深入了解電阻的“功率”
發(fā)布時(shí)間:2020-10-22 來源:呂工 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】功率,指物體在單位時(shí)間內(nèi)做功多少,是用于描述做功快慢的物理量,用字母P來表示。電阻器在電路中作為純耗能元件,其將電能轉(zhuǎn)換為熱能,這個(gè)熱量被電阻吸收并最終耗散至環(huán)境中。固定阻值的電阻,其實(shí)際工作功率取決于兩端的電壓或電流。
P = W/t
電阻器在電路中作為純耗能元件,其將電能轉(zhuǎn)換為熱能,這個(gè)熱量被電阻吸收并最終耗散至環(huán)境中。固定阻值的電阻,其實(shí)際工作功率取決于兩端的電壓或電流:
P=UI=U2/R=I2R
電阻器作為一個(gè)實(shí)體物質(zhì),其所能承受的熱量是有限的;超過其限度,阻值會發(fā)生較大的變化,甚至開路。
電阻器的額定功率:指電阻在正常氣候條件下(如大氣壓、環(huán)境溫度等),長時(shí)間連續(xù)安全工作可耗散或可承受的最大功率。一般我們?nèi)?0℃靜止自由空氣中為額定功率的最大工作溫度點(diǎn),電阻額定功率記為P70。電阻實(shí)際使用時(shí),需要留有一定的功率余量,建議為額定功率的一半。
我們注意到電阻的額定功率建立在確定的環(huán)境條件和在長時(shí)間連續(xù)安全工作的基礎(chǔ)上。在這個(gè)過程中,電阻存在發(fā)熱和散熱兩種變化,最終電阻會達(dá)到一個(gè)熱平衡,并在其電阻體上建立起恒定的表面溫度。該表面溫度高于環(huán)境溫度,并在電阻體可接受的范圍內(nèi)(即阻值波動在允許范圍內(nèi))。額定功率就是這么一個(gè)單位時(shí)間內(nèi)的熱臨界值;超過額定功率,那么熱平衡時(shí),電阻體上的表面溫度就超出電阻可接受的范圍。
如果我們能影響電阻的發(fā)熱與散熱能力,就能改變電阻的額定功率。電阻的額定功率取決于電阻的幾何尺寸、電阻材料的允許溫度、基板的熱導(dǎo)率、環(huán)境條件等。電阻尺寸越大、電阻材料耐受能力越強(qiáng)、基板的熱導(dǎo)率越高,環(huán)境溫度越低或有空氣流動,那么電阻的功率就越大。另外,可以通過安裝散熱器來改善電阻器的散熱能力。當(dāng)環(huán)境溫度超過70℃額定功率最大工作溫度點(diǎn),散熱空間被壓縮,那么電阻也必須減少發(fā)熱量,即降額。當(dāng)環(huán)境溫度接近電阻器允許溫度時(shí),此時(shí)如果再施加功率,電阻器的熱量將無法正常散出,可能導(dǎo)致電阻燒毀。因此電阻長時(shí)間連續(xù)工作時(shí),必須參照降功耗曲線。
短時(shí)間內(nèi),電阻的溫度可以高于其允許溫度;為了測試其耐受能力,我們通常會施加2-10倍的功率,持續(xù)5s,即短時(shí)過載測試,考驗(yàn)電阻的過載能力。
除了額定功率外,電阻在使用過程中,會碰到單個(gè)脈沖,或者是周期性脈沖的情形。為了更好描述此過程,我們引入電阻“最大脈沖功率”概念。
電阻最大脈沖功率:電阻工作時(shí)所能承受的最大瞬間電壓,記作Ppulse;一般Ppulse要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于P70。
在很多情況下,經(jīng)過電阻的瞬間電壓非常大,持續(xù)時(shí)間卻很短,即電阻產(chǎn)生的熱量非常小。對于單個(gè)脈沖來說,單次發(fā)熱時(shí)間很短,散熱時(shí)間卻是無窮長的,即單個(gè)脈沖的平均功率非常小,但是峰值功率卻很大。這個(gè)瞬間的微小熱量具有足夠大的熱能量密度來損壞電阻,使得阻值發(fā)生劇烈變化。打個(gè)比方,用筷子和針去刺破一塊布,相同力量F下,針可以很輕松刺破布,而筷子卻不行。這是因?yàn)?,針頭面積小,而筷子頭面積大,針頭可以產(chǎn)生足夠大的壓強(qiáng)來刺破布,而筷子卻不行:
Pa=F/S
當(dāng)單個(gè)脈沖的脈寬ti逐漸變短時(shí),Pmax會逐漸變大;當(dāng)ti短至一定寬度,Pmax不會繼續(xù)變大,會保持恒定值,此恒定值就是電阻元素的極限耐受能力。當(dāng)單個(gè)脈沖的脈寬ti逐漸延長時(shí),電阻的最大脈沖功率Pmax也會逐漸變?。蝗魡蝹€(gè)脈沖ti無限延長時(shí),就變成一個(gè)連續(xù)脈沖,此時(shí)Pmax=P70。因此,電阻的最大脈沖功率Pmax取決于脈沖寬度ti和電阻極限耐受能力。任何時(shí)刻,脈沖峰值功率Ppeak都不允許超過電阻最大脈沖功率Pmax。電阻在使用時(shí),需參照單個(gè)最大脈沖功率負(fù)載圖。
對于周期性脈沖也是如此,脈沖峰值功率Ppeak不允許超過電阻最大脈沖功率Pmax,與此同時(shí),周期性脈沖的平均功率Pave不允許超過電阻額定功率P70。因?yàn)椋芷谛悦}沖屬于間歇性發(fā)熱,最終會在電阻表面建立起熱平衡。
對于電阻在受到周期性脈沖負(fù)載時(shí),若我們想得知電阻最終熱平衡時(shí)表面溫度,我們需從兩個(gè)角度來獲取相關(guān)參數(shù)(必不可少)進(jìn)行計(jì)算:
衡量電阻發(fā)熱能力的參數(shù):單個(gè)脈沖能量Q(U2/R*ti),脈沖周期Tp,脈沖個(gè)數(shù)N,電阻串并聯(lián)總質(zhì)量M,電阻材料比熱容Cr,衡量電阻散熱能力的參數(shù):電阻熱時(shí)間常數(shù)τ,環(huán)境溫度T。
推薦閱讀:
特別推薦
- 帶寬可調(diào)+毫米波集成:緊湊型濾波器技術(shù)全景解析
- 電感傳感破局線控技術(shù)系統(tǒng)!汽車機(jī)械架構(gòu)的數(shù)字化革命
- 西南科技盛宴啟幕!第十三屆西部電博會7月9日蓉城集結(jié)
- 硬件加速+安全加密:三合一MCU如何簡化電機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
- 智能家電的“動力心臟”:專用電機(jī)控制MCU技術(shù)全景解析
- 溫漂±5ppm的硬核科技:車規(guī)薄膜電阻在衛(wèi)星與6G中的關(guān)鍵作用
- 從誤報(bào)到精準(zhǔn)預(yù)警:多光譜MCU重構(gòu)煙霧探測邊界
技術(shù)文章更多>>
- 200kHz開關(guān)頻率破局!Wolfspeed聯(lián)合恩智浦推出牽引逆變器解決續(xù)航焦慮
- 四頻段開關(guān)+脈沖跳躍!意法半導(dǎo)體推出車規(guī)級6A大電流穩(wěn)壓器
- 三新驅(qū)動西部崛起:第十三屆西部電子信息博覽會成都盛大啟幕
- 隔離式柵極驅(qū)動器核心技術(shù)全景:安全、能效與國產(chǎn)破局路徑
- 奇瑞羅姆技術(shù)共創(chuàng)日,共繪汽車電子未來藍(lán)圖
技術(shù)白皮書下載更多>>
- 車規(guī)與基于V2X的車輛協(xié)同主動避撞技術(shù)展望
- 數(shù)字隔離助力新能源汽車安全隔離的新挑戰(zhàn)
- 汽車模塊拋負(fù)載的解決方案
- 車用連接器的安全創(chuàng)新應(yīng)用
- Melexis Actuators Business Unit
- Position / Current Sensors - Triaxis Hall
熱門搜索
LED保護(hù)元件
LED背光
LED調(diào)光
LED模擬調(diào)光
LED驅(qū)動
LED驅(qū)動IC
LED驅(qū)動模塊
LED散熱
LED數(shù)碼管
LED數(shù)字調(diào)光
LED顯示
LED顯示屏
LED照明
LED照明設(shè)計(jì)
Lightning
Linear
Litepoint
Littelfuse
LTC
LTE
LTE功放
LTE基帶
Marvell
Maxim
MCU
MediaTek
MEMS
MEMS傳感器
MEMS麥克風(fēng)
MEMS振蕩器