電阻的衝擊特性及可靠性設計計算

2021-01-11 電子人生

電阻通常都會有一個標準的阻值、功率及最大耐壓,除此常規參數以外,很少有人關注電阻的峰值特性,也不會計算,更不用提可靠性要求了,其實器件的失效往往就在這些不關注的地方。電阻的峰值功率和峰值電壓是變化的,不同的阻值會有不同的要求,一些專業的廠商通常都會給出這些參數曲線,峰值參數會有兩個測試標準,一個就是可重複的脈衝標準,一個就是不可重複的脈衝標準,下面就以貼片1206封裝的貼片電阻做一個分析和計算。

可重複的脈衝標準,要求脈衝周期tp/脈衝時間ti大於等於1000,其最大功率和最大電壓需要滿足曲線所標註的要求,可重複的脈衝標準如下圖1所示。

圖1

比如100電阻,脈衝電壓Vi=10V,脈衝時間ti=10us,脈衝周期為tp=10ms,計算其是否符合要求。

功率P=10V*10V/100=1W,其中tp/ti=1000,若按照正常的設計計算1206封裝功率最大也就1/4W,此應用的功率已達到2W,很多人以為這肯定是不合格的,但有一點這是脈衝功率,一般的規格書是不會給出脈衝功率的,所以給設計者就帶來了困惑,雖然這種應用看起來是超出規格,但在實際應用中也並未損壞,這又是為什麼呢?

當然我們可以去查閱正規的電阻規格書,裡面是會有詳細的規格的。以下是國巨貼片1206電阻規格書中的數據,根據規格書最大功率與時間關係曲線要求(圖2),在10us裡面對應的最大可重複脈衝功率為2W,說明功率符合要求。同時根據最大電壓與時間關係曲線要求(圖3),對應10us時間的最大電壓為400V,說明電壓也符合要求,此應用是沒有任何風險的。

圖2

圖3

可重複性脈衝還有一種情況,就是其脈衝為指數規律型,這種脈衝的要求ti=0.5τ,tp/ti也是大於等於1000,其脈衝要求如下圖4所示。

圖4

上面講的是可重複性脈衝,意思就是按照一定的周期tp持續輸出這種脈衝ti,考量電阻規格是否在合格範圍內,從圖2裡還可以看到另外一條虛線,明顯比可重複性脈衝的數值要高很多,這條曲線就是不可重複性脈衝,也就是說電阻瞬間來了一個衝擊電壓,但這個電壓不常有,比如打雷之類的浪湧,這個就叫做單脈衝峰值功率,那麼電阻能否承受得住呢?

比如10K電阻,脈衝電壓Vi=250V,瞬間脈衝時間ti=10us,計算其是否符合要求。

此時功率P=250V*250V/10K=6.25W,對照圖2所示,10us的單脈衝最大峰值功率為10W,對照圖3最大峰值電壓為400V,所以此脈衝衝擊也是安全可靠的。

這個單脈衝峰值功率也是有限制的,一般廠家給出這個衝擊時間起碼間隔2小時以上,並且這個衝擊對電阻本身是有損傷的,一般也就在1000次左右,此電阻就會失效。

所以說在計算電阻非正常工作時,就需要考慮脈衝的情況,脈衝通常最是非常危險的,也很難計算,根據以上的分析計算,我想大家應該知道怎麼去應用了。

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