Vishay Dale 繞線電阻的脈衝處理能力

功率繞線電阻具有穩態功率和電壓額定值，其能代表裝置應達到的最大溫度。若時間長度為 5 s 或更短，這些額定值能令人滿意；不過，這些電阻能夠在短時間內 (短於交叉點的時間) 處理高出許多的功率和電壓位準。例如，在室溫下，RS005 具有 5 W 的連續額定值，若是在 1 ms 的時間長度下，此裝置可處理 24,500 W，若為 1 μs，則可處理 24,500,000 W。有如此高功率能力的原因，在於能量 (功率和時間的乘積) 可產生熱能，而不僅止於功率。若相關應用能提供圖 2 詳列的資訊，Vishay Dale 便能針對應用提供解決方案。

圖 1：Vishay Dale 提供各種繞線電阻。(圖片來源：Vishay/Dale)

短脈衝 (短於交叉點的時間長度)

若是短脈衝，則有必要確定施加於電阻的能量。若是短於交叉點的脈衝，Vishay Dale 工程部門假定所有脈衝能量都在電阻元件 (電線) 中逸散出去。為了讓電阻在產品壽命期內維持其效能特性，Vishay Dale 將核心、塗層或引線沒有熱損失下，電阻元件加溫至 +350°C 所需的能量，作為分析和推薦的基礎。交叉點時間的定義，是指大量能量不但開始在電線本身逸出，而且還在核心、引線和封裝材料逸出的時間。在這個時間點，脈衝已不再被視為短脈衝，而是現已被視為長脈衝。

脈衝處理能力因每個電阻的型號和數值而異，因為具體是以電阻元件的質量和比熱來決定。一旦定義出功率和能量，Vishay Dale 便能確定最適合應用的電阻選擇。

交叉點

室溫下 RS005 500 Ω 電阻範例：

必要資訊：

ER = 特定型號的能量額定值、電阻值和環境溫度。Vishay Dale 資料，ER = 6.33 J。

PO = 零件在 1 s 時的過載功率能力。RS005 在 1 s 時的過載功率能力，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 電阻於室溫下的交叉點約為 25.3 ms。

長脈衝 (交叉點至 5 s)

若是長脈衝，許多熱能會在核心、引線和封裝材料中逸出。因此，短脈衝所用的計算方式實在太過保守。若是長脈衝應用，可使用規格書中的短時間過載額定值。請注意，組成短時間過載量的重複脈衝會產生極大壓力，這可能會造成某些形式的電阻失效。

• 要找到 5 s 脈衝的過載功率，請按規格書說明，將功率額定值乘以 5 或 10
• 要找到 1 s 至 5 s 的過載功率能力，請乘以 5 s，將過載功率轉換成能量，然後除以脈寛秒數以轉換回功率
• 若脈衝時間長度介於交叉點和 1 s 之間，請使用針對 1 s 計算的過載功率

範例

1. RS005 電阻的過載功率是多少？

   從規格書得知，RS005 的額定值為 5 W，5 s 便需要 10 倍的額定功率：10 x 5 W = 50 W

2. RS005 的 5 s 能量能力是多少？

   若是 5 s，能量能力為：50 W x 5 s = 250 W·s 或 J

3. RS005 的 1 s 過載功率能力是多少？

   若是 1 s，過載功率能力為 250 W·s / 1 s = 250 W

4. RS005 的 0.5 s 能量能力是多少？

   若是 0.5 s，能量能力為 250 W x 0.5 s = 125 W·s 或 J

確定脈衝能力所需的資訊

圖 2：確定這些與脈衝能力相關問題的答案，將有助於確定應用解決方案。(圖片來源：Vishay/Dale)

脈衝應用通常屬於三種類別之一：方波、電容式充電／放電，或指數式衰減。每種類別的脈衝能量計算範例將在以下各部分示範。

方波

恆定電壓或電流會施加於電阻上，並持續一段特定的脈衝時間長度。

圖 3：振幅為 100 V_DC 之方波通過 10 Ω 電阻達 1 ms 的脈衝能量計算範例。(圖片來源：Vishay/Dale)

電容式充電／放電

電容會充電至特定電壓，然後通過繞線電阻放電。

圖 4：電容式充電／放電應用的脈衝能量計算範例。(圖片來源：Vishay/Dale)

指數式衰減／雷擊突波

應用會達到峰值電壓，然後按照與其數值成比例的速率下降。這通常是依據 DO-160E WF4 或 IEC 6100-4-5 來建構模型，並代表雷擊突波。

圖 5：雷擊突波事件的脈衝能量計算範例。(圖片來源：Vishay/Dale)

等間隔的重複性脈衝

當計算重複性脈衝的脈衝處理能力時，必須考量平均功率以及個別的脈衝能量。這是因為平均功率會使零件產生某種平均溫升，這會耗用幾個百分比的零件能量能力。平均功率未使用的能量部分，便能用來處理瞬時脈衝能量。若將這兩個百分比 (即平均功率相對於額定功率，以及脈衝能量相對於脈衝處理能力的百分比) 加在一起，不得超過零件整體額定值的 100 %。

範例

以下範例是依據等間隔的重複性方波脈衝而提供。

圖 6：此範例是依據等間隔的重複性方波脈衝而提供。(圖片來源：Vishay/Dale)

1. 脈衝功率 P = V²/R 或 I²R，是針對單一脈衝進行計算
2. 平均功率的計算方式如下：P_Avg = Pt/T
3. 計算脈衝能量：E = Pt
4. 計算平均功率相對於額定功率的百分比 (PR)：百分比 (功率) = 100 x P_AVG/P_R
5. 若提供電阻型號、電阻值和環境溫度，Vishay Dale 工程部門便能給出脈衝處理能力 (ER)
6. 計算脈衝能量相對於脈衝處理能力的百分比：百分比 (能量) = 100 x E/E_R
7. 將 (4) 和 (6) 的百分比相加。若百分比小於 100 %，則選擇的電阻是可接受的。若百分比大於 100 %，應選擇更高功率額定值或更高脈衝處理能力的電阻。請聯絡 Vishay Dale 工程部門以確定最適合您應用的電阻選擇。

範例

在環境溫度 25°C 下，將振幅 200 V_DC、脈寛 20 ms、循環時間 20 s 的一系列等間隔方波脈衝施加於 RS007 100 Ω 電阻。

1. 脈衝功率為：P = V²/R = (200 V)²/100 Ω = 400 W
2. 平均功率為：P_AVG = Pt/T = (400 W x 0.02 s)/20 s = 0.4 W
3. 脈衝能量計算方式：E = Pt = 400 W x 0.02 s = 8.0 W-s 或 J
4. RS007 電阻的額定功率 (P_R) 為 7 W。平均功率相對於額定功率的百分比計算方式：P_AVG/P_R x100 = ((0.4 W)/(7.0 W)) x 100 = 5.7%
5. Vishay Dale 工程部門提供的環境溫度 25°C 下脈衝處理能力 (E_R) 為 15.3 J
6. 脈衝能量相對於脈衝處理能力的百分比計算方式：

   100 x E/E_R = 100 x ((8.0 J)/(15.3 J)) = 52.3%

7. 將 (4) 和 (6) 計算出的百分比相加：5.7% + 52.3% = 58%

由於這個百分比小於整體額定值的 100 %，RS007 型電阻足以處理該脈衝。

無電感電阻

無電感功率電阻含有兩個繞組，每一個都是成品電阻值的兩倍。為此，能量能力幾乎永遠都大於標準的繞組單位。為了計算無電感型所需的能量能力，計算每歐姆能量 (J/Ω) 的方式是將能量除以四倍的電阻值。

範例

若要處理施加於 500 Ω 電阻的 0.2 J 脈衝，每歐姆脈衝處理能力需要多少能量？

每歐姆所需的能量為：E/4R = (0.2 J)/(4 x 500 Ω) = 100 x10^-6 J/Ω

此數值可提供給 Vishay Dale 工程部門，以便找出最適合應用的產品。

電壓限制

短脈衝 – 從未針對短時間長度脈衝建立繞線電阻的過載電壓額定值。Sandia Corporation 已對本公司 NS 和 RS 電阻進行 20 µs 脈衝的研究。本研究指出這種類型的單元，只要未超出脈衝處理能力，每吋將約需 20 kV。

長脈衝 – 脈衝若介於交叉點至 5 s 之間，則規格為 4 W 及以上的最大建議過載是最大工作電壓的 √10 倍；規格低於 4 W 者，則是最大工作電壓的 √5 倍。

可熔斷電阻

如果應用的目標是讓電阻在特定條件下熔斷保險絲，Vishay Dale 可提供可熔斷電阻。請參考第七頁以瞭解常見的 RS 保險絲電阻類型，或點選以下連結以查看完整的 RS 保險絲規格書。

特定應用適用的快動作型、模製型、客製化電阻

Vishay Dale 提供廣泛多樣的繞線電阻。此公司也能夠提供客製化、模製型、快動作型電阻，可適用於特定應用。雖然 DigiKey 確實有一些此類電阻的庫存，但實際上卻有數百多種的可能選擇。請參閱圖 7 以查看幾個範例及零件編號表，其可用來針對特定應用客製化適當的電阻。

圖 7：頂部所示範例電阻可代表數百種可能變化。如需專用於特定應用的客製化電阻，可使用底部的零件編號表。(圖片來源：Vishay/Dale)