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電阻降額以改善平均故障間隔時間
電阻降額以改善平均故障間隔時間
根據(jù)設(shè)計，電阻器限制電流流動，吸收電能并將其轉(zhuǎn)換為熱能。所有電阻器都具有指定的額定功率，該額定功率決定了組件在不降低性能或組件故障的情況下可以轉(zhuǎn)換的最大能量。
電阻器的最大額定功率取決于其結(jié)構(gòu)中使用的材料、物理尺寸以及組件可以安全運行的最高溫度。最高溫度將取決于組件周圍的環(huán)境溫度和從組件散發(fā)到環(huán)境中的熱量。后者將取決于設(shè)計人員在PCB布局、散熱器、氣流和任何其他可能存在的冷卻機制方面為組件和電路的其余部分實施的熱管理措施。
在計算電阻元件所需的額定功率時，需要考慮電阻兩端電壓變化的性質(zhì)。平均電壓為 VL 的脈沖負載不會引起與幅度也等于 VL 的穩(wěn)態(tài)電壓相同的熱效應(yīng)。實際差異將取決于電阻器的組成。線繞電阻器比薄膜電阻器更能承受脈沖負載。脈沖負載會產(chǎn)生過載條件，具體取決于脈沖序列中的平均功率、重復(fù)頻率和上升時間等因素。需要將過載條件考慮到所需的額定功率計算中以生成準確的結(jié)果。最簡單的方法是通過計算脈沖串的平均功率并根據(jù)所需電阻器類型和脈沖特性進行調(diào)整，將脈沖能量視為等效穩(wěn)態(tài)能量。這可以通過使用可用的方程來計算確切的過載條件系數(shù)來完成，也可以使用工程判斷來選擇最壞情況的乘數(shù)。
要記住的一件事是，任何組件的電阻都會隨溫度變化，具體取決于用于構(gòu)造電阻器的材料。這種變化被指定為組件的電阻溫度系數(shù) (TCR)。以 ppm/°C（百萬分之一/攝氏度）表示，它代表溫度每變化度數(shù)時電阻變化的百分比。電阻器使用金屬材料制造的材料通常具有正溫度系數(shù)，這意味著它們的電阻隨著溫度的升高而增加。相反，使用半導(dǎo)體材料制造的電阻器通常具有負溫度系數(shù)，這意味著它們的電阻會隨著溫度升高而降低。仔細選擇材料可以制造具有中性溫度系數(shù)的電阻器，這意味著它們的電阻不隨溫度變化。這是生產(chǎn)精密電阻器的理想選擇，但其結(jié)構(gòu)所需的金屬合金會使它們變得昂貴。
降額電阻器是一種設(shè)計技術(shù)，其中組件故意在顯著低于最大額定電壓的電壓下運行。這降低了組件內(nèi)可能產(chǎn)生的峰值溫度。這有利于降低用于構(gòu)造部件的材料的降解速率。這導(dǎo)致組件的可靠性和預(yù)期壽命增加。大多數(shù)電阻器制造商都規(guī)定了在 70°C 溫度下、空氣流通的環(huán)境中的額定功率。假設(shè)一個組件位于沒有自由氣流和其他冷卻機制的設(shè)備中。在這種情況下，需要進行熱分析以確定應(yīng)應(yīng)用的實際最大額定功率。假設(shè)一個組件位于提供額外冷卻的設(shè)備內(nèi)。在這種情況下，理論上，
電阻數(shù)據(jù)表通常提供工作溫度超過標準 70°C 時的降額值。這些以應(yīng)用于組件額定功率的百分比形式提供，以計算額定工作功率。這也稱為電阻器的應(yīng)力比，由最大工作功率與制造商額定功率的比值計算得出。一般的經(jīng)驗法則是對典型的電路設(shè)計采用 0.8 的應(yīng)力比。但是，制造商的數(shù)據(jù)表可能會針對一系列典型的操作和設(shè)計條件提供推薦的應(yīng)力比值。
降額電阻器的另一個優(yōu)點是它增加了元件限制與實際應(yīng)用應(yīng)力之間的安全裕度，這些應(yīng)力在設(shè)計過程中可能無法預(yù)料。這包括導(dǎo)致電阻兩端電壓高于預(yù)期的電源電平變化?；蛘哂捎谕獠凯h(huán)境條件或內(nèi)部熱管理挑戰(zhàn)，它可能高于預(yù)期的工作溫度。在不可能降額的情況下，替代選項包括并聯(lián)連接電阻器以共享電能吸收或為設(shè)備引入主動冷卻機制。如果您需要使用更高額定值的電阻器，您需要考慮它的物理尺寸會大于您計劃使用的組件。
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