Utilisation de résistances à leur puissance nominale

Une résistance standard à trou métallisé (PTH) à 1% de métal est généralement évaluée à 250 mW. Dans quelles conditions peut-il gérer ce pouvoir? Des précautions de montage spéciales sont-elles nécessaires ou un montage à plat sur un PCB avec des traces de 0,5 mm suffira-t-il?

Une résistance atteindra un équilibre thermique lorsque l'énergie dissipée sera égale à l'énergie drainée dans l'environnement. Pour drainer la chaleur vers l'environnement, la température de la résistance doit être supérieure à celle de l'environnement; plus la différence de température est élevée, plus la chaleur circule. Ainsi, la résistance peut dissiper plus de puissance à basse température ambiante. La puissance nominale peut être spécifiée à 25 ° C et déclasser à des températures plus élevées. Ces résistances à puce à couche épaisse ne déclassent qu'à partir de 70 ° C, comme le montre le graphique suivant:

Ainsi, un 100 mW 0603 peut toujours dissiper ces 100 mW à 70 ° C, mais ne devrait pas dissiper plus de 50 mW à une température ambiante de 100 ° C.

La fiche technique ne donne pas de suggestions sur la disposition du cuivre (motifs de terrain et largeurs de traces) qui influencera la chaleur conduite. (La convection sera faible pour les CMS et le rayonnement presque nul; la température est trop basse pour cela.) Il peut être tentant de connecter beaucoup de cuivre à un tampon, mais assurez-vous que cela ne cause pas de problèmes de soudure.

Vous pouvez rencontrer le terme «déclassement» dans cette situation. Par exemple, une résistance de 250 mW intégrée dans une conception de manière à dissiper 200 mW est déclassée de 50 mW. Vous laissez généralement au moins une petite marge car la résistance réelle d'une résistance peut s'écarter de sa valeur déclarée lorsqu'elle devient trop chaude, et elle deviendra généralement sensiblement chauffée si vous l'utilisez à sa puissance nominale maximale spécifiée.

La quantité de déclassement requise dans une conception a tout à voir avec la disposition physique du circuit; son boîtier, s'il y a un flux d'air (ou un autre liquide de refroidissement), la proximité des composants et, bien sûr, la dissipation de puissance attendue de toutes les autres parties du circuit. C'est ce qu'on appelle communément une «analyse thermique».

La vraie réponse se trouve dans la fiche technique, bien sûr, mais généralement la puissance nominale d'une telle résistance est pour de l'air calme à une température spécifiée, généralement 25 ° C.

Vous ne pouvez utiliser la résistance à sa puissance nominale que si vous pouvez garantir les conditions. Par exemple, s'il s'agit d'un tableau ouvert dans une situation de bureau, c'est probablement faisable. Si c'est dans une petite boîte fermée ou qu'il y a d'autres choses qui dissipent une puissance importante dans la même boîte, vous ne pouvez probablement pas respecter la spécification de 25 ° C. Si la boîte a un ventilateur et qu'elle sera utilisée dans un environnement de bureau, vous pouvez probablement le faire.

Si le circuit doit fonctionner à l'extérieur sans aucun refroidissement actif, vous ne pouvez pas garantir la spécification de 25 ° C. Dans ce cas, vous devez à nouveau regarder dans la fiche technique et voir combien vous devez déclasser la puissance. La fiche technique doit donner une courbe ou une équation de déclassement, comme un déclassement de 2 mW par degré C par exemple. Disons que cet appareil doit fonctionner à peu près n'importe où à l'extérieur, de sorte que les températures de l'air jusqu'à 125 ° F sont possibles, ce qui sort à 52 ° C. Ajoutez maintenant quelle que soit l'augmentation de température dans la boîte par rapport à l'extérieur en raison de la dissipation. Disons que c'est encore 10 ° C, alors maintenant la résistance peut voir jusqu'à 62 ° C. Ajoutez un peu plus pour éventuellement vous asseoir au soleil, alors peut-être que nous l'appellerons 75 ° C. Alors maintenant, vous avez 75 ° C - 25 ° C = 50 ° C au-dessus du niveau de spécification de pleine puissance. À 2 mW par ° C, cela signifie que vous devez réduire la capacité d'alimentation de la résistance de 100 mW. Donc dans cet exemple (je viens de composer ces chiffres, voir la fiche technique pour les valeurs réelles) une résistance "1/4 Watt" ne peut être utilisée qu'à 150 mW.

En plus de toutes ses bonnes réponses, lorsque vous trouvez une valeur de puissance acceptable, réduisez-la encore plus si vous vous souciez de la durée de vie.

Les valeurs de dissipation pour les composants SMD auront souvent une ou plusieurs notes associées. Ceux-ci peuvent dire par exemple
1. "air libre" / 2. monté sur un PCB FR4 double face avec au moins 4 centimètres carrés de cuivre / 3. lorsqu'il est refroidi par l'écoulement du barrage Boulder au milieu de l'hiver, ou similaire. La dissipation de chaleur dans des traces de cuivre de 0,5 mm et à plat sur le PCB est probablement proche du pire des cas pour le refroidissement. Le déclassement à une fraction de la valeur calculée après que d'autres facteurs sont considérés "est probablement sage".

Faire fonctionner n'importe quel composant thermiquement "sur le bord" est susceptible de rendre ses journées moins longues sur la face du terrain.

Généralement, l'exécution à 50% de la valeur maximale autorisée dans une situation donnée n'est pas un problème majeur. Si vous avez besoin de courir à une dissipation maximale, demandez-vous à quel point vous êtes sûr que c'est vraiment le maximum maximum qu'il verra jamais.