1、繞線(xiàn)電阻容許脈沖負載

 

繞線(xiàn)功率電阻一般根據持續功率確定額定功率。然而，由于（電阻成分）用量多且熱容量高，電阻成分和繞線(xiàn)僅在中等溫升過(guò)程中即可吸收大量能量。因此，繞線(xiàn)功率電阻是脈沖負載應用的理想選擇。

 

2、額定脈沖負載能力很重要

 

由于頻率和電壓轉換器的廣泛使用，額定脈沖負載能力變得越來(lái)越重要。脈沖負載能力通常只按一次脈沖的一定功率或能量和持續時(shí)間象征性來(lái)規定。列出幾個(gè)脈沖振幅和持續時(shí)間規定脈沖負載能力的情況極為少見(jiàn)。如果電阻所受脈沖沖擊持續時(shí)間不在數據表顯示的范圍內，且超出絕熱邊界條件的范圍，則很難計算最大允許脈沖負載。而理論基礎結合有限元模擬，可以計算出電阻在幾乎無(wú)限脈沖持續間隔下的功耗，即從非常短的脈沖到持續脈沖的熱性能。

 

3、電動(dòng)汽車(chē)需要脈沖負載能力

 

電動(dòng)汽車(chē)需要高脈沖負載高，限制電容器充放電電流是繞線(xiàn)電阻在電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域中的典型應用。為了保持生產(chǎn)工藝盡可能簡(jiǎn)單，首選方法是將所有電子器件焊接到PCB上，而不使用“外部”電阻。這種情況下，可將若干小的繞線(xiàn)功率電阻直接焊到PCB上，取代單個(gè)大的繞線(xiàn)功率電阻。

 

4、脈沖負載產(chǎn)生熱量

 

根據電阻散熱便能夠評估電脈沖負載的影響。一種有效方法是假定牛頓冷卻定律成立，即溫變率與熱電阻及其冷卻封裝材料的溫差成正比，后者溫度是恒定的。在水泥型繞線(xiàn)電阻的情況下（如AC-AT系列），封裝材料是繞線(xiàn)四周的水泥。不過(guò)，以下論證也可用于漆包或繞線(xiàn)電阻。

 

5、絕熱邊界條件下的脈沖負載

 

假定牛頓冷卻定律成立，因此繞線(xiàn)或電阻成分瞬時(shí)溫變與最大溫度成正比，可得出描述繞線(xiàn)和電阻溫度隨時(shí)間變化的指數函數。

 

圖1：R=47Ω瓷芯AC05-AT（藍曲線(xiàn)）和電阻線(xiàn)（紅曲線(xiàn)）脈沖負載限制。兩條曲線(xiàn)通常組合在一起：組合1（黑曲線(xiàn)）低估允許的過(guò)載（藍點(diǎn)）；組合2（綠線(xiàn)）高估所示扭折處脈沖負載極限（約0.05秒）

 

圖1中，藍線(xiàn)和紅線(xiàn)分別顯示瓷芯AC05-AT 47Ω電阻及其繞線(xiàn)各自的脈沖負載極限。整個(gè)電阻最大脈沖負載能力通常是兩條曲線(xiàn)的簡(jiǎn)單組合。一種方法是牛頓冷卻型指數函數，圖1中組合1，它遠低于5秒標稱(chēng)功率規定的過(guò)載額定值10倍，因此低估了這一脈沖持續時(shí)間的脈沖負載能力。另一種方法，圖1中組合2，高估了所示扭折處（約0.05秒處）脈沖負載能力，因為計算繞線(xiàn)溫度極限時(shí)未考慮瓷芯的熱量。

 

6、脈沖負載FE模擬

 

利用有限元（FE）模擬，通過(guò)分析電阻器內的熱流和溫度分布，很容易看出整個(gè)AC05-AT電阻在脈動(dòng)電負載下緩慢變熱。電阻線(xiàn)在脈沖過(guò)程中升溫，然后冷卻。電阻其他部分被熱脈沖加熱的速度也延慢了。脈沖負載持續時(shí)間在有限元模擬中并不重要，只要邊界條件得當。因此，從繞線(xiàn)（ms范圍）到電阻近乎連續負載（100s范圍）絕熱的角度看，幾乎可以模擬電阻和繞線(xiàn)任何脈沖持續時(shí)間內的溫度。從而可根據繞線(xiàn)規定的最大允許溫度來(lái)確定允許的最大電脈沖負載。

 

7、延伸歸納

 

通過(guò)延伸繞線(xiàn)熱擴散特征時(shí)間，可以歸納多個(gè)脈沖持續時(shí)間的有限元模擬結果，從而確定修正系數，結合指數函數，根據牛頓冷卻定律給出溫度。

 

8、非絕熱邊界條件下的脈沖負載

 

上述修正系數可從繞線(xiàn)角度計算非絕熱邊界條件下的脈沖負載極限（圖2）。不過(guò)，未涵蓋長(cháng)脈沖持續期間整個(gè)電阻的脈沖負載極限。但是，如果把整個(gè)電阻熱擴散特征時(shí)間延伸較長(cháng)脈沖持續時(shí)間，則非絕熱極限曲線(xiàn)可以涵蓋連續負載極限曲線(xiàn)（圖2）。

 

圖2：從繞線(xiàn)角度看非絕熱邊界條件下最大允許脈沖負載（藍曲線(xiàn)），根據相應熱擴散特征時(shí)間進(jìn)行校正（紅曲線(xiàn)）。常見(jiàn)極限曲線(xiàn)很大程度上低估脈沖持續時(shí)間的脈沖負載能力，圖中所示從0.1 秒到10秒不等，供參考（黑虛線(xiàn)）。

 

9、用于其他阻值和電阻

 

通過(guò)適當延伸，可以歸納特定電阻（本文為AC05-AT，47Ω）熱狀態(tài)的有限元模擬結果。這樣，所得結果不僅可以用于所有阻值（繞線(xiàn)配置）的AC05-AT，而且可以應用于所有其他AC-AT類(lèi)型的電阻，因為它們的結構相似。

 

這種方法甚至可以用于所有其他相似類(lèi)型的電阻，如G200系列，無(wú)需額外的FE模擬，因此效率極高。對于客戶(hù)的好處是能夠及時(shí)準確地解決脈沖負載能力的問(wèn)題。

 

 

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