一文解析繞線電阻器的脈沖處理能力

功率繞線電阻器具有穩態功率和電壓額定值，表明了該裝置應達到的最高溫度。相對于 5 秒或更短的持續時間來說，這些額定值令人滿意；然而，電阻器能夠在短時間內（小于交叉點）處理高得多的功率和電壓水平。例如在室溫下，RS005 的連續額定功率為 5W，但在 1ms 內可承受 24,500 W 功率，而在 1μs 內則可達到 24,500,000 W。這種看似高功率能力的原因是，能量是功率和時間之乘積，產生熱量不僅僅是由于功率。

短脈沖（小于交叉點的持續時間）

對于短脈沖，我們必須確定施加在電阻器上的能量。對于小于交叉點的脈沖，Vishay Dale engineering 假設所有脈沖能量都通過電阻元件（導線）耗散。為了使電阻器在產品使用壽命內保持其性能特點，Vishay Dale 會以電阻芯、涂層或者引線上的熱損為零的情況將電阻元件溫度加熱至 +350°C 所需的能量為基礎，進行分析并提出建議。交叉點是指大量能量開始耗散的時間，不僅耗散到電線中，而且此時正在耗散到電阻芯、引線和封裝材料中。這時，脈沖不再被認為是短脈沖，而是長脈沖。

對每個電阻型號和數值來說，脈沖處理能力不盡相同，因為脈沖處理能力基于電阻元件的質量和比熱。一旦規定了功率和能量，Vishay Dale 就可以確定應用的最佳電阻選擇。

交叉點

例如一個在室溫下的 RS005 500 Ω 電阻器：

必要的信息：

ER = 某一型號的額定能量、電阻值和環境溫度。由 Vishay Dale 提供，ER = 6.33 J。

PO = 部件在 1s 時的過載功率能力。RS005 的過載功率能力為 1 秒，10 x 5 W x 5 s = 250 Ws/1 s = 250 W

交叉點 (s) = ER (J)/PO (W)

6.33 J/ 250 W = 0.0253 s

RS005 500 Ω 電阻在室溫下的交叉點約為 25.3 ms。

長脈沖（交叉點至 5 秒）

對于長脈沖來說，大部分熱量是在電阻芯、導線和封裝材料中消散的。因此，用于短脈沖的計算方法過于保守。對于長脈沖應用，使用數據手冊中的額定短時過載。請注意，具有短時間過載幅度的重復脈沖會產生極大的應力，并能導致某些樣式的電阻器失效。

要得到 5 s 脈沖的過載功率，可按照數據表上的規定將額定功率乘以 5 或 10。

要得到 1 s 到 5 s 內的過載功率能力，可將過載功率乘以 5 s 轉換為能量，然后除以脈沖寬度 (s) 即可求得過載功率能力。

對于交叉點和 1 s 之間的脈沖持續時間，使用針對 1 s 計算出的過載功率

示例

RS005 電阻器的過載功率是多少？

按照規格書的規定，RS005 的額定功率為 5W，5 s 內可承受 10 倍額定功率：10 x 5 W = 50 W

RS005 在 5 秒內的能量容量是多少？

在 5 s 內，能量容量為：50 W x 5 s = 250 W·s 或 J

RS005 在 1 s 內的過載功率能力是多少？

在 1 s 內，過載功率能力為 250 W·s / 1 s = 250 W

RS005 在 0.5 秒內的能量容量是多少？

在 0.5 s 內，能量容量為 250 W x 0.5 s = 125 W·s 或 J

確定脈沖能力所需的條件

圖 2：找到這些與脈沖容量有關的問題的答案將有助于確定應用解決方案。（圖片來源：VishayDale）

脈沖應用通常分為三類：方波、電容式充放電或指數衰減。在以下部分中，將給出每種脈沖應用的脈沖能量計算示例。

方波

在給定脈沖時間內，在電阻上施加恒定的電壓或電流。

圖 3：振幅為 100VDC 的方波在 1ms 內通過 10 Ω 電阻器的脈沖能量計算示例。（圖片來源：VishayDale）

電容式充電/放電

將電容器充電至特定的電壓，然后通過繞線電阻器放電。

圖 4：電容式充電/放電應用的脈沖能量計算示例。（圖片來源：VishayDale）

指數式衰減/雷擊電涌

該應用達到峰值電壓，然后以與之成比例的速度下降。這通常由 DO-160E WF4 或 IEC 6100-4-5 來建模，并代表雷擊電涌。

圖 5：雷擊電涌事件的脈沖能量計算示例。（圖片來源：VishayDale）

等間隔重復脈沖

在計算重復脈沖的脈沖處理能力時，必須考慮平均功率以及單脈沖能量。這是因為平均功率在部件上造成了一些平均溫升，這就耗費了一定百分比的部件能量容量。那部分沒有被平均功率使用的能量就可以用來處理瞬時脈沖能量。當這兩個百分比（平均功率與額定功率之比、脈沖能量與脈沖處理能力之比）的和不得超過部件總額定值的 100%。

示例

以下示例基于一個等間隔的重復方波脈沖。