Verwenden Sie Widerstände mit ihrer Nennleistung

Ein Standardwiderstand mit 1% Metallfilm -Durchkontaktierung (PTH) hat normalerweise eine Nennleistung von 250 mW. Unter welchen Bedingungen kann es mit dieser Kraft umgehen? Sind spezielle Vorsichtsmaßnahmen für die Montage erforderlich oder ist eine flache Montage auf einer Leiterplatte mit 0,5 mm Spuren erforderlich?

Ein Widerstand erreicht ein thermisches Gleichgewicht, wenn die verbrauchte Energie der an die Umgebung abgegebenen Energie entspricht. Um Wärme an die Umgebung abzuleiten, muss die Temperatur des Widerstands höher sein als die der Umgebung. Je höher der Temperaturunterschied, desto mehr Wärme fließt. So kann der Widerstand bei niedrigen Umgebungstemperaturen mehr Leistung abführen. Die Nennleistung kann bei 25 ° C angegeben und bei höheren Temperaturen verringert werden. Diese Dickfilm-Chip-Widerstände verringern sich nur von 70 ° C, wie die folgende Grafik zeigt:

Ein 100 mW 0603 kann diese 100 mW bei 70 ° C immer noch abführen, sollte jedoch bei 100 ° C Umgebungstemperatur nicht mehr als 50 mW abführen.

Das Datenblatt enthält keine Vorschläge zum Kupferlayout (Landmuster und Spurenbreiten), die die Wärmeleitung beeinflussen. (Die Konvektion ist bei SMDs gering und die Strahlung fast Null; die Temperatur ist dafür zu niedrig.) Es kann verlockend sein, viel Kupfer an ein Pad anzuschließen, aber stellen Sie sicher, dass dies beim Löten keine Probleme verursacht.

In dieser Situation kann der Begriff "Derating" auftreten. Zum Beispiel wird ein 250-mW-Widerstand, der in ein Design eingebaut ist, um 200 mW zu zerstreuen, um 50 mW verringert. Normalerweise lassen Sie mindestens einen kleinen Spielraum, da der tatsächliche Widerstand eines Widerstands von seinem angegebenen Wert abweichen kann, wenn er zu heiß wird, und er wird im Allgemeinen merklich erwärmt, wenn Sie ihn mit der angegebenen maximalen Nennleistung betreiben.

Das Ausmaß der Leistungsreduzierung, das in einem Entwurf erforderlich ist, hat alles mit der physikalischen Anordnung der Schaltung zu tun; Das Gehäuse, ob Luftstrom (oder ein anderes Kühlmittel) vorhanden ist, wie nahe die Komponenten beieinander liegen, und natürlich auch die erwartete Verlustleistung aller anderen Teile des Kreislaufs. Dies wird üblicherweise als "thermische Analyse" bezeichnet.

Die eigentliche Antwort findet sich natürlich im Datenblatt, aber im Allgemeinen gilt die Nennleistung eines solchen Widerstands für ruhende Luft bei einer bestimmten Temperatur, normalerweise 25 ° C.

Sie können den Widerstand nur dann mit seiner Nennleistung verwenden, wenn Sie die Bedingungen garantieren können. Wenn dies beispielsweise eine offene Tafel in einer Bürosituation ist, ist dies wahrscheinlich machbar. Wenn es sich in einer kleinen geschlossenen Box befindet oder andere Dinge in derselben Box erhebliche Leistung verbrauchen, können Sie die 25 ° C-Spezifikation wahrscheinlich nicht erfüllen. Wenn die Box einen Lüfter hat und in einer Büroumgebung verwendet wird, können Sie dies wahrscheinlich.

Wenn der Stromkreis ohne aktive Kühlung im Freien arbeiten muss, können Sie die 25 ° C-Spezifikation nicht garantieren. In diesem Fall müssen Sie erneut im Datenblatt nachsehen, um wie viel Sie die Leistungsspezifikation herabsetzen müssen. Das Datenblatt sollte eine Derating-Kurve oder -Gleichung enthalten, z. B. eine Reduzierung um 2 mW pro Grad C. Nehmen wir an, dieses Gerät muss fast überall im Freien arbeiten, sodass Lufttemperaturen von bis zu 125 ° F möglich sind, die bis zu 52 ° C betragen. Fügen Sie nun den Temperaturanstieg in der Box hinzu, der aufgrund der Verlustleistung im Vergleich zu außen liegt. Nehmen wir an, das sind weitere 10 ° C, sodass der Widerstand jetzt bis zu 62 ° C sehen kann. Fügen Sie etwas mehr hinzu, um möglicherweise in der Sonne zu sitzen. Vielleicht nennen wir es 75 ° C. Jetzt haben Sie also einen Anstieg von 75 ° C - 25 ° C = 50 ° C über die volle Leistungsspezifikation. Bei 2 mW pro ° C Das bedeutet, dass Sie die Leistungsfähigkeit des Widerstands um 100 mW verringern müssen. In diesem Beispiel (ich habe gerade diese Zahlen erfunden, siehe Datenblatt für die tatsächlichen Werte) kann ein "1/4 Watt" -Widerstand nur bei 150 mW verwendet werden.

Zusätzlich zu den guten Antworten, wenn Sie einen akzeptablen Leistungswert finden, reduzieren Sie ihn noch mehr, wenn Sie sich für das Leben interessieren.

Die Verlustwerte für SMD-Komponenten enthalten häufig einen oder mehrere verwandte Hinweise. Diese können zB
1. "freie Luft" / 2. auf einer doppelseitigen FR4-Leiterplatte mit mindestens 4 Quadratzentimetern Kupfer / 3. montiert sein, wenn sie mitten im Winter durch Boulder-Dammabfluss gekühlt werden oder ähnliches. Die Wärmeableitung in 0,5 mm Kupferspuren und flach auf der Leiterplatte ist wahrscheinlich der schlechteste Fall für die Kühlung. Eine Herabsetzung auf einen Bruchteil des berechneten Wertes, nachdem andere Faktoren als "wahrscheinlich sinnvoll" angesehen wurden.

Wenn eine Komponente thermisch "am Rande" betrieben wird, kann dies dazu führen, dass die Tage auf dem Land weniger lang werden.

Normalerweise ist es kein großes Problem, in einer bestimmten Situation mit 50% des maximal zulässigen Werts zu arbeiten. Wenn Sie mit maximaler Verlustleistung arbeiten müssen, fragen Sie sich, wie sicher Sie sind, dass dies wirklich das maximale Maximum ist, das es jemals sehen wird.