Hochstrom oder Hochspannung, die Komponenten beschädigen?

Sehr grundlegende Frage hier und ich suche nur nach einer allgemeinen Übersicht, aber ist es ein zu hoher Strom oder eine zu hohe Spannung, die die Elektronik beschädigt? Ich gehe davon aus, dass es von der jeweiligen Komponente abhängt -

1) Wenn Sie beispielsweise einen Arbeitskreis mit einer 10-V-Batterie, einem festen Widerstand von 5 Ohm und einem Strom von 2A haben. Wenn Sie diese Batterie dann auf 20 V austauschen, ist es dann der neue Strom von 4 A, der den Schaden verursacht, oder die Tatsache, dass die Spannung jetzt 20 V beträgt? Beide Werte sind höher als sie sein sollten. Welcher Faktor verursacht also den Schaden, beide?

2) Wenn Sie beim Wechsel zu einer 20-V-Batterie auch den Widerstand im Stromkreis auf 10 Ohm erhöht haben, kann dies dennoch die Komponenten im Stromkreis beschädigen? Der Strom ist jetzt der gleiche wie im Original (2A), aber die Spannung ist von 10 V auf 20 V gestiegen. Könnte dies Schaden anrichten?

3) Schließlich könnten Sie die ursprüngliche Schaltung nehmen und den Widerstand auf 2,5 Ohm senken. Jetzt ist die Spannung dieselbe (10 V) wie sie sein sollte, aber der Strom ist auf 4 A gestiegen. Ich gehe davon aus, dass dies abhängig von den Komponenten Schäden verursachen kann in der Schaltung?

Jede Hilfe wäre dankbar, danke im Voraus.

Bearbeiten - Ich habe es nicht sehr deutlich gemacht, ich habe nicht speziell über die Beschädigung der Widerstände gesprochen, ich meine nicht verschiedene Komponenten zu beschädigen, die in der Schaltung sein könnten.

Eine allgemeine Antwort lautet, dass elektronische / elektrische Komponenten beschädigt werden, wenn ihre elektrischen Nennwerte überschritten werden. Übermäßiger Strom führt zu übermäßiger Hitze, die sowohl passive als auch aktive Komponenten zerstört. Einige passive Komponenten, wie z. B. Kondensatoren, haben eine maximale Nennspannung, deren Überschreitung zum Ausfall des Dielektrikums (Isolators) führen kann, was zu übermäßigem Strom und letztendlich zu Rauch führt. Im Allgemeinen führt das Überschreiten der Nennspannung passiver Komponenten zu einem Isolationsfehler. Bei aktiven Komponenten führt eine übermäßige Spannung zu einem Ausfall der internen Übergänge der Diode, des Transistors usw., wodurch auch übermäßiger Strom, Wärme und etwas Rauch entstehen. In diesen Fällen ist der Strom jedoch erheblich geringer als bei Überhitzung passiver Geräte. Ich habe die Erfahrung gemacht, dass bereits ein kleiner Funke an den Transistorkabeln die Komponente zerstört. Der Überspannungszustand bricht den Halbleiterübergang zusammen und heilt nicht aus. Der Teil ist jetzt nur noch ein Klumpen.

Dinge wie Widerstände versagen aufgrund übermäßiger Verlustleistung - sie werden zu heiß und die Materialien, aus denen sie bestehen, werden irreversibel verschlechtert. Beispielsweise kann sich der Lack an der Außenseite eines Durchgangslochwiderstands verfärben oder abbrennen. Der Widerstandswert ändert sich, wenn das Element oxidiert, bis es sich schließlich außerhalb der Spezifikation ändert oder sich öffnet und einen Lichtbogen bildet. Drähte und Leiterplattenspuren verhalten sich wie Widerstände - zu viel Strom und die Isolierung brennt ab, die Leiterplatte delaminiert oder die Leiterbahn öffnet sich.

In Niederspannungsschaltungen ist die Nennspannung normalerweise kein Problem. Wenn Sie jedoch einen gewöhnlichen 0805 20M-Widerstand nehmen (z. B.) und 2 kV an ihn anlegen, beträgt die Leistung (theoretisch) nur 200 mW (möglicherweise in der Spezifikation oder geringfügig) außerhalb davon), aber der Widerstand könnte überbiegen und fast sofort irreversiblen Schaden verursachen. Ebenso kann es zu Lichtbögen zwischen den Spuren kommen.

Dinge wie Kondensatoren und MOSFET-Gateoxid können ausfallen, wenn sie einem übermäßigen Potential ausgesetzt sind, das die Isolation irreversibel beschädigt. Es wird eine sehr lokalisierte Erwärmung geben (oder mehr, je nachdem, was nach dem Durchstechen der Isolierung passiert), aber das ist nicht die Hauptursache.

Dinge wie Dioden- und Transistorübergänge haben Durchbruchspannungen, über denen der Strom mit der Spannung schnell ansteigt (manchmal rasten sie mit einer Lawinen- / negativen Widerstandscharakteristik ein). Wenn der Strom darauf begrenzt ist, dass die Heizung auf einem vernünftigen Wert gehalten wird (und nicht zu schnell ansteigt, damit die Heizung nicht auf winzige Bereiche beschränkt ist), kann dies zerstörungsfrei sein. Andernfalls können sich die Übergänge erwärmen, bis sie keine guten Halbleiterübergänge mehr sind (bei Hunderten von Grad Celsius, um einen Siliziumübergang zu zerstören).

Zurück zu Ihrer speziellen Frage zu Widerständen: Keine der von Ihnen genannten Spannungen wird wahrscheinlich eine maximale Spannungsspezifikation an den Widerständen erreichen (alles unter 25 V, was Sie für Widerstände vergessen können, die keine Inhalationsgefahr darstellen).

Sie haben also eine maximale Verlustleistung (und möglicherweise einen maximalen Strom, wenn der Widerstandswert dumm niedrig ist, aber lassen Sie uns das ignorieren). Hier ist ein Datenblatt für eine Reihe von Widerständen, sagen wir, wir haben eine 10$\Omega$Widerstand 0805 Größe. Die Nennleistung wird mit 0,125 W und die maximale Arbeitsspannung mit 150 V angegeben. Wenn Sie sich die "Leistungsreduzierungskurve" ansehen:

.. Sie können sehen, dass die Nennleistung für Umgebungstemperaturen bis zu 70 ° C gilt, aber darüber hinaus müssen Sie die Nennleistung gemäß der Kurve als geringer betrachten. Warum pendelt es sich bei 70 Grad ein? Höchstwahrscheinlich würde der Widerstand bei> 100% Leistung gut überleben, wenn die Umgebung kühl gehalten wird, aber der Hersteller möchte nicht, dass wir das testen.

Denken Sie daran, dass die Verlustleistung eines Widerstands ist

(da ist Macht

In Ihrem ersten Beispiel ist der Widerstand fest und Sie verdoppeln die Spannung - daher sollte die Leistung um 4: 1 steigen. (von 20 W bis 80 W) Wenn Ihr Widerstand für 80 W oder mehr ausgelegt ist (unter den Bedingungen, die in Ihrer Box angegeben sind), ist alles in Ordnung. Andernfalls kann es nicht sein. Schäden werden durch die Erwärmung verursacht, die das Produkt aus Spannung und Strom ist (offensichtlich steigt der Strom an, weil die Spannung erhöht wird).

In Ihrem zweiten Beispiel haben Sie den Widerstand verdoppelt und die Leistung beträgt jetzt 40 W statt 20 W. Wenn der Widerstand für 40 W ausgelegt ist, ist alles in Ordnung.

Das dritte Beispiel führt auch zu einer Verlustleistung von 40 W. Wenn der Widerstand also gut für 40 W ist, geht es Ihnen gut.

Eine zu hohe Spannung führt tendenziell zu einem katastrophalen Ausfall eines Transistors. Sobald Sie eine Überspannungsspannung anlegen und der Transistor ausfällt, zeigt der Pin einen Kurzschluss (normalerweise gegen Masse). Wenn Sie es abfangen oder den Fehlerstrom auf irgendeine Weise begrenzen, ist diese Art von Fehler außerhalb des IC nicht sichtbar. Es kann für das Mikroskop sichtbar sein, nachdem die Matrize freigelegt wurde.

Wenn ein Stift kurz ausfällt und der Strom nicht begrenzt ist, wird die Komponente wahrscheinlich ziemlich heiß und verkohlt und zeigt offensichtlichere Anzeichen von Zerstörung.

Wenn Sie zu viel Strom durch einen IC fließen lassen, sehen Sie normalerweise irgendwann Rauch. Um ehrlich zu sein, hatte ich damit nicht oft Probleme. Viele Regler und dergleichen sind gegen Überstrom geschützt. Aber ich habe gesehen, dass Zenerdioden vom ESD-Typ rauchen, nachdem sie anhaltend hohem Strom ausgesetzt waren.

Dies kann auch bei einem Transistor der Fall sein, der mehr Leistung verbraucht, als für ihn ausgelegt ist. Aber wie gesagt, irgendwie musste ich mich nicht sehr oft damit auseinandersetzen.

Letztendlich scheitern die meisten Dinge an zu viel Hitze. Wenn Sie von einer rein ohmschen Last wie einer Glühbirne sprechen, ist dies ziemlich offensichtlich. Überschreiten Sie die Spannungs- und Stromwerte, und die Glühlampe brennt sehr schnell aus. In diesem Fall können Sie nicht zu viel Spannung von zu viel Strom trennen, da der Widerstand der Glühlampe mehr oder weniger konstant ist. Durch Verdoppeln der Spannung wird der Strom verdoppelt und die Leistung vervierfacht.

Dinge wie Dioden und Transistoren versagen im Allgemeinen auch aufgrund von Wärmeproblemen. Nehmen Sie eine Diode und legen Sie eine Spannung an, die die Sperrspannung überschreitet. Wenn die Diode in den Rückwärtsdurchbruch eintritt, fließt Strom durch. Der durch die Diode fließende Strom mal Spannungsabfall über der Diode entspricht der in der Diode verbrauchten Leistung. Dioden können bei einer Spannung von einigen hundert Volt ausfallen, so dass Wärme mit einer Rate von Hunderten oder Tausenden von Watt in die Diode abgegeben werden kann, wodurch der Übergang in der Diode sehr schnell erwärmt und zum Schmelzen gebracht wird. Wenn es sich schnell genug erwärmt, kann es verdampfen und Sie bekommen einen schönen Knall. Gleiches passiert mit Transistoren.

Der dielektrische Durchschlag ist etwas ähnlich. Drähte, Steckverbinder, MOSFET-Transistorgatter usw. können durch dielektrischen Durchschlag beschädigt werden. Wenn die Spannung an einem Isolator zu hoch wird, hört der Isolator möglicherweise nicht mehr auf und lässt stattdessen etwas Strom durch. Dieser Stromfluss kann Schäden verursachen. Wenn die Spannungen hoch genug sind, kann ein dielektrischer Durchschlag zu Lichtbögen führen, die zu Erwärmung, Lochfraß usw. führen können.

In einigen Fällen können Probleme mit einer zu niedrigen Spannung auftreten. Im Allgemeinen ist dies ein Problem, wenn Sie einen schlecht ausgelegten Aufwärtsschaltwandler wie einen Buck-Boost oder einen SEPIC haben, der versucht, die niedrige Eingangsspannung zu erhöhen, und infolgedessen viel Wärme erzeugt, wenn er mit einem niedrigen Wert betrieben wird Effizienz.

Eines sollte ich beachten: Die Nennleistungen beziehen sich im Allgemeinen auf die Betriebstemperatur. Die maximale Leistung wird dann durch die Fähigkeit des Geräts bestimmt, diese Leistung abzuleiten, während sie unter der maximalen Betriebstemperatur bleibt. Unter bestimmten Bedingungen können die Nennleistungen für bestimmte Komponenten überschritten werden. Zum Beispiel könnte ein 5-W-Widerstand tatsächlich 100 W verbrauchen, solange dies nur bei einem Tastverhältnis von 5% und einer ausreichend kurzen Einschaltdauer der Fall ist, damit sich der Widerstand nicht ausreichend erwärmt, um Schäden zu verursachen (dh 100 W für 10 Sekunden würden ihn wahrscheinlich verursachen zu scheitern, aber 100W für 10us wäre wahrscheinlich OK). Es kann auch möglich sein, 100 W in einem 5 W-Widerstand kontinuierlich abzuleiten, wenn Sie ein System bauen können, das die Wärme schnell genug aus dem Widerstand zieht, um die Temperatur im Inneren des Widerstands innerhalb seines Betriebsbereichs zu halten (d. H.

Widerstände werden nach der Leistung bewertet, die sie verbrauchen können, ohne beschädigt zu werden.

Leistung für einen rein unruhigen Stromkreis ist:

P = V * I.

1) Die anfängliche Verlustleistung beträgt 20 W (10 V * 2A) und wechselt dann zu 80 W (20 V * 4A).

2) Jetzt beträgt die Verlustleistung 40 W (20 V * 2A).

3) Jetzt beträgt die Verlustleistung 40 W (10 V * 4 A).

Der Schaden wird dadurch verursacht, dass der Widerstand durch Wärme mehr Leistung abgibt, als für ihn vorgesehen ist.