Capacidade de manipulação de pulsos dos resistores de fio da Vishay Dale

Resistores de fio potentes têm dimensionamentos de tensão e potência em estado estacionário que indicam as temperaturas máximas que as unidades devem atingir. Para durações curtas de 5 segundos ou menos, estes dimensionamentos são satisfatórios; entretanto, os resistores são capazes de lidar com níveis muito mais altos de potência e tensão por curtos períodos de tempo (menos do que o ponto de transição). Por exemplo, à temperatura ambiente, o RS005 tem um dimensionamento contínuo de 5 W, mas por uma duração de 1 ms a unidade pode suportar 24.500 W, e por 1 μs a unidade pode suportar 24.500.000 W. A razão para esta capacidade de potência aparentemente alta é o fato de que a energia, que é o produto da potência e do tempo, é a que cria calor; não apenas a potência por si só. A Vishay Dale pode fornecer soluções para uma aplicação se for fornecida com as informações detalhadas na Figura 2.

Figura 1: A Vishay Dale oferece uma grande variedade de resistores de fio. (Fonte da imagem: Vishay Dale)

Pulsos curtos (menos que a duração do ponto de cruzamento)

Para pulsos curtos, é necessário determinar a energia aplicada ao resistor. Para pulsos menores que o ponto de transição, a engenharia da Vishay Dale assume que toda a energia do pulso é dissipada no elemento de resistência (fio). Para que o resistor mantenha suas características de desempenho ao longo da vida útil do produto, a Vishay Dale baseia a análise e recomendações sobre a quantidade de energia necessária para elevar o elemento de resistência a +350 °C sem perda de calor no núcleo, revestimento ou terminais condutores. O ponto de transição é o momento em que uma energia significativa começa a ser dissipada não apenas no próprio fio, mas também no núcleo, nos condutores e no material de encapsulamento. Este é o ponto em que o pulso não é mais considerado um pulso curto, mas agora é considerado um pulso longo.

A capacidade de manipulação do pulso é diferente para cada modelo e valor do resistor, pois se baseia na massa e no calor específico do elemento de resistência. Uma vez definida a potência e a energia, a Vishay Dale pode determinar a melhor escolha de resistor para a aplicação.

Ponto de transição

Um exemplo de um resistor RS005 de 500 Ω à temperatura ambiente:

Informações necessárias:

ER = Dimensionamento de energia de um determinado modelo, valor de resistência e temperatura ambiente. Fornecido pela Vishay Dale, ER = 6,33 J.

PO = A capacidade de sobrecarga de potência da peça em 1 s. A capacidade de sobrecarga de potência de um RS005 por 1 s, 10 x 5 W x 5 s = 250 Ws/1 s = 250 W

Ponto de transição (s) = ER (J)/PO (W)

6,33 J/ 250 W = 0,0253 s

O ponto de transição para o resistor RS005 de 500 Ω à temperatura ambiente é de aproximadamente 25,3 ms.

Pulsos longos (ponto de transição até 5 segundos)

Para pulsos longos, grande parte do calor é dissipado no núcleo, nos condutores e no material de encapsulamento. Como resultado, os cálculos utilizados para pulsos curtos são muito conservadores. Para aplicações de pulso longo, são utilizadas os dimensionamentos de sobrecarga de curto período das fichas técnicas. Note que os pulsos repetidos que consistem na magnitude de sobrecarga de curto período são extremamente estressantes e podem causar falhas em alguns estilos de resistores.

• Para encontrar a potência de sobrecarga para um pulso de 5 s, multiplique a potência nominal por 5 ou 10, como indicado na ficha técnica
• Para encontrar a capacidade de sobrecarga de potência de 1 s a 5 s, converta a potência de sobrecarga em energia multiplicando por 5 s, depois converta de volta em potência dividindo pela largura do pulso em segundos
• Para durações de pulso entre o ponto de transição e 1 s, use a potência de sobrecarga computada durante 1 s

Exemplo

1. Qual é a potência de sobrecarga para um resistor RS005?

   A partir da ficha técnica, o RS005 está dimensionado para 5 W e consumirá 10 vezes a potência nominal durante 5 s: 10 x 5 W = 50 W

2. Qual é a capacidade de energia do RS005 por 5 s?

   Durante 5 s, a capacidade de energia é: 50 W x 5 s = 250 W s ou J

3. Qual é a capacidade de sobrecarga de potência do RS005 por 1 s?

   Durante 1 s, a capacidade de sobrecarga de potência é de 250 W s / 1 s = 250 W

4. Qual é a capacidade de energia do RS005 por 0,5 s?

   Durante 0,5 s, a capacidade de energia é de 250 W x 0,5 s = 125 W s ou J

Informações necessárias para determinar a capacidade de pulso

Figura 2: A determinação das respostas a estas questões relativas à capacidade de pulso ajudará a determinar a solução da aplicação. (Fonte da imagem: Vishay Dale)

As aplicações de pulso frequentemente se enquadram em uma das três categorias: onda quadrada, carga/descarga capacitiva ou decaimento exponencial. Um exemplo do cálculo da energia do pulso para cada um deles será mostrado nas seções seguintes.

Onda quadrada

Uma tensão ou corrente constante é aplicada através de um resistor para uma certa duração do pulso.

Figura 3: Exemplo de cálculo de energia do pulso para uma onda quadrada com uma amplitude de 100 V_CC durante 1 ms através de um resistor de 10 Ω. (Fonte da imagem: Vishay Dale)

Carga/descarga capacitiva

Um capacitor é carregado a uma determinada tensão e depois descarregado através de um resistor de fio.

Figura 4: Exemplo de um cálculo de energia do pulso para uma aplicação de carga/descarga capacitiva. (Fonte da imagem: Vishay Dale)

Decaimento exponencial/surto de raio

A aplicação atinge uma tensão de pico e decresce a uma taxa proporcional ao seu valor. Isto é normalmente modelado pela norma DO-160E WF4 ou IEC 6100-4-5 e representa um surto de raio.

Figura 5: Exemplo de um cálculo de energia do pulso para um incidente de surto de raio. (Fonte da imagem: Vishay Dale)

Pulsos repetitivos igualmente espaçados

Ao calcular a capacidade de manipulação de pulso para pulsos repetitivos, a potência média, assim como a energia de pulso individual, deve ser considerada. Isto porque a potência média estabelece algum aumento médio de calor na peça, que consome alguma porcentagem da capacidade de energia da peça. Essa parte da energia não utilizada pela potência média está então disponível para lidar com a energia de pulso instantânea. Quando as duas porcentagens (potência média à potência nominal e energia de pulso à capacidade de manipulação de pulso) são somadas, elas não devem exceder 100 % do dimensionamento geral da peça.

Exemplo

O exemplo a seguir é fornecido com base em um pulso de onda quadrada repetitiva igualmente espaçado.

Figura 6: Este exemplo é baseado em um pulso de onda quadrada repetitiva igualmente espaçado. (Fonte da imagem: Vishay Dale)

1. A potência de pulso, V²/R ou I²R, é calculada para um único pulso
2. A potência média é calculada da seguinte forma: P_Avg = Pt/T
3. Calcule a energia de pulso: E = Pt
4. Calcule a porcentagem da potência média em relação à potência nominal (PR): Porcentagem (potência) = 100 x P_AVG/P_R
5. A engenharia da Vishay Dale pode fornecer a capacidade de manipulação de pulso (ER) dado um modelo de resistor, valor de resistência e temperatura ambiente
6. Calcule a porcentagem de energia do pulso em relação à capacidade de manipulação do pulso: Porcentagem (energia) = 100 x E/E_R
7. Adicione as porcentagens em (4) e (6). Se a porcentagem for inferior a 100 %, o resistor escolhido é aceitável. Se a porcentagem for maior do que 100 %, deve ser selecionado um resistor com maior potência ou maior capacidade de manipulação de pulso. Contate a engenharia da Vishay Dale para determinar a melhor escolha de resistor para sua aplicação.

Exemplo

Uma série de pulsos de onda quadrada igualmente espaçados com uma amplitude de 200 V_CC, uma largura de pulso de 20 ms, e um tempo de ciclo de 20 s, é aplicada a um resistor RS007 de 100 Ω a uma temperatura ambiente de 25 °C.

1. A potência de pulso é: P = V²/R = (200 V)²/100 Ω = 400 W
2. A potência média é: P_AVG = Pt/T = (400 W x 0,02 s)/20 s = 0,4 W
3. A energia de pulso é calculada: E = Pt = 400 W x 0,02 s = 8,0 W-s, ou J
4. O resistor RS007 tem uma potência nominal (P_R) de 7 W. A porcentagem da potência média em relação à potência nominal é calculada: P_AVG/P_R x100 = ((0,4 W)/(7,0 W)) x 100 = 5,7 %
5. A capacidade de manipulação de pulso (E_R) fornecida pela engenharia da Vishay Dale a uma temperatura ambiente de 25 °C é de 15,3 J
6. A porcentagem de energia do pulso para a capacidade de manipulação do pulso é calculada:

   100 x E/E_R = 100 x ((8,0 J)/(15,3 J)) = 52,3 %

7. As porcentagens calculadas em (4) e (6) são adicionadas: 5,7 % + 52,3 % = 58 %

Como esta porcentagem é inferior a 100 % do dimensionamento geral, o resistor estilo RS007 lidará suficientemente com o pulso.

Resistores não-indutivos

Os resistores de potência não-indutivos consistem em dois enrolamentos, cada um dos quais com o dobro do valor da resistência final. Por este motivo, a capacidade de energia será quase sempre maior do que uma unidade de enrolamento padrão. Para calcular a capacidade de energia necessária para estilos não-indutivos, calcule a energia por ohm (J/Ω) dividindo a energia por quatro vezes o valor da resistência.

Exemplo

Qual é a capacidade de manipulação do pulso, em energia por ohm, necessária para lidar com um pulso de 0,2 J aplicado a um resistor de 500 Ω?

A energia por ohm necessária é: E/4R = (0,2 J)/(4 x 500 Ω) = 100 x10^-6 J/Ω

Isto pode ser fornecido à engenharia da Vishay Dale a fim de encontrar o melhor produto para a aplicação.

Limitações de tensão

Pulsos curtos – Nenhuma tensão de sobrecarga jamais foi estabelecida para resistores de fio quando pulsadas por curtos períodos de tempo. A Sandia Corporation realizou um estudo sobre nossos resistores NS e RS utilizando pulsos de 20 µs. Este estudo indica que este tipo de unidade consumirá cerca de 20 kV por polegada, desde que a capacidade de manipulação de pulso não seja excedida.

Pulsos longos - Para pulsos entre o ponto de transição até 5 s, a sobrecarga máxima recomendada é √10 vezes a tensão máxima de trabalho para o tamanho de 4 W e maior, e √5 vezes a tensão máxima de trabalho para tamanhos menores que 4 W.

Resistores de fusíveis

Se o objetivo da aplicação é para o resistor fundir, abrindo-se sob uma condição específica, a Vishay Dale oferece resistores de fusíveis. Consulte a referência sete para tipos comuns de resistores de fusíveis RS, ou clique no link a seguir para toda a ficha técnica do fusível RS.

Estilos moldados, de ação rápida, projetados sob medida para aplicações específicas

A Vishay Dale tem uma grande variedade de resistores de fio disponíveis. Eles também têm a capacidade de fornecer resistores personalizados, de estilo moldado e de ação rápida para aplicações específicas. Enquanto a DigiKey estoca alguns desses tipos de resistores, há literalmente centenas de possibilidades disponíveis. Veja a Figura 7 para alguns exemplos e a tabela de número de peça que pode ser usada para personalizar um resistor apropriado para uma aplicação específica.

Figura 7: Os resistores de exemplo mostrados em cima representam um punhado de centenas de variantes possíveis. Para um resistor personalizado projetado para uma aplicação específica, pode ser usada o quadro de número de peça na parte inferior. (Fonte da imagem: Vishay Dale)