura ambiente:

Informazioni richieste:

ER = Valutazione energetica di un dato modello, valore di resistenza e temperatura ambiente. Fornito da Vishay/Dale, ER = 6,33 J.

PO = Capacità di sovraccarico del componente a 1 s. La capacità di sovraccarico di un RS005 per 1 s, 10 x 5 W x 5 s = 250 Ws/1 s = 250 W

Punto di crossover (s) = ER (J)/PO (W)

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

Il punto di crossover per il resistore RS005 da 500 Ω a temperatura ambiente è di circa 25,3 ms.

Impulsi lunghi (punto di crossover a 5 secondi)

Per gli impulsi lunghi, gran parte del calore viene dissipato nel nucleo, nei cavi e nel materiale di incapsulamento. Di conseguenza, i calcoli utilizzati per gli impulsi brevi sono troppo conservativi. Per le applicazioni a impulsi lunghi, si usano i valori di sovraccarico breve delle schede tecniche. Si noti che gli impulsi ripetuti costituiti dal modulo di sovraccarico breve sono estremamente stressanti e possono causare il cedimento di alcuni tipi di resistori.

• Per trovare la potenza di sovraccarico per un impulso di 5 s, moltiplicare la potenza nominale per 5 o 10, come indicato nella scheda tecnica
• Per trovare la capacità di potenza di sovraccarico da 1 s a 5 s, convertire la potenza di sovraccarico in energia moltiplicando per 5 s, poi riconvertire in potenza dividendo per la larghezza dell'impulso in secondi
• Per durate dell'impulso tra il punto di crossover e 1 s, utilizzare la potenza di sovraccarico calcolata per 1 s

Esempio

1. Qual è la potenza di sovraccarico di un resistore RS005?

   Dalla scheda tecnica, RS005 è classificato a 5 W e sopporterà 10 volte la potenza nominale per 5 s: 10 x 5 W = 50 W

2. Qual è la capacità energetica di RS005 per 5 s?

   Per 5 s, la capacità energetica è: 50 W x 5 s = 250 Ws o J

3. Qual è la capacità di sovraccarico di RS005 per 1 s?

   Per 1 s, la capacità di potenza di sovraccarico è 250 Ws / 1 s = 250 W

4. Qual è la capacità energetica di RS005 per 0,5 s?

   Per 0,5 s, la capacità energetica è 250 W x 0,5 s = 125 Ws o J

Informazioni necessarie per determinare la capacità impulsiva

Figura 2: Determinare le risposte a queste domande relative alla capacità impulsiva aiuterà nella scelta della soluzione applicativa. (Immagine per gentile concessione di Vishay/Dale)

Le applicazioni a impulsi rientrano spesso in una delle tre categorie: onda quadra, carica/scarica capacitiva o decadimento esponenziale. Un esempio del calcolo dell'energia impulsiva per ciascuna categoria sarà mostrato nelle sezioni seguenti.

Onda quadra

Una tensione o una corrente costante è applicata attraverso un resistore per una data durata dell'impulso.

Figura 3: Esempio di calcolo dell'energia impulsiva per un'onda quadra con un'ampiezza di 100 V_c.c. per 1 ms attraverso un resistore da 10 Ω. (Immagine per gentile concessione di Vishay/Dale)

Carica/scarica capacitiva

Un condensatore viene caricato a una data tensione e poi scaricato attraverso un resistore a filo avvolto.

Figura 4: Esempio di calcolo dell'energia impulsiva per un'applicazione di carica/scarica capacitiva. (Immagine per gentile concessione di Vishay/Dale)

Decadimento esponenziale/picco transitorio fulmineo

L'applicazione raggiunge un picco di tensione e diminuisce ad una velocità proporzionale al suo valore. Questo è tipicamente modellato da DO-160E WF4 o IEC 6100-4-5 e rappresenta un picco transitorio fulmineo.

Figura 5: Esempio di calcolo dell'energia impulsiva per un picco transitorio fulmineo. (Immagine per gentile concessione di Vishay/Dale)

Impulsi ripetitivi equidistanziati

Quando si calcola la capacità di gestione degli impulsi ripetitivi, si deve considerare la potenza media, così come l'energia dei singoli impulsi. Questo perché la potenza media stabilisce un certo aumento medio di calore sul pezzo, che utilizza una certa percentuale della capacità energetica del pezzo. Quella porzione di energia non utilizzata dalla potenza media è quindi disponibile per gestire l'energia impulsiva istantanea. Quando si sommano le due percentuali (potenza media rispetto alla potenza nominale ed energia impulsiva rispetto alla capacità di gestione degli impulsi), il risultato non deve superare il 100% della potenza complessiva del componente.

Esempio

Il seguente esempio si basa su un impulso di onda quadra ripetitivo equidistanziato.

Figura 6: Questo esempio è basato su un impulso di onda quadra ripetitivo equidistanziato. (Immagine per gentile concessione di Vishay/Dale)

1. La potenza dell'impulso, P = V²/R o I²R, è calcolata per un singolo impulso
2. La potenza media è calcolata come segue: P_Avg = Pt/T
3. Calcolare l'energia impulsiva: E = Pt
4. Calcolare la percentuale di potenza media rispetto alla potenza nominale (PR): Percentuale (potenza) = 100 x P_Avg/P_R
5. Vishay/Dale può fornire la capacità di gestione degli impulsi (ER) dato un modello di resistore, il valore della resistenza e la temperatura ambiente
6. Calcolare la percentuale di energia impulsiva rispetto alla capacità di gestione degli impulsi: Percentuale (energia) = 100 x E/E_R
7. Aggiungere le percentuali in (4) e (6). Se la percentuale è inferiore al 100%, il resistore scelto è accettabile. Se la percentuale è superiore al 100 %, si dovrebbe selezionare un resistore con una potenza maggiore o una capacità di gestione degli impulsi più elevata. Contattate Vishay/Dale per determinare il miglior resistore per la vostra applicazione.

Esempio

Una serie di impulsi ad onda quadra equidistanziati con un'ampiezza di 200 V_c.c., una larghezza dell'impulso di 20 ms e un tempo di ciclo di 20 s, è applicata a un resistore RS007 da 100 Ω a una temperatura ambiente di 25 °C.

1. La potenza dell'impulso è: P = V²/R = (200 V)²/100 Ω = 400 W
2. La potenza media è: P_Avg = Pt/T = (400 W x 0,02 s)/20 s = 0,4 W
3. Si calcola l'energia impulsiva: E = Pt = 400 W x 0,02 s = 8,0 Ws o J
4. Il resistore RS007 ha una potenza nominale (R_R) di 7 W. La percentuale di potenza media rispetto alla potenza nominale è calcolata: P_Avg/P_R x100 = ((0,4 W)/(7,0 W)) x 100 = 5,7%
5. La capacità di gestione degli impulsi (E_R) fornita da Vishay/Dale a una temperatura ambiente di 25 °C è di 15,3 J
6. Si calcola la percentuale di energia impulsiva rispetto alla capacità di gestione degli stessi:

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

7. Si sommano le percentuali calcolate in (4) e (6): 5,7% + 52,3% = 58%

Poiché questa percentuale è inferiore al 100% del valore nominale, il resistore stile RS007 gestirà sufficientemente l'impulso.

Resistori non induttivi

I resistori di potenza non induttivi sono costituiti da due avvolgimenti, ognuno il doppio del valore di resistenza finale. Per questo motivo, la capacità energetica sarà quasi sempre maggiore di un'unità ad avvolgimento standard. Per calcolare la capacità energetica necessaria per gli stili non induttivi, calcolate l'energia per ohm (J/Ω) dividendo l'energia per quattro volte il valore della resistenza.

Esempio

Qual è l'energia per ohm necessaria per gestire un impulso di 0,2 J applicato a un resistore di 500 Ω?

L'energia per ohm necessaria è: E/4R = (0,2 J)/(4 x 500 Ω) = 100 x10^-6 J/Ω

Questo valore può essere fornito a Vishay/Dale per identificare il prodotto migliore per l'applicazione.

Limitazioni di tensione

Impulsi brevi - Non è mai stato stabilito un valore di tensione di sovraccarico per i resistori a filo avvolto pulsati per brevi durate. Sandia Corporation ha eseguito uno studio sui nostri resistori NS e RS utilizzando impulsi da 20 µs. Questo studio indica che questo tipo di unità sopporterà circa 20 kV per pollice, a condizione che non sia superata la capacità di gestione degli impulsi.

Impulsi lunghi - Per gli impulsi compresi tra il punto di crossover e 5 s, il sovraccarico massimo raccomandato è √10 volte la tensione massima di lavoro per le dimensioni 4 W e superiori, e √5 volte la tensione massima di lavoro per le dimensioni inferiori a 4 W.

Resistori fusibili

Se l'obiettivo dell'applicazione è che il resistore apra un fusibile in una condizione specifica, Vishay/Dale offre i resistori fusibili. Fare riferimento alla pagina sette per i tipi comuni di resistori fusibili RS o visitare il link seguente per la scheda tecnica dei fusibili RS.

Stili stampati a intervento rapido progettati su misura per applicazioni specifiche

Vishay/Dale offre un'ampia varietà di resistori a filo avvolto. L'azienda può anche fornire resistori personalizzati, negli stili stampato, a intervento rapido per applicazioni specifiche. Mentre DigiKey ha in magazzino alcuni di questi tipi di resistori, sono disponibili letteralmente centinaia di possibilità. Vedere la Figura 7 per alcuni esempi e la tabella dei codici componente, utile per personalizzare un resistore appropriato per una specifica applicazione.

Figura 7: I resistori di esempio mostrati in alto sono solo alcune delle scelte tra le centinaia di varianti possibili. Per un resistore personalizzato progettato per un'applicazione specifica, utilizzare la tabella dei codici componente in basso. (Immagine per gentile concessione di Vishay/Dale)