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电阻降额以改善平均故障间隔时间
电阻降额以改善平均故障间隔时间
根据设计，电阻器限制电流流动，吸收电能并将其转换为热能。所有电阻器都具有指定的额定功率，该额定功率决定了组件在不降低性能或组件故障的情况下可以转换的最大能量。
电阻器的最大额定功率取决于其结构中使用的材料、物理尺寸以及组件可以安全运行的最高温度。最高温度将取决于组件周围的环境温度和从组件散发到环境中的热量。后者将取决于设计人员在PCB布局、散热器、气流和任何其他可能存在的冷却机制方面为组件和电路的其余部分实施的热管理措施。
在计算电阻元件所需的额定功率时，需要考虑电阻两端电压变化的性质。平均电压为 VL 的脉冲负载不会引起与幅度也等于 VL 的稳态电压相同的热效应。实际差异将取决于电阻器的组成。线绕电阻器比薄膜电阻器更能承受脉冲负载。脉冲负载会产生过载条件，具体取决于脉冲序列中的平均功率、重复频率和上升时间等因素。需要将过载条件考虑到所需的额定功率计算中以生成准确的结果。最简单的方法是通过计算脉冲串的平均功率并根据所需电阻器类型和脉冲特性进行调整，将脉冲能量视为等效稳态能量。这可以通过使用可用的方程来计算确切的过载条件系数来完成，也可以使用工程判断来选择最坏情况的乘数。
要记住的一件事是，任何组件的电阻都会随温度变化，具体取决于用于构造电阻器的材料。这种变化被指定为组件的电阻温度系数 (TCR)。以 ppm/°C（百万分之一/摄氏度）表示，它代表温度每变化度数时电阻变化的百分比。电阻器使用金属材料制造的材料通常具有正温度系数，这意味着它们的电阻随着温度的升高而增加。相反，使用半导体材料制造的电阻器通常具有负温度系数，这意味着它们的电阻会随着温度升高而降低。仔细选择材料可以制造具有中性温度系数的电阻器，这意味着它们的电阻不随温度变化。这是生产精密电阻器的理想选择，但其结构所需的金属合金会使它们变得昂贵。
降额电阻器是一种设计技术，其中组件故意在显着低于最大额定电压的电压下运行。这降低了组件内可能产生的峰值温度。这有利于降低用于构造部件的材料的降解速率。这导致组件的可靠性和预期寿命增加。大多数电阻器制造商都规定了在 70°C 温度下、空气流通的环境中的额定功率。假设一个组件位于没有自由气流和其他冷却机制的设备中。在这种情况下，需要进行热分析以确定应应用的实际最大额定功率。假设一个组件位于提供额外冷却的设备内。在这种情况下，理论上，
电阻数据表通常提供工作温度超过标准 70°C 时的降额值。这些以应用于组件额定功率的百分比形式提供，以计算额定工作功率。这也称为电阻器的应力比，由最大工作功率与制造商额定功率的比值计算得出。一般的经验法则是对典型的电路设计采用 0.8 的应力比。但是，制造商的数据表可能会针对一系列典型的操作和设计条件提供推荐的应力比值。
降额电阻器的另一个优点是它增加了元件限制与实际应用应力之间的安全裕度，这些应力在设计过程中可能无法预料。这包括导致电阻两端电压高于预期的电源电平变化。或者由于外部环境条件或内部热管理挑战，它可能高于预期的工作温度。在不可能降额的情况下，替代选项包括并联连接电阻器以共享电能吸收或为设备引入主动冷却机制。如果您需要使用更高额定值的电阻器，您需要考虑它的物理尺寸会大于您计划使用的组件。
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