יכולות טיפול בדפקים של נגדים מלופפים Vishay Dale

נגדי הספק מלופפים הם בעלי דרוגי מתח והספק מצב-יציב המצביעים על הטמפרטורה המקסימלית אליה היחידות יכולות להגיע. לפרקי זמן קצרים של 5 שניות או פחות, דרוגים אלה משביעי רצון; אולם, הנגדים מסוגלים לטפל ברמות הספק ומתח גבוהות הרבה יותר לפרקי זמן קצרים (קצרים מנקודת החציה (cross-over point)). לדוגמה, בטמפרטורת חדר, ל-RS005 דרוג רציף של ‎5 W, אך לפרק זמן של 1‎ ms היחידה יכולה לטפל ב-‎24,500 W ולמשך ‎1 μs היחידה יכולה לטפל ב-‎24,500,000 W. הסיבה לכאורה ליכולת הספק גבוהה זו היא העובדה שאנרגיה, שהיא המכפלה של הספק וזמן, היא מה שיוצרת חום; לא רק הספק לבד. Vishay Dale יכולה לספק פתרונות עבור יישום אם מספקים לה את המידע המפורט באיור 2.

איור 1: Vishay Dale מציעה מגוון רחב של נגדים מלופפים. (מקור תמונה: Vishay Dale)

דפקים קצרים (משכי פרק זמן קצרים מנקודת החציה (cross-over point))

עבור דפקים קצרים, חייבים לקבוע את האנרגיה המושקעת בנגד. עבור דפקים קצרים מנקודת החציה, מחלקת ההנדסה של Vishay Dale מניחה שכל אנרגיית הדופק מפוזרת באלמנט ההתנגדות (תיל). כדי שהנגד ישמור על מאפייני הביצועים שלו לאורך חיי המוצר, Vishay Dale מבססת את הניתוח וההמלצות על כמות האנרגיה הדרושה להעלות את הטמפרטורה של אלמנט ההתנגדות ל-‎350°C+ ללא איבוד חום לליבה, לציפוי או להדקים-המוליכים. נקודת החציה (cross-over point) היא הרגע בו אנרגיה משמעותית מתחילה להיות מפוזרת לא רק בתיל עצמו אלא מפוזרת עכשיו גם בליבה, בהדקים-המוליכים ובחומר המעטפת. זו הנקודה בה הדופק איננו נחשב יותר לדופק קצר אלא נחשב עכשיו לדופק ארוך.

יכולת הטיפול בדפקים שונה עבור כל דגם וערך נגד, מאחר והיא מבוססת על המסה והחום הסגולי של אלמנט ההתנגדות. ברגע שההספק והאנרגיה הוגדרו, Vishay Dale יכולה לקבוע את בחירת הנגד הטובה ביותר עבור היישום.

נקודת חציה (cross-over point)

דוגמה של נגד RS005 500 Ω בטמפרטורת חדר:

אינפורמציה דרושה:

ER = דרוג אנרגיה של דגם נתון, ערך התנגדות וטמפרטורת סביבה. נתון על ידי Vishay Dale, ‏ER = 6.33 J.

PO = יכולת הספק עומס-היתר של החלק ב-1‎ s. יכולת הספק עומס-היתר של נגד RS005 עבור 1‎ s,‏ ‎10 x 5 W x 5 s = 250 Ws/1 s = ‎250 W

נקודת חציה (‏ER (J)/PO (W) = (s

‎6.33 J/ 250 W = 0.0253 s

נקודת החציה עבור נגד ה-RS005 500 Ω בטמפרטורת חדר היא בערך 25.3‎ ms.

דפקים ארוכים (מנקודת החציה עד 5 שניות)

עבור דפקים ארוכים, מרבית החום מתפזר בליבה, בהדקים-המוליכים ובחומר המעטפת. כתוצאה מכך, החישובים המשמשים עבור דפקים קצרים הם שמרניים מדי. עבור יישומי דפקים ארוכים, משתמשים בדרוגי עומס-היתר לזמן קצר מגליונות הנתונים. שים לב שדפקים נשנים בגודל של עומס-יתר זמן קצר מהווים מאמץ גדול מאוד ויכולים לגרום לכשל של סוגי נגד מסוימים.

• כדי למצוא את הספק עומס-היתר עבור דופק של ‎5 s, הכפל את דרוג ההספק ב-5 או 10, כמצוין בגיליון הנתונים
• כדי למצוא את יכולת הספק עומס-היתר עבור ‎1 s עד ‎5 s, המר את הספק עומס-היתר לאנרגיה על ידי כפל ב-‎5 s, לאחר מכן המר חזרה להספק על ידי חלוקה ברוחב הדופק בשניות
• עבור משכי דופק בין נקודת החציה עד ‎1 s, השתמש בהספק עומס-היתר המחושב עבור ‎1 s

דוגמה

1. מהו הספק עומס-היתר עבור נגד RS005?

   מגיליון הנתונים, ה-RS005 מדורג ‎5 W ויעמוד ב-10 כפול דרוג ההספק עבור 5‎ s:‏ ‎10 x 5 W = 50 W

2. מהי יכולת האנרגיה של ה-RS005 עבור ‎5 s?

   עבור ‎5 s, יכולת האנרגיה היא: ‎50 W x 5 s‏ = 250‎ W·s או J

3. מהי יכולת הספק עומס-היתר של ה-RS005 עבור ‎1 s?

   עבור ‎1 s, יכולת הספק עומס-היתר היא: ‎250 W·s / 1 s = 250 W

4. מהי יכולת האנרגיה של ה-RS005 עבור ‎0.5 s?

   עבור ‎0.5 s, יכולת האנרגיה היא: ‎50 W x 0.5 s‏2 = 125‎ W·s או J

מידע דרוש כדי לקבוע יכולת דופק

איור 2: מתן התשובות לשאלות אלו הנוגעות ליכולת דופק יעזרו לקבוע את פתרון היישום. (מקור תמונה: Vishay Dale)

יישומי דפקים לעיתים קרובות משתייכים לאחת משלוש הקטגוריות: גל ריבועי, טעינה/פריקה קיבולית או דעיכה אקספוננציאלית. דוגמה של חישוב אנרגיית דופק עבור כל אחת מקטגוריות אלו תוצג בקטעים הבאים.

גל ריבועי

מתח או זרם קבוע מופעל על נגד למשך דופק נתון.

איור 3: דוגמה של חישוב אנרגיית דופק עבור גל ריבועי עם משרעת של 100‎ V_DC עבור ‎1 ms דרך נגד של 10‎ Ω. (מקור תמונה: Vishay Dale)

טעינה/פריקה קיבולית

קבל נטען למתח נתון ולאחר מכן נפרק דרך נגד מלופף.

איור 4: דוגמה של חישוב אנרגיית דופק עבור יישום טעינה/פריקה קיבולית. (מקור תמונה: Vishay Dale)

דעיכה אקספוננציאלית/נחשול ברק

היישום מגיע למתח שיא ויורד בקצב שהוא פרופורציונלי לערכו. זה מודגם בדרך כלל על ידי DO-160E WF4 או IEC 6100-4-5 ומייצג נחשול ברק.

איור 5: דוגמה של חישוב אנרגיית דופק עבור ארוע נחשול ברק. (מקור תמונה: Vishay Dale)

דפקים נשנים במרווחים שווים

כשמחשבים יכולת טיפול בדפקים עבור דפקים נשנים, יש להתחשב בהספק הממוצע, כמו גם באנרגיה של דופק בודד. זה, כי ההספק הממוצע גורם לעליית חום מסוימת של החלק, שמנצלת אחוז מסוים מיכולת האנרגיה של החלק. חלק האנרגיה שאינו מנוצל על ידי ההספק הממוצע זמין לטפל באנרגיית הדופק הרגעית. כאשר שני מספרי האחוזים (הספק ממוצע ביחס לדרוג הספק ואנרגיית דופק ביחס ליכולת טיפול דופק) מחוברים, אסור להם לעלות על 100% מהדרוג הכולל של החלק.

דוגמה

הדוגמה הבאה מובאת בהתבסס על דפקים נשנים במרווחים שווים של גל ריבועי.

איור 6: דוגמה זו מבוססת על דפקים נשנים במרווחים שווים של גל ריבועי. (מקור תמונה: Vishay Dale)

1. הספק הדופק, P = V²/R או I²R מחושב עבור דופק יחיד
2. ההספק הממוצע מחושב כדלקמן: P_Avg = Pt/T
3. חשב את אנרגיית הדופק: E = Pt
4. חשב את אחוז ההספק הממוצע ביחס לדרוג ההספק (PR): אחוז (הספק) = 100‎ x P_AVG/P_R
5. מחלקת הנדסה של Vishay Dale יכולה לספק את יכולת הטיפול בדופק (ER) בהינתן דגם נגד, ערך התנגדות וטמפרטורת סביבה
6. חשב את אחוז אנרגיית הדופק ביחס ליכולת טיפול בדופק: אחוז (אנרגיה) = ‎100 x E/E_R
7. חבר את האחוזים ב-(4) ו-(6). אם התוצאה קטנה מ-100%, הנגד הנבחר מתקבל. אם התוצאה גדולה מ-100%, יש לבחור בנגד עם דרוג הספק גבוה יותר או בעל יכולת טיפול בדופק גבוהה יותר. התקשר אל מחלקת ההנדסה של Vishay Dale כדי להחליט על בחירת הנגד הטוב ביותר עבור היישום שלך.

דוגמה

סדרת דפקים במרווחים שווים של גל ריבועי עם משרעת של 200‎ V_DC, רוחב דופק של 20‎ ms וזמן מחזור של ‎20 s מיושם על נגד RS007 100 Ω בטמפרטורת סביבה של 25°C.

1. הספק הדופק הוא: P = V²/R = (200 V)²/100 Ω = 400 W
2. ההספק הממוצע הוא: P_AVG = Pt/T = (400 W x 0.02 s)/20 s = 0.4 W
3. אנרגיית הדופק מחושבת: E = Pt = 400 W x 0.02 s = 8.0 W-s, or J
4. נגד ה-RS007 הוא בעל דרוג הספק (P_R) של 7‎ W. אחוז ההספק הממוצע מדרוג ההספק מחושב: P_AVG/P_R x100 = ((0.4 W)/(7.0 W)) x 100 = 5.7%
5. יכולת הטיפול בדופק (E_R) מסופקת על ידי מחלקת ההנדסה של Vishay Dale בטמפרטורת סביבה של 25°C והיא ‎15.3 J
6. מחושב אחוז אנרגיית הדופק ביחס ליכולת הטיפול בדופק:

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

7. מחברים את האחוזים שחושבו ב-(4) ו-(6): 5.7%‎ + 52.3%‎ = 58%

מאחר והאחוז הוא פחות מ-100% של הדרוג הכולל, נגד מסוג RS007 יטפל היטב בדפקים.

נגדים לא השראתיים

נגדי הספק לא השראתיים מורכבים משני ליפופים, כל אחד מהם בעל התנגדות כפולה מערך ההתנגדות הכולל. מסיבה זו, כמעט תמיד יכולת האנרגיה שלהם תהיה גדולה יותר משל יחידה מלופפת סטנדרטית. כדי לחשב את יכולת האנרגיה הדרושה עבור סוגים לא השראתיים, חשב את האנרגיה ליחידת אוהם (J/Ω) על ידי חלוקת האנרגיה בארבע פעמים ערך ההתנגדות.

דוגמה

מהי האנרגיה ליחידת אוהם של יכולת לטפל בדופק הדרושה כדי לטפל בדופק של ‎0.2 J המיושם על נגד של ‎500 Ω?

האנרגיה ליחידת אוהם הדרושה היא: E/4R = (0.2 J)/(4 x 500 Ω) = 100 x10^-6 J/Ω

נתון זה ניתן לספק למחלקת הנדסה של Vishay Dale כדי למצוא את המוצר הטוב ביותר עבור היישום.

מגבלות מתח

דפקים קצרים – אף פעם לא נקבע דרוג מתח עומס-יתר עבור נגדים מלופפים כשנתונים לדפקים למשכי זמן קצרים. Sandia Corporation ביצעה מחקר על נגדי ה-NS ו-RS שלנו תוך שימוש בדפקים של 20‎ µs. מחקר זה מראה שיחידות מסוגים אלה יעמדו בערך ב-‎20 kV לאינץ' כל עוד לא עוברים את יכולת הטיפול בדופק.

דפקים ארוכים – עבור דפקים בין נקודת החציה עד 5‎ s, עומס-היתר המקסימלי המומלץ הוא פי ‎√10‎ מתח העבודה המקסימלי עבור גודל ה-‎4 W ומעבר, ופי ‎√5 מתח העבודה המקסימלי עבור גדלים קטנים מ-‎4 W.

נגדים נתיכים

אם המטרה של היישום היא שהנגד יהווה נתיך ויגרום לנתק במעגל בתנאים מסוימים, Vishay Dale מציעה נגדי נתיך. פנה לעמוד שבע עבור סוגי נגד נתיך RS נפוצים, או הקלק על הקישור הבא עבור גיליון הנתונים נתיך RS השלם.

פעולה-מהירה, סגנונות עטופים ביציקה, מותאמים-במיוחד עבור יישומים ספציפיים

ל-Vishay Dale יש מגוון רחב של נגדים מלופפים זמינים. יש להם גם את היכולת לספק נגדים מותאמים במיוחד, בסגנון עטוף ביציקה, מהירי-פעולה, עבור יישומים ספציפיים. בעוד DigiKey מחזיקה במלאי חלק מסוגי נגדים אלה, קיימות למעשה מאות אפשרויות. ראה איור 7 עבור מספר דוגמאות ואת תרשים המק"ט שיכול לשמש להתאמת נגד מסוים עבור יישום ספציפי.

איור 7: נגדי הדוגמה המוצגים בחלק העליון מייצגים מספר מאות של וריאנטים אפשריים. עבור נגד מותאם-במיוחד המתוכנן עבור יישום ספציפי, ניתן להשתמש בתרשים המק"ט בתחתית. (מקור תמונה: Vishay Dale)